Разработка модернизированного блока управления электроавтоматикой станка модели 16А20Ф3С39

Анализ структуры и особенностей токарных станков с ЧПУ. Обоснование необходимости и направления модернизации блока управления электроавтоматикой. Проектирование структурной и электрической принципиальной схем устройства. Разработка управляющей программы.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

5

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ И ОСОБЕННОСТЕЙ ТОКАРНЫХ СТАНКОВ С ЧПУ

1.1 Станки с системой ЧПУ 2Р22

1.2 Станки с системой ЧПУ Siemens Sinumerik 840D

1.3 Станок 16А20Ф3С39 с системой ЧПУ «Электроника НЦ31-02»

2. АНАЛИЗ БЛОКА УПРАВЛЕНИЯ 16А20Ф3.192501.000

2.1 Обоснование необходимости модернизации блока управления и ее основные направления

3. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА

4. РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА

4.1 Схема входной гальванической развязки

4.2 Блок мультиплексоров

4.3 Управляющий микроконтроллер

4.4 Блок регистров

4.5 Блоки выходной гальванической развязки

4.6 Схема логики аварийного останова

5. РАЗРАБОТКА УПРАВЛЯЮЩЕЙ ПРОГРАММЫ

5.1 Подпрограмма инициализации контроллера

5.2 Подпрограмма опроса входных сигналов

5.3 Подпрограмма обработки команды

5.4 Подпрограмма анализа состояний

5.5 Подпрограмма установки выходных сигналов

5.6 Подпрограмма обслуживания прерывания таймера

6. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА

6.1 Расчет затрат на стадии НИОКР

6.2 Расчет годовых эксплуатационных расходов

6.3 Технико-экономические показатели проекта

7. ОХРАНА ТРУДА. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ С ХИМИЧЕСКИМИ ИСТОЧНИКАМИ ТОКА

7.1 Техника безопасности при работе с гальваническими элементами

7.2 Техника безопасности при работе с аккумуляторами

8. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЮ

8.1 Мероприятия по уменьшению энергопотребления схемы

8.2 Расчет блока питания

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ



ВВЕДЕНИЕ

В современном производстве оборудование с ЧПУ все больше вытесняет традиционное оборудование, для управления рабочими органами которого требуется специалист с высокой квалификацией. Основная причина этого - один человек может управлять только одним станком, скорость реакции человека и возможности по сравнению с компьютером гораздо ниже, что значительно снижает производительность труда.

Начиная от мелкосерийного производства, актуальность применения станков с ЧПУ все больше возрастает с увеличением объемов выпускаемой продукции, а также с увеличением требований к качеству. Современные станки могут обеспечивать точность обработки, исчисляемую единицами микрометров, при этом скорость обработки гораздо выше, чем на универсальных станках. Также применение числового программного управления открывает множество возможностей, недоступных при использовании универсальных станков.

Одним из примеров станков с ЧПУ является токарный станок модели 16А20Ф3С39. Данная модель станка начала поступать на предприятия стран бывшего СССР в конце 80х-начале 90х годов 20 в. Несмотря на то, что данные станки эксплуатируются длительное время, есть ряд задач, которые они способны выполнять. Это детали, не требующие большой точности и сложной геометрии (различные шкивы, валы, заготовки для зубчатых колес). В связи с широкой номенклатурой подобных деталей экономически выгодной является продолжение эксплуатации данной модели станка, нежели обновление производственных фондов.

Однако, вследствие длительной эксплуатации, многие элементы электрических и электронных систем выработали свой ресурс. Следствием этого являются участившиеся отказы, которые являются причиной нежелательных простоев оборудования. Так как элементная база, на основе которой выполнены данные узлы больше не производится, возникают трудности с проведением своевременного ремонта, что еще более усугубляет ситуацию. Решением данной проблемы является разработка узлов, заменяющих выработавшие свой ресурс аналоги. Помимо основного назначения применение современной элементной базы и схемотехнических решений позволяет улучшить некоторые эксплуатационные характеристики и снизить затраты на эксплуатацию.

Целью данного дипломного проекта является разработка модернизированного блока управления электроавтоматикой станка модели 16А20Ф3С39, взамен блока управления 16А20Ф3.192501.000.



1. АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ И ОСОБЕННОСТЕЙ ТОКАРНЫХ СТАНКОВ С ЧПУ

Токарный станок с ЧПУ - это металлорежущий станок для обработки деталей точением, управляемый системой ЧПУ. Существуют различные варианты станков с ЧПУ. В простейших реализовано только управление перемещением по координатам X и Z, все остальное (выбор скорости шпинделя, зажим/разжим шпинделя, подвод отвод пиноли, смена инструмента) делается вручную. В современных станках большая часть функций автоматизирована и на оператора ложится задача только смены заготовок[1].

Рассмотрим структуру токарного станка с ЧПУ на примере станка 16А20Ф3 [2].Общий вид станка показан на рисунке 1.1. Станок широко распространен на многих предприятиях из-за своей простоты и в то же время достаточного функционала. Он комплектовался различными системами ЧПУ, такими, как «Электроника НЦ-31», «2Р22», «Электроника МС2109» и другими, а так же различными вариантами электроприводов.

Рисунок 1.1 - общий вид токарного станка 16А20Ф3

1 - двигатель зажима/разжима заготовки; 2 - коробка скоростей; 3 - станочный пульт управления; 4 - шпиндель; 5 - винт подачи оси X; 6 - восьмипозиционная револьверная головка; 7 - двигатель подвода/отвода упорного центра; 8 - двигатель подачи оси Z.



Независимо от управляющей системы, структуру станка можно представить двумя основными группами:

1) Управление перемещением в системе рабочих координат:

- вращение шпинделя (координата S);

- продольное перемещение суппорта (координата Z);

- поперечное перемещение суппорта (координата X).

2) Управление электроавтоматикой станка:

- включение главного привода;

- включение привода подач;

- включение подачи смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ);

- включение импульсной смазки;

- включение двигателя зажима инструмента (2 направления);

- включение двигателя подвода пиноли (2 направления);

- включение двигателя смены инструмента (2 направления);

- включение транспортера удаления стружки;

- функции контроля над состоянием исполнительных механизмов.

Как правило, независимо от используемой системы управления первая группа функций реализуется самой системой ЧПУ, которая непосредственно позиционирует рабочие органы в заданную технологической управляющей программой позицию с помощью электропривода. Реализация второй группы функций различна в каждой примененной системе ЧПУ. Связано это обычно с тем, что система ЧПУ является универсальным устройством, устанавливаемым на различные типы станков, а функция сопряжения ЧПУ и станка ложится на производителя станка. Управление вспомогательными узлами станка обычно производится двумя способами:

1) Автоматически по командам системы ЧПУ. К этой группе относится включение импульсной смазки, которое производится согласно заданным временным интервалам.

2) По технологическим командам из управляющей программы. Например, M3 - включение вращения шпинделя по часовой стрелке, Т5 - выбор инструмента №5.

Исполнительные механизмы различных станков могут иметь различное исполнение. Например, смена инструмента может производиться либо электродвигателем, либо гидромотором. В первом случае необходимо подавать на двигатель питание от промышленной трехфазной сети 380V, во втором случае управление производится гидравлическим золотниковым клапаном, обмотка которого питается от цепей управления. В любом случае требуются дополнительные схемные решения, для согласования между системой управления и приводами исполнительных механизмов. Эти функции выполняет электроавтоматика станка, которая получает сигналы управления, и преобразует их в нужную форму для воздействия на конечные узлы. Структура токарного станка с ЧПУ показана на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Структура токарного станка с ЧПУ

Электроавтоматика станка может быть построена различными способами, в зависимости от используемой системы ЧПУ. Преобразование технологических команд в управляющие воздействия может выполнять сама система ЧПУ, производя дешифрирование команды, опрашивая входные сигналы и применяя к полученным данным определенные логические операции, записывать результат в блок выходных сигналов. Так же система ЧПУ может выдавать команды через специальный канал, а расшифровывает и следит за их выполнением специальный блок управления. Последние поколения систем ЧПУ используют так называемый программируемый логический контроллер, который имеет аппаратные входы и выходы, связан с ЧПУ специальным каналом, а вся логика работы электроавтоматики реализована программно, а программа выполняется контроллером. Такая схема получила распространенность из-за гибкости при использовании, простоты разработки и модернизации.

В качестве примера рассмотрим...