.3
программа работы
Программа работы системы технологической автоматики написана
на языке Ladder Diagram (LAD).
NETWORK 1
// Разрешение работы станку в строгальном режиме
A LI6 // если включен строгальный режим
A LI13 // и есть давление масла
= LM1 // то работа разрешена
NETWORK 2
// Включение вентилятора двигателя
O LM2 // если стол передвигается вперед
O LM3 // или назад
= LO4 // то включается вентилятор
https://www.youtube.com/watch?v=subscribe_widget
NETWORK 3
// Обработка аналоговых сигналов
L AI1 // загружаем сигнал с задатчика скорости
рабочего хода
T AM1 // и переносим его во внутреннюю переменную
L AI2 // загружаем сигнал с датчика скорости стола
T AM2 // и переносим его во внутреннюю переменную
L AI3 // загружаем сигнал с задатчика скорости
обратного хода
T AM3 // и переносим его во внутреннюю переменную
NETWORK 4
// Замедление двигателя при рабочем и обратном ходе
O LI53 // если нажат индикатор замедления рабочего
хода
O LI54 // или нажат индикатор замедления обратного
хода
S LM4 // то стол тормозит по первому
запрограммированному закону
O LI55 // если нажат аварийный выключатель «Вперед»
O LI56 // или нажат аварийный выключатель «Назад»
S LM5 // то стол тормозит по второму
запрограммированному закону
NETWORK 5
// Работа стола в ручном режиме
AN LI5 // если включен ручной режим
A LI1 // пока нажата кнопка «Включение устан. перем.
вперед»
AN LI51 // если не нажат концевой выключатель «Вперед»
AN LI55 // если не нажат аварийный выключатель
«Вперед»
= LM2 // то стол перемещается вперед
O // или
AN LI5 // если включен ручной режим
A LI2 // пока нажата кнопка «Включение устан. перем.
назад»
AN LI52 // если не нажат концевой выключатель «Назад»
AN LI56 // если не нажат аварийный выключатель «Назад»
= LM3 // то стол перемещается назад
NETWORK 6
// Работа стола в автоматическом режиме
A LI5 // если включен автоматический режим
A LI3 // если запущен автоматический цикл строгания
NETWORK 6
// Работа суппортов в автоматическом и ручном режимах
A LI51 // если нажат концевой выключатель «Вперед»
A LI11 // и выбран в работу боковой суппорт
S LO53 // то поднимаем резцедержатель бокового
суппорта
О // или
A LI51 // если нажат концевой выключатель «Вперед»
A LI12 // и выбраны в работу вертикальные суппорты
S LO51 // то поднимаем резцедержатель левого
вертикального суппорта
S LO52 // и поднимаем резцедержатель правого
вертикального суппорта
О // или
A LI52 // если нажат концевой выключатель «Назад»
A LI11 // и выбран в работу боковой суппорт
R LO53 // то опускаем резцедержатель бокового
суппорта
AN LI59 // и если не нажат концевой выключатель
«Вверх» перемещения бокового
// суппорта
= LO56 // осуществляем подачу бокового суппорта в течение
// времени остановки
O // или
A LI52 // если нажат концевой выключатель «Назад»
A LI12 // и выбраны в работу вертикальные суппорты
R LO51 // то опускаем резцедержатель левого
вертикального суппорта
R LO52 // и опускаем резцедержатель правого
вертикального суппорта
AN LI59 // и если не нажат концевой выключатель
«Вправо» перемещения вертикальных
// суппортов
= LO54 // осуществляем подачу вертикальных суппортов в течение
// времени остановки
O // или
A LM7 // если закончен цикл строгания
AN LI58 // и не нажат концевой выключатель «Влево»
перемещения вертикальных
// суппортов
= LO55 // происходит зарядка вертикальных суппортов
O // или
A LM7 // если закончен цикл строгания
AN LI60 // и не нажат концевой выключатель «Вниз» перемещения
бокового суппорта
= LO3 // происходит зарядка бокового суппорта
5. Технико-экономическое обоснование проекта
.1 Введение
Продольно-строгальные станки применяются в машиностроительной
отрасли более 50 лет, многие из них в настоящее время требуют реконструкции. В
данном технико-экономическом расчёте производится экономическое обоснование
модернизации продольно-строгального станка модели 7216Г, которая заключается в
замене физически и морально устаревшего привода механизма главного движения стола
на основе двигателя постоянного тока на систему преобразователь частоты —
асинхронный двигатель. Вследствие этого работа следующих электроприводов станка
исключается в силу ненужности:
электропривод генератора постоянного тока для двигателя
главного движения;
электромашинный усилитель привода главного движения;
генератор постоянного тока — возбудитель для двигателя
главного движения;
электропривод подачи стола во фрезерном режиме.
Таким образом, экономический эффект от внедрения
частотно-регулируемого электропривода складывается из экономии электроэнергии и
снижения эксплуатационных затрат.
По пожеланиям заказчика оборудование, необходимое для
реализации проекта, выбрано из каталогов фирмы Schneider Electric, как хорошо себя
зарекомендовавшей в области производства оборудования для автоматизации
промышленных установок.
В качестве преобразователя частоты предполагается
использование преобразователя частоты Altivar 71 фирмы Schneider Electric. Сравнивая стоимости ПЧ
серии Altivar 71 с прайсовыми ценами приводов той же мощности фирм АВВ (ACS800) и SIEMENS (Micromaster440) видим, что экономия
на приобретении ПЧ составит 5-10%.
Компания Schneider Electric является одним из
лидеров на рынке электротехнической продукции и зарекомендовала себя как
изготовитель качественных, надежных и высокотехнологичных изделий.
Плавные переходные процессы, обеспечиваемые частотно —
регулируемым приводом, приводят к значительному снижению динамических нагрузок
в элементах кинематической цепи привода, что позволяет повысить надежность и
долговечность работы механического оборудования станка, сократить время
простоев из-за неисправностей электрооборудования.
Широкий диапазон
регулирования скорости вращения ротора приводного электродвигателя позволяет
получать любые оптимальные скорости реза заготовки и обратного хода, что в
итоге повышает производительность станка и качество обработки металла.
Применение современного программируемого контроллера значительно сократит время
перенастройки станка на новый вид продукции и повысит гибкость технологического
процесса.
.2 Капитальные затраты
Капитальные затраты на реализацию проекта состоят из:
1) затрат на приобретение нового оборудования;
2) затрат на монтаж;
) затрат на пусконаладочные работы;
) затрат на проектирование;
) затрат на транспортировку.
Для определения затрат на покупку оборудования была
использована заказная спецификация на приобретение оборудования и прайсовые
цены производителей на 1 квартал 2022 г.
Таблица 5.1. Затраты на приобретение нового оборудования
№ п/п | Наименование | Кол-во | Стоимость, руб. |
1 | Шкаф автоматики | 1 шт. | 40875,95 |
Двигатель | 1 шт. | 136676,27 | |
3 | Преобразователь | 1 шт. | 330527,25 |
4 | Интерфейсная | 1 шт. | 5728,44 |
5 | Импульсный | 1 шт. | 9204,09 |
6 | 1 шт. | 122694,29 | |
7 | Автоматический | 1 шт. | 51039,33 |
8 | Автоматический | 2 шт. | 143,51 |
9 | Сетевой | 1 шт. | 20562,19 |
10 | ПЛК 24 вх/16 | 1 шт. | 27008,09 |
11 | Кнопка | 10 шт. | 6475,04 |
12 | Выключатель | 12 шт. | 23043,62 |
13 | Ключ-бирка | 1 шт. | 1 149,79 |
14 | Переключатель | 2 шт. | 4 107,47 |
15 | Интерфейсное | 13 шт. | 5 441,42 |
16 | Потенциометр | 2 шт. | 1 681,12 |
17 | Клеммники ZDU2,5 разных цветов | 100 шт. | 3 227,30 |
18 | Монтажный | 1 шт. | 23 950,28 |
ИТОГО по | 813 535,47 |
. Определение затрат на монтаж
Определение затрат на монтаж опирается на территориальные
сметные нормативы Свердловской области 2001 г., сборник №8 «Электротехнические
установки».
Таблица 5.2. Стоимость монтажных работ
№ п/п | ТЕРм | Наименование | ед. изм. | кол-во | стоимость за | общая |
1 | ТЕРм08-03-572-07 | Демонтаж. Блок | шт | 1 | 1 248,38 | 1 248,38 |
2 | ТЕРм08-03-572-07 | Блок управления | шт. | 1 | 4 161,27 | 4 161,27 |
3 | ТЕРм08-03-574-05 | Разводка по | шт. | 4 | 6 166,62 | 24 666,47 |
Продолжение | ||||||
№ п/п | ТЕРм | Наименование | ед. изм. | кол-во | стоимость за | общая |
4 | ТЕРм08-03-481-07 | Установка | шт. | 1 | 6 477,26 | 6 477,26 |
Итого по ценам | 36 553,39 | |||||
Кроме того НДС | 6 579,61 | |||||
Итого: | 43 133,00 |
Таблица 5.3. Затраты на пусконаладочные работы
№ п/п | ТЕРп | Наименование | ед. изм. | кол-во | стоимость за | общая |
1 | ТЕРп01-08-022-01 | Преобразователь | шт. | 1 | 44 492,26 | 44 492,26 |
2 | ТЕРп01-03-002-06 | Выключатель | шт. | 1 | 459,46 | 459,46 |
3 | ТЕРп01-07-001-01 | Электродвигатель | шт. | 1 | 413,14 | 413,14 |
4 | ТЕРп02-01-001-07 | Автоматизированная | шт. | 1 | 43 435,50 | 43 435,50 |
Итого по ценам | 88800,34 | |||||
Кроме того НДС | 15984,06 | |||||
Итого: | 104784,40 |
Расчёт стоимости электромонтажных и пусконаладочных работ
произведён с помощью программного продукта «Гранд-Смета».
. Расчет затрат на проектирование
При расчете стоимости проектирования была использована
система окладов ИТР. Расчет сделан на группу инженеров из 2 человек.
Проектирование и подготовка документации производится в течение 4 рабочих
недель.
Заработная плата ведущего инженера проектного отдела — 36 000
руб.
Заработная плата инженера проектного отдела I категории — 30 000 руб.
ЕСН = 30%
Уральский коэффициент = 15%
(5.1)
. Транспортные расходы
В связи с тем, что поставку оборудования и сборку НКУ осуществляла
фирма ООО «НПО Энергоавтоматика», которая является официальным интегратором
фирмы-производителя Schneider Electric, а общая стоимость поставки оборудования превышает 100000
рублей, то в соответствии с договорными отношениями транспортные расходы
включены в стоимость оборудования.
Суммарные капитальные затраты:
руб., (5.2)
где Kоб — капитальные затраты на оборудование, руб.;
Kм — капитальные затраты на монтаж, руб.;
Kпн — капитальные затраты на пусконаладку, руб.;
Kп — капитальные затраты на проетирование, руб.
.3 Расчет эксплуатационных расходов
Эксплуатационные расходы состоят из:
1) амортизационных отчислений;
2) затрат на обслуживающий персонал;
) затрат на электроэнергию.
. Расчет амортизационных отчислений
Расчет амортизационных отчислений производится линейным
способом
руб./год (5.3)
гдеK — суммарные капитальные затраты;
НА — норма амортизации при сроке
эксплуатации 10 лет.
2. Расчет затрат на заработную плату обслуживающему
персоналу
Расчет затрат на ремонт и техобслуживание складывается из
заработной платы ремонтного персонала и оплаты материалов, необходимых для
ремонта. Данные, приведенные в этом разделе, основаны на правилах
планово-профилактических ремонтов (ППР), одинаковых для всех предприятий и
графиков ППР для станка 7216Г данного предприятия.
Ремонт оборудования осуществляется электриком шестого разряда
с часовой тарифной ставкой Сч=90 руб./час согласно тарифной сетки,
установленной руководителем предприятия.
В затратах на ремонт и обслуживание учитывается количество
текущих (Т), средних (С) и капитальных (К) ремонтов в течение всего срока
службы лет Тс = 10 лет и трудоемкость ремонтов
Таблица 5.4. Трудоёмкость ремонтов
Оборудование | Количество | Трудоемкость | Суммарная |
Асинхронный | 20-2-1 | 2-4-10 | 58 |
Преобразователи | 4-2-1 | 2-4-10 | 26 |
Двигатель | 40-5-1 | 4-4-10 | 110 |
Затраты на зарплату электрика за год на ремонт оборудования:
руб., (5.4)
где T∑ — суммарная трудоёмкость ремонта, чел.∙ч;
СЧ — часовая тарифная ставка, руб./ч;
kсоц
— единый социальный налог;
kр —
уральский коэффициент;
Tс —
срок службы.
Рассчитываем затраты на электроэнергию:
Зэл1=Тр·Цэ·Q1, (5.5)
где Тр — годовой фонд
рабочего времени, ч;
Цэ = 2,524 — цена за 1 кВт·ч
электроэнергии, руб.;
Q1 — энергия, потребляемая за час, кВт/ч.
Tp = ((Д — Двых — Дпр)·S·h
— Дпр·tH)
·(1 — Рпр/100), (5.6)
где Д — количество дней в году; h — количество часов в
смене; Дпр — количество праздничных дней; tH — время сокращения
работы в предпраздничный день; S — количество рабочих смен; Рпр —
процент простоя оборудования, %; Двых — количество выходных дней;
Д = 365; h = 8; Дпр=13; tH = 1 ч; S = 2; Двых=101;
Рпр=5% — новое оборудование. Тогда: Тр =((365 —
101 — 13)·2·8 — 13·1) ·(1 — 5/100) = 3802,85 ч
Энергия, потребляемая станком за час:
, (5.7)
где Qцп1 = 110 кВт/ч; — энергия, потребляемая электроприводом за
один час работы оборудования, кВт/ч; здв— коэффициент
полезного действия двигателя; зпр— коэффициент полезного
действия преобразователя; Kз — коэффициент загрузки. Коэффициент
загрузки определяется производственной инструкцией, технологической картой,
зависит от сортамента оборудования и составляет в среднем 0,7. здв=
0,9; зпр= 0,97; Цэ = 2, 524 руб. (по тарифу для
ООО «ПТЦ»).
кВт/ч, (5.8)
где Q1 — энергия, потребляемая за час, кВт/ч;
Qцп1 — энергия, потребляемая электроприводом
за один час работы оборудования, кВт/ч;
здв— коэффициент полезного действия
двигателя;
зпр— коэффициент полезного действия
преобразователя;
Kз— коэффициент загрузки.
Расход электроэнергии за год:
где Тр — годовой фонд рабочего времени, ч;
Цэ = 2,524 — цена за 1 кВт·ч электроэнергии, руб.;
Q1 — энергия, потребляемая за час, кВт/ч.
Суммарные эксплуатационные расходы:
руб., (5.9)
где ЗЗ1 — затраты на зарплату электрика за год, руб.;
СA — амортизационные отчисления, руб.;
Зэл1 — расход электроэнергии за год, руб.
Рассчитываем суммарные эксплуатационные расходы для старого
оборудования:
Затраты на зарплату электрика за год на ремонт оборудования:
руб.,
где T∑ — суммарная трудоёмкость ремонта, чел.∙ч;
СЧ — часовая тарифная ставка, руб./ч;
kсоц — единый социальный налог;
kр — уральский коэффициент;
Tс — срок службы.
Расход электроэнергии за год:
Зэл2=Тр·Цэ·Q2,
где Тр — годовой фонд рабочего времени, ч;
Цэ = 2,524 — цена за 1 кВт·ч
электроэнергии, руб.;
Q2 — энергия, потребляемая за час, кВт/ч
кВт/ч,
где Qцп1 = 160 кВт/ч — энергия, потребляемая электроприводом за один
час работы оборудования, кВт/ч;
здв= 0,85 — коэффициент полезного
действия двигателя;
Кз = 0,7 — коэффициент загрузки.
Расход электроэнергии за год:
кВт·руб.,
где Тр — годовой фонд рабочего времени, ч;
Цэ = 2,524 — цена за 1 кВт·ч
электроэнергии, руб.;
Q2 — энергия, потребляемая за час, кВт/ч.
Суммарные эксплуатационные расходы:
руб., (5.10)
где ЗЗ — затраты на зарплату электрика за год,
руб.;
Зэл — расход электроэнергии за год, руб.
.4 Расчет экономической эффективности
Экономическая эффективность внедрения частотно-регулируемого
электропривода определяется как разность суммарных эксплуатационных расходов на
техническое обслуживание станка с электроприводом постоянного тока и
аналогичных эксплуатационных расходов на станок с частотным электроприводом и
определяется по формуле:
руб., (5.11)
где Зтз2 — суммарные эксплуатационные расходы старого
оборудования, руб.;
Зтз — суммарные эксплуатационные расходы нового
оборудования, руб.
Срок окупаемости частотно-регулируемого электропривода:
, (5.12)
где K∑ — капитальные затраты, руб.;
ДЗтз — экономическая эффективность, руб.
.5 Выводы
1. Модернизация продольно-строгально-фрезерного станка
7216Г позволяет:
— снизить энергопотребление;
сократить затраты на техническое обслуживание и ремонт;
уменьшить износ оборудования вследствие плавности переходных
процессов.
2. Срок окупаемости составляет приблизительно 3,39 года,
что при сроке службы 10 лет является приемлемым.
Таблица 5.5. Таблица технико-экономических показателей
Экономические | Ед. изм. | Старое | Новое |
1. Капитальные | |||
а). Расходы на | руб. | — | 813 535,47 |
б). Затраты на | руб. | — | 43 133,00 |
в). Затраты на | руб. | — | 104 784,40 |
г). Затраты на | руб. | — | 98 670,00 |
д). Затраты на | руб. | — | — |
Итого | руб. | — | 1 060 122,88 |
2. | |||
а). | руб./год | — | 106 012,29 |
б). Затраты на | руб./год | 1 480,05 | 1 130,22 |
в). Затраты на | руб./год | 1 264 684,31 | 846 578,30 |
Итого | руб./год | 1 266 164,36 | 953 720,51 |
3. Экономия | руб./год | — | 418 106,01 |
4. Годовой | руб./год | — | 312 443,85 |
5. Срок | лет | — | 3,39 |
Заключение
В данном проекте приводится расчет
электропривода механизма перемещения стола продольно-строгально-фрезерного
станка 7216Г и системы автоматического управления перемещением стола.
В пояснительной записке приводится описание технологического
процесса, выбор двигателя и расчет нагрузочной диаграммы, выбор
преобразователя, разработка и расчет системы автоматического регулирования,
моделирование двукратно интегрирующей САР скорости, разработка схемы
автоматического управления механизма движения стола
продольно-строгально-фрезерного станка 7216Г. Также приводится анализ
экономической целесообразности, безопасности и экологичности проекта, из
которого следует, что данный проект экономически выгоден и при выполнении всех
вышеизложенных рекомендаций безопасен.
Библиографический список
1. Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование
электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты
Екатеринбург: УРО РАН, 2000. 654 с.
2. Соколов М.М. Автоматизированный
электропривод общепромышленных механизмов. Изд. 3-е, переработ. И доп., М.:
«Энергия», 1976.
. Ключев В.И., Терехов В.М. Электропривод
и автоматизация общепромышленных механизмов: Учебник для вузов. — М.: «Энергия»,
1980.
. Ключев В.И. Теория электропривода:
Учебник для вузов. — М.: Энергоатомиздат, 1985.
. Копылов И.П. Математическое
моделирование электрических машин: Учебник для вузов. — 3-е изд., перераб. и
доп. — М.: Высш. шк., 2001.
. Асинхронные двигатели серии 4А:
Справочник / А.Э. Кравчик, Е.А. Соболенская. — М.: Энергоиздат, 1982.
. Справочник по электрическим машинам: в 2
т. Т 2 /Под общ. ред. И.П. Копылова, Б.К. Клюкова. — М.: Энергоатомиздат, 1989.
. Справочник по автоматизированному
электроприводу / Под ред. В.А. Елисеева и А.В. Шинянского.-М.: Энергоатомиздат,
1983.
. Трофимов А.М. Металлорежущие станки. —
М.: Машиностроение, 1979.
. Организационно-экономическое обоснование
конструкторско-технологических проектов в условиях рыночной экономики: Методические
указания по дипломному проектированию / Состав. С.П. Павлов, В.А. Сорокин.
Екатеринбург: УГТУ, 1995. 39 с.
Электроприводы металлорежущих станков. аппаратура управления станками
Для металлорежущих станков в целях приближения к валу рабочего механизма изготовляют электродвигатели специальных конструктивных форм: фланцевые двигатели, снабженные фланцем, при помощи которого двигатель крепится к корпусу станка; шпидельные двигатели, обладающие полым валом; встроенные двигатели, поставляемые заводом-изготовителем в виде отдельных частей — стали статора с обмоткой и ротора. Сталь статора устанавливают в специальную расточку станка и в ней закрепляют. Таким образом, достигают полного слияния электрической и механической частей станка в единое целое.
Токарные станки
Для привода токарных станков применяют одно-, двух- и трехскоростные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Регулирование частоты вращения шпинделя осуществляется электрическим (изменение числа пар полюсов) и механическим (коробка передач) способами. Управление двигателями — при помощи барабанных или кулачковых переключателей, либо кнопочное, с помощью магнитных станций.
Привод главного движения мощных лобовых и карусельных станков выполняют по системе Г—Д или тиристорный электропривод (у прецизионных станков).
Мощные станки оборудуют дополнительными приводами: насоса охлаждения, быстрого передвижения суппорта, передвижения и зажима задней бабки. Вспомогательные двигатели при этом обычно асинхронные с короткозамкнутым ротором. Для зажима изделия в патроне или задней бабке на мощных станках применяют электродвигатели, которые приводят в движение эти зажимные устройства. Двигатель имеет реверсивную систему управления и должен останавливаться при заклинивании зажимного устройства. Двигатель отключается микро-переключателем или с помощью реле максимального тока.
На рис. 1 приведена схема, в которой для отключения двигателя использовано реле максимального тока. При нажатии кнопки S1 «зажим» через ер контакт и контакт путевого выключателя S3 получит питание катушка контактора К1; двигатель начнет вращаться, зажимая деталь. Когда зажимное устройство пройдет некоторый путь, контакт S3 разомкнется, а контакт S4 замкнется. При достижении усилием зажима заданного значения разомкнется контакт максимального реле К3, двигатель остановится. При необходимости отжима нажимают кнопку S2. В конце обратного хода контакт S3 замкнется, а контакт S4 разомкнется, и двигатель остановится. Цепи управления защищены от короткого замыкания плавкими предохранителями F1 и F2.
Рис. 1. Схема электропривода зажимного устройства
Сверлильные станки
Для привода сверлильных станков применяют преимущественно асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Привод подачи осуществляется от двигателя шпинделя посредством механической или гидравлической передачи. Управление контакторное, с помощью кнопочного поста.
Наибольшую сложность представляет электропривод продольно-строгальных станков. Возвратно-поступательное движение рабочего органа вызывает необходимость дважды в течение цикла преодолевать инерцию системы при разгоне и торможении. В результате этого график нагрузки электродвигателя носит резко выраженный пиковый характер. С точки зрения увеличения производительности станка важное значение имеет время, в течение которого двигатель разгоняется и затормаживается.
Продольно-строгальные станки
Электропривод продольно-строгальных станков может быть осуществлен следующими способами: от нерегулируемого нереверсивного двигателя, реверс станка осуществляется механическим путем; от нерегулируемого нереверсивного асинхронного двигателя с электромагнитной муфтой; от реверсивного двигателя постоянного тока, управляемого по системе Г—Д.
В приводах с электромагнитными муфтами вследствие электромагнитной и механической инерции время реверса оказывалось значительным и в муфтах выделялось большое количество теплоты, поэтому такой привод рационально применять только для станков небольшой мощности. Получает распространение тиристорный реверсивный привод с широким регулированием частоты вращения электродвигателя.
Копировальные станки
Для обработки сложных поверхностей применяют копировальные станки. Принцип действия простейших электрокопировальных станков показан на рис. 2. Через шпиндель 3 пальцевой фрезы 2 обрабатывают заготовку 1. Фрезерный суппорт 4 жесткой связью 5 соединен с копировальной головкой 6. Шток 12 копировальной головки оканчивается копировальной насадкой 13, имеющей форму фрезы. Так как шток имеет сферическую опору, боковые давления на насадку преобразуются в вертикальные перемещения. На столе 15 вместе с заготовкой расположен шаблон 14. Стол непрерывно перемещается с помощью привода 16. Другой привод 9 осуществляет вертикальное перемещение копировальной и фрезерной головок. При разомкнутом контакте 8 электродвигатель 11 посредством привода 9 приближает копировальный шток к шаблону. Когда контакт 8 замкнут, электромагнитный переключатель 10 реверсирует электродвигатель, и шток отводится от шаблона. Соприкасаясь с шаблоном, насадка 13 подается вверх, рычаг 7 поворачивается и замыкает контакт 8, копировальная головка начинает перемещаться вверх, контакт 8 размыкается, тогда копировальная насадка вновь приблизится к шаблону.
Рис. 2. Схема электрокопирования на фрезерном станке
В результате периодических подводов и отводов копировальной насадки при непрерывной ведущей подаче 16 копировальная насадка описывает относительно шаблона огибающую его пилообразную траекторию. Такую же траекторию относительно заготовки будет описывать фреза 2, жестко связанная с копировальной головкой 6.
Для бесступенчатого управления электрокопированием применяют индуктивные копировальные головки (рис. 3). У такой головки каждому положению насадки соответствует определенное положение якоря 4, помещенного между сердечниками 2 и 6 с обмотками 1,3,5 и 7. Первичные обмотки 1 и 7 соединены последовательно и включены в сеть переменного тока. Вторичные обмотки 3 и 5 включены встречно.
Рис. 3. Индукционная копировальная головка
Если якорь 4 находится в среднем положении,
э. д. с.
вторичных обмоток уравновешены, напряжения на выходе копировальной головки нет. Приближение якоря к одному из сердечников вызовет увеличение его
магнитного потока
и уменьшение магнитного потока другого. Возникнет разность э. д. с. во вторичных обмотках сердечников, на выходе копировальной головки появится напряжение.
Системы с ЧПУ
Системы с числовым программным управлением (ЧПУ) основаны на применении современных средств радиоэлектроники, бесконтактных логических элементов, интегральных схем, микропроцессоров.
Существует два типа систем ЧПУ: замкнутая и разомкнутая. Замкнутые системы ЧПУ с применением устройств путевого контроля (обратной связи) имеют повышенную точность и используются для автоматизации мощных станков, а также станков повышенной точности малых и средних размеров. Разомкнутые системы менее точны, но проще по конструкции, дешевле и имеют меньшие габаритные размеры.
По способу управления системы подразделяют на фазовые, частотные и импульсные.
На рис. 4, а приведена структурная схема фазового управления замкнутой системой ЧПУ для одной из трех координат перемещения рабочего органа станка. На дорожках магнитной ленты нанесены записи синусоидальных напряжений. Напряжение сигнала, управляющего перемещением рабочего органа РО, подается с магнитной головки МГ1 через усилитель У1 на фазовый дискриминатор ФД. Одновременно магнитной головкой МГ2 считывается синусоидальное напряжение опорного сигнала, которое через усилитель У2 подается на входные обмотки вращающегося трансформатора Т, механически связанного с рабочим органом РО станка. Выходной сигнал трансформатора Т подается на второй вход фазового дискриминатора ФД. Фазовый дискриминатор вырабатывает сигнал, пропорциональный сдвигу фаз синусоидальных напряжений, поступивших с усилителя У1 и трансформатора Т.
Рис. 4. Структурные схемы систем ЧПУ
Выходной сигнал фазового дискриминатора усиливается усилителем У3 и подается на двигатель М, который перемещает рабочий орган в сторону уменьшения рассогласования фаз.
Частотный способ управления применяют для разомкнутых систем ЧПУ (рис. 4, б).
Магнитные головки МГ1—МГ3 считывают с магнитной ленты синусоидальное напряжение и подают его в соответствующий усилитель-формирователь прямоугольных импульсов УФ1—УФ3. Прямоугольные импульсы напряжения усиливаются усилителем мощности У1—У3 и подаются на фазовые обмотки шагового двигателя. Число поданных импульсов определяет значение, а частота их — скорость перемещения.
Импульсный способ управления используют также для разомкнутых систем ЧПУ (рис. 4, в). В этом случае на магнитной ленте записывают импульсы, которые считывает магнитная головка МГ1. Импульсы усиливает усилитель У1 и направляет в кольцевой коммутатор КК. В коммутаторе КК импульсы распределяются по трем обмоткам шагового двигателя М, пройдя усилители мощности У3—У5. Для перемещения рабочего органа в обратную сторону предусмотрены магнитная головка МГ2 и усилитель У2.
Электродвигатели станков с ЧПУ должны обладать большим быстродействием, т. е. большим вращающим моментом при малом моменте инерции. К таким машинам относятся двигатели постоянного тока с гладким (беспазовым) якорем, имеющим малый диаметр и большую длину. На поверхности якоря укладывают многослойную обмотку, залитую эпоксидной смолой с ферромагнитным наполнителем.
Двигатель имеет большой воздушный зазор, что улучшает охлаждение якоря. Отсутствие пазов позволяет увеличить магнитный поток двигателя. Увеличение магнитного потока и улучшение охлаждения позволяют повысить максимальный момент двигателя примерно в 4 раза по сравнению с двигателем обычной конструкции. Промышленность выпускает двигатели с гладким якорем мощностью от 90 Вт до 6 кВт.
Для разомкнутых систем применяют шаговые двигатели, у которых угол поворота ротора при подаче управляющего импульса дозирован. Это позволяет подавать импульсы программы непосредственно на двигатели без проверки их исполнения (без обратной связи).
Статор 1 реактивного шагового электродвигателя (рис. 5) выполнен из листовой стали, имеет шесть зубчатых полюсных выступов 2. Зубцы 5 каждого выступа смещены относительно зубцов соседнего на 1/3 шага. Каждая из трех обмоток 4 статора размещена на двух противоположных полюсных выступах. При поочередном включении обмоток статора ось результирующего магнитного потока статора смещается на 1/3 зубцового шага. Воздействием магнитного поля ротор 3 также смещается на 1/3 шага. Часто включают попеременно то одну, то две обмотки одновременно. При такой схеме шаг уменьшается вдвое.
Рис. 5. Шаговый двигатель
Шаговые двигатели имеют незначительный вращающий момент, поэтому их используют совместно с гидроусилителями. Имеются также силовые шаговые двигатели, развивающие на валу значительные моменты и не требующие применения гидроусилителей.
Программы, записанные на магнитной или перфорированной ленте, имеют недостатки: нельзя исправить или изменить изготовленную программу. Более гибкими с этой точки зрения являются системы программного управления с применением ЭВМ, так как машина выдает перфорированную ленту, которая идет непосредственно в читающее устройство системы управления станком или на устройство декодирования и записи на магнитную ленту.
Применение ЭВМ обеспечивает возможность различного вида коррекции программы, вводимые вручную с панели управления, необходимые для компенсации неучтенных факторов при подготовке программы. Коррекции могут быть введены по результатам обработки первой детали без изменения самой программы.
Аппаратура управления станками
Для управления двигателями станков применяется аппаратура ручного дистанционного и автоматического управления. В качестве аппаратов ручного управления применяют кнопочные и пакетные выключатели и переключатели, а также при недостаточной мощности пакетного переключателя используют кулачковые контроллеры. При дистанционном и автоматическом управлении широкое распространение получили реле и контакторы. В ряде случаев на станках для ограничения предельных перемещений используют путевые и конечные выключатели.
Для управления гидравлическими и пневматическими механизмами станков служат однофазные электромагниты. Их применяют также для управления механическими тормозами, устанавливаемыми на некоторых станках.
Для механического соединения, реверса и регулирования частоты вращения рабочих органов станков предназначены электромагнитные муфты. Они могут быть фрикционными, скольжения и порошковыми.
Фрикционная электромагнитная муфта приведена на рис. 6. Один вывод катушки 4, размещенной внутри кольцевого сердечника 3, соединен с корпусом, а другой — с кольцевым контактом 1, отделенном от корпуса изолирующим кольцом 2. При пропускании тока через катушку якорь 8 притягивается к сердечнику 3. Ведущие диски 5 и 7 сжимаются с ведомым диском 6. Вращающий момент с диска 6 передается поводком 9 зубчатому колесу 10. При отключении тока якорь отталкивается сжатыми дисками 5, 6 и 7, и муфта расцепляет вал 11 и зубчатое колесо 10.
Рис. 6. Фрикционная муфта
Принцип действия муфт скольжения аналогичен принципу действия асинхронного электродвигателя. Муфта состоит из двух частей, в одной из которых заложена обмотка постоянного тока. При вращении этой части создается вращающееся
магнитное поле
. Последнее индуцирует в ведомой части
вихревые токи
, которая приходит во вращение, так же как и ротор асинхронного электродвигателя.
В станкостроении широко применяют электромагнитные порошковые муфты, принцип действия которых основан на явлении увеличения вязкости жидкого или твердого магнитодиэлектрика при воздействии на него магнитного поля. У этих муфт зазор между сцепляющимися поверхностями заполняется текучими или сыпучими смесями,
главной составной частью которых являются железные порошки. В магнитном поле такая смесь превращается в пластический слой, сцепляющий между собой полумуфты и создающий значительное сопротивление их относительному перемещению.
Электромагнитные порошковые муфты могут работать в режимах сцепления и скольжения, создавая при этом момент, практически не зависящий от частоты вращения.
Для магнитных смесей употребляют порошки из карбонильного железа или обычный железный порошок, полученный распылением жидкого металла. Средний диаметр частиц порошка 4—10 мкм. Частицы порошка должны быть разделены средой, защищающей их от механического разрушения и окисления. Обычно такой средой является маловязкое масло типа трансформаторного. Содержание порошка в смеси составляет 0,3—0,45 по объему. В муфтах с жидкой смесью необходимо устанавливать уплотняющие устройства, предотвращающие вытекание смеси.
Основным недостатком порошковых муфт является старение магнитной смеси, проявляющееся в уменьшении ее подвижности, поэтому требуется регулярно заменять смесь. При эксплуатации муфты также вызывает затруднение поддержание необходимой герметичности полости, заполненной смесью.
Порошковые муфты применяют в тех случаях, когда использование фрикционных невозможно.
Для закрепления деталей на шлифовальных станках нашли широкое распространение электромагнитные плиты. Вращающиеся плиты называют электромагнитными столами. Электромагнитное закрепление имеет ряд преимуществ перед механическим: можно сразу закрепить много однотипных деталей, расположенных на поверхности плиты; быстро закрепить крупную деталь, которую при механическом способе крепления необходимо зажимать во многих точках; можно обрабатывать деталь сразу со всех сторон, кроме плоскости прилегания ее к поверхности плиты.
Для питания плиты применяют постоянный ток напряжением 24— 220 В. Питание переменным током невозможно из-за сильного размагничивающего и нагревающего действия вихревых токов.
Электромагнитная плита (рис. 7, а) состоит из стального корпуса 1, в котором установлены сердечники электромагнитов 3, отделенных от него немагнитными прослойками 4. При пропускании постоянного тока через катушки электромагнитов 2 обрабатываемая деталь 5, перекрывающая оба полюса электромагнита 3, замыкает магнитную цепь, показанную штриховой линией, и притягивается к поверхности плиты. Немагнитные прослойки изготавливают из сплава свинца и сурьмы, оловянных сплавов, бронзы и др.
Рис. 7. Электромагнитные закрепляющие устройства
Корпус стола 1 с неподвижными электромагнитами (рис. 7, б) вращается на валу 4 над неподвижными относительно станины станка электромагнитами 3, расположенными по окружности. Когда через обмотку электромагнита 2 протекает постоянный ток, магнитный поток замыкается через обрабатываемую деталь 5, перекрывающую одну или несколько немагнитных прослоек 6, обеспечивая ее притяжение.
Электромагнитный стол, кроме несквозных концентрических немагнитных прослоек 6, имеет сквозные радиальные прослойки, разделяя рабочую поверхность стола на секторы (на рис. 7, б не показаны). Если электромагниты 3 расположить не по всей окружности стола, то образуется сектор, на котором детали не будут притягиваться и могут быть легко сняты со стола. Вал 4 для исключения возможности замыкания через него магнитного поля изготавливают из немагнитного материала.
Сила притяжения плиты зависит от материала, размеров и конфигурации обрабатываемой детали, а также от ее конструкции. Удельная сила притяжения современных плит колеблется в пределах 20 — 130 Н/см2.