разработка адаптивной системы управления привода поперечной подачи

1

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Технологическая часть

1.1 Анализ объекта управления

1.2 Анализ технологического процесса

2. Расчетно-конструкторская часть

2.1 Выбор и технические характеристики стандартного оборудования

2.1.1 Общий вид станка

2.1.2 Краткое описание основных составных частей станка

2.1.3 Описание работы станка

2.2 Поверочный расчёт привода главного движения

2.3 Проектирование привода продольной подачи

2.4 Выбор и технические характеристики датчиков технологического процесса

2.4.1 Система компенсации отклонений от прямолинейности направляющих станины

2.4.2 Система юстировки лазера

2.4.3 Система для уменьшения погрешностей формы в поперечном сечении

2.4.4 Конструкция и принцип действия датчика смещения каретки

3. Специальная часть

3.1. Обоснование выбора адаптивной системы регулирования привода поперечной подачи

3.2 Устройство и принцип действия системы адаптивного управления

3.3 Определение требуемых характеристик дополнительной ЭВМ

3.2 Проектирование привода поперечной подачи с адаптивными

системами регулирования

3.3 Проектирование блоков адаптивных систем регулирования привода поперечной подачи

3.4 Определение требований к системе управления

3.4.1 Описание интерфейса

3.4.2 Определение требований к параметрам системы управления

3.5 Разработка структурной схемы системы управления

3.6 Разработка принципиальной схемы системы управления

4. Организационно-экономическая часть

4.1 Исходные данные

4.2 Организационно-техническая часть

4.3 Описание металлорежущей машины

4.4 Анализ рынка

4.5 Определение цены реализации новой машины

4.6 Определение стоимости основных производственных фондов предприятия, где будет установлена машина

4.7 Определение приведенной программы выпуска деталей представителей

4.8 Определение себестоимости механической обработки

4.8.1 Прямые материальные расходы

4.8.2Прямые расходы на оплату труда

4.8.3 Другие прямые расходы

4.8.4 Общепроизводственные расходы

4.8.5 Калькуляция себестоимости

4.9 Определение величины норматива оборотных средств

4.10 Расчет цены, прибыли, рентабельности и окупаемости

4.11 составление технико-экономических показателей проекта

4.11.1 Показатели объективной оценки вариантов

4.11.2 Показатели субъективной оценки вариантов

5. Охрана труда

5.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов

5.2 Разработка мероприятий по обеспечению безопасных условий

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время конкуренция в условиях развивающихся рыночных отношений предъявляет все более жесткие требования к качеству продукции. Одним из главных параметров, обеспечивающих высокое качество, является высокая точность обработки. Цель данного дипломного проекта заключается в модернизации тяжелого токарного станка КЖ16274Ф3 * 8000 для повышения его точностных характеристик.

Как правило, для повышения точности обработки необходимо повышать точность изготовления узлов и деталей станка, что приводит к повышению его стоимости. Особенно резкое повышение стоимости отмечается для крупных деталей станков, участвующих в формообразовании. По этой причине необходимо развивать другие направления повышения точности, не связанные с повышением точности изготовления узлов станка. Одним из таких направлений является внедрение систем адаптивного управления. Развитие в последнее время систем с числовым программным управлением открывает широкие возможности для внедрения адаптивного управления. Данный дипломный проект посвящен разработке комплексной системы адаптивного управления, призванной скомпенсировать погрешности изготовления длинномерных направляющих, применительно к тяжелым токарным станкам, а так же снизить эффект копирования погрешностей формы заготовки на готовое изделие.

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Анализ объекта управления

В качестве объекта управления выбран тяжелый токарный станок

модели КЖ16274Ф3*8000. Данный станок применяется для токарной обработки деталей типа тел вращения из различных материалов в программном режиме с постоянной скоростью резания. Основные технические характеристики базового варианта приведены в расчетно-конструкторской части дипломного проекта.

Безлюфтовая кинематическая цепь подач обеспечивает точность и плавность перемещений исполнительных органов станка. Кинематическая схема станка приведена в приложении А.

Обработка детали производится методом обтачивания, при котором детали сообщается необходимая скорость вращения (главное движение), а резцу движение подачи.

Станок рассчитан в основном для работы резцами, оснащенными твердосплавными пластинами. Возможно применение и других материалов режущей пластины.

1.2 Анализ технологического процесса

Основными показателями эксплуатационных качеств станка являются точность и производительность обработки деталей.

Точность обработки определяется относительными перемещениями заготовки и инструмента, а также другими факторами, создающими нарушения требуемых размеров, формы и относительного расположения обрабатываемых поверхностей.

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

При обработке тел вращения различают следующие виды погрешностей:

1) Отклонения профиля в продольном сечении (конусообразность, бочкообразность, седлообразность - для цилиндрических деталей);

2) отклонения профиля в поперечном сечении (овальность, огранка, биение, волнистость);

3) отклонение формы торцовой поверхности (выпуклость, вогнутость);

4) погрешности диаметра;

5) погрешности осевых размеров.

Все перечисленные виды погрешностей обусловлены большим количеством причин, многие из которых не поддаются учету и контролю. Однако большинство из них можно классифицировать следующим образом.

Все причины возникновения погрешностей можно разделить на систематические и случайные.

К систематическим погрешностям относятся:

1) Кинематические погрешности механизмов станка;

2) геометрические погрешности узлов станка;

3) упругие деформации узлов станка;

4) упругие деформации заготовки;

5) тепловые деформации узлов станка и заготовки;

6) погрешности измерительных устройств станка;

7) износ инструмента;

8) вибрации и автоколебания.

К случайным погрешностям относятся:

1) ошибки оператора;

2) сбои в системе управления;

3) нарушение настройки технологической системы (раскрепление режущего инструмента).

4) сейсмические колебания, вызванные близко расположенным оборудованием (проезжающий мостовой кран);

5) преждевременный износ и разрушение инструмента и др.

Рассмотрим подробнее причины появления систематических погрешностей и их влияние на конкретный вид погрешностей.

К факторам, влияющим на точность формы в продольном сечении, относится:

1) геометрические погрешности узлов станка:

а) отклонение от прямолинейности направляющих станины;

б) отклонение от параллельности оси центров и направляющих станины.

2) Упругие деформации:

а) деформации суппорта и станины, вызванные переменным припуском в продольном сечении;

б) деформации заготовки, вызванные переменным припуском в продольном сечении;

в) деформации заготовки, вызванные изменением положения режущего инструмента;

г) изменение сил резания, обусловленное неоднородностью физико-механических свойств обрабатываемого материала в продольном сечении.

3. Тепловые деформации:

а) тепловые деформации станины при неоднородном температурном поле;

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

4) Износ инструмента.

К факторам, влияющим на точность формы в поперечном сечении относятся:

1) Геометрические погрешности:

а) биение шпинделя;

б) биение заднего центра.

2) Упругие деформации:

а) упругие деформации суппорта и станины, вызванные переменным припуском в поперечном сечении;

б) упругие деформации заготовки, вызванные переменным припуском в поперечном сечении;

3) Автоколебания.

4) Кинематические погрешности привода главного движения.

5) Тепловые деформации заготовки при неоднородности физических свойств.

К факторам, влияющим на точность формы торцовой поверхности относятся:

1) Геометрические погрешности направляющих поперечного перемещения.

2) Упругие деформации элементов суппорта и инструмента.

3) Износ инструмента.

К факторам, влияющим на точность диаметральных размеров относятся:

1) Упругие деформации элементов технологической системы под действием сил резания.

2) Износ инструмента.

3) Тепловые деформации:

а) Суппорта и инструмента.

б) Станины.

4) Погрешности настройки инструмента.

5) Кинематические погрешности механизма поперечной подачи.

6) Погрешности измерительных средств.

К факторам, влияющим на точность линейных размеров относятся:

1) Упругие деформации элементов технологической системы под действием сил резания.

2) Износ инструмента.

3) Тепловые деформации:

а) Суппорта и инструмента.

б) Шпинделя.

в) Заготовки.

4) Погрешности настройки и базирования.

5) Кинематические погрешности механизма продольного перемещения.

При проектировании и эксплуатации тяжелых станков токарной группы наиболее сложной задачей является обеспечение точности формы изделия, особенно при обработке длинных валов. Как показал анализ технологической системы тяжелых токарных станков, причиной тому является сложность получения высокой геометрической точности направляющих продольного перемещения, а также упругие деформации суппорта и низкая жесткость заготовки при обработке длинномерных изделий.

Учитывая все вышесказанное, основной задачей при проектировании системы адаптивного управления является создание системы, способной эффективно компенсировать геометрические погрешности узлов станка и упругие деформации элементов технологической системы.

Анализируя конструкцию и принципы работы данного станка, можно выявить следующие недостатки:

Недостаточная точность обработки на станке;

Влияние ниже перечисляемых факторов на точностные параметры обрабатываемых поверхностей детали:

1) Физико-механические свойства обрабатываемого материала.

2) Стойкость режущего инструмента.

3) Тепловое расширение режущего инструмента и детали в процессе обработки.

4) Несоответствие геометрической точности центровых отверстий в заготовке.

5) "Излом" заготовки кулаками планшайбы при ее зажиме.

6) Эксцентричность установки корпусов кулаков планшайбы.

7) Твердость заготовки по длине и по периметру окружности.

8) Дефекты режущей кромки инструмента.

9) Заточку инструмента.

10) "Отбор" стружки из зоны резания.

11) Нагрев узлов станка.

12) Деформации деталей и узлов с танка при поджиме заготовки задней бабкой.

13) Изменение температуры окружающей среды в процессе обработки в пределах 2 °С.

14) Попадание на станок прямых солнечных лучей и потоков воздуха.

15) Вибрацию фундамента от другого заводского оборудования.

Устранение влияния указанных причин и достижения паспортных данных по точности станка на данном этапе эксплуатации производится отработкой технологического процесса с использованием технологических возможностей системы ЧПУ, а также следующими приемами при финишной обработке детали:

1) Для исключения "излома" заготовки кулаками планшайбы при ее зажиме устанавливают между кулаками и заготовкой цилиндрические подкладки перпендикулярно оси вращения шпинделя примерно в одном поперечном сечении (по канавкам насечки кулаков).

2) Усилие зажима заготовки должно быть минимальным, достаточным для передачи крутящего момента при разгоне-торможении вращения заготовки и сил резания при чистовом точении.

3) При зажиме заготовки необходимо контролировать ее радиальное биение по предварительно проточенным контрольным пояскам с точностью до 10 мкм.

4) При установке детали в люнете для исправления центровых отверстий требуется контролировать "проседание-подъем" заготовки при отводе пиноли с центром задней бабки (не более 10 мкм вверх) и ее биения по проточенному пояску под люнет в горизонтальной плоскости при отведенном заднем центре (не более 5 мкм).

5) После исправления центрового отверстия необходимо контролировать радиальное биение его рабочей поверхности в вертикальной плоскости (не более 3 мкм).

Чистота рабочей поверхности и точность угла центрового отверстия должны соответствовать требованиям ГОСТа на центровые отверстия под финишную обработку.

6) После зажима детали в центрах (переднем центре и кулаках с контролем радиального биения и заднем центре) необходимо произвести контроль сводки центров предварительной проточкой двух по возможности максимально удаленных друг от друга вдоль оси станка коротких поясков.

Сводку центров необходимо производить при изменении положения задней бабки по длине станины.

7) При чистовом окончательном проходе требуется соблюдать постоянство припуска под обработку по всем поверхностям, обрабатываемых одним инструментом с одной базировкой и одним контрольным замером.

Не допускается при окончательном проходе снятие увеличенного припуска при подрезке торцев и снятие скосов от предварительной обработки с последующей мерной обработкой этим резцом следующих шеек.

8) При обработке нескольких шеек длиной более 200 мм одним резцом необходимо предусматривать в технологическом процессе и управляющей программе контрольные замеры с последующей корректировкой размера для обработки каждой следующей шейки.

9) При обработке длинных цилиндрических шеек (300 мм и более), исходя из опытных данных получения обратной конусности за счет теплового расширения режущего инструмента (в зависимости от материала заготовки, ее твердости, режимов резания), в управляющей программе необходимо предусматривать компенсацию конусности соответствующей величины путем задания конечного диаметра обрабатываемой шейки.

10) Финишную обработку детали необходимо производить при отсутствии влияния внешних источников вибрации (работающие в цехе обдирочные станки, пресса, кузнечные молота и др.). Их влияние определяется индикатором МИГ-1, установленным на суппорте, относительно заготовки в радиальном направлении.

Данный проект направлен на то, чтобы устранить все выше перечисленные недостатки в конструкции станка и его системы управления, чтобы получить станок отвечающий всем требованиям, предъявляемым к станкам данного класса. В результате внедрения проекта будет получен соответствующий экономический эффект.

2 РАСЧЕТНО-КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Выбор и технические характеристики стандартного оборудования

Станок токарный с числовым программным управлением (ЧПУ) повышенной точности предназначен для токарной обработки деталей типа тел вращения (валы, диски и т.п.) из различных материалов в программном режиме с постоянной скоростью резания.

Тип устройства ЧПУ Sinumerik 840D.

Область применения станка - различные отрасли промышленности.

На станке можно производить обработку сложных прямолинейных и криволинейных поверхностей с постоянной скоростью резания по управляющей программе, нарезание цилиндрических и конических резьб, расточку отверстий, расположенных по оси вращения детали. Точность обработки до одной сотой миллиметра, по шероховатости предусмотрено получение на любых поверхностях чистоты седьмого класса.

С использованием съёмного фрезерно-сверлильного приспособления возможно сверление на периферии обрабатываемой детали и фрезерование шпоночных пазов.

По согласованием с изготовителем станок может оснащаться суппортом с двумя плоскими резцедержателями или с револьверной резцовой головкой.

Режим работы станка - программный с управлением работы суппорта и шпиндельной бабки от устройства ЧПУ.

Эксплуатация станка производится в климатических условиях УХЛ4 по

ГОСТ 15150-69.

Основные технические данные и характеристики приведены в

таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Основные технические данные и характеристики

Наименование параметра	Значение
1 Наибольший диаметр устанавливаемой заготовки, мм
над суппортом	1400
над станиной	2000
2 Наибольшая длина в центрах, мм	8000
3 Наибольшая масса устанавливаемой заготовки в центра, кг	60000
4 Наибольшая длина обрабатываемой заготовки, мм	8000
5 Наибольшее перемещение рабочих органов суппорта, мм
салазок (ось Х)	630
каретки (ось Z)	8400 (8244 + 155)
6 Пределы частот вращения шпинделя, об/мин	1 - 160
7 Наибольший крутящий момент на шпинделе, кН·м	100
8 Мощность привода главного двигателя, кВт	110
9 Наибольшая сила резания РZ, кН
левого резцедержателя	50 - 60
правого резцедержателя	25 - 30
Наименование параметра	Значение
10 Размер внутреннего конуса в шпинделе, диаметрЧконусность	140 Ч 1:7
11 Конус центра передней бабки	75є
12 Размер внутреннего конуса во вращающемся центре задней бабки, диаметр Ч конусность	140 Ч 1:7
13 Конус центра задней бабки	75є
14 Наименьший диаметр заготовки, зажимаемый кулаками планшайбы, мм
в обхват	510
в распор	790
15 Наибольший диаметр заготовки, зажимаемый кулаками планшайбы, мм
в обхват	1630
в распор	1910
16 Пределы рабочих подач суппорта по осям Х и Z, мм/мин	0,5 - 4000
17 Пределы скоростей быстрых (установочных) перемещений суппорта, мм/мин	4000, не более
18 Количество резцедержателей (ламелей), шт.	2
19 Размер (ширина) резцедержателей, мм
левого	70
правого	35
20 Наибольшее перемещение резцедержателей, мм	425
21 Количество контролируемых положение резцедержателей, шт	5
22 "Шаг" перемещения резцедержателей, мм	85
23 Диаметры обрабатываемой заготовки при вылете резцового блока относительно резцедержателя равном 45 мм и ходе салазок 630 мм
Положение резцедержателя	наим.	наиб.
	790	1400
	620	1400
	450	1400
V	280	1370
V	110	1200
V	0	1030
24 Ход пиноли задней бабки, мм	225
25 Координаты математического ограничения хода суппорта по осям, мм	630
ось Х - расстояние от оси центров до торца поперечных салазок, мм	495
ось Z - расстояние от торцевой плоскости планшайбы до боковой плоскости левого резцедержателя, мм
	418
	263
26 Пределы диаметров шеек деталей, устанавливаемых на ролики открытого люнета, мм	800 - 1600
27 Пределы диаметров шеек деталей, устанавливаемых в люнете закрытом (сб. ед. 1К670Ф3 630 000) с опорами скольжения
min, мм	630
max, мм	900
28 Пределы диаметров шеек деталей, устанавливаемых в люнете закрытом (сб. ед. 1К670Ф3 630 000) с опорами качения
min, мм	540
max, мм	810
29 Пределы диаметров шеек деталей, устанавливаемых в люнете закрытом (сб. ед. 1К670Ф3 600 000) с опорами скольжения
min, мм	420
max, мм	650
30 Пределы диаметров шеек деталей, устанавливаемых в люнете закрытом (сб. ед. 1К670Ф3 600 000) с опорами качения
min, мм	265
max, мм	565
31 Количество управляемых осей координат, шт.	2
Эргономические показатели 32. Уровень звука на рабочем месте, дБа 33. Корректированный уровень звуковой мощности, дБа Показатели безопасности 34. Показатели, обеспечивающие соблюдение общих требований безопасности при эксплуатации станка Характеристика электроприводов 35. Привод главного движения мощность номинальная, кВт напряжение питания номинальное, В частота вращения номинальная, об/мин. частота вращения максимальная, об/мин. 36. Привод подачи (оси Х и Z) момент номинальный, Нм частота вращения номинальная, об/мин. частота вращения максимальная, об/мин. 37. Устройство ЧПУ: тип дискретность отсчёта, мм Характеристика электрооборудования 38. Род тока питающей сети	80 110 Должны соответствовать 110 440 315 1500 47 750 1500 ЧПУ-840D 0,001 Переменный трёхфазный
39. Частота тока, Гц 40. Напряжение питающей сети, В 41. Количество электродвигателей на станке (без электродвигателей вентиляторов УЧПУ), шт.: 42. Суммарная мощность электродвигателей, устанавливаемых на станке, кВт: 43. Общая мощность электрооборудования, установленного на станке, кВт Характеристика гидрооборудования и системы смазки 43. Марка масла для гидросистем	50 380 19 148 200 Масло «Индустриальное» И-20А, И-40А

2.1.1 Общий вид станка

Перечень составных частей станка приведен в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Перечень составных частей станка

Наименование	Обозначение	Кол	Примечание
Станина	КЖ16274Ф3 100 000	1
Установка транспортера	1К674Ф3 160 000-03	1
Установка защиты телескопической	КЖ16274Ф3 170 000	1
Бабка шпиндельная	КЖ16274Ф3 200 000	1
Редуктор (коробка скоростей)	КЖ16274Ф3 240 000	1
Планшайба	КЖ16274Ф3 220 000	1
Бабка задняя (верхняя часть)	КЖ16274Ф3 300 000	1
Бабка задняя (основание)	КЖ16274Ф3 350 000	1
Каретка	КЖ16274Ф3 500 000	1
Токоподвод (к суппорту)	КЖ16274Ф3 590 000	1
Суппорт (с плоскими резцедержателями)	КЖ16274Ф3 400 000	1
Люнет закрытый (Ш200 - 650)	1К670Ф3 600 000	1
Люнет закрытый (Ш630 - 900)	1К670Ф3 630 000	1
Люнет открытый (Ш800 - 1600)	1К675Ф3 650 000-03	1
Площадка рабочая	КЖ16274Ф3 550 000	1
Система ЧПУ	SINUMERIC-840D	1
Кулачок	1К670Ф3 250 000	4
Электрооборудование	КЖ16274Ф3 900 000	1
Комплект принадлежностей	КЖ16274Ф3 001000	1
Комплект зап. частей	КЖ16274Ф3 002000	1

2.1.2 Краткое описание основных составных частей станка

1) Станина.

Станок выполнен с раздельными сварными станинами. Станина изделия состоит из стыкуемых по длине секций, и имеет станину изделия и станину суппорта, которые разделены между собой.

На головной секции станины изделия установлены шпиндельная бабка и коробка скоростей. Остальные секции станины имеют две прямоугольные направляющие, которые закалены и прошлифованы. По ним производятся установочные перемещения задней бабки и люнетов. Приводная рейка задней бабки и люнета расположена между полками станины.

Станина суппорта также состоит из стыкуемых по длине секций.

Две прямоугольные направляющие станины суппорта закалены и закрыты телескопической защитой. Приводная рейка суппорта прикреплена к станине между полками направляющих.

Станины изделия и суппорта устанавливаются на регулируемых опорах (башмаках) и крепятся фундаментными болтами.

В боковом направлении станины фиксируются регулируемыми упорами, залитыми в фундамент. Между станинами встроен транспортер для уборки стружки.

2) Бабка передняя и коробка скоростей.

Передняя (шпиндельная) бабка и коробка скоростей выполнены в отдельных корпусах. Привод шпинделя осуществляется широкорегулируемым реверсивным электроприводом с двигателем постоянного тока мощностью 110 кВт.

Регулирование двигателя осуществляется в диапазоне 1:25, из них - 1:5 (315 - 1500 об/мин) - при постоянной мощности. Электродвигатель установлен на отдельной плите и соединен эластичной муфтой с входным валом коробки скоростей.

Обод эластичной полумуфты является шкивом тормоза ТКП300.

Коробка скоростей размещена в отдельном литом корпусе, имеет две механические ступени и соединена со шпиндельной бабкой зубчатой муфтой.

Переключение механических ступеней оборотов шпинделя осуществляется при помощи гидроцилиндра, находящегося внутри коробки скоростей. Переключать на ходу (при вращении шпинделя) ступени скоростей бабки запрещается.

Шпиндельная бабка размещена в чугунном корпусе с неразъемной шпиндельной осью. Радиальными опорами шпинделя являются регулируемые двухрядные роликоподшипники, осевую нагрузку воспринимает упорный роликоподшипник повышенной грузоподъемности и жесткости. Вращение на шпиндель передается через приводную (венцовую) шестерню, насаженную на планшайбу.

3) Задняя бабка.

Задняя бабка предназначена для поджима центром правого торца обрабатываемой заготовки. Состоит из основания и верхней части с вращающимся центром усиленной конструкции.

Перемещение задней бабки по станине осуществляется от планетарного мотор-редуктора, установленного на основании.

Зазор, необходимый для плавного равномерного перемещения бабки, обеспечивается регулировкой клиньев. Щуп 0,03 мм должен проходить в зазор между клином и полкой станины на глубину более 10 мм.

Реечная шестерня редуктора перемещения бабки перекатывается по рейке, закрепленной на станине изделия. Фиксирование положения задней бабки на станине для устранения сдвига ее во время работы производится вводом бруса-фиксатора в закрепление с этой же рейкой.

Ввод-вывод фиксатора и его стопорение осуществляется с помощью гидроцилиндра от кнопок, расположенных на пульте задней бабки. Эти же кнопки управляют зажимом и отжимом задней бабки.

Зажимной механизм задней бабки выполнен в виде гидропружинных механизмов. Зажим (прижим) бабки выполняется через сухари и Т-образные сухари.

В верхней части задней бабки расположен механизм ускоренного перемещения и силового дожима пиноли. Ускоренное перемещение осуществляется от электродвигателя через червячную и винтовую передачу (при этом цепь силовой дожима отключена).

Силовой дожим пиноли осуществляется по той же цепи от волнового мотор-редуктора с малой скоростью (~3,8 мм/мин). Контроль усилия дожима центром задней бабки осуществляется по показаниям электроконтактного манометра.

На задней бабке установлена таблица выбора усилия поджима в зависимости от массы устанавливаемой заготовки. Фиксация пиноли осуществляется поворотом рукоятки.

4) Каретка.

Каретка в комплексе с редукторами подачи обеспечивает подачу режущего инструмента по оси Х (поперек оси шпинделя) и по оси Z (вдоль оси шпинделя).

На редукторе оси Z установлено специальное люфтовыбирающее устройство, обеспечивающее выборку бокового зазора в реечном зацеплении. Устройство включается и выключается кнопкой. Рекомендуется включать устройство при чистовой обработке деталей и отключать при ускоренном перемещении суппорта.

Для обеспечения плавности и точности перемещения каретки, горизонтальные направляющие армированы антифрикционным материалом - лентой из наполненного фторопласта, на вертикальных - установлены роликовые опоры качения. Вертикальные направляющие салазок выполнены на роликовых опорах качения, а опорные горизонтальные - из фторопласта. Конечным звеном перемещения по оси Х служит передача винт-гайка качения. На корпусе каретки установлена измерительная линейка контроля линейных перемещений по оси Х. На каретке установлен суппорт с плоскими резцедержателями.

5) Головка резцовая.

Головка резцовая предназначена для установки четырёх резцедержек и выполнения поворота в требуемую позицию. Привод резцовой головки - электродвигатель переменного тока.

Головка резцовая состоит из основания и поворотного корпуса. В основание головки вмонтирован механизм поворота и конечные выключатели, осуществляющие контроль позиции при повороте.

В поворотном корпусе установлены четыре подпружиненные фиксатора с роликами, кулачки конечных выключателей и четыре гнезда для базирования и закрепления резцедержателей.

На поворотном корпусе и основании закреплены плоские зубчатые колёса, предназначенные для соединения и фиксации упомянутых частей головки.

Головка резцовая работает в следующей последовательности. По команде на смену инструмента включается электродвигатель. С помощью червячной и винтовой передачи поворотный корпус поднимается, удерживаемый от поворота четырьмя подпружиненными фиксаторами, до жесткого упора. После достижения на упоре момента, превышающего момент, созданный фиксаторами, головка поворачивается до требуемой позиции, т.е. до срабатывания одного из конечных выключателей (опознавателей инструмента), который даёт команду на реверс двигателя головки. За счёт имеющегося в упоре момента поворотный корпус начнёт поворачиваться в обратном направлении до тех пор, пока собачка не зайдёт во впадину храпового диска, после чего удерживаемый от поворота этой собачкой корпус начнёт опускаться. Зубья плоских колёс войдут в зацепление, и при достижении требуемого усилия зажима реле максимального тока в цепи управления отключит электродвигатель. Смена инструмента и зажим головки произошли.

Настройка резцовых блоков на размер производится путём поочерёдного базирования каждого из четырёх режущих инструментов по осям Х и Z (точить пояски, замерять диаметры и линейные размеры) с последующим вводом коррекции на каждый инструмент.

6) Суппорт (с плоскими резцедержателями).

Суппорт предназначен для установки двух резцедержателей шириной

70 мм и 35 мм.

Зажим и отжим резцедержателей производится механически при помощи гидропружинных зажимов 1К670Ф3 420.000, которые установлены в корпусе суппорта, по 3шт. на каждом резцедержателе.

Перемещение отжатого резцедержателя в какое-либо положение осуществляется электромеханической головкой ЭМГ-53 через червячный редуктор с выходом на рейку резцедержателя и контролируется бесконтактными выключателями, установленными в корпусе суппорта.

Останов резцедержателя в заданном положении выполняется по сигналу переключателя положения.

7) Люнет закрытый.

Люнеты закрытые устанавливаются на направляющие изделия краном. Перемещение люнета по станине осуществляется от волнового мотор-редуктора, управление люнетом - с кнопочной станции, установленной на корпусе люнета.

Опоры люнета-скольжения. По заказу поставляются опоры качения (сменные). Перемещение опор люнета (пинолей) выполняется вручную через квадраты винтов до необходимого диаметра шейки обрабатываемой детали.

Крышка люнета с верхней опорой имеет перемещение по корпусу вручную через квадрат винта. Это предусмотрено для удобства загрузки детали на станок и при снятии её.

8) Люнет открытый.

Перед установкой на станину необходимо рассоединить телескопическую защиту суппорта и сдвинуть ее на край станины. Ролики люнета устанавливаются на необходимый диаметр квадратом винта вручную.

9) Приспособление фрезерно-сверлильное.

Приспособление служит для сверления радиальных отверстий, фрезерования пазов и выполнения других фрезерных операций. Ось шпинделя расположена перпендикулярно оси станка.

Имеется возможность перемещения оси шпинделя в вертикальной плоскости вниз на 50 мм и вверх на 50 мм.

Приспособление сообщает инструменту вращательное движение. Подача шпинделя с инструментом вдоль и поперек оси станка осуществляется кареткой. Приспособление устанавливается на поперечные салазки только при снятой резцовой головке. Может быть поставлено по заказу как к револьверной головке, так и к суппорту с плоским резцедержателем.

10 Приспособление расточное.

Приспособление предназначено для растачивания отверстий диаметром 260-1250 мм и глубиной до 500 мм (по заказу - 1000 мм, 1500 мм). Отверстия меньшего диаметра могут быть обработаны при установке в конусное отверстие державки специальной оправки с хвостовиком конус Морзе 6. В этом случае глубина растачивания (сверления) ограничивается длинной инструмента и оправки. Изменение вылета державки производится краном.

Подачу режущему инструменту сообщает каретка. Приспособление может быть установлено только на корпусе суппорта с плоским резцедержателем.

11) Установка охлаждения поливом.

Устройство предназначено для подачи охлаждающей эмульсии в зону резания, сбора отработанной, фильтрации её и возвращения в бак. Насосная установка и запорная арматура установлены на крышке бака с эмульсией.

Запорная арматура позволяет восстановить эффект самовсасывания во время пуска насоса после длительной стоянки, регулирование рабочего потока эмульсии (лишняя сливается через обратный клапан в бак).

На станок эмульсия подаётся по трубопроводу, уложенному в каналах фундамента и кабеленесущих цепях станка к колодке, расположенной на поперечных салазках суппорта.

От колодок в зону резания эмульсия поступает:

в суппорте с револьверной резцовой головкой - по каналам в корпусах поперечных салазок и резцовой головки на опрыскиватели, установленные над каждым резцом. Эмульсия подается только к резцу, находящемуся только в рабочей позиции. Обратный клапан, смонтированный в трассе резцовой головки, предотвращает утечку эмульсии при смене позиции резцовой головки и одновременно служит соединительной быстроразъемной автоматической муфтой для подачи эмульсии на подвижную часть головки. По усмотрению заказчика опрыскиватель может быть изменен по конфигурации и по длине заменой латунной трубке;

в суппорте с плоскими резцедержками:

по индивидуальным резинотканевым рукавам для каждой резцедержки на распылители с гибкими наконечниками для установки необходимого направления подачи эмульсии.

Во избежание чрезмерного разбрызгивания эмульсии по станку рекомендуется устраивать отражательные щитки сообразуясь с формой обрабатываемой поверхности, скоростью резания и величиной потока эмульсии.

Обработанная эмульсия по каналам станины и фундамента вместе со стружкой попадает на транспортер, который служит для эмульсии желобом, подающим её на фильтр перед возвращением её в бак.

12) Гидравлическая система станка.

Гидросистема станка состоит из трех автономных систем: системы передней бабки, системы суппорта, системы задней бабки.

Гидросистема передней бабки обеспечивает переключение ступеней оборотов шпинделя и смазки механизмов бабки и редуктора (коробки скоростей).

Гидросистема суппорта обеспечивает зажим резцедержателей и включение (отключение) механизма выборки люфта. Смазки направляющих каретки и салазок обеспечивает станция смазки СОЭ.

Гидросистема задней бабки обеспечивает зажим (отжим) основания, смазку основания и верхней части.

Основным элементом гидросистемы передней бабки является гидростанция с оригинальным баком, на крышке которого размещены насосная установка, состоящая из электродвигателя 4А100L6 (N=2,2 кВт, n=950 об/мин) и насоса НПл1,6/6,3, а также контрольно-регулирующая и фильтрующая аппаратура.

В гидростанции шпиндельной бабки предусмотрена термостабилизация масла. В зимнее время нагрев масла производят с помощью тена; в летнее время масло охлаждается с помощью теплообменника. Включение термостабилизирующих элементов осуществляется от термореле.

Основным элементом гидросистемы суппорта является гидростанция с емкостью бака 20 дмі, на крышке которого размещены насосная установка, состоящая из электродвигателя 4А71В6 и насоса БГ12-41Б, а также контрольно-регулирующая и фильтрующая аппаратура. Насосная установка смазочной системы каретки смонтирована на корпусе каретки.

Гидросистема задней бабки состоит из насосной установки, состоящей из электродвигателя 4А 90L4 и насоса НПл5/16, установленной на основании задней бабки и гидропанели с модульной аппаратурой, размещенной на корпусе бабки. Емкостью гидросистемы является ниша основания задней бабки.

13) Установка СОЖ туманом.

Установка предназначена для охлаждения режущего инструмента распыленной жидкостью. Работает следующим образом:

от цеховой магистрали сжатый воздух под давлением подается к установке, смонтированной под рабочей площадкой и настроенной на подачу смеси в виде «тумана» (воздух + эмульсия).

в установке сжатый воздух через фильтр и регулятор давления поступает к дросселю, который регулируется количеством приготовляемой распыленной смеси.

Приготовление смеси поступает на колодку поперечных салазок и далее по каналам резцовых головок, предназначенным для подачи эмульсии поливом и описанным выше.

При пуске, регулировании и эксплуатации запрещается:

а) поднимать давление в системе выше 0,3 Мпа (3 кгс/см2);

б) использовать эмульсию выше 1,5-процентной концентрации;

в) заливать СОЖ при работающей установке.

Применяемая СОЖ должна иметь концентрацию раствора, состоящего из 1-1,5% эмульсола, остальное - вода.

Давление подводимого воздуха, Мпа (кгс/см2)

номинальное - 0,2

минимальное - 0,1

Расход воздуха, м3/час

номинальный - 3

максимальный - 20

Температура распыляемой СОЖ, 0С

+ 100….+ 200

Расход СОЖ при номинальном давлении, г/час

наименьший - 50

наибольший - 500

Полезная емкость резервуара, 3500 см3.

2.1.3 Описание работы станка

Подключение станка к цеховой сети осуществляется вводным автоматом QF1. Для подачи напряжения на станок необходимо одновременно с поворотом рукоятки вводного автомата нажать кнопку SB6, расположенную на дверце станции вводного автомата.

При срабатывании одной из кнопок «Общий стоп» или при открывании дверей станции управления без переключения дверного блокиратора SF20 произойдет отключение КМ3 и после торможения привода главного движения (контролируется РКС-КМ7) - вводной автомат отключится. Режимы работы станка задаются кнопками панели №2 пульта суппорта.

В режиме «Загрузка» оператор имеет возможность установить или снять изделие станка. При этом активны органы управления пультов передней и задней бабок, пультов люнетов и пульта транспортера. Перемещения суппорта заблокированы.

В режимах работы «Работа с задней бабкой» и «Работа без задней бабки» возможна реализация всех паспортных данных станка. Режим «Работа с задней бабкой» предполагает обработку изделия, установленного в кулаках планшайбы и зажатого центром пиноли задней бабки. В режиме «Работа без задней бабки» обработка выполняется без зажима изделия пинолью. Управление станком в этих режимах ведется с пульта суппорта.

Порядок функционирования станка в режимах «Работа…» определяется режимами работы УЧПУ. Основной режим работы, в котором реализуются все технические возможности станка - программный.

В таблице 2.3 приведены органы управления и их значение.

Таблица 2.3 - Органы управления и их назначение

Пози- ция	Органы управления и их назначение
1	Кнопка «Выбор режима «загрузка»»
2	Кнопка «Выбор режима «работа с задней бабкой»»
3	Кнопка «Выбор режима «работа без задней бабки»»
4	Кнопка «Выбор 1-ой ступени бабки шпиндельной»
5	Кнопка «Выбор 2-ой ступени бабки шпиндельной»
6	Кнопка «Включение механизма люфтовыбирания». Повторное нажатие выключает механизм люфтовыбирания
7	Кнопка «Левая резцедержалка вперед». Работает в толчковом режиме
8	Кнопка «Правая резцедержалка вперед». Работает в толчковом режиме
9	Кнопка «Гидронасос гидростанции передней бабки включить».
10	Кнопка «Левая резцедержалка назад». Работает в толчковом режиме
11	Кнопка «Правая резцедержалка назад». Работает в толчковом режиме
12	Кнопка «Принудительная смазка направляющих». Работает в толчковом режиме
13	Кнопка «Пуск транспортера». Повторное нажатие выключает транспортер
14	Резерв

Электропривод главного движения осуществляется по системе «преобразователь - двигатель» двигателем постоянного тока М1 типа 4П40022МУ3.

Преобразователь - устройство SIMOREG 6RA7081 - установлен в шкафу вводного автомата. Охлаждение двигателя М1 выполняется вентилятором с асинхронным двигателем М10 типа 4А100S4У3.

Вращение от двигателя М1 к планшайбе передается через двухступенчатую коробку скоростей. Переключение скоростей выполняется электромагнитами YA3…YA6. Контроль ступени осуществляется конечными выключателями SQ109…SQ112.

Выбор номера ступени возможен как с помощью кнопок пульта УЧПУ, так и с помощью М-команд.

Электросхемой станка предусмотрен контроль темрературы подшипниковых узлов передней бабки с помощью термопреобразователей RK10 и RK11. При температуре подшипникового узла, превышающей значение 600С, соответствующее сообщение выдается на экран монитора УЧПУ.

Контроль смазки механизма коробки скоростей осуществляется с помощью реле протока SP8.

Подачу масла в гидроцилиндры переключения скоростей и на смазку механизма коробки скоростей выполняет отдельно стоящая гидростанция передней бабки, гидронасос приводится в движение асинхронным электродвигателем М12 типа ILA7106.

Гидростанция оснащена ТЭНом ЕК3 типа АВ32-10 и охлаждателем с приводом от асинхронного электродвигателя М12. Температура масла контролируется электронным термометром SK1 типа АВ31-15. Уровень масла в баке контролируется с помощью реле уровня SL4 и SL5 типа АВ31-04. Контроль наличия давления в гидросхеме передней бабки выполняется реле давления SP2. Контроль работы охладителя осуществляется с помощью реле давления SP9.

Задняя бабка станка состоит из двух механизмов: основания и верхушки. Управление механизмами задней бабки возможно только в режиме «загрузка» с пульта бабки. Выбор механизма осуществляется с помощью переключателя SA30, управление гидронасосом - с помощью кнопок SB30 и SB31, выбор направления перемещения механизма - кнопками SB32 и SB33. Зажим (отжим) механизма включается кнопкой SB34 (SB35). Электросхема бабки задней предусматривает следующие блокировки: перемещение пиноли возможно только при зажатом основании; перемещение основания бабки вперед (на деталь) блокируется при появлении давления в ЭКМ (SPS) РРmin=2; ускоренное перемещение пиноли вперед (на деталь) блокируется при срабатывании токового реле КА1; перемещение основания бабки назад ограничивается конечными выключателями SQ131 и SQ132 соответственно.

Перемещение основания выполняется асинхронным электродвигателем М11 типа 4А112L6У3, ускоренное перемещение пиноли - асинхронным электродвигателем М14 типа 4А90L4У3, силовое перемещение пиноли - асинхронным электродвигателем М18 типа 4АА63А4У3. Переключение механизмов силового и ускоренного перемещения пиноли осуществляется электромагнитной муфтой YC1.

Гидропанель задней бабки располагается в нише основания и обеспечивает управление зажимом (отжимом) и смазкой механизмов бабки. Гидронасос гидропанели приводится в движение асинхронным электродвигателем М13 типа ILА7106. Отжим основания бабки производится включением электромагнита YA11, отжим верхушки - электромагнитом YA12. Давление в полостях отжима контролируется реле давления SP3 и SP4. Контроль работоспособности фильтра гидропанели выполняет контактный выключатель SQ191. Управление гидрораспределителем смазки осуществляется с помощью электромагнитов YA9 и YA10.

Перемещение суппорта осуществляется высокомоментными двигателями М2 и М3 типа 1FT108-8АВ71. Управление их работой выполняет привод SIMODRIVE 611D, установленный в шкафу УЧПУ. Перемещение суппорта возможно только в режимах «Работа с задней бабкой» и «Работа без задней бабки».

Ограничение хода суппорта осуществляют конечные выключатели, SQ164, SQ167, SQ169.

Суппорт оснащен левой и правой резцедержками, имеющими по четыре фиксированных положения, контролируемых конечными выключателями SQ101… SQ108. Перемещение резцедержек выполняется с помощью электромеханических головок ЭМГ53, оснащенных асинхронными электродвигателями М16 и М17 типа 4АВ63В2У3. Зажим и отжим резцедержек выполняется вручную.

Гидронасос гидростанции суппорта приводится в движение асинхронным электродвигателем М15 типа 1LA7080-4AA11.

Редуктор продольного перемещения суппорта оснащен механизмом люфтовыбирания. Включение/выключение люфтовыбирания осуществляется кнопкой пульта УЧПУ, воздействие на которую вызывает срабатывание электромагнита YA13.

Смазка механизмов суппорта и направляющих осуществляется от гидронасоса, оснащенного асинхронным электродвигателем М22 типа 1LA7080-4AA11, установленным на гидропанели суппорта. Смазка направляющих суппорта осуществляется под управлением УЧПУ в функции пройденного пути. На пульте УЧПУ есть кнопка принудительной смазки направляющих. Станок может быть оснащен двумя самоходными люнетами. Управление работой механизмов люнетов выполняется органами управления их пультов. При эксплуатации станка без люнетов необходимо установить заглушки на колодки разъемов клеммной коробки токоподвода задней бабки: Х - при работе без люнета№1 и Х - при работе без люнета №2.

Для уборки стружки на станке установлен транспортер с приводом от асинхронного электродвигателя М40.

3. СПЕЦЧАСТЬ

3.1 Обоснование выбора адаптивной системы регулирования привода поперечной подачи

Требования точности, предъявляемые машиностроением к станочному оборудованию, повышаются с каждым днем. На сегодня вопрос достижения требуемой точности вполне справедливо можно считать наиболее важным при проектировании новых моделей станочного оборудования, поскольку именно в этой области разработчики сталкиваются с наибольшим количеством проблем, заставляющих искать обходные пути, идти на компромиссы, что, в конечном счете, сказывается на общем качестве и конкурентоспособности новой продукции.

Фактор точности является доминирующим в интегральной оценке экономической эффективности и качества оборудования. Достаточно беглого обзора рынка станочного оборудования, чтобы выявить степень влияния класса точности оборудования на его цену. В принципе цена станка зависит от большого количества факторов, но о влиянии на цену показателей точности упрощенно можно сказать, что они находятся в степенной зависимости:

, (3.1)

где Ц - цена,

К - коэффициент пропорциональности, зависящий от типа станка, массы, типа системы управления, специальных требований, условий производства и пр.,

д - абсолютная погрешность обработки на данном оборудовании,

х - показатель степени. Причем показатель степени х всегда больше единицы и приблизительно пропорционален типоразмеру станка.

Это говорит о том, что задача достижения требуемой точности при сохранении приемлемой цены особенно осложняется для тяжелого станочного оборудования.

Однако, рассмотренная закономерность характерна только для классического пути достижения точности. Этот путь заключается в том, что для получения требуемой точности обработки на станке приходится повышать до необходимого уровня точность изготовления узлов и сборки самого станка, причем она, как правило, должна быть на порядок выше требуемой точности обработки. Подобные требования относятся и к жесткости узлов станка участвующих в формообразовании. Здесь приходится искать компромисс между точностью, производительностью и ценой, тогда как конечной целью является гармоничное улучшение этих показателей.

Наиболее перспективным в настоящее время представляется создание адаптивных систем автоматического управления. Принцип адаптивности заключается в получении информации о выходных параметрах технологического процесса посредствам совокупности датчиков, и последующем применении этой информации для адекватного вмешательства в ход технологического процесса с целью поддержания значений определенных параметров продукта в пределах допуска. Это направление имеет мощную теоретическую поддержку в виде теории автоматического управления и применительно к вопросам точности обладает практически неограниченными возможностями. Оно стало возможным с появлением систем ЧПУ и в силу развития и удешевления средств электронной вычислительной техники, автоматики и измерения. На сегодня адаптивное управление представляется наиболее эффективным и экономически целесообразным путем достижения точности. Единственной существенной проблемой для этого направления остается вопрос поиска достаточного количества источников информации о параметрах технологического процесса и способов ее своевременного получения.

Для успешного решения рассмотренной задачи необходимо четко представлять структуру погрешностей для конкретного случая обработки и структуру факторов вызывающих эти погрешности. Структура факторов, вызывающих погрешности, рассмотрена в технологической части дипломного проекта.

Из сказанного выше (технологическая часть) легко понять, что погрешности размера по своим свойствам идентичны настройке технологической системы на размер, вызваны ее изменением, и соответственно могут быть скомпенсированы ее же изменением, в то время как погрешности формы поверхности могут совершенно не зависеть от размерной настройки технологической системы.

По этой причине погрешности формы поверхности представляются гораздо более серьезной проблемой, чем погрешности размера, особенно для тяжелых станков. Это утверждение подтверждено также анализом опыта эксплуатации тяжелого станочного оборудования в производственных условиях. В ходе этого анализа были выявлены и классифицированы факторы, оказывающие существенное влияние на каждый конкретный вид погрешности. Перечень факторов приведен в технологической части.

Для обработки на тяжелом токарном станке наибольшую проблему представляют погрешности, вызванные геометрическими погрешностями направляющих продольного перемещения, геометрическими погрешностями опор шпинделя, а также упругими деформациями шпиндельной группы, суппорта и заготовки. Борьба с упругими деформациями заготовки представляет собой довольно специфическую задачу, и если рассматривать ее как отдельную проблему, то можно сделать вывод, что обязанности системы адаптивного управления тяжелого токарного станка состоят в обеспечении точности траекторий перемещения инструмента относительно установочных баз изделия и независимости точности этих траекторий от внешних факторов, в том числе от геометрических погрешностей изготовления и сборки узлов станка и силовых нагрузок любого характера.

В теории автоматического управления известно два способа решения этой задачи, определяющих структуру системы управления, - посредствам незамкнутой и замкнутой системы автоматического регулирования. Оба способа имеют недостатки, поэтому рассмотрим их подробнее. Суть незамкнутой системы регулирования состоит в том, что к основному сигналу регулирования прибавляются сигналы от датчиков, регистрирующих внешние возмущающие воздействия, преобразованные по соответствующему закону, в результате чего эти добавочные сигналы оказывают на объект регулирования действие, обратное действию соответствующего возмущающего фактора

Теоретически этот метод совершенен, однако при практической реализации нельзя учесть все возможные возмущающие факторы, для некоторых не разработаны приемлемые способы измерения, и очень сложно создать преобразователи с адекватным законом преобразования. На практике этот способ распространения не получил из-за сложности оборудования и неуниверсальности.

В замкнутой системе осуществляется измерение только выходного параметра, сравнение его с заданным значением и коррекция управляющего воздействия до достижения равенства действительного значения выходного параметра с заданным (см. рис. 3.2).

Такая система оказывается очень простой при практической реализации, но ее возможности ограничиваются одним недостатком, в этой системе неизбежно существует запаздывание сигнала коррекции по отношению к моменту изменения выходного параметра, обусловленное временем прохождения сигнала по тракту измерения-сравнения.

С учетом особенностей рассмотренных выше факторов, оказывающих основное влияние на погрешности формы поверхности изделия, а именно отсутствие в них быстроменяющихся процессов, последний способ вполне можно считать приемлемым для применения на тяжелых токарных станках. Сказанное, однако, не относится к упругим деформациям, но и в этом отношении можно принять меры, исключающие резкие изменения силовых факторов в технологической системе, например плавное врезание.

Теперь с учетом выбранного принципа управления можно окончательно сформулировать задачу и принцип системы адаптивного управления. Она должна поддерживать заданное положение и траекторию движения инструмента относительно некоторых измерительных баз, точность которых не зависит от внешних факторов. В качестве таких баз следует использовать не поверхности узлов станка или эталонные линейки, а естественные поверхности высокой точности или физические явления, например луч лазера, поверхность жидкости, гироскоп и т.п.

3.2 Устройство и принцип действия системы адаптивного управления

Проектируемая система адаптивного управления представляет собой комплексную систему автоматического регулирования, состоящую из двух подсистем, призванных компенсировать различные группы погрешностей. Система позволяет исключить копирование отклонений от прямолинейности направляющих станины на профиль изделия, а так же уменьшить погрешности формы в поперечном сечении. Применение системы эффективно как при обработке цилиндрических деталей, так и конических и сложно профильных тел вращения.

Предлагаемая система адаптивного управления предназначена для работы совместно с микропроцессорной системой числового программного управления типа СNC. При этом возможно два варианта исполнения: