Общая характеристика фрезерного станка

1.Общая характеристика  фрезерного станка.

 

Фрезерный станок предназначен для механической обработки  деталей из различных конструктивных материалов:

- Пластик;

- Дерево;

- Цветные  металлы:

- Композитные  панели;

- ПВХ;

- Акриловое  стекло;

- МДФ;

- Искусственный камень (меломин).

Используется  в единичном или мелкосерийном  производстве.

 

Станок обладает следующими основными техническими характеристиками, табл. 1.

№	Наименование  параметра	Значение  параметра	Примечание
1	Габаритные  размеры станка: длина, мм ширина, мм высота, мм	2800 2100 2600
2	Размеры рабочей  поверхности стола, мм: длина ширина	1400 320
3	Масса, кг	1800
4	Количество  регулируемых координат	3
5	Питающее  напряжение, трёхфазное, В	380
6	Перемещение по координате Х, мм	0-1200
7	Перемещение по координате Y, мм	0-600
8	Перемещение по координате Z, мм	0-400
9	Привод главного движения, мощность, кВт частота вращения, мин-1	7,5 570-2200	Плавное бесступенчатое регулирование скорости
10	Скорость  по координате Х, мм/мин	8-1200
11	Скорость  по координате Y, мм/мин	8-1200
12	Скорость  по координате Z, мм/мин	8-800
13	Точность  перемещения по оси X, мм	0,1
14	Точность  перемещения по оси Y, мм	0,1
15	Точность  перемещения по оси Z, мм	0,2
16	Скорость  быстрого перемещения узлов по координатам X,Y,Z, мм/мин:	5000

 

 

 

1.2. Обоснование  требований к системе ЧПУ.

 

 

       Система ЧПУ станка должна  обеспечить выполнение контурного (позиционного) управления электроприводами по координатам. Одновременно система должна обеспечивать выполнение решения геометрической, технической, логической и терминологической программы управления станком, при поддержании показателей технологической точности в соответствии с параметрами табл. 1.

Решение логической задачи управления должно осуществляться по закону управления. Система должна иметь возможность открытого диалога с оператором, связь с ЭВМ верхнего уровня управления и каналы связи для включения в децентрализованную систему управления автоматикой цеха.

  С учётом  этих общих требований предлагается разработать систему ЧПУ фрезерного станка с подробной разработкой блока контроля усилия резания.

 

Общая структурная  схема ЧПУ представлена на рис.1. включающем следующие основные блоки:

БП – блок питания. Обеспечивает питание необходимым  постоянным напряжением и  током всех блоков системы ЧПУ от обычной сети. Особенностью этого блока является наличие стабилизаторов напряжения и фильтров, защищающих электронные схемы от помех в промышленных силовых сетях.

ЦП – центральный  процессор, выполняющий математические и логические операции при выполнении команд и согласующий работу отдельных элементов электроники и автоматики в системе;

ОЗУ – оперативное  запоминающие устройство, выполняющее  хранение временных данных при отработке программы или обращении процессора к элементам системы;

ПЗУ – постоянное запоминающие устройство, которое используется для хранения констант, команд и  адресов команд и устройств системы;

ИСМ – интерфейсный блок, необходимый для сопряжения станочной магистрали СМ с каналом  общей шины ОШ;

Пульт оператора  – клавиатура, поделенная на функциональные зоны:

– зона выбора работы системы в автоматическом, ручном, кадровом, однократном, «толчковом», циклическом и имитационном режимах;

  – зона с функциональными кнопками, используемая для ввода данных об обрабатываемой детали, вносящая изменения в работу программы, системы,

станка;

 – зона  с функциональными кнопками, осуществляющими  защиту от несанкционированного доступа к главным элементам управления системы;

 – зона  остановки/прерывания работы системы, осуществляющая прерывание работы отдельных узлов станка и его в целом при различных режимах работы;

Дисплей –  устройство, отображающее текущее состояние  системы, ее параметры, и позволяющее  отслеживать процессы работы системы  и управление станком;

ФСУ – фотосчитывающее  устройство. Предназначено для считывания информации с внешних носителей перфокарт или перфолент;

Внешняя память реализуется за счет USB – порта, к которому подключается flash – накопитель. С последнего производится запуск программного обеспечения для системы, а также считывание установок и координат нулевой и начальной точек для данного станка;

ЭВМ ВУ – специальный  вход к каналу системы ЧПУ для  подключения машин ЭВМ верхних  уровней управления;

Принтер –  печатающее устройство;

 

Блок входных сигналов электроавтоматики станка – прием различных по току и напряжению электрических сигналов от электрооборудования и автоматики станка и преобразование сигналов в сигналы соответствующие по напряжению, току и системе кодирования в стандарте канала ОШ. Данный блок был задан в качестве подробно разрабатываемого блока.

Блок выходных сигналов электроавтоматики станка -  предназначен для передачи управляющих  сигналов от ЦП к периферийным устройствам станка: привод защитного кожуха, включение и отключение освещения рабочей зоны, подача охлаждающей жидкости на обрабатываемую деталь; передает сигналы от электроавтоматики станка.

БСДОС – блок связи с датчиками обратных связей приводов станка, должны преобразовывать  полученные сигналы (аналоговые или  цифровые) в сигналы, понятные системе управления и обеспечивать процесс считывания этих сигналов со скоростью необходимой для качественного процесса регулирования и достижения требуемой точности.

Блок управления приводом (БУП) предназначен для связи  системы ЧПУ с силовой частью электропривода станка, выходными сигналами которого являются управляющие сигналы, следующие к электроавтоматике станка. БУП в своей структуре содержит цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) преобразующий цифровой управляющий сигнал в аналоговый;

АЦП – блок связи с аналоговыми датчиками. Предназначен для преобразования сигнала, поступающего от датчиков в систему ЧПУ, в цифровой код.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1. Общая структурная схема системы управления.

 

1.3. Программируемые  параметры. 

Программная привязка системы ЧПУ к параметрам станка позволяет производить наладку, эксплуатацию и модификацию станка с гибким изменением некоторых его параметров для оптимальной работы. Предлагаемые параметры гибкой привязки системы приведены в табл.2.1

 

Обозначение параметра	наименование	Программируемое значение
Р1	Фиксированное положение по координате X, мм	0-120
Р2	Фиксированное положение по координате Y, мм	0-120
Р3	Фиксированное положение по координате Z, мм	0-120
Р4	Задание ограничения  перемещения по оси X, мм	800-1200
Р5	Задание ограничения  перемещения по оси Y, мм	300-600
Р6	Задание ограничения  перемещения по оси Z, мм	200-400
Р7	Задание максимальной скорости подач по оси X, мм/с	от 0,016 до 167
Р8	Задание максимальной скорости подач по оси Y, мм/с	от 0,016 до 167
Р9	Задание максимальной скорости подач по оси Z, мм/с	от 0,016 до 167
Р10	Дискретность  перемещения по оси Х', мм	0,01
Р11	Дискретность  перемещения по оси Y', мм	0,01
Р12	Дискретность  перемещения по оси Z', мм	0,01
Р13	Дискретность  измерительной системы (дробная часть)	1000
Р14	Дискретность  измерительной системы (целая часть)	0

 

 

Остальные параметры  задаются аппаратно.

 

 

3. Разработка блока контроля виброколебаний

3.1 Разработка функциональной схемы

Анализ конструкции  станка и предварительных требований к системе управления показывает, что разрабатываемый блок будет определяться в системе как пассивный источник информации. В соответствии с этим функциональная схема блока будет иметь вид, показанный на рис.2.

Рис.2.Функциональная схема блока измерения линейной подачи

 

Условные  обозначения: ОШ – общая шина; ШПД – шина прямого доступа;

ШПР – шина прерываний; ШУ – шина управления; ШАД – шина адреса и данных; СИА – сигнал синхронизации активного устройства;

ВУ – сигнал  обращения к внешнему устройству; СИП – сигнал синхронизации пассивного устройства; ЧТ – сигнал чтения; ЗП – сигнал записи в регистр источник; ВВОД – сигнал, вырабатываемый активным устройством, обозначает, что устройство производит выборку данных через канал из внешнего устройства.

Адрес блока  выставляется центральным процессором (ЦП) на ШАД в сопровождении сигнала  КСИАВ и расшифровывается дешифратором адреса (ДА). По сигналу КВУВ адрес  фиксируется в триггере (Т) формированием 1 на выходе ДА. Далее ЦП выставляет сигнал КВВОДВ на ШУ. При совпадении этого сигнала с 1 на выходе триггера Т активируется функциональный преобразователь (по сигналу ЧТ), который записывает в регистр источник данные.

Сигнал ЧТ на короткое время открывает вентиль, через который данные поступают на ШАД.

С необходимой  для окончания переходных процессов  задержкой времени на элементе Д формируется сигнал КСИПВ, информирующий ЦП об окончании чтения.

ЦП принимает  данные, снимает сигнал КВВОДВ, затем  КСИАВ, триггер сбрасывается, ЧТ снимается, вентиль закрывается.

 

3.2 Разработка упрощенной структурной схемы

            Структурную схему блока  связи  с пьезоэлектрическими датчиками  составим на основании приведенной в предыдущем пункте функциональной схемы. При этом такие устройства как дешифратор адреса (ДА), триггер (Т), схема реализующая функцию «логическое И» (&) (см.рис. 2) объединим в общий блок, называемый схемой адресации. Регистр (РП),  вентиль (В) и  функциональный преобразователь (ФП) будут определены отдельными блоками.

Деформация  станины станка является пространственным изменением геометрических параметров в декартовой системе координат. Для того чтобы осуществить измерение деформации устанавливаем 3 датчика по осям X,Y,Z.  Результирующий сигнал поступающий от датчиков получаем путем векторного сложения. Далее обработанный сигнал должен поступить в центральный процессор. По этому достаточно осуществить мультиплексирование аналоговых сигналов, аналого-цифровое преобразование  и промежуточное хранение информации в данном блоке. В связи с выше изложенным структурная схема содержит следующие блоки.

- Датчик Х; датчик  Y; датчик Z

- АЦП (аналого-цифровой  преобразователь) со встроенным  мультиплексором;

- РИ регистр

- БУМП блок управления  мультиплексором

- АДР схема адресации

Тогда общая  структурная схема будет иметь вид, показанный на рис. 3

Рис.3.2  упрощенная структурная схема

 

3.3 Разработка электрической принципиальной схемы

3.3.1 Описание и принцип  работы датчика 

Измерительный преобразователь механического усилия в электрический сигнал; его действие основано на использовании пьезоэлектрического эффекта. Один из вариантов конструкции П. д. давления показан на рис. Под действием измеряемого давления на внешней и внутренней сторонах пары пластин пьезоэлектрика возникают электрические заряды, причём суммарная эдс (между выводом и корпусом) изменяется пропорционально давлению. П. д. целесообразно применять при измерении быстроменяющегося давления; если давление меняется медленно, то возрастает погрешность преобразования из-за «стекания» электрического заряда с пластин на корпус. Включением дополнительного конденсатора параллельно П. д. можно уменьшить погрешность измерения, однако при этом уменьшается напряжение на выводах датчика. Основные достоинства П. д. — их высокие динамические характеристики и способность воспринимать колебания давления с частотой от десятков гц до десятков Мгц. Применяются при тензометрических измерениях, в весовых и сортировочных (по весу) устройствах, при измерениях вибраций и деформаций и т.д.