Модернизация токарного станка с ЧПУ модели HOESCH D, Контрольная работа

Металлорежущий станок является основным видом технологического оборудования для размерной обработки деталей. Он представляет собой систему, обеспечивающую относительные перемещения металлорежущего инструмента и обрабатываемого изделия для придания изделию требуемой согласно чертежу формы с заданными производительностью и точностью путем снятия стружки.

За последние годы произошли существенные качественные изменения в области электроприводов с системами тиристорного управления, а также в области автоматизации управления (сокращения полупроводниковых приборов и микросхем, устройств программного управления).

Значительно повысился объем задач, решаемых системами электрического управления станками, усложнился их характер, что позволило расширить технологические возможности станков, упростить управление ими, что в конечном итоге привело к повышению производительности труда в основных и вспомогательных операциях.

15 стр., 7072 слов

Обоснование выбора комплекта оборудования для разработки траншеи ...

... машины, направлении. Наиболее эффективно последняя операция совершается при установке отвала под углом к продольной оси, близким к 45 o. Таким методом могут вестись работы при засыпке траншей, разработке выемок ... сооружению и эксплуатации трубопроводов. 1. Анализ условий, необходимых для расчета Цель работы При выполнении данной курсовой работы были выбраны следующие исходные данные из табл. 1 и 2 ...

В настоящее время заводами электропромышленности выполняется для тяжелых станков, как правило, комплектная поставка систем электроприводов и устройств автоматического управления станками не в виде разрозненных станций управления, а в виде законченных комплексных устройств, разрабатываемых организациями и заводами тяжелого станкостроения.

В тяжелых металлорежущих станках в большинстве случаев механизмы, выполняющие как основные, так и вспомогательные движения, имеют индивидуальные электродвигатели, что существенно упрощает кинематику передачи и конструкцию станка. Все электроприводы станков можно разделить на три категории: главные, приводы подачи и вспомогательных механизмов.

До 1910-1916 г.г. привод станков в основном осуществлялся от крупных трансмиссий. В дальнейшем началось дробление крупных трансмиссий на группы, каждая из которых приводилась в действие своим электродвигателем. Так возник групповой электропривод станков. Последующее развитие станков характеризовалось переходом от групповых трансмиссий к одиночному приводу. В этом случае каждый станок стал приводиться в действие от самостоятельного двигателя.

Применение одиночного и многодвигательного приводов позволяет регулировать скорость отдельных механизмов изменением скорости двигателя. При этом возникает необходимость в получении искусственных механических характеристик, двигатель становится неотъемлемой частью машины-орудия. Автоматизация одних процессов управления оказалась недостаточной, поэтому появилась необходимость в автоматизации производства.

К современным металлорежущим станкам предъявляются следующие основные требования:

1 Возможно большая производительность при соблюдении достаточной точности и соблюдение размеров, а также чистоты поверхности обрабатываемых на станке изделий.

2 Простота и легкость обслуживания.

3 Сравнительно низкая первоначальная стоимость и небольшие эксплуатационные расходы.

4 Простота изготовления и сборки отдельных узлов станка и в том числе электрооборудования.

5 Возможно малый вес и габариты.

Возможность использования преимуществ электрического управления и стремление значительно упростить кинематику отдельных звеньев станка привели к современному многодвигательному приводу, в котором различные движения на станке выполняются от отдельных электродвигателей.

1.1 Анализ объекта модернизации

Модернизаци, Таблица 1.1 — Основные технические характеристики станка

Наименование параметра	Числовое значение
Максимальное расстояние между центрами при отведенной назад пиноли задней бабки, мм	6
Максимальный диаметр точения над суппортом, мм	1000
Минимальный диаметр точения, мм	10
Высота центров над станиной, мм	700
Максимальный вес заготовки без поддерживания люнетом, кг	25000
Максимальный вес заготовки при закреплении в планшайбу шпиндельной бабки и один люнет, кг.	25000
Шпиндельная бабка
Диаметр планшайбы шпиндельной бабки, мм	900
Максимальный, диаметр зажима, мм	600
Минимальный диаметр зажима, мм	200
Угол конуса центра, градусов	75
Числа оборотов планшайбы об/мин	1-200
Максимальный крутящий момент на планшайбе, кг	6000
Характеристическое число оборотов (число оборотов при максимальной, мощности и максимальном, крутящем моменте), об/мин	9
Суппорт
Максимальная, главная составляющая усилия резания, кг	15000
Ход поперечных салазок, мм	370
Ход перемещения резцедержателя	0-1000
Диапазон скоростей подачи суппорта в продольном и поперечном направлениях, м/мин	0,1-2
Скорость ускоренного хода, м/мин	12
Масса узлов станка
Станина, комплектно с консолью двигателя, кг	16400
Шпиндельная бабка, кг	12800
Главный двигатель, кг	1050
Верхний суппорт, кг	1300
Продольные салазки, кг	2800
Рабочая площадка, комплектно, кг	400
Система ЧПУ SINUMERIC 520 K , кг	300
Задняя бабка, кг	3900

Внешний вид станка HOESCH D1000 приведен на рисунке 1.1., Точность зависит практически от всех компонентов системы управления:

– зазоров и сил трения в кинематических звеньях;

– места установки, статических и динамических погрешностей датчиков;

– упругих отклонений инструмента и детали в статических и динамических режимах, воздействия внешних возмущений.

Задача повышения точности должна решаться путем тщательного анализа механизмов формирования погрешностей и последующей разработки комплексных мероприятий, направленных на следующие мероприятия:

– сокращение длины кинематической цепи между рабочим органом и датчиком положения;

– введение программной или аппаратной компенсации нелинейностей звеньев цифрового электропривода. Один из показателей производительности обеспечивается заменой обыкновенных приводов современными высокоскоростными приводами. Надежность оборудования характеризуется коэффициентом технического использования. Наиболее эффективными средствами повышения надежности являются: выбор элементов, которые имеют наименьшую вероятность отказа; проектирование средств защиты от аварий; разработка развитой системы диагностики.

В настоящее время токарный станок модели, Рисунок 1.1 — Расположение основных органов и органов управления (вид сверху)

1.2 Анализ существующей системы управления привода подачи

Привод продольной подачи, смонтированный на корпусе салазок, состоит из двигателя, редуктора и шариковой пары, винт которой закреплен на станине и сообщает возвратно-поступательное перемещение в продольном направлении — координата «Z».

Привод поперечной подачи смонтирован в консоли, винт шариковой пары жестко соединен с салазками и перемещает их в поперечном направлении — координата «X».

Данная система привода подачи работоспособна, но имеет большую, по современным критериям качества, погрешность из-за выработок в процессе длительного использования и нуждается в замене.

Все электродвигатели подач имеют бесступенчатое изменение скорости вращения в широких диапазонах, но так как срок службы их практически пришел к концу то частые сбои и неполадки, на значительно время останавливают процесс работы станка.

Ограничения крайних положений подвижных узлов станка осуществляется блоками путевых конечных выключателей, которые служат также для контроля установки подвижных органов в исходное положение. На современных системах управления используются абсолютные линейные датчики высокой точности, в которых используется абсолютная система измерения, и система управления в реальном времени отслеживает положение режущего инструмента, таким образом, значительно повышая точность и быстродействие.

Кинематическая схема станка представлена на рисунке 1.2, Базовый вариант токарного станка оснащен автоматической системой управление SINUMERIC

SINUMERI K 520К представляет собою двухкоординатную систему числового контурного управления токарными операциями с линейной и круговой интерполяцией. Считывание с перфоленты со скоростью 150 знаков в секунду, бобина диаметром 7 1/2 дюймов.

Программирование может осуществляться с абсолютным и относительным отсчетом размеров. При программировании с абсолютным отсчетом размеров программируется диаметр. Дискретность ввода 0,001 мм, дискретность вывода 0,002 мм. Информация вводится в систему с помощью восьмидорожечной перфоленты, по выбору, в коде ISO ( DIN 66024) или в коде EIA . Номера кадров, путевые условия, путевая информация и значения подачи поступают в буферные накопители.

Данная система не удовлетворяет современным требованиям надежности, точности и быстродействия, из-за неудобства задания программного кода и не высокой надежности перфоленты, система часто выходит из строя и приводит к часты простоям станка.

Диапазон перемещений составляет, Установленная скорость ускоренного хода предусматривается в пределах от 0,2 до 12 мм/мин., Различные крепления изделий могут учитываться путем устанавливаемого сдвига нуля., С помощью программирования постоянной скорости резания по адресу

Результирующее число оборотов шпинделя может быть ограничено на 50, 60, 70, 80, 90% максимально достигаемой величины.

Через переключатель коррекции числа оборотов, возможно, непосредственно программировать число оборотов шпинделя и постоянную скорость резания. Число оборотов шпинделя может быть подвергнуто 10%-му ступенчатому изменению в области от 50 до 100%.

В системе используется абсолютная измерительная система с сельсинами или индуктосинами в качестве измерительных датчиков. Контур управления положением построен на базе тиристорных преобразователей для сервоприводов постоянного тока. Применение тиристорных преобразователей ограничивает динамические характеристики привода и является причиной значительного рассеивания мощности при переходных процессах.

Проведенный анализ действующей системы управления позволил выявить недостатки системы, влияющие на точность обработки деталей и быстродействие. В связи с этим поставлена задача полной замены системы автоматического управления SINUMERIK 520 K .

Рисунок 1.3 – Шкаф ЧПУ

1.3 Анализ современных систем автоматического управления

Задачи автоматического управления определяют спецификацию функций, которые должна выполнять система управления.

В общем случае перечень этих функций может представлять сотни позиций, однако большинство функций формируется как бы автоматически, согласно сформированным представлениям и опыту проектирования систем ЧПУ по сравнительно небольшому перечню основных требований.

Положительной стороной новейших автоматических систем является тот факт, что имеется контроль использования станка во внутри цеховой системе, а соответственно намного проще контролировать загрузку всего оборудования, которое расположено не только в одном цехе, но и на всем заводе.

В машиностроении представлено множество систем ЧПУ. Ниже представлены некоторые фирмы, которые предоставляют системы для автоматического управления:

1 NUM — Высокая вычислительная мощность систем NUM обеспечивает широкий набор их функциональных возможностей. В них предусмотрены сплайновый и полиномиальный (до пятого порядка) алгоритмы интерполяции, пяти-девятикоординатная интерполяция, пятикоординатная коррекция инструмента, одновременная работа по двум разным управляющим программам, 3D-графика и другое.

2 Allen-Bradley — специализированный промышленный компьютер с Windows NT операционной системой и возможностью разрабатывать пользовательские приложения на Visual Basic; PCI-одноплатный ЧПУ-компьютер, который выполняет все функции ядра, в том числе программно-реализованного контроллера электроавтоматики.

3 ANDRON — Система содержит в себе следующие модули:

модуль терминального компьютера;
модуль ЧПУ-компьютера;
панель оператора и монитор;
модули удаленных входов-выходов программируемого контроллера;
одну или несколько групп цифровых (SERCOS) поводов подачи и главного привода.

4 BoschRexroth — Терминальный компьютер имеет операционную систему Windows NT, а ЧПУ-компьютер – операционную систему UNIX. Связь операционных сред осуществляется с помощью протоколов TCP/IP, что допускает изъятое размещение терминала и работу нескольких терминалов с одним ЧПУ-компьютером. В свою очередь, ЧПУ-компьютер допускает многоканальную работу более чем с одной управляющей программой.

5 DeltaTau — разработала двухкомпьютерный вариант PCNC, в котором ЧПУ-компьютер выполнен в виде отдельной платы РМАС (Programmable Multi-Axes Controller), устанавливаемой на ISA или РС I -шине терминального персонального компьютера

6 Beckhoff — дает пример однокомпьютерной архитектуры PCNC, в рамках которой все задачи управления (геометрическая, логическая, терминальная) решаются только программным путем, без какой-либо дополнительной аппаратной поддержки.

7 Siemens- Полный спектр предложений департамента «Промышленная автоматизация» составляют не только стандартные продукты, но и системные решения для энергетики и технологий автоматизации, используемые в производстве и технологическом процессе. Являясь лидером на рынке промышленного программного обеспечения, департамент постоянно совершенствует весь производственный процесс компаний-производителей – от идеи дизайна продукта и её разработки, до производства, сбыта и сервисного обслуживания.

Основными показателями эксплуатационных качеств станка являются точность и производительность обработки деталей. На сегодняшний день критерии качества изготовления деталей, для токарных станков, очень высоки и повышаются каждый день, и поэтому многие станки устарели и не удовлетворяют точностным параметрам. При постоянно растущей рыночной конкуренции не малую роль играет и производительность, потому что при увеличении производительности снижаются затраты на изготовлении продукции и соответственно детали выполненные на таких станках становятся более конкурентоспособными.

Точность обработки определяется относительными перемещениями заготовки и инструмента, а также другими факторами, влияющими на требуемые размеры и формы, а также относительного расположения обрабатываемых поверхностей.

Производительность определяется принятым технологическим процессом, степенью его автоматизации, особенностями конструкции станка и характеристиками его динамической системы.

Требуемые качества станка могут быть обеспечены только при учете динамических процессов, происходящих во время работы, учете упругости и других динамических характеристик.

Достижение самых высоких параметров точности и быстродействия возможно только при использовании современных систем автоматического управления, которые имеют высокое быстродействие, надежность, способны работать в жестких условиях эксплуатации, очень просты в монтаже и программировании.

При обработке тел вращения различают следующие виды погрешностей:

1 Геометрические погрешности узлов самого станка:

отклонение от прямолинейности направляющих станины;
отклонение от параллельности оси центров и направляющих станины.

2 Пружинные деформации:

деформации суппорта и станины;
деформации заготовки, которые вызываются переменным припуском в продольном разрезе;
деформации заготовки, которые вызваны изменением положения режущего инструмента;

— изменение силы резания, которая обусловлена неоднородностью физико-механических особенностей обрабатываемого материала в продольном разрезе.

3 Тепловые деформации:

тепловые деформации станины при неоднородном температурном поле;

— тепловые деформации элементов суппорта и режущего инструмента при переходном процессе (разогрев инструмента после врезания в заготовку).

4 Износ инструмента., В поперечном разрезе на точность формы влияют следующие факторы:

1 Геометрические ошибки:

биение шпинделя;
биение заднего центра.

2 Гибкие деформации:

гибкие деформации суппорта и станины, которые вызваны припуском поперечном разрезе;
гибкие деформации заготовки, которые вызваны неоднородным припуском в поперечном разрезе.

Все перечисленные виды погрешностей обусловлены большим количеством причин, многие из которых не поддаются учету и контролю. Современные автоматические системы имеют огромное множество преимуществ, которые помогают управлять технологическими процессами, учитывая влияние практически всех погрешностей и подстраиваться в режиме реального времени. Перед использованием новой программы обработки имеется возможность выполнить симуляцию и выявить ошибки, которые могут привести к браку изготовления деталей, а соответственно практически исключается вероятность того, что предприятие понесет убытки из-за испорченных заготовок.

Проанализировав систему управления, конструкцию и принцип работы станка

— недостаточная точность обработки деталей;

— несоответствие систему управления современным требованиям;

— измерительная система не удовлетворяет параметрам точности и быстродействия;

— плохая динамика из-за сложности управления приводами подач;

— упругие деформации заготовки по длине;

— нагрев узлов станка ;

— деформации деталей и узлов станка при чрезмерном поджиме заготовки задней бабкой.

1.4 Обоснование вариантов решения задачи модернизации

В процессе анализа привода подачи, выявлены следующие недостатки: электропривода подач имеют износ до 85%, ремонту не подлежат по причине и снятия с производства; станок снабжен устаревшей системой ЧПУ, которая практически не работоспособна по причине износа и отсутствия запчастей вследствие снятия с производства. Кроме того, обнаружены многочисленные обрывы электрических кабелей вследствие старения и потери гибкости. Производимый плановый ремонт не устраняет всех недостатков станка, так как система нуждается в полной замене, а частые поломки приносят большие материальные затраты.

Чтобы устранить указанные недостатки и повысить технические параметры станка по нормам точности необходимо произвести капремонт и модернизацию электрооборудования станка. Для сокращения сроков модернизации, упрощения послеремонтного обслуживания модернизированной СУ целесообразно применение современного оборудования и программного обеспечения, поставляемого на НКМЗ фирмой SIEMENS (Германия).

В данном процессе модернизации целесообразно применить оборудование, которое имеет комплектную поставку и легко монтируется на объект модернизации, менее квалифицированным персоналом. Таким образом, остановим свой выбор на системе SINUMERIK , которая имеет в комплекте все необходимые элементы для системы автоматического управления. В комплект входят, плата MCI вместе с PCU образующие аппаратную базу для SINUMERIK. Главным звеном системы управления выступает контроллер. В качестве главного контроллера используется контроллер серии SIMATIC S 7-300 или SIMATIC S 7-400, которые представлены в очень широком ассортиментом. В системе управления используется процессор. Для дистанционного управления следует использовать ручные устройства программирования, выполненные в разном сочетании для удобства управления. Станочные пульты также представлены очень разнообразно, что позволяет выбрать наиболее подходящий для модернизации. Также широко представлены панели оператора SINUMERIK. В комплекте поставки имеются широкий ряд двигателей для привода подачи. Для модернизации токарного станка наилучшим образом подходят синхронные двигателя серии 1 FT 6. Двигатели 1 FT 6 работают от приводов SIMODRIVE . Полностью цифровое управление приводами SIMODRIVE, со встроенными датчиками в двигателях 1FT6 отвечают самым высоким требованиям по динамике скорости, точности вращения и позиционирования.

Таким образом, при комплектной поставке упрощается процесс комплектного заказа и поставки. При использовании всех комплектующих одной фирмы сокращаются сроки модернизации, а следовательно и затраты на проведение работ. Высокое качество современного оборудования увеличивает фонд рабочего времени и сокращает время простоя, что значительно повышает экономический эффект от использования станка с таким оборудованием. С повышением точности значительно повышается качество обработки с получистовой до чистовой. Итогом этого является уменьшение затрат на изготовление, а также рост рыночной стоимости готовой продукции на данном оборудовании.

2.1 Расчет требуемой мощности и выбор ЭД подач

Для выбора мощности ЭД необходимо рассчитать силы, которые действуют на заготовку и режущий инструмент. На рисунке 2.1 представлен схематический процесс обработки с размещением сил резания.

Рисунок 2

Воспользуемся методикой расчета, которая применяется на НКМЗ при конструировании ЭП подач станков, расчет предложен фирмой SIEMENS.

Произведем расчеты для выбора синхронного двигателя привода подачи по координате, Фактическая мощность ЭД определяется по формуле:

, (2.1)

где n ном — номинальная частота вращения ЭД, мин -1 ;

М v — суммарный момент сопротивления перемещению, приведенный к валу двигателя, Нм.

Величина момента М

, (2.2)

где F v — тяговая сила, необходимая для преодоления сил полезного сопротивления, Н;

h s — шаг винта, принимаем h s =0.02м;

КПД редуктора,

Сила F v определяется по формуле:

, (2.3)

где K п — коэффициент, учитывающий влияние опрокидывающего момента, который возникает вследствие несимметричного приложения силы подачи, для суппортов горизонтально – расточных станков принимаем К п =1.1;

P z — составляющая сила резания, действующая в направлении подачи, Н ;

F c — сила трения в направляющих, определяется по формулам, рекомендуемым нормалью станкостроения Н48-61:

, (2.4)

где Q c — вес суппорта:

, (2.5)

=1300·9.84=12,7кН

f=0.01 приведенный коэффициент трения;

P y , P z — составляющие силы резания Н, определяются по предложенным режимам резания базового ТП.

Рассчитаем силы резания по формуле:

, (2.6)

где t- глубина резания, t=0.02м;

s — подача, s=2мм/об;

C p , x, y, n- постоянные коэффициенты и показатели степени для расчетных условий, которые соответственно равны: 339 , 0.5, 0.55, 0.5;

K p — поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия обработки, K p =1.1;

v — Скорость резания, v=15м/мин.

Осевая сила резания составляет:, Тангенциальную P

P x : P y : P z = 1: 0.4: 0.25, (2.7)

отсюда P х =1,16 кН; P y = 0,725 кН.

Таким образом, необходимая тяговая сила составляет:, Момент сопротивления, приведенный к валу двигателя:, Рассчитанное значение момента используем для определения серии ЭД., Расчетное значение требуемой мощности ЭД:

кВт.

Так как двигатели, которые установлены на базовом станке, практически не удовлетворяют точностным и динамическим параметрам, а современные требования к качеству обработки очень велики, то целесообразно использовать двигателя фирмы SIEMENS , которые полностью удовлетворяют требованиям надежности, точности и быстродействия.

Определив момент сопротивления на валу двигателя, требуемую мощность привода подач с номинальным вращающим моментом М н =10,5 Нм, частотой n н =3000 об/мин и расчетным значением мощности выбираем следующие синхронные ЭД подачи фирмы SIEMENS серии 1FT6136-6АС7. Исходные данные представлены в таблице 2.1.

Двигатели 1FT6 — это синхронные электродвигатели с возбуждением постоянными магнитами в компактном исполнении.

Синхронный ЭД выбран в качестве приводного по следующим причинам:

1 В роторе, как правило, находится постоянный магнит, коллектор отсутствует, и скорость вращения ротора может быть значительно выше.

2 Позволяет регулировать скорость в широком диапазоне при постоянном моменте, что требуется для электропривода подач.

3 Обмотки находятся только в статоре, что значительно облегчает отвод тепла.

4 Перегрузочная способность мало чувствительна к понижению напряжения сети, что относится к числу его основных достоинств.

5 Благодаря отсутствию скользящих контактов щетки — коллектор уменьшаются потери., Рисунок 2.2 – ЭД подачи, Двигатели 1

Двигатели рассчитаны для работы без принудительного охлаждения, а возникающие температурные скачки устраняются путем отведения тепла через корпус без применения других методов охлаждения. Избыточное тепло возникает в обмотке двигателя и в статоре отводятся напрямую через хорошее термическое соединение с корпусом двигателя. Здесь особенно хорошо проявляются преимущества бесщеточного синхронного электродвигателя с возбуждением постоянными магнитами.

Преимущества:

ысокое качество деталей, благодаря высокой точности обработки;
подключение силовых и сигнальных штекерных соединений для использовании при сильном загрязнении;
небольшое время обработки, благодаря высокой динамике;
простой монтаж, благодаря небольшим затратам на проводку кабелей;
высокое поглощение поперечного усилия.

Таблица 2.1 — Технические данные ЭД подачи фирмы

Nn; мин−1	3000
H; мм	80
P n ; кВт при ∆T=100 K	6,9
M o ; Нм при ∆T=100 K	26
K перегрузочная способность	5
M n; Нм при ∆T=100 K	22
In ; A при ∆T=100 K	17
Количество пар полюсов	4
Момент инерции ротора (без тормоза) J; 10−4 кгм2	48
Вес кг	25

Важной особенностью электродвигателей является возможность фиксации положения его ротора путем подключения обмоток фаз статора к источнику постоянного напряжения. Путем переключения обмоток можно с высокой точностью задавать дискретные перемещения ротора, соответствующие определенному числу шагов. Таким образом, в шаговом режиме СД способен отрабатывать перемещения задаваемые числом электрических импульсов, коммутирующих токи статора в требуемой последовательности. Жесткая связь между числом шагов перемещения ротора и числом электрических импульсов является замечательным свойством этого двигателя, широко используемым в практике дискретного ЭП с цифровым управлением.

Выбор нового СД позволяет исключить из кинематической схемы редуктор. Тем самым исключив погрешность кинематических звеньев увеличив точность станка и быстродействие. Окончательной стадией модернизации кинематики привода станка является замена передачи винт-гайка качения. Из предложенных передач фирмой HaydonKerk Motion Solutions произведен выбор винта с такими же параметрами, как и на исходной модели станка. Технические параметры винта: подача за время оборота от 0,01∙10 -3 до 2 мм/об. Данная передача имеет безлюфтовое соединение и минимальное сопротивление трения. Параметры винта приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 – Параметры передачи винт-гайка качения

Диаметр винта D в , мм

Диаметр шарика d, мм

Шаг винта S в, мм

Общее количество витков в двух гайках

Грузоподъемность, кН

Осевая податливость

е x -9 ,м/Н

статическая Q ст

динамическая Q д

135

0,523

Фирма SIEMENS предусмотрела большое количество датчиков для контроля и проверки работы привода. В приводе используется инкрементальный метод измерения.

Инкрементальные датчики передают на вращение определенное количество электрических импульсов, которые и является длиной пройденного пути или угла. Инкрементальные датчики работают по принципу оптоэлектронной развязки разделяющих импульсов при прохождении света.

Напряжение питания датчиков, Выбираем круговой инкрементальный датчик, так как он вмонтирован в синхронный двигатель типа 1FT6., В качестве выходного интерфейса имеем:

1 RS 422 дифференциальные сигналы (TTL), у датчиков RS 422 (TTL), благодаря обработки фронта, разрешение может быть увеличено в 4 раза.

2 Аналоговые сигналы sin/cos с уровнем 1 V

3 HTL (High Voltage Transistor Logic).

2.3 Расчет и выбор датчика линейного перемещения

2.3.1 Расчет датчика линейного перемещения

При определении разрядности кода положения

Цена дискреты – это точность позиционирования инструмента относительно детали. Обычно она выбирается в диапазоне мм.

Разрешающая способность датчика положения – это количество импульсов на выходе датчика на один шаг измерительной системы. Для соответствия линейному перемещению на шаг винта следует, что для измерения линейного перемещения требуется датчик с разрешающей способностью [1]:

имп/об. (2.8)

Необходимая емкость счетчика пути по координате зависит от длины винта и рассчитывается по соотношению:

дискрет. (2.9)

Для представления кода положения

разрядов. (2.10)

Зная диапазон регулирования скорости

(2.11)

где  В – максимальная скорость вращения винта, с -1 , период дискретности, диапазон регулирования скорости;

(2.12)

где — шаг винта, м/ c максимальная скорость резания.

(с) . (2.13)

где величина скоростной ошибки, допускаемым ускорением.

При необходимо применить датчик с разрешающей способностью:

имп/об. (2.14)

2.3.2 Выбор датчика линейного перемещения

Для определения длинны пройденной суппортом при поперечном перемещении используется датчик который снимается значение с шарикового винта через пару зубчатых колес. Точность отсчета Д L зависит от пройденного пути L и вычисляется при снимании с шарикового винта по формуле:

Д L =±(0,03+0,00003 L ) мм.

Датчики соединены электрически через коннекторы с индикационными установками. На них непосредственно производится отсчет пройденного пути. Эта система не удовлетворяет требованиям точности. Поэтому в процессе модернизации необходимо поставить современные линейные датчики одной из ведущих фирм. Линейные датчики фирмы HEIDENHAIN удовлетворяют требованиям системы по точности и качеству измерений. Они применяются на станках и установках с регулируемыми линейными осями, таких как, фрезерные, токарные и шлифовальные и горизонтально-расточные станки. Хорошие динамические свойства датчиков линейных перемещений, их высокие скорости перемещения и ускорения позволяют применять их на осях с высокой динамикой.

Преимущества датчиков линейных перемещений. Датчики линейных перемещений определяют положение линейной оси без дополнительных механических передаточных элементов. Если определение положения производится при помощи датчика линейного перемещения, то контур регулирования охватывает механику приводов. Таким образом, датчиком линейного перемещения определяется ошибка передачи механики оси и компенсируется в управляющей электронике. Данный способ помогает исключить целый ряд источников погрешностей:

1 Ошибка позиционирования, вызванная нагревом шарико-винтовой пары.

2 Ошибка, вызванная наличием зазоров в ШВП

3 Кинематическая ошибка, вызванная позиционной ошибкой ШВП

Для станков с высокими требованиями к точности позиционирования и к скорости обработки использование линейных датчиков является необходимым.

Термические свойства

Термические свойства линейного датчика должны соответствовать свойствам заготовки или свойствам измеряемого объекта. При изменениях температуры датчик должен определенным образом растягиваться или сжиматься, причем эти изменения должны быть воспроизводимы. Датчики линейных перемещений фирмы HEIDENHAIN рассчитаны на это.

Носители шкалы у линейных датчиков HEIDENHAIN имеют определенные термические коэффициенты расширения по длине. В зависимости от термических параметров для каждого задания может быть подобран подходящий датчик линейных перемещений.

Линейные датчики HEIDENHAIN отличаются хорошей жесткостью в направлении измерения – одно из главных условий высокой точности станка. Также небольшая масса подвижных частей датчика обеспечивает его хорошие динамические свойства.

Линейные перемещения станка достигают значительных величин – около 10000 км за несколько лет. Поэтому применение прочных датчиков с долговременной стабильностью особенно важно, т.к. повышается коэффициент использования станка. Благодаря особой конструкции и качественным деталям линейные датчики фирмы HEIDENHAIN работают безупречно даже после продолжительной эксплуатации. Отсутствие контакта между шкалой и считывающим элементом при фотоэлектрическом методе считывания гарантирует высокую продолжительность жизни датчика. Кожух, специальный метод считывания и, при необходимости, возможность подключения сжатого воздуха делают датчик хорошо защищенным от загрязнения. Экранирование помогает защитить сигнал от помех. Внешний вид измерительной линейки HEIDENHAIN LC183 представлен на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 — Внешний вид измерительной линейки

Измерительные датчики HEIDENHAIN, основанные на оптическом методе считывания, имеют шкалу с равномерной текстурой – так называемые штрихи рисунок 2.4. В качестве носителей для штрихов служит стекло или сталь. В линейных датчиках больших длин в качестве носителя шкалы служит стальная лента. Высокоточные штрихи наносятся на носитель различными фотолитографическими методами. Шкалы изготовляются, например, из следующих материалов:

1 Штрихи из хрома на носителе из стекла.

2 Вытравленные матовые штрихи на позолоченной стальной ленте.

3 Трехмерные структурные решетки на стекле или стали., Рисунок 2.4 – Штриховка на шкале измерительного датчика

Разработанные фирмой HEIDENHAIN фотолитографические методы нанесения штрихов позволяют достичь периода сигнала от 40 мкм до 4 мкм. Помимо очень точного периода шкала, изготовленная такими методами, имеет профиль с очень четкими и ровными краями. В сочетании с фотоэлектрическим методом считывания эти шкалы позволяют получать высококачественный выходной сигнал. Фирма HEIDENHAIN изготавливает эталоны на высокопрецизионных станках на собственном производстве.

При модернизации используются датчики с инкрементным методом измерения. При инкрементальном методе измерения шкала состоит только из ряда равномерных штрихов. Данные о положении получаются путем подсчета отдельных инкрементов относительно выбранной нулевой точки. Для определения положения используется абсолютная точка отсчета, в качестве которой на шкале используется отдельный ряд штрихов (рисунок 2.5).

Рисунок 2.5 – Шкала линейного датчика с инкрементным измерением

В данном проекте произведена замена старого датчика линейного положения на современный датчик фирмы HEIDENHAIN LC183 . Характеристики датчика приведены ниже в таблице 2.3

Таблица 2.3 – Характеристика датчика линейного перемещения

Наименование параметров	Значения
Шкала	Шкала типа ДИАДУР на носителе из стекла с кодированной и инкрементальной дорожками
Длина измерения	4040 mm
Инкременты сигнала	~ 1Vss
Период шкалы	20 мкм
Частота среза	≥150 кГц
Напряжение питания	от 3,6 до 5,25 В/< 300 мA
Скорость перемещения	≤180 м/мин
Сила подачи	≤4 Н
Класс точности	±5

Примеры похожих учебных работ

Настройка операционной системы Windows с помощью Панели управления. Перевод чисел ...

... собственную учетную запись. Каждый сможет входить в Windows под своим именем, хранить документы в собственных папках, иметь свои настройки Windows и Рабочего стола и т. д. Каждый ...

Управление качеством продукции в системе маркетинга

... и источники. Объект данной работы качество продукции в системе управления. 1. Качество как экономическая категория и объект управления Понятие качества продукции имеет очень важное значение в практической деятельности, потому регламентировано ГОСТом ...

Контрольная работа: Системы управления автоматизированным технологическим оборудованием

... и определения основных понятий в области числового программного управления металлорежущим оборудованием устанавливает ГОСТ 20523-80. Числовое программное управление станком (ЧПУ) — управление обработкой заготовки на станке по управляющей программе, ...

Современная система образования: роль мультимедийных технологий

... -коммуникационные технологии (ИКТ) и мультимедиа - технологии. В настоящее время системы мультимедиа представляют ... этих технологий в учебно - исследовательской деятельности с учащимися как инновационного подхода в образовании заключена в ...

Автоматизированная система управления (2)

... и технических задач. 1. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЖКХ Автоматизированная система управления - это человеко-машинная система, предназначенная для сбора, обработки и выдачи информации, необходимой для оптимизации управления в ...