В дипломном проекте представлен анализ методов автоматического контроля износа инструментов на токарных станках, входящих в состав гибких производственных систем (ГПС).

При сложных, разветвленных взаимосвязях между технологическим оборудованием, что характерно для ГПС, при значительном изменении их состояний под действием внешних дестабилизирующих факторов, а также при интенсивной эксплуатации всего комплекса оборудования необходимо решать следующие проблемы:

обеспечение высокой надежности работы сложного автоматического технологического оборудования;

обеспечение оптимальной производительности оборудования, минимальной себестоимости выпускаемой продукции с требуемым качеством.

Для решения этих проблем в состав ГПС должны вводиться средства контроля и технологической диагностики. Неотъемлемыми их свойствами должны стать мобильность переналадки, широкий диапазон измеряемых параметров и поддержание в автоматическом режиме работоспособность станочного оборудования. Выполнение этих требований ведет к сокращению простоев оборудования и устранению трудоемкости финишных операций формообразования, что влечет за собой сокращение цикла изготовления деталей и узлов в целом.

В качестве объектов диагностирования выбрано наиболее прогрессивное оборудование:

токарные станки с ЧПУ, работающие в составе автоматизированных комплексов (станочных модулей) в вечернюю и ночную смену без участия операторов;

агрегатные станки, работающие в составе автоматических линий, управляемые программируемыми микропроцессорными командоаппаратами.

Одним из наиболее перспективных методов является метод, основанный на анализе виброакустической эмиссии зоны резания.

Изменение акустической эмиссии до настоящего времени использовалось только для фундаментальных исследований усталости и разрушение твердых материалов, а так же для постоянного слежения за сосудами высокого давления.

В последние годы методика измерения акустической эмиссии была распространена на идентификацию и мониторинг процесса резания металла и срабатывания резцов, чтобы удовлетворить требованиям, предъявляемым автоматизацией и оптимизацией производственных процессов. Со времени появления первых работ, в которых основные свойства сигнала виброакустической эмиссии связываются с процессом резания, в настоящее время проводятся фундаментальные и прикладные исследованиям, направленные на разработку технологий и создание оборудования в этой области.

Для метода виброакустической эмиссии характерны высокая чувствительность информационность, малая инерционность, а так же сравнительная простота регистрации и обработки. Сложность практического использования данного метода заключается в многообразии источников виброакустической эмиссии, их статическом характере и необходимости выделения полезного сигнала на уровне шума станка.

На основе проведенных исследований разработаны и внедрены устройства диагностики состояния режущего инструмента для автоматических линий и контроля процесса обработки токарных гибких производственных модулях. Такими устройствами являются: «Диагностика-10» (ДГТУ), система «Точность» (КПИ) — многофункциональные приборы, разработанные на базе микроэлектроники.

1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Постановка задачи Система диагностики непосредственно влияет на производительность процесса резания, т.к. при недостаточной чувствительности и быстродействия устройств диагностики приходится идти на занижение режимов резания с целью уменьшения вероятности поломок режущего инструмента.

Наиболее слабым звеном в гибком производственном модуле является режущий инструмент. Простои металлообрабатывающего оборудования по причине выхода режущего инструмента составляют до 30% общего времени простоя.

Необходимо оптимизировать привод, сделать его универсальным и на основании получаемых результатов контроля регулировать скорость в зависимости от размеров и материала обрабатываемых деталей. В случае повышения мощности обработки, когда режущий инструмент может сломаться, привод должен автоматически выключаться.

Экспериментальные исследования виброакустического сигнала зоны резания проводились на стенде, созданного на базе станка 16К20Ф3, а обработка конкретной детали на гибком производственном модуле.

1.2 Характеристика гибкого производственного модуля В состав гибкого производственного модуля (ГПМ) входят токарный станок 1И611ПМФ3 системой с ЧПУ «Маяк 221» и промышленный робот (ПР) «Электроника НТЦМ»

1.2.1 Токарный станок с ЧПУ 1И611ПМФ3

Станок специальный токарный с ЧПУ повышенной точности модели 1И611ПМФ3 предназначен для токарной обработки наружных и внутренних поверхностей деталей типа тел вращения со ступенчатым и криволинейным профилем различной сложности в один или несколько проходов в замкнутом полуавтоматическом цикле и нарезания крепежных резьб.

Станок предназначен преимущественно для центровых работ.

Класс точности станка «П» по ГОСТ 8–77. Область применения станка: единичное, мелкосерийное и серийное производства.

Согласно ГОСТ 12 997–76 станок относится:

по устойчивости к воздействию температуры и влажности окружающего воздуха — к группе изделия 3а,

по устойчивости к механическим воздействиям и защищенности от воздействия окружающей среды к изделиям в обыкновенном исполнении.

В помещениях для установки станков необходимо прокладывать шину, соединенную с низкоомным контуром заземления для присоединения проводов заземления устройства ЧПУ. Сопротивление контура заземления не должно превышать 4 Ома.

Станок с ЧПУ подключается к 3-х фазной 4-х проводной сети переменного тока напряжением 330/220 В (+10% -15%), частотой

50 ±1Гц.

Основные технические данные и характеристики.

Наибольший диаметр устанавливаемого изделия

над станиной, мм — 320

Наибольший диаметр обрабатываемого изделия над станиной, мм — 200

Наибольший диаметр обрабатываемого изделия над суппортом, мм — 130

Наибольшая длина обрабатываемого изделия, мм — 500

Центр в шпиндели передней бабки по ГОСТ 13 214;

79…7032−0029, Морзе — 4

Центр в пиноле задней бабки по ГОСТ 13 214–79…

7032−0024, Морзе — 3

Конец шпинделя фланцевого по ГОСТ 12 593–72 — 4К Высота резца, мм — 20

Количество сменяемых по программе инструментов — 4

Количество скоростей шпинделя — 16

Количество скоростей шпинделя, переключаемых по программе — 8

Пределы частоты вращения шпинделя, об/мин -50−2000

Величина перемещения суппорта на один импульс:

1. в продольном направлении, мм — 0,01

2. в поперечном направлении, мм — 1,5−900

Пределы подач суппорта при работе по одной

координате, мм/мин

1. в продольном направлении — 3−3600

2. в поперечном направлении -1,5−1800

Предел шагов нарезанных цилиндрических резьб, мм -0,2−60

Отклонение полученных размеров от величины заданных

номинальных размеров не более, мм

1. по диаметру — 0,05

2. по длине — 0,1

Вид ЧПУ контур

Способ задания размеров в программе — абсолютное и в приращениях по ГОСТ 13 052–74

Ввод программы в устройство ЧПУ — перфолентой шириной 25,4 мм по ГОСТ 1991;70 и вручную Форма, размеры и расположение перфорируемых и считываемых отверстий — по ГОСТ 10 860–68

Способ задания программы — кадрами с переменным количеством слов Вид интерполяции — линейно-круговая Количество корректируемых поправок на длину

инструмента по каждой координате — 80

Габаритные размеры станка, мм длина — 2900

ширина — 1700

высота — 1700

Масса станка (без устройства ЧПУ и насосной установки), кг — 1400

Техническая характеристика гидрооборудования станка

Модель насосной установки -5/25Г48−32

Номинальная производительность насоснойустановки, л/мин — 8/35

Тонкость фильтрации фильтра грубой очистки, мкм — 40

Тонкость фильтрации фильтра тонкой очистки, мкм — 10

Марка масла, заливаемого в насосную установку — Турбинное Tu 22 ГОСТ 9972–74 или ВНИИ НП-403 ГОСТ 16 728–78

Тип гидроусилителя продольной и поперечной подачи — Э32Г18−22К или ОМ 9987−109

Номинальный крутящий момент, Нм (кгм) -8 (0,8)

Номинальная эффективная мощность, кВт — 0,4

Тип насоса смазки — специальный шестеренчатый

Производительность насоса смазки, л/сек — 0,025

Марка масла для смазки — индустриальное И-30А ГОСТ 20 799–75

Класс чистоты масла, заливаемого в насосную установку ГОСТ 17 216–71

Основные данные шпинделя и суппорта.

Шпиндель.

Диаметр отверстия в шпинделе, мм — 25

Торможение шпинделя — имеется

Реверсирование шпинделя по программе — имеется

Суппорт.

Цена деления линейки продольной, мм — 8

Координаты «нулевой точки» :

от оси центров до центра шаблона, мм -1000,1

от торца шпинделя до кромки шаблона, мм -2000,1

Винтовая пара качения продольных перемещений:

размер и обозначение шариков -15 мм В ГОСТ 3722–60

количество шариков — 262

разноразмерность шариков, мм — 0,001

Винтовая пара качения поперечных перемещений:

размер и обозначение шариков — 13 мм В ГОСТ 3722–60

количество шариков — 162

разноразмерность шариков, мм — 0,001

Электрооборудование

Питающая сеть: напряжение 380 В, род тока — переменный 3-х фазный, частота 50 Гц.

Цепи управления: напряжение 110 В, род тока — переменный,

напряжение 24 В, род тока — постоянный.

Шаговые двигатели: напряжение 48 В, род тока — постоянный.

Лампы сигнализации: напряжение 6 В, род тока — переменный,

напряжение 24 В, род тока — постоянный

Номинальный ток (сумма токов одновременно работающих

электродвигателей) — 20 А.

Номинальный ток защитного аппарата (предохранителей, автоматического выключателя) в пункте питания электроэнергией — 25 А.

Описание работы электросхемы станка 1И611ПМФ3.

Режим работы станка выбирается при помощи переключателя BS, установленного на пульте управления станка.

Выбор скорости шпинделя.

Для включения соответствующей скорости шпинделя сигналы подаются на кодовые реле (Р7…Р9). Соединение контактов кодовых реле, представляющие собой прямые и обратные двоичные коды запрограммированной скорости шпинделя, которые обеспечивают одну из восьми возможных комбинаций включения электромагнитов редуктора.

Контроль обработки кода скорости осуществляется шестью конечными выключателями ВК5… ВК10 (по числу электромагнитов). Любому вновь вводимому коду скорости первоначально соответствует минимум один не нажатый конечный выключатель, который по окончанию цикла обработки кода скорости нажимается, тем самым дается сигнал об окончании отработки.

Переключатель В8 представляет собой шифратор кода скорости шпинделя в наладочном режиме. В случае «утыкания» шестерен размыкающий контакт конечного выключателя, контролирующего обработку кода скорости, не разомкнется и по истечению выдержки времени, мультивибратор А8 обеспечит работу шпинделя в качающем режиме, который будет происходить до тех пор, пока не будет нормального зацепления шестерен редуктора.

Торможение двигателя шпинделя — динамическое. Служит для более эффективного переключения скоростей и в качестве аварийного. Выключается с момента отключения шпинделя и заканчивается по сигналу от устройства бесконтактного торможения УБТ-1.

Устройство бесконтактного торможения обеспечивает цикл торможения и разрешает с определенного уровня частоты вращения шпинделя производить переключение электромагнитов редуктора. Смена частоты вращения шпинделя происходит следующим образом: вновь поступившая на станок технологическая команда первоначально исполняется включением реле Р7… Р9 в определенном сочетании, а затем включается реле Р17 при условии не совпадения вновь поступившего кода скоростей и имеющегося кода. О включении реле Р17 сигнализирует лампочка Л2

Реле Р17 отключает двигатель шпинделя своим размыкающим контактом 50,53 и подготавливает к работе схему качающегося режима асинхронного двигателя (размыкающий контакт 67, 68), мультивибратор А8 (размыкающий контакт 43, 91) и реле контроля скорости Р19.

После отключения двигателя шпинделя (отпадение пускателя П2 или П3) включается промежуточное реле Р14 и происходит динамическое торможение двигателя (пускатель П4 включается по цепи 2−62−63−65) до оптимальных оборотов (до нуля). Контроль за торможением осуществляет устройство А6 (унифицированный блок торможения), работающий на реле Р19, которое отпадает. Отпадает и реле Р13 (введено для размножения контактов).

Включение реле Р17 (несовпадение кодов скоростей) и отпадение реле Р13 (снижение скорости) разрешают по цепи 48−85−71 включиться соответствующему вводимому коду скорости сочетанию магнитов ЭМ1… ЭМ6. Далее возможны 2 варианта: переключение без «утыкания» и с «утыканием» .

В случае без «утыкания» сразу отпадает реле Р17 и через промежуточное реле Р14 (пауза) включается двигатель шпинделя (пускатели П2 или П3). В случае «утыкания» (реле Р17 продолжает оставаться под напряжением) вступает в работу мультивибратор А8, управляющий пускателями П4 и П7. Поочередное включение П4 и П7 с частотой 1,5…2 Гц обеспечивает качающий режим двигателя с углом качания 150. Как только произойдет нормальное зацепление, Р17 обесточится и дальнейшее происходит аналогично 1-му случаю.

Мультивибратор.

В исходном состоянии транзистор Т1 открыт положительным напряжением, поступающим на его базу через размыкающий контакт 43, 91 реле Р17, а реле Р20 выключено. При несовпадении кода на реле Р7… Р9 с кодом на выключателях ВК5… ВК10 включается реле Р17 и с момента отпадания реле Р13 (скорость шпинделя снижена) начинается разряд емкости С1 по цепи база — эмиттер транзистора Т1. Через время, определяемое величиной R2C1 транзистор Т1 закроется, а транзистор Т2 откроется и включится реле Р20. Перекидной контакт Р20 включает пускатель П4, выключает П7 и подключает положительное напряжение к базе транзистора Т1, который через выдержку времени откроется и таким образом мультивибратор переходит в режим генерации с частотой 1,5…2 Гц. Генерация прекращается после отпадания реле Р17 (произойдет правильное переключение шестерен).

Выбор позиции инструмента.

Поворот 4-х позиционной инструментальной головки на одну позицию осуществляется по команде Т в автоматическом режиме или нажатием кнопки Кн5 в наладочном режиме. Включается электромагнит поворота головки ЭМ9. Происходит подъем, поворот на одну позицию и отпускание головки. Конечный выключатель ВК1 контролирует конец поворота, а ВК2 — нормальную посадку головки. Он формирует сигнал об окончании смены инструмента, служащий разрешением.

Включение охлаждения.

В автоматическом режиме двигатель охлаждения работает при подаче сигнала устройства ЧПУ (команда М08) на промежуточное реле Р5, которое включает магнитный пускатель П5 электродвигателя охлаждения. Выключается охлаждение по команде М04.

Работа агрегатов смазки

Электродвигатель смазки включается при каждом первоначальном пуске станка одновременно с двигателем гидравлической системы.

Проверка работы приводов подач.

Проверка производится при включенном устройстве ЧПУ «СПФ-2ТМШ». Переключатель режима работ поставить в положение «наладка», а тумблер «0» в нижнее положение. Перемещение рукоятки крестового переключателя должны иметь мнемоническую связь с направлением движения исполнительных органов. При нажатии кнопки Кн7, расположенной в торце рукоятки крестового переключателя, скорость перемещения возрастает, происходит так называемое перемещение «ускоренно» .

Устройство ЧПУ «СПФ-2ТМШ» обеспечивает выход суппорта и каретки в «0» станка в режиме «наладка». При выходе в «0» по координате «Z» суппорт отводится в правое крайнее положение, а по координате «Х» каретка отводится в крайнее заднее положение (к оператору). Для выхода в «0» станка необходимо переключатель режима работ поставить в положение «наладка», а тумблер «0″ в положение» 0″. Перемещением рукоятки крестового переключателя задается направление перемещения для выход в «0». Выход в «0» возможен по перемещениям «+Х», «+Z» .

При наезде на конечные выключатели ВК15 (для координаты Х) или ВК16 (для координаты Z) происходит переключение на медленный ход, дальнейшее перемещение происходит до совпадения сигнала с конечных выключателей ВК17 (для координаты Х) и ВК18 (для координаты Z) с сигналом переключения 1-ой и 2-ой фаз шагового двигателя с коммутатора.

В момент совпадения дается сигнал на прекращение перемещения и загораются лампочки соответственно «0» Х станка или «0» Z станка на пульте управления устройства ЧПУ «СПФ-2ТМШ» .

Конечные выключатели ВК17 (или ВК18) представляют собой датчик бесконтактный типа БК-0. Принципиальная схема датчика состоит из генератора и усилителя. При введении в щель между катушками базовой и коллекторной обмоток генератора металлической пластины происходит уменьшение коэффициента обратной связи, вызывающее срыв генерации. Выходной транзистор ПП3 открывается и сигнал поступает в устройство ЧПУ «СПФ-2ТМШ» .

Подготовка станка к работе в автоматическом режиме.

Подготовка производится в положении «наладка» переключателя режима работ В6. Последовательно по каждой координате переместить суппорт и каретку в исходное положение «0» станка. Нажатием кнопки Кн5 установить инструментальную головку на первую исходную позицию. Переключатель режима работ на станке и устройстве ЧПУ поставить в положение «Автомат», тумблер «0» в нижнее положение. Заправить перфоленту в фотосчитывающее устройство (началом программы против фотодиодов). Нажать кнопку «ПУ» на пульте управления устройства ЧПУ «СПФ-2ТМШ». Затем нажать кнопку «Пуск» на пульте управления станка. При этом начнется считывание и обработка информации.

При необходимости прервать отработку программы необходимо нажать кнопку «Стоп» на пульте управления станка. При этом устройство прекращает отработку без потери информации. Чтобы восстановить отработку необходимо нажать кнопку «Пуск» на устройстве ЧПУ. Устройство ЧПУ предусматривает покадровую отработку информации, для чего необходимо переключатель режимов работы устройства поставить в положение «полуавтомат». Для считывания каждого следующего кадра нужно нажимать кнопку «Пуск» на устройстве ЧПУ.

Блокировки.

В электросхеме станка осуществлены блокировки:

запрещающие включение электродвигателя главного привода одновременно в прямом и обратном направлениях. Для этого использованы размыкающие контакты пускателей П2 и П3 в цепях катушек этих пускателей;

запрещающие одновременное включение вращения и торможения электродвигателя главного привода. Для этого использованы размыкающие контакты пускателей П2, П3, П4, П7;

ограничение перемещения каретки и суппорта в крайних предельных положениях. Для схода с аварийного положения необходимо перейти на наладочный режим, перевести тумблер «0» (В5) в нижнее положение, нажать кнопку «ПУ» на пульте управления устройства ЧПУ «СПФ-2ТМШ» и задать крестовым переключателем противоположное направление перемещения;

запрещающая работу станка при снижении давления гидросистемы ниже номинального. При снижении давления происходит полный останов станка и обеспечивается сигнал «Стоп аварийный», идущий на устройство ЧПУ «СПФ-2ТМШ». В качестве блокирующего элемента используется электрический контакт реле давления;

запрещающая отработку программы в автоматическом режиме при неправильной посадке инструментальной головки. В качестве исполнительного элемента используется конечный выключатель ВК2;

запрещающая отработку кадра программы с перемещениями при не вращающемся шпинделе. Для этого использованы замыкающие контакты реле Р4, Р12, Р13;

запрещающая пуск программы с пульта управления (кнопкой Кн6) в автоматическом режиме при нахождении инструментальной головки не на 1-й позиции. Исполнительный элемент — конечный выключатель ВК19.

Защита.

Защита электродвигателей и блока питания шаговых двигателей от токов короткого замыкания осуществляется автоматическим выключателем АК63−3М.

Защита электродвигателей от длительных перегрузок осуществляется тепловым реле типа ТРН-25 и ТРН-10.

Защита трансформатора с низкой стороны от токов коротких замыканий осуществляется предохранителями типа ПРС-6У3-П и ПРС-2СУ3-П.

В электросхеме станка предусмотрена нулевая защита, обеспечивающая невозможность произвольного самовыключения при подаче электроэнергии после внезапного ее исчезновения. Это осуществляется катушкой пускателя П1, которая при понижении напряжения ниже 80% номинального значения автоматически отключает двигатели и релейную схему станка.

1.2.2 Устройство ЧПУ типа «Маяк-221»

Устройство числового программного управления «Маяк-221» предназначено для управления двух координатным токарно-винторезным станком 1И611ПМФ3 с шаговым приводом подач.

Устройство предназначено для работы в закрытом цеховом помещении при отсутствии агрессивной среды.

По устойчивости к климатическим воздействиям окружающей среды устройство относится к группе 2 по ГОСТ 21 552–76 (температура от +5С до +40С и относительная влажность до 80%).

Технические данные системы ЧПУ приведены в таблице 1.1.

Устройство и работа системы ЧПУ «Маяк-221».

Устройство ЧПУ «Маяк» выполнено на основе микро-ЭВМ «Электроника-60М» и относится к классу систем CNC.

Блок-схема устройства представлена на рисунке1.1.

В комплект устройства входят:

1 Блок ввода технологических команд — БВв.

2 Блок вывода технологических команд — Бвыв.

3 Коммутатор — КМ1.

4 Адаптер — Ад.

5 Блок резьбы — БР.

6 Микроинтерполятор — МИ.

7 Интерфейс пульта опреатора — ИПО.

8 Блок формирования кодов — БФК.

9 Пульт оператора — ПО.

10 Пульт контроля — ПК.

11 Плата согласования с ФСП.

12 Блок усилителей мощности — БУМ.

13 Фильтр сетевой — ФС-220−4.

14 Блок питания датчика — БПД-2.

15 Машина электронная вычислительная — 15ВМ-16−12.

16 Фотосчитыватель — ФСП-3М, 127 В.

17 Блок ППЗУ.

Таблица 1.1 — Технические данные системы ЧПУ «Маяк 221»

Основные вычислительные операции выполняет микро-ЭВМ, включающая процессор М2, с ОЗУ емкостью 4096 16-и разрядных слов, плату В1 для связи с фотосчитывающим устройством и пишущей машинкой, плату В21 для связи с перфоратором, две дополнительные платы ППЗУ

емкостью по 8К 16-разрядных слов для хранения программного обеспечения и блок питания БП.

Шина канала микро-ЭВМ преобразуется адаптером Ад в шину внутриблочного канала, к которой подключены блоки связи со станком и органы управления устройством.

Блоки связи со станком по выполняемым функциям подразделяются:

1 блоки управления электроавтоматикой станка (блок вывода технологических команд (БВв),

2 блоки управления приводами подач (микроинтерполятор МИ, блоки усилителей мощности БУМ),

3 блок сопряжения с датчиком углового положения шпинделя ДУП-1000М, используемом при резьбонарезании (блок резьбы БР).

Орган управления устройством — пульт оператора ПО подключен к шине внутриблочного канала через блок формирования кодов БФК и согласующий блок — интерфейс пульта оператора ИПО. Через ИПО подключен также блок индикации БИ, входящий в состав пульта оператора.

Фотосчитывающее устройство подключено к плате В1 микро-ЭВМ через плату согласования ПС ФСУ. Пишущая машинка ЭПМ и перфоратор ПЛ и могут подключаться при подготовке и отладке программ. Все блоки, подключаемые к шине внутриблочного (Ад, БУ, БР, БВыв, БВв, МИ, КМ1, ИПО) конструктивно объедены в блоке логическом БЛ.

Пульт контроля ПК предназначен для индикации состояния фаз ШД, включения сетевого питания устройства и контроля питающих напряжений.

Блок питания датчиков БПД выдает питающие напряжения для датчиков углового положения шпинделя.

Программное обеспечение вводится в ППЗУ при изготовлении устройства. Микро-ЭВМ с введением в нее программным обеспечением выполняет следующие функции:

1 ввод программы управления станком с ОЗУ ЭВМ с перфоленты или вручную,

2 редактирования программ управления,

3 ввод отредактированной программы на перфоленту через внешний перфоратор,

4 наладочные перемещения и выход в исходное состояние,

5 контурное управление (интерполяция, расчет скорости коррекция скорости, формирование разгона и торможения),

6 расчет коррекции положения инструмента,

7 резьбонарезание или расчет скорости в мм/оборот при работе с датчиком шпинделя,

8 стандартные циклы обработки детали,

9 выдача на станок технологических команд,

10 контроль функционирования отдельных частей устройства.

Для экономии машинного времени микро-ЭВМ часть вычислительных функций выполняется аппаратными средствами. К этим функциям относятся:

1 преобразование параллельного кода приращения по координате в унитарный код — микроинтерполяция. Выполняется блоком МИ;

2 преобразование унитарного кода датчика шпинделя в параллельный код, формирование функции линейного разгона при резьбонарезании. Выполняется блоком резьбы;

3 управление шаговым приводом, преобразование унитарного кода в код управления фазовыми обмотками ШД и выполняется блоком шаговых коммутаторов.

Связь микро-ЭВМ с блоками устройства ЧПУ.

Канал микро-ЭВМ состоит из тридцати восьми шин, в т. ч. тридцать одна шина двунаправленная. В устройстве используется шина данных и адресов КДА00 — КДА15 и управляющие шины канала.

1.2.3 Промышленный робот «Электроника НЦТМ-01»

Робот «Электроника НЦТМ-01» предназначен для обслуживания металлорежущих токарных станков, а именно, для загрузки и выгрузки детали типа тел вращения диаметром до 150 мм, длиной до 150 мм при производстве изделий приборостроения.

Роботы предназначены для эксплуатации в помещениях категории 3 по ОСТ 11 6В0.005.022 при температурах от +10С до +30С, относительной влажности до 80%, атмосферном давлении (86,66 — 108,66) кПа.

Питание роботов «Электроника НЦТМ-01» от однофазной сети переменного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц. Нормы качества электроэнергии по ГОСТ 13 109–67.

Роботы «Электроника НЦТМ-01» обеспечивают работу при подаче сжатого воздуха по ГОСТ 17 433–80 под давлением (3,4 — 5,98)х105 Па.

Основные технические данные и характеристики.

Роботы «Электроника НЦТМ-01» обеспечивают горизонтальное перемещение схватов по оси Х не менее 9(КР) 1. знаком (КР) отмечены параметры, которые являются критериями работоспособности робота «Электроника НЦТМ-01» .

Технологическая скорость перемещения по оси Х не менее 50 мм/сек (КР).

Горизонтальное перемещение схватов по оси Y не менее 300 мм (КР).

Технологическая скорость перемещения по оси Y не менее 100 мм/сек (КР).

Вертикальное перемещение схватов по оси Z не менее 160 мм (КР).

Технологическая скорость перемещения по оси Z не менее 50 мм/сек (КР).

Поворот схватов в горизонтальной плоскости 90 (КР).

Рабочее перемещение каждого кулачка механизма захвата детали не менее 5 мм (КР).

Роботы «Электроника НЦТМ-01» обеспечивают непрерывную работу в автоматическом режиме в течении 50 час. И воспроизводят позиционирование не хуже 0,5 мм при максимальной производительности не менее 60 циклов в час (КР).

Допускается за 24 часа не более 6 остановов манипулятора, индицируемых на экране дисплея, вызванных срабатыванием системы самозащиты, если продолжение движения обеспечивается нажатием клавиши дисплея.

Роботы обеспечивают прижим заготовки к торцу кулачков патрона станка.

При наезде на препятствие блокируется работа робота.

Максимальная электрическая мощность, потребляемая роботом не более 0,7 кВА.

Удельная электроемкость робота не более 117 ВА/кг.

Удельная материалоемкость — не более 13,5 кг/кг.

Роботы выдерживают длительную работу в течении 600 часов при среднесуточной производительности 10 манипуляций с деталями в час или в течении 100 часов при максимальной производительности (60 циклов/час).

Роботы «Электроника НЦТМ-01» сохраняют работоспособность при отклонениях напряжения питающей сети на 10% от номинального значения.

Наработка на отказ при доверительной вероятности Р=0,8 не менее 300 час.

Коэффициент готовности Кг не менее 0,95.

Средний срок службы до списания не менее 5 лет.

Устройство и работа робота «Электроника НЦТМ-01»

Робот «Электроника НЦТМ-01» состоят из манипулятора электромеханического и системы управления.

Манипулятор имеет пять степеней подвижности и два схвата, расположенных под углом 90. Один настраивается на захват заготовки, другой — на захват детали.

Привода по всем степеням подвижности — электромеханические, привод схвата — пневматический.

Система управления выполнена на базе ЭВМ «Электроника 60М» .

Система управления снабжена дисплеем и устройством последовательного обмена для связи с управляющими устройствами высшего уровня. Система управления запрограммирована на стандартный цикл манипулирования деталями, вводятся только переменные данные, характеризующие новую партию деталей: тип кассеты, число позиций в ряду кассеты, число деталей в кассете.

Информация о партии деталей, поступивших на обработку вводится с клавиатуры дисплея, либо поступает в систему управления через устройство управления от системы управления высшего уровня.

Программное обеспечение роботов включает программы: самообучения по первой детали, «дожим» заготовки в патрон станка и прекращение движения при наезде на препятствие.

Устройство и работа составных частей роботов «Электроника НЦТМ-01» .

Манипулятор электромеханический.

Конструктивно манипулятор состоит из следующих основных узлов:

механизма горизонтального перемещения;

механизма подъема;

механизма захвата детали.

Механизм горизонтального перемещения:

координата перемещения — Х;

исполнительный орган — два двигателя постоянного тока типа ДПМ-30−42−01С, ОСТ 16.515.022−76, напряжение питания 24 В;

режим работы — реверсивный;

управление обеспечивает два уровня скорости;

торможение динамическое, обеспечиваемое двумя фрикционными электромагнитными тормозами.

Механизм подъема:

координата перемещения — Z;

исполнительный орган — два двигателя постоянного тока типа ДПМ-35-Н2−02, ОСТ160.515.022−76, напряжение питания 24 В;

режим работы — реверсивный;

управление обеспечивает два уровня скорости;

торможение динамическое, обеспечиваемое двумя фрикционными электромагнитными тормозами.

Механизм захвата детали состоит из двух схватов и устройства ротации схватов.

Устройство ротации схватов:

координата перемещения — Q;

исполнительный орган пневмоцилиндр, управляемый распределителем электропневматическим, напряжение 24 В.

Траектория конечного звена робота «Электроника НЦТМ-01» в базовом цикле представлена на рисунке 1.3.

Исходное положение робота в точке А. Траектория (Т) базового цикла алгоритма захвата заготовки представляет собой последовательность перемещений: по оси Х — Тав, по оси Х — Твс, опускание по оси Z — Тcd, захват заготовки из кассеты, подъем по оси Z — Тdc, ротация механизма схватов, опускание по оси Z — Tcd, оставление готовой детали, подъем по оси Z — Tdc, перемещение по оси Y — Tcb, перемещение по оси Х — Тав.

Далее из исходного положения в торчке, А робот перемещается к патрону станка. Для обхода передней бабки станка робот перемещается по оси Y — Тас, далее поворачивается на 90, одновременно производя ротацию схватов с тем, чтобы ось схвата захватывающего заготовку была горизонтальна, опускается по оси Z — Tfh для того, чтобы совместить ось схвата с осью патрона. Далее перемещается по оси Х — Thk к патрону станка, берет готовую деталь, отходит по оси Х — Тhk, производит ротацию схватов с тем, чтобы ось заготовки была горизонтальной, перемещается по оси Х — Тkh, оставляет заготовку в патроне станка, перемещается по оси X — Tkh, поднимается по оси Z — Thf, производит ротацию схватов, поворачивается от патрона станка — Тfe и по оси Y — Tea доходит до исходного положения.

В таблице 1.2 представлены обозначения операций базового цикла.

Базовый цикл перемещений конечного звена имеет две модификации:

Н — для деталей высотой до 70 мм, В — для деталей высотой выше 70 мм.

Таблица 1.2 — Условные обозначения операций цикла

где: j — число рядов в кассете, I — число позиций в ряду,

h — высота заготовки.

Команды обмена с УЧПУ станка:

S1 — патрон зажать,

S2 — патрон зажат,

S3 — патрон разжать,

S4 — патрон разжат,

S5 — пуск программы,

S6 — обработка окончена, Т — табло на экране дисплея.

1.3 Электропривод БТУ 3601

Устройство управления серии БТУ 3601 является основным элементом электропривода, в котором происходит преобразование переменного напряжения 3-х фазной питающей сети в постоянное напряжение, подаваемое на якорь электродвигателя, и в котором осуществляются все необходимые функции по управлению поступающим к якорю потоком энергии с целью регулирования его частоты вращения.

Силовая часть проекта выполнена в виде 3-х фазного мостового тиристорного преобразователя (управляемого выпрямителя), работающего по принципу раздельного управления силовым комплектом тиристоров. Схема управления выполнена по принципу 2-х контурной системы подчиненного регулирования параметров с ПИ-регуляторами тока и скорости.

Плата Е1 содержит элементы, необходимые для управления нереверсивным электроприводом, а именно:

систему импульсно-фазового управления — СИФУ;

регуляторы скорости и тока — РС и РТ;

функциональный преобразователь ЭДС двигателя — ФПЕ;

нелинейное звено — НЗ;

блок питания — БП;

датчик тока — ДТ;

узел защиты и сигнализации.

Система импульсно-фазового управления предназначена для преобразования постоянного управляющего напряжения, вырабатываемого системой автоматического регулирования, в последовательность прямоугольных управляющих импульсов соответствующей фазы, подаваемых на управляющие переходы тиристоров силовых вентильных комплектов. СИФУ состоит из двух идентичных каналов фазосмещения и управляющего органа УО (рисунок 1.4)

Каждый канал СИФУ выполнен по принципу одноканального управления двумя противофазными вентилями выпрямительного моста, что

.практически исключает асимметрию противофазных управляющих импульсов. СИФУ включает в себя следующие узлы:

1 Источник синхронизирующего напряжения — ИСН.

2 Три формирователя импульсов — ФИ (на рис. изображен один формирователь импульсов).

3 Управляющий орган — УО.

4 Шесть усилителей импульсов — УИ.

5 Двенадцать вводных устройств — УВ.

Формирователь импульсов состоит в свою очередь из следующих узлов: фильтра — Ф, двух пороговых элементов ПЭ1 и ПЭ2, формирователя синхронизирующих импульсов — F, генератора пилообразного напряжения — Г, нуль-органа — НО, RS-триггера, формирователя длительности импульсов — S.

Усилитель импульсов УИ собран по схеме составного транзистора, нагрузкой которого являются вводные устройства УВ. Усилитель импульсов имеет два входа: один для «своего» импульса, другой — для «чужого», идущего с другого формирователя импульсов. Это требуется для получения двух сдвоенных импульсов, необходимых для управления трехфазной мостовой схемой выпрямителя.

Вводное устройство служит для гальванического разделения силовой цепи от цепи управления.

Узел защиты обеспечивает следующие виды защиты:

максимально-токовую «сеточную», действующую при аварийных токах;

от перегрева двигателя при перегрузках;

устранение «ползучей» скорости при отключении задатчика частоты вращения

1.4 Технологический процесс обработки детали типа «Патрубок»

Деталь типа «Патрубок» обрабатывается на токарном станке с ЧПУ за два установа, далее следует слесарная операция, промывка, сушка и технический контроль.

Технологический процесс:

1-й установ:

Установить деталь в патрон. Закрепить. Патрон трехкулачковый ГОСТ 2675–80.

Точить 8 (81 -0,23); 5 (3 0,1); 8 (21,5 -0,52); 1 (79 +0,06); 5 (5 0,1); 11 (R 0,3 МАХ); 3 (51 0,2); 10 (45гр 1гр); 4 (40 +0,17). Резец специальный с цеховой заточкой 20×12 2120−0053 ВК8 ГОСТ 18 881–73; пробка 79 (+0,06) НП-011/1; скоба 84 (-0,23) НС-015/11; пробка 40 (+0,17) НП-009/32; штангенциркуль ШЦ—125−0,1 ГОСТ 166–89; индикатор ИЧ 10Б.

Точить 12 (0,9 +0,1); 6 (0,8 +0,1); 8 (15,9 +0,05). Резец канавочный ВК8 20×12 Т140.902 с цеховой заточкой D (0,8 +0,1); державка Т072.549; индикатор ИЧ 25 кл.1 ГОСТ 577–68: стойка С-V-8−160×100 ГОСТ 10 197–70.

Контроль рабочим 100%.

Детали уложить в тару. Тара НТ-008.

2-й установ:

Установить деталь на оправку. Закрепить. Оправка т230.126.

Точить 2 (84 -0,05 -0,14); 10 (13гр 1гр); 11 (R2,5); 7 (46 -0,05); 11 (R1); 11 (6,7 +0,1); 8 (19,7 -0,1). Резец подрезной ВК8 20×12 Т140.772−04; скоба 84 -0,05, — 0,14 НС-015/11; скоба 46 -0,05 НС-011/6. Штангенциркуль ШЦ—250−0,05 ГОСТ 166–89; угломер УН ГОСТ 5378–88.

Точить канавку 5 (0,8 +0,1); 9 (0,9 +0,1); 8 (1,0 -0,25). Резец канавочный ВК8 20×12 Т140.732−0,5; шаблон Т 040.301; шаблон Т040.-39; штангенциркуль ШЦ—250−0,05 ГОСТ 166–89.Контроль рабочим 100%.

Детали уложить в тару. Тара НТ-008.

Слесарная операция:

Оборудование: верстак слесарный.

Зачистить заусеницы по 40 +0,17 со стороны торца детали. Шабер цеховый.

Контроль рабочим 100%.

Детали уложить в тару. Тара НТ-008.

Промывка.

Оборудование: шкаф вытяжной ТИМ-230.

Промыть детали в трихлорэтилене, обдуть сжатым воздухом. Ванна цеховая.

Контроль рабочим 100%.

Детали уложить в тару. Тара НТ-008.

Технический контроль.

Оборудование: стол ОТК.

Контролируемые параметры представлены в таблице 3.

Таблица 1.3 — Контролируемые параметры детали

2 РАСЧЕТНО-КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Расчет нагрузочных диаграмм обработки детали типа «Патрубок»

Исходные данные для расчета нагрузочных диаграмм представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 — Исходные данные для расчета нагрузочной диаграммы

Рассчитываем моменты для построения нагрузочной диаграммы.

(2.1)

для построения диаграммы i (t) рассчитываем токи:

(2.2)

(2.3)

Результаты расчетов представлены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 — Силовые и скоростные характеристики процесса обработки

2.2 Статический расчет

Статический расчет проводим для наиболее длительного перехода (5-й). На основании нагрузочных диаграмм принимаем: Мн = 95,5 Нм,

н = 63 А. Тогда постоянная времени Тм:

(2.4)

Коэффициент усиления двигателя — Кд:

(2.7)

2.2.1 Расчет параметров силового трансформатора и выбор вентилей

Схема соединения обмоток трансформатора Y/Y, число пульсаций m=6.

Напряжение вторичной обмотки:

U2=E2KcKKR (2.8)

где: Е2 — теоретическое значение ЭДС вторичной обмотки, Ке — коэффициент схемы, Ке = 0,855,

Кс — коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное снижение напряжения в сети, Кс = 1,1,

КR — коэффициент запаса по напряжению, учитывающий падение напряжения на вентиле и на обмотках трансформатора, КR=1,05,

К — коэффициент запаса по напряжению, учитывающий неполное открытие вентиля при максимальном управляющем сигнале, К = 1,2.

Е2=КеUн = 0,855 220 = 188,1 В,

U2 = 188,11,11,21,05 = 260,7 B.

Теоретическое значение линейного тока вторичной обмотки — 2Л:

2Л = Кi2н = 0,28 963 = 18,2 А,

где: Кi2 = 0,289 — коэффициент схемы.

Ток вторичной обмотки — '2 = Ki2Л = 1,118,2 = 20 А, Где Кi = 1,1 — коэффициент непрямолинейности тока, учитывающий отклонение формы тока от прямоугольной.

Коэффициент трансформации — Ктр:

(2.9)

Теоретическое значение тока первичной обмотки —

= КiIн = 0,2863 = 17,7 А где: КiI = 0,408/1,45 = 0,28 — коэффициент схемы.

Ток первичной обмотки — '1

' = Ki =17,71,1 = 19,5 A

Теоретическое значение типовой мощности трансформатора для идеального выпрямителя — ST:

(2.10)

где: Ks =1,26 — коэффициент схемы.

ST=1,262 206 310−3 = 17,4 кВА.

Расчетная типовая мощность трансформатора:

(2.11)

PT=1,121,221,051,117,4 = 35 кВА.

Мощность трансформатора — P'T:

P'T = 1,3PT = 1,335 = 45,5 кВА.

Среднее значение тока вентиля нв:

нв = нКiв = 0,16 763 = 10,5 А,

где: Кiв = 0,167 — коэффициент схемы.

Максимальная величина обратного напряжения, прикладываемое к вентилю

Uвmax = KumaxKcKKRUн = 2,11,11,21,5 220 =640,3 В.

Выбираем тиристоры по среднему току и обратному допустимому напряжению вентиля. Указанным параметрам удовлетворяет тиристор марки ТБ 151−50−7.

2.2.2 Расчет индуктивности сглаживающего дросселя и параметров якорной цепи

Индуктивность сглаживающего дросселя — LСД:

(2.12)

(2.13)

(2.14)

max — предельный угол регулирования, max = 74,20;

к = 1 — порядок гармоники пульсирующего напряжения;

m = 6 — число пульсаций;

LCD = 0,032 Гн;

При max = 74,20 — lH =0,26.

Расчетное сопротивление якорной цепи — RP

RP = Rя + RТ + RЩ + RХ =0,3 + 0,54 + 0,52 + 0,032 = 1,5 Ом (2.15)

Активное и реактивное сопротивление трансформатора, приведенное к цепи выпрямленного тока:

RT = XT = (2.16)

где: UK = (0,03 — 0,05)UH — напряжение короткого замыкания.

Сопротивление, вносимое за счет перекрытия анодных токов — RX:

(2.17)

Сопротивление щеточного контакта — RЩ:

Расчетная индуктивность якорной цепи — LP:

LP = Lя + LT + 0,0016+0,02=0,022 Гн, (2.18)

где: Lя — индуктивность якоря.

Индуктивность трансформатора — LT:

(2.19)

2.2.3 Расчет естественных и искусственных характеристик При вычислении граничного тока следует определять электромеханическую постоянную времени — Тя и параметр нагрузки tg:

(2.20)

tg = Тя = 2fTЯ =3140,015 = 4,7 (2.21)

Для принятого числа фаз m = 6 и рассчитанного значения 1/Тя = 66,6 сек-1 по рисунку 2.1 определяем граничное значение относительного падения напряжения в сопротивлении якорной цепи: iГР = 0,02.

Относительное сопротивление якорной цепи — :

(2.22)

Тогда граничное значение относительного тока: