36

• Оглавление
• Введение
• 1. Разработка технологического процесса обработки детали втулка
• 1.1 Описание конструкции узла, в который входит изготавливаемая деталь
• 1.2 Конструкция детали и ее назначение
• 1.3 Анализ технологичности детали
• 1.4 Определение типа производства
• 1.5 Конструирование заготовки
• 1.5.1 Метод получения заготовки
• 1.5.2 Промежуточные припуски и межоперационные размеры
• 1.5.3 Расчет конструктивных элементов заготовки
• 1.6 Технологические базы
• 1.7 Технологический процесс обработки втулки
• 1.7.1 Маршрут механической обработки втулки
• 1.7.2 Основное технологическое оборудование
• 1.7.3 Операционная технология
• 1.7.4 Режимы резания
• 1.8 Нормы времени
• 2. Расчет системы следящего электропривода
• 2.1 Обоснование необходимости расчетов
• 2.2 Выбор электродвигателя
• 2.2.1 Приведение сил, масс и движения
• 2.2.2 Предварительный выбор электродвигателя
• 2.3 Выбор комплектного электропривода
• 2.4 Матописание неизменяемой части следящего привода (сэп)
• 2.4.1 Расчет параметров электромеханической системы
• 2.4.2 Силовой управляемый преобразователь
• 2.4.3 Датчик обратной связи
• 2.5 Синтез регуляторов координат СЭП
• 2.5.1 Выбор структуры СЭП
• 2.5.2 Расчет параметров регуляторов координат СЭП
• 2.6 Расчет и построение переходных процессов
• 3. Разработка РТК по изготовлению втулки
• 3.1 Операции подлежащие автоматизации
• 3.2 Основное технологическое оборудование
• 3.3 Робот и его функции в РТК
• 3.3.1 Обоснование выбора робота
• 3.3.2 Характеристики робота
• 3.4 Транспортная система РТК и тара
• 3.4.1 Выбор конвейера
• 3.4.2 Проектирование входного и выходного контейнера
• 3.5 Планировка РТК
• 3.6 Алгоритм работы РТК
• 3.7 Циклограмма функционирования РТК
• 3.8 Загрузка оборудования РТК
• 3.9 Выбор варианта компновки
• 4. Патентные исследования
• 4.1 Описание объекта
• 4.2 Оценка исходных условий
• 4.2.1 Формулировка целей исследования
• 4.2.2 Определение стран проверки
• 4.3 Выбор исследуемых технических решений (ИТР)
• 4.3.1 Определение категории объекта исследования
• 4.3.2 Выбор технических решений, подлежащих исследованию (ИТР)
• 4.4 Регламент поиска
• 4.4.1 Определение рубрик МКИ и индекса УДК ИТР
• 4.4.2 Установление и обоснование глубины патентного поиск
• 4.4.3 Установление и обоснование источников информации
• 4.5 Патентный поиск
• 4.6 Анализ выявленных технических решений
• 4.6.1 Анализ сущности технических решений
• 4.6.2 Определение показателей положительного эффекта
• 4.6.3 Сопоставительный анализ преимуществ и недостатков ИТР и аналогов
• 4.7 Описание усовершенствованного объекта
• 4.8 Выявление и анализ существенных признаков ИТР и аналогов
• 4.9 Выводы и рекомендации
• 4.9.1 Вывод по результатам экспертизы на патентную чистоту
• 4.9.2 Рекомендации по использованию объекта
• 5. Безопасность и экологичность при эксплуатации ртк для обработки детали втулка
• 5.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов (ОВФ), возникающий при эксплуатации проектируемого РТК
• 5.2 Возможность возникновения чрезвычайных ситуаций
• 5.3 Экологическая экспертиза проектируемого РТК
• 5.4 Очистка и восстановление СОЖ
• 5.4.1 Требования к эксплуатационным свойствам масел
• 5.4.2 Очистка СОЖ в процессе эксплуатации и регенерация.Очистка масел
• 5.4.3 Регенерация масел
• 6. организационно-экономическая часть
• 6.1 Обоснование необходимости расчетов
• 6.2 Определение трудоемкости обработки деталей
• 6.3 Определение годового объема производства продукции
• 6.4 Определение необходимого количества оборудования
• 6.5 Определение численности работающих
• 6.6 Расчёт среднегодовой заработной платы работников
• 6.7 Расчёт годовых приведённых затрат на содержание и эксплуатацию основных фондов
• 6.8 Расчёт годовых затрат на эксплуатацию оборудования
• 6.9 Расчёт годовых затрат на переналадку оборудования
• 6.10 Расчёт годовых приведённых затрат на техническую подготовку производства
• 6.11 Определение годовых приведённых затрат по вариантам
• 6.12 Определение годового экономического эффекта от снижения затрат по проектируемому варианту
• 6.13 Определение величины снижения трудоемкости
• Перечень использованных источников


Введение

Значение автоматизации технологических процессов для развития промышленного производства, обоснование темы и содержания проекта, цели и задачи проекта.

1. Разработка технологического процесса обработки детали втулка

1.1 Описание конструкции узла, в который входит изготавливаемая деталь

Эскиз узла, в состав которого входит рассматриваемая деталь, представлен на рис.1.1. Назначение детали следующее: она является корпусом приспособления “патрон загрузки”, который служит для установки детали “шестерня 5-ой передачи” в патрон внутришлифовального станка. В корпус (1) устанавливаются подшипники (2), которые являются опорой для детали “оправка” (3). Между подшипниками установлены две распорные втулки (4, 5). Для защиты подшипников от попадания в них стружки и других предметов, в отверстии корпуса установлена манжета (6). Приспособление крепится корпусом к плите рабочего стола станка с помощью шести резьбовых отверстий.

Рис. 1.1



1.2 Конструкция детали и ее назначение

Эскиз втулки представлен на рис.1.2. Деталь выполнена из машиностроительной (конструкционной) легированной стали общего назначения марки 40Х (по ГОСТу 4543-71). Химический состав и механические свойства материала детали представлены в табл.1.1 и 1.2.

Таблица 1.1Химический состав стали марки 40Х

С	Si	Mn	Cr	Ni	Cu	S	P
%	%, не более
0,36-0,44	0,17-0,37	0,5-0,8	0,8-1,1	0,3	0,3	0,035	0,035

Таблица 1.2 Механические свойства стали марки 40Х

Предел прочности при растяжении	Предел текучести	Относительное удлинение	Удельная ударная вязкость	Твердость после отжига, НВ
МПа	%	Дж/см2	-
981	785	10	59	217

Данная деталь представляет собой втулку и имеет следующие элементарные поверхности:

цилиндрические;

внутренние отверстия;

резьбовые отверстия.

Отверстие 47H6 обрабатывается с высокой точностью, так как оно предназначено для посадки подшипников.

Отверстие 42H9 предназначено для посадки в него манжеты.

Цилиндрическая поверхность 60h6 имеет высокую точность, так как она является посадочной поверхностью.

Шесть резьбовых отверстий служат для крепления корпуса приспособления к плите.



Рис. 1.2

1.3 Анализ технологичности детали

Вывод о технологичности детали делается на основе данных представленных в табл.1.3, здесь номер поверхности соответствует позиции указанной на рис.1.3, и значений массы детали и заготовки.

Масса детали -

Масса заготовки -

Таблица 1.3 Параметры поверхностей детали

№	Наименование поверхности	Количество поверхностей	Количество унифицированных поверхностей	Квалитет точности	Параметр шероховатости
1	Торец фланца правый	1	-	10	Ra 6,3
2	Резьбовое отверстие	6	6	9	Ra 6,3
3	Торец фланца левый	1	-	10	Ra 1,6
4	Цилиндрическая поверхность 59,5	1	-	10	Ra 6,3
5,6,7	Фаски	3	3	10	Ra 6,3
8	Цилиндрическая поверхность 60h6	1	-	6	Ra 1,6
9	Выточка 49,5	1	1	7	Ra 1,6
10	Отверстие 47,2	1	-	10	Ra 6,3
11	Отверстие 47H6	1	-	6	Ra 0,4
12	Отверстие 42H9	1	1	9	Ra 0,8
13	Фаска	1	1	10	Ra 6,3
14	Фланец	1	-	10	Ra 6,3
15	Внутренний торец	1	-	10	Ra 6,3

Общее количество поверхностей .

Общее количество унифицированных поверхностей .

Рис. 1.3

Коэффициент унификации конструктивных элементов.

Коэффициент использования материала

Коэффициент точности обработки

где - средний коэффициент точности

где - квалитет точности от 1 до 19;

- число поверхностей детали выполненных с точностью соответственно с 1 по 19 квалитет.

Коэффициент шероховатости поверхности

где - средняя шероховатость поверхности детали.

где - параметр шероховатости поверхности,

- число поверхностей.

Проанализировав полученные значения приведенных коэффициентов можно сделать вывод, что деталь технологична.

1.4 Определение типа производства

Тип производства зависит от годовой программы выпуска деталей и их трудоемкости. По трудоемкости данный корпус можно отнести к средней трудоемкости, так как при его изготовлении применяется ряд точных операций, связанных с обработкой отверстия и внешней цилиндрической поверхности и торца фланца. Поэтому, с учетом значения массы детали и годовой программы выпуска деталей штук в год, принимаем среднесерийное производство.

Определим такт выпуска изделия:

где - действительный годовой фонд времени работы оборудования, часов.

Тогда

.

1.5 Конструирование заготовки

1.5.1 Метод получения заготовки

Рассмотрим два варианта получения заготовки данной корпусной детали: из проката и штамповкой на горизонтально-ковочной машине (ГКМ). На рис. 1.4 и 1.5 представлены эскизы заготовок по обоим вариантам.



Рис. 1.4 Рис. 1.5

Данные для расчета стоимости заготовки по вариантам представлены в табл.1.5.

Таблица 1.5 Показатели для расчета стоимости заготовки по вариантам

Показатели	1-ый вариант	2-ой вариант
Вид заготовки	Прокат 100109 ГОСТ 2590-88	Штамповка на ГКМ
Класс точности	h12	2, ГОСТ 7505-74
Группа сложности	2	-
Масса заготовки, mз, кг	6,67	2,06
Стоимость 1т заготовок S, руб.	200000	373000
Стоимость 1т стружки Sотх, руб.	25000	25000

Стоимость заготовки по первому варианту (из проката)

Стоимость заготовки по второму варианту (штамповка на ГКМ)

где - коэффициенты, зависящие от класса точности, группы сложности, марки материала, массы и объема производства заготовок соответственно.

, , , , .

Расчет экономического эффекта по методу получения заготовок

Подставив из выражений ?????? значения и получим следующее:

По приведенным выше расчетам видно, что заготовка из проката по себестоимости дороже. Также к существенным недостаткам первого метода получения заготовок можно отнести:

значительный расход металла (83% металла заготовки при обработке переходит в стружку).

существенное увеличение длительности технологического процесса.

более интенсивный износ режущего инструмента, механизмов и узлов станков и роботов

снижение точности позиционирования заготовок роботами.

Все это позволяет сделать выбор метода получения заготовок в пользу второго варианта, то есть путем штамповки на ГКМ.

1.5.2 Промежуточные припуски и межоперационные размеры

Припуск - слой материала, удаляемый с поверхности заготовки в целях достижения заданных свойств обрабатываемой поверхности детали. Определение припуска возможно двумя способами: по соответствующим таблицам или расчетно-аналитическим методом. Последний, в свою очередь делится на метод индивидуального получения размеров (МИПР) и метод автоматического получения размеров (МАПР). Воспользуемся методом автоматического получения размеров. Минимальный, номинальный и максимальный припуски при этом методе рассчитывают следующим образом.

Минимальный припуск: при последовательной обработке противолежащих поверхностей (односторонний припуск)

при обработке наружных и внутренних поверхностей (двусторонний припуск)

где - высота микронеровностей профиля на предшествующем переходе;

- глубина дефектного поверхностного слоя на предшествующем переходе;

- суммарные отклонения расположения поверхности на предшествующем переходе;

- погрешность установки заготовки на выполняемом переходе.

Номинальный припуск на обработку поверхностей:

Наружных

Внутренних

где , , , - нижние отклонения размеров соответственно на предшествующем и выполняемом переходах;

, ,, - верхние отклонения размеров соответственно на предшествующем и выполняемом переходах.

Максимальный припуск на обработку поверхностей:

Наружных

Внутренних

где и - допуски размеров на предшествующем переходе;

и - допуски размеров на выполняемом переходе.

Обработка детали осуществляется в самоцентрирующемся трехкулачковом патроне с гидро- либо пневмоприводом и в центрах (при шлифовании внешних поверхностей), масса заготовки 2,06 кг, метод получения - штамповка на ГКМ, в связи с этим, при расчете припусков для данной заготовки учитывались следующие показатели:

осевое смещение заготовки в патроне - 70 мкм;

погрешность установки заготовки в центрах - 100 мкм;

допускаемая удельная кривизна стержня после высадки фланца или утолщения - 16 мкм/мм;

допускаемая неперпендикулярность торца фланца к оси поковки - 0,7 мкм/мм;

допускаемое смещение оси фланца или утолщения относительно оси стержня - 0,25 мм.

коэффициент уточнения пространственных отклонений заготовки и погрешности установки ее в приспособлении:

а) после чернового точения - 0,06;

б) после чистового точения - 0,04;

в) после предварительного шлифования - 0,03;

г) после окончательного шлифования - 0,02.

Расчет припусков на обработку и предельных размеров по технологическим переходам для втулки представлен в табл.1.6.

Таблица 1.6 Припуски и предельные размеры по переходам для втулки

Технологические операции и переходы обработки элементарной поверхности	Элементы припуска	Расчетный припуск	Расчетный размер	Допуск	Предельные размеры	Предельные значения припусков
	Rz	T	?	?y				max	min	max	min
Торцы наружные по размеру 103 h10
Заготовка	160	200	62	-	-	103,85	1300	104,75	103,45	-	-
Точение черновое	50	50	4	70	492	103,31	350	103,31	102,96	1,44	0,49
Точение чистовое	32	30	-	4	100	103	140	103	102,86	0,31	0,1
Торец наружный по размеру 10 h10
Заготовка	160	200	62	-	-	11,18	1300	12,08	10,78
Точение черновое	50	50	4	70	492	10,44	150	10,44	10,29	1,64	0,49
Точение чистовое	32	30	-	4	108	10,24	58	10,24	10,18	0,2	0,11
Шлифование предварительное	10	20	100	-	62	10,14	22	10,14	10,12	0,1	0,06
Шлифование окончательное	5	15	3	-	130	10	9	10	9,991	0,14	0,13
Наружная поверхность диаметром 88 h10
Заготовка	160	200	2030	-	-	93,48	1300	94,38	93,08
Точение черновое	50	50	122	-	4780	88,65	350	88,65	88,3	5,73	4,78
Точение чистовое	25	25	5	-	444	88	140	88	87,86	0,65	0,44
Наружная поверхность диаметром 60 h6
Заготовка	160	200	1488	-	-	64,62	1300	65,52	64,22
Точение черновое	50	50	89	-	3696	60,83	300	60,83	60,53	4,7	3,7
Точение чистовое	25	25	4	-	378	60,27	120	60,27	60,15	0,56	0,38
Шлифование предварительное	10	20	-	-	108	60,09	46	60,09	60,04	0,18	0,11
Шлифование окончательное	5	15	-	-	60	60	19	60	59,981	0,09	0,06
Наружная поверхность диаметром 59,5 h10
Заготовка	160	200	560	-	-	61,89	1300	62,79	61,49
Точение черновое	50	50	34	-	1840	59,95	300	59,95	59,65	2,84	1,84
Точение чистовое	25	25	-	-	268	59,5	120	59,5	59,38	0,45	0,27
Отверстие диаметром 42 H9
Заготовка	160	200	1667	-	-	37,1	1300	37,5	36,18
Точение черновое	50	50	100	-	4054	41,28	250	41,55	41,28	5,1	4,05
Точение чистовое	25	25	4	-	400	41,83	100	41,95	41,83	0,55	0,4
Шлифование предварительное	10	20	100	-	108	42	39	42,062	42	0,17	0,11
Отверстие диаметром 47 H6
Заготовка	160	200	1088	-	-	42,73	1300	43,63	42,33
Точение черновое	50	50	65	-	2896	46,22	300	46,52	46,22	3,9	2,9
Точение чистовое	25	25	3	-	330	46,73	120	46,85	46,73	0,51	0,33
Шлифование предварительное	10	20	-	-	106	46,91	46	46,96	46,91	0,18	0,11
Шлифование окончательное	5	15	-	-	60	47	19	47,019	47	0,09	0,06
Отверстие диаметром 47,2 h10
Заготовка	160	200	1667	-	-	41,95	1300	42,87	41,55
Точение черновое	50	50	100	-	4054	46,65	250	46,92	46,65	5,1	4,05
Точение чистовое	25	25	4	-	400	47,2	100	47,32	47,2	0,55	0,4
Торец внутренний по размеру 12 h10
Заготовка	160	200	62	-		13,18	1300	14,08	12,78
Точение черновое	50	50	4	70	492	12,47	180	12,47	12,29	1,61	0,49
Точение чистовое	32	30	-	4	108	12,25	70	12,25	12,18	0,22	0,11
Шлифование предварительное	10	20	100	-	62	12,15	27	12,15	12,12	0,11	0,06
Шлифование окончательное	5	15	3	-	130	12	11	12	11,989	0,15	0,13

1.5.3 Расчет конструктивных элементов заготовки

При конструировании заготовки, учета одного лишь припуска недостаточно, для свободного разъема составляющих частей штампа необходимо предусмотреть штамповочные уклоны. Толщину облоя (1 мм) учитывать не будем, считая заготовку предварительно очищенной. Эскиз для расчета конструктивных элементов поковки представлен на рис.1.6.

Рис. 1.6.

Ниже представлены выражения для расчета конструктивных элементов поковки

штамповочный уклон в минутах

при допускается принимать значение штамповочного уклона равным нулю;

внутренние уклоны в минутах

при допускается принимать значение внутреннего уклона равным нулю;

радиусы закруглений

,

Полученные значения уклонов округляются до ближайшего большего из следующего ряда: 10', 20', 30', 40', 50', 1, 110', 120', 130', 140', 150', 2.

Подставляя в выражения ………… значения геометрических параметров заготовки, с учетом указанных допущений, получим

, , мм, мм, мм, мм.

Однако с учетом величин припусков примем значение внешнего уклона . Примем значение диаметра отверстия заготовки под размеры 47,2 и 47H6 одинаковыми и равными .

1.6 Технологический процесс обработки втулки

1.6.1 Маршрут механической обработки втулки

Разработка операций спроектированного технологического процесса представлена в табл.1.4.



Таблица 1.4 Операции спроектированного технологического процесса

№ опер.	Наименование операции и переходов	Эскиз обработки
010	Токарная 1. Подрезать торец 1 предварительно и окончательно; точить ступень 2 предварительно и окончательно; точить фаску 3; расточить отверстие 4 с припуском на шлифование; расточить фаску 5.
	2.Подрезать торец 1 предварительно и окончательно; точить торец 2 предварительно и окончательно, точить фаску 3; точить поверхность 4 предварительно и окончательно; точить поверхность 5 предварительно и окончательно с припуском под шлифование; точить фаску 6; расточить отверстие 7 предварительно и окончательно; расточить отверстие 8 предварительно и окончательно с припуском под шлифование; расточить канавку 9 предварительно и окончательно.
015	Сверлильная Сверлить шесть отверстий. Нарезать резьбу в отверстиях
020	Закалка	-
025	Круглошлифовальная Шлифовать ступень 1 предварительно и окончательно с подшлифовкой торца 2
030	Внутришлифовальная 1. Шлифовать отверстие 1 предварительно и окончательно.
	2. Шлифовать отверстие 1 предварительно и окончательно.

1.6.2 Основное технологическое оборудование

Процесс выбора основного технологического оборудования не имеет жестко определенных критериев. В значительной мере его результат зависит от номенклатуры уже имеющихся на производстве металлорежущих станков. Однако нашей задачей является разработка высокопроизводительного, гибкого производственного комплекса, что подразумевает подбор оборудования с учетом требований со стороны технологического процесса, типа производства и актуальности создаваемого производства. Так же следует учесть то, что станки различного типа должны будут работать согласованно, в едином автоматизированном технологическом комплексе, что устанавливает дополнительные требования к конструкции и возможностям станков.

Основные показатели учитывавшиеся при выборе основного технологического оборудования:

метод обработки, форма обрабатываемой поверхности;

точность, шероховатость поверхности;

габаритные размеры детали, ее масса;

припуск на обработку;

мощность оборудования;

наличие системы ЧПУ;

наличие достаточного количества позиций в инструментальной головке;

автоматизация вспомогательных процессов (уборка стружки, управление зажимом заготовки и т. д.);

возможность обслуживания оборудования промышленными роботами.

С учетом вышеизложенного наиболее предпочтительным мы посчитали использование следующих металлорежущих станков:

1716ПФ3 на токарной операции;

2Р135Ф2 на сверлильной операции;

на внутришлифовальной операции;

на круглошлифовальной операции.

Токарный патронно-центровальный полуавтомат с ЧПУ модели 1716ПФ3.

Назначение: предназначен для высокопроизводительной обработки деталей типа тел вращения из конструкционных сталей, чугуна, цветных и легких сплавов и других материалов. Применяется в серийном производстве.

Конструктивные особенности: Станина представляет собой замкнутую динамическую жесткую конструкцию, обладающую большой прочностью на изгиб и кручение. Закаленные до высокой твердости чугунные направляющие обеспечивают длительное сохранение геометрической точности.

Наклонное расположение станины за осью центров обеспечивает свободный сход стружки и доступ в зону резания.

Большая мощность и быстродействие приводов подачи и главного движения, высокая частота вращения шпинделя в сочетании с жесткой конструкцией станка обеспечивают высокопроизводительную обработку с использованием современных режущих материалов.

Применение антифрикционных материалов для облицовки продольных и поперечных направляющих, поверхностей клиньев и планок, в сочетании с импульсной их смазкой обеспечивает высокую плавность и стабильность перемещения суппорта.

Автоматизация всех вспомогательных перемещений на станке (уборка стружки, управление зажимом заготовки, перемещение пиноли, перемещение и закрепление задней бабки, перемещение ограждения).

Шпиндель полуавтомата в зависимости от исполнения базируется на подшипниках высокой точности (роликовых конических или шариковых радиально-упорных типа «дуплекс» и «триплекс»). Это позволяет получить высокую точность формы отработанных деталей.

Полуавтомат имеет 12-позиционную инструментальную головку с диском для быстросменных блоков токарного инструмента.

Зона резания закрыта ограждением каркасного типа, исключающим проникновение стружки и СОЖ за ограждение.

Компоновка полуавтомата допускает стыковку с любыми типами роботов.

В зависимости от исполнения полуавтомат может оснащаться УЧПУ и электроприводами как отечественного, так и импортного производства.

Цикл обработки станка - полуавтоматический.

Класс точности полуавтомата - П по ГОСТ 8 - 82Е.

Климатическое исполнение УХЛ4 по ГОСТ 15150-69

Основные данные по станку 1716ПФ3 представлены в табл.1.7.



Таблица 1.7 Основные характеристики станка модели 1716ПФ3

Параметр	Значения параметра
Наибольший диаметр устанавливаемого над суппортом изделия, мм	320
Наибольший диаметр обрабатываемого изделия, мм, не менее: над суппортом в патроне	160 200
Наибольшая длина обрабатываемого изделия в центрах, мм, не менее	750
Наибольший ход суппорта, мм, не менее: Продольный Поперечный	760 230
Диаметр сквозного отверстия в шпинделе, мм, не менее	56
Конец фланцевого шпинделя передней бабки по ГОСТ 12595-85	6К
Инструментальный конус в шпинделе передней бабки: конус Морзе по СТ СЭВ 147-75 конус 1:20, наибольший диаметр, мм	6 70
Коническое отверстие в шпинделе задней бабки, конус Морзе по СТ СЭВ 148-75	В24
Наибольшая высота резца, устанавливаемого в резцовой головке, мм, не менее	25
Количество позиций в инструментальной головке	12
Частота вращения шпинделя, мин-1, не менее	6-3000
Ряд частот вращения шпинделя	Натуральн.
Наибольшее усилие резания, Н, не менее	6300
Наибольший крутящий момент на шпинделе, Нм, не менее	420
Вид УЧПУ	Контурное, с обратной связью
Интерполяция	Линейно-круговая
Количество управляемых координат: всего/одновременно, не менее	2/2
Пределы рабочих подач, мм/об, не менее: Продольных Поперечных	0,01-20 0,005-10
Рабочие подачи, мм/мин, не менее: Продольные Поперечные	20-5000 219421
Наибольшее тяговое усилие приводов подач, Н, не менее: продольных поперечных	8000 4000
Ремонтосложность: механическая часть, Rм электрическая часть, Rэ гидравлическая часть, Rг пневматическая часть, Rп устройство ЧПУ, ч (на 1000 ч. оперативного времени)	18 44 2 1 175
Габарит полуавтомата без отдельно расположенных агрегатов, приспособлений и узлов, мм, не более: длина ширина высота	3600 1690 2300
Масса полуавтомата, кг, не более	4000
Дискретность задания перемещений, мм: продольных поперечных	0,001 0,001
Скорость ускоренных перемещений, мм/мин, не менее продольных поперечных	10000500 5000
Наибольшая масса устанавливаемой заготовки, кг, не более	40
Точность отработки заданного перемещения суппорта и главного шпинделя по осям, не грубее: X, мм Y, мм С, град (с)	0,008 0,012 0,0347 (125)
Шероховатость обрабатываемых поверхностей, не грубее:	Ra 1,25

Вертикально-сверлильный станок с револьверной головкой, крестовым столом и ЧПУ модели 2Р135Ф2.

Назначение: станок предназначен для сверления, зенкования, зенкерования, развертывания и нарезания резьбы в деталях из черных и цветных металлов. Наличие в станке револьверной головки для автоматической смены инструмента, крестового стола с программным управлением позволяет осуществлять координатную обработку деталей типа крышек, фланцев, панелей и других деталей без предварительной разметки и без применения кондукторов. Применяется в мелкосерийном и серийном производстве.

Конструктивные особенности: Устройство числового программного управления позволяет полностью автоматизировать цикл обработки с достижением высокой точности взаимного расположения обрабатываемых отверстий.

Блок индикации позволяет проверить визуально правильность отработки перемещения любого рабочего органа станка.

Шариковые винтовые пары, примененные в крестовом столе, сохраняют высокую точность рабочих перемещений стола в течении всего срока службы станка. Двенадцатискоростная автоматическая коробка скоростей в совокупности с восемнадцатиступенчатым приводом подач дает возможность программирования оптимальных режимов обработки.

Наличие девяти коррекций инструмента позволяют откорректировать программу при износе или переточке инструмента.

Станок можно встраивать в автоматическую линию.

Класс точности станка Н.

Основные данные по станку 2Р135Ф2 представлены в табл.1.8.

Таблица 1.8 Основные характеристики станка модели 2Р135Ф2

Параметр	Значение параметра
Наибольший условный диаметр сверления по стали 45, мм	35
Наибольший диаметр нарезаемой резьбы по стали 45	М243
Конус конца шпинделя револьверной головки по ГОСТ 2701-72	Морзе 4
Количество шпинделей револьверной головки	6
Расстояние от оси колонны до оси шпинделя, мм	450
Размеры рабочей поверхности стола, мм	400630
Число пазов стола	3
Ширина паза, мм	14
Расстояние между пазами, мм	100
Наибольший ход стола, мм: поперечный продольный	360 560
Скорость перемещения стола, м/мин: быстрого медленного	3,8 0,05
Наибольший ход суппорта, мм	560
Скорость быстрого хода суппорта, м/мин	4
Наибольшая масса обрабатываемой детали на столе, кг	200
Чистота обработки	6
Точность позиционирования стола, мм	0,05
Повторяемость позиционирования стола, мм	0,03
Разрешающая способность системы ЧПУ, мм	0,01
Количество скоростей шпинделя	12
Частота вращения шпинделя, об/мин	31,5; 45; 63; 90; 125; 180; 250; 355; 500; 710; 1000; 1400
Количество подач суппорта	18
Вертикальные подачи шпинделя, мм/мин	10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500
Наибольший крутящий момент, Нм	200
Наибольшее усилие подачи, Н	150
Количество управляемых координат	3
Тип УЧПУ	Позиционная
Масса станка, кг	5625

1.6.3 Операционная технология

Токарная операция

Разработка операционной технологии подразумевает проектирование траекторий движения инструментов при обработке изделия, причем как на рабочих ходах так и холостых и быстрых ходах.

Следует отметить, что длины подвода, врезания и перебега рекомендуется принимать из диапазона 610 мм, не зависимо от глубины резания.

Рассмотрим каждый переход.

Первый переход выполняемый на токарной операции представлен на рис.1.7. Используемый инструмент - резец проходной упорный ГОСТ 21151-75. Значения координат вершины резца: и . Структура циклограммы данного перехода:

быстрые хода: 0-1, 3-4, 5-6, 6-7, 9-10, 13-14;

холостые хода: 2-3, 8-9, 11-12;

рабочие хода: 1-2, 4-5, 7-8, 10-11, 12-13.

Второй переход представлен на рис.1.8. Используемый инструмент - резец расточной упорный ГОСТ 20874-75. Значения координат вершины резца: и . Структура циклограммы данного перехода:

быстрые хода: 0-1, 3-4, 4-5, 5-6, 10-11;

холостые хода: 2-3, 7-8, 8-9;

рабочие хода: 1-2, 6-7, 9-10.

Третий переход представлен на рис.1.9. Используемый инструмент - резец проходной упорный ГОСТ 21151-75. Значения координат вершины резца: и . Структура циклограммы данного перехода:

быстрые хода: 0-1, 2-3, 3-4, 7-8;

холостые хода: 5-6;

рабочие хода: 1-2, 4-5, 6-7.

Четвертый переход представлен на рис.1.10. Используемый инструмент - резец проходной упорный ГОСТ 21151-75. Значения координат вершины резца: и . Структура циклограммы данного перехода:

быстрые хода: 0-1, 8-9, 9-10, 17-18;

холостые хода: 2-3, 3-4, 11-12;

рабочие хода: 1-2, 4-5, 5-6, 6-7, 7-8, 10-11, 12-13, 13-14, 14-15, 15-16, 16-17.

Пятый переход представлен на рис.1.11. Используемый инструмент - резец расточной упорный ГОСТ 20874-75. Значения координат вершины резца: и . Структура циклограммы данного перехода:

быстрые хода: 0-1, 5-6, 6-7, 7-8, 12-13, 13-14;

холостые хода: 4-5, 11-12;

рабочие хода: 1-2, 2-3, 3-4, 8-9, 9-10, 10-11.

Шестой переход представлен на рис.1.12. Используемый инструмент - резец проходной упорный ГОСТ 21151-75. Значения координат вершины резца: и . Структура циклограммы данного перехода:

быстрые хода: 0-1, 5-6, 6-7, 11-12;

холостые хода: 1-2, 3-4, 4-5, 7-8, 9-10, 10-11;

рабочие хода: 2-3, 8-9.

Данные по определению длины участков траектории движения режущего инструмента на токарной операции сведены в табл.1.9.

Таблица 1.9 Длина участков траектории движения инструмента на токарной операции

Участок траектории	Составляющие траектории	Величина приращения координаты инструмента на участке траектории, мм, на переходе №
		1	2	3	4	5	6
0-1	Y	-113	-74,5	-113	-12,2	-102,75	-2,5
	Z	-552	-64,2	-616,56	-50	-40	-50
1-2	Y	-41,1	0	-11,125	-25,7	0	0
	Z	0	-20,1	0	0	-40,7	-10,7
2-3	Y	0	-6	50	0	-0,225	6,9
	Z	6	0	50	6	0	0
3-4	Y	32,23	0	-38,875	17,875	0	-6,9
	Z	0	20,1	-50,2	0	-55,83	0
4-5	Y	0	0	-11,125	0	-6	0
	Z	-24,4	50	0	-83	0	10,7
5-6	Y	50	0,5	6	0,425	0	0
	Z	70	-50	4,625	0	96,53	50
6-7	Y	-44	0	12,5	0	0	0
	Z	-51,9	-20,1	-12,5	-16,06	50	-50
7-8	Y	-38,2	-6	0	1,5	6,5	0
	Z	0	0	149,56	0	-50	-10,7
8-9	Y	0	0		50	0	7,15
	Z	6	7,1		143,06	-41	0
9-10	Y	31,9	13		-45,925	-0,25	-7,15
	Z	0	13		-50,3	0	0
10-11	Y	0	198,1		-23,875	-55,75	0
	Z	-24,1	611,3		0	0	10,7
11-12	Y	8,8			11,15	-6	207,4
	Z	8,8			6	0	442
12-13	Y	-15			6,5	0
	Z	15			-6,5	96,75
13-14	Y	0			0	0
	Z	100			-76,5	50
14-15	Y				0,385
	Z				0
15-16	Y				0
	Z				-15,76
16-17	Y				1,765
	Z				0
17-18	Y				0
	Z				212,76

1.6.4 Режимы резания

Токарная операция

Расчет режимов резания представлен в табл.1.10.

Таблица 1.10 Расчет режимов резания для токарной операции

номер этапа	Элемент определяемый на этапе	Значение выбранного параметра для перехода
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
1	Анализ условий и требований производства, определение исходных технологических данных
1.1	Форма и размер детали и требования к ней	Lз/Dз=105/94=1,12; материал детали - сталь 40Х, 217 НВ; припуск непрерывный; обработка по корке
1.2	Параметры и жесткость станка	Задан станок модели 1716ПФ3 Dc=320 мм, N=18,5 кВт, Н=25 мм
1.3	Группа операций	Обтачивание	Растачивание	Подрезание
	Жесткости технологической системы	Dз/Dс=94/320=0,294; группа жесткости станка 1, подгруппа жесткости 1,3
	Обрабатываемых материалов	Группа 1.3 -легированная конструкционная хромистая сталь
1.4	Размер, мм	88	60	59,5	42	47	47	65	74	54
	Точность заготовки и детали	Точность заготовки
		h12	h10	h12	h10	h12	h10	h12	h10	h12	h10	h12	h10	h12	h10	h12	h10	h12	h10
	Шероховатость поверхности, мкм	Rz=20
1.5	Стадии обработки, глубина резания	Черн. 2,87	Чист.0,33	Черн. 1,42	Чист.0,23	Черн. 2,35	Чист.0,28	Черн. 2,55	Чист.0,28	Черн. 2,95	Чист.0,26	Черн. 2,55	Чист.0,28	Черн. 1,44	Чист.0,31	Черн. 1,44	Чист.0,31	Черн. 1,61	Чист.0,49
1.6	Максимальные по виброустойчивости глубины резания, мм	tmax0=10 мм; tmax=tmax0Ktmax1Ktmax2Ktmax3Ktmax4Ktmax5=1010,8111=8 мм
1.7	Уровень надежности инструмента	у=70-80%
1.8	Смазочно-охлаждающие жидкости	5%-ный Укринол-1; 5%-ный Аквол-11
2	Выбор инструмента
2.1	Материал режущей части	Т15К6	T30K4	Т15К6	T30K4	Т15К6	T30K4	Т15К6	T30K4	Т15К6	T30K4	Т15К6	T30K4	Т15К6	T30K4	Т15К6	T30K4	Т15К6	T30K4
2.2	Вид резца	Проходной	Расточной lоп=100, H=25мм	Проходной
2.3	Тип конструкции резца	Р	S	Р
	Форма передней поверхности	I	IV	I	IV	I	IV	I	I	IV	I	IV	I	IV
	Угол в плане	95
2.4	Толщина пластины, мм
3	Выбор режимов резания
3.1	Глубина резания t, мм	2,87	0,33	1,42	0,23	2,35	0,28	2,55	0,28	2,95	0,26	2,55	0,28	1,44	0,31	1,44	0,31	1,61	0,49
3.2	Проверка по виброустойчивости	t<tmax=8 мм
3.3	Подача S , мм/об	0,6	0,14	0,65	0,14	0,55	0,14	0,55	0,14	0,55	0,14	0,55	0,14	0,65	0,14	0,65	0,14	0,65	0,14
		С учетом поправочных коэффициентов
		0,48	0,14	0,52	0,14	0,44	0,14	0,44	0,098	0,44	0,098	0,44	0,098	0,52	0,119	0,52	0,119	0,52	0,119
3.4	Скорость резания v, м/мин	180	290	185	290	180	290	125	300	125	300	125	300	120	300	120	300	120	300
		Скорость резания с учетом поправочных коэффициентов
		122,5	272,6	125,9	272,6	122,5	272,6	78,75	240	78,75	240	78,75	240	81,65	360	81,65	360	81,65	360
3.5	Мощность резания N, кВт	4,4		3,7		4,4		4		4,7		4		3,7		3,7		3,7
3.6	Частота вращения n, об/мин	440	980	660	1400	660	1400	590	1800	530	1600	530	1600	400	1700	350	1500	480	2100
3.7	Фактическая скорость резания vф, м/мин	121,6	270,9	124,4	263,9	123,4	261,7	77,9	237,5	78,3	236,3	78,6	237,3	81,7	347,2	81,4	348,7	81,4	356,3
3.8	Составляющая силы резания по оси z Fz, Н	228	9,23	119,4	6,5	174,5	7,9	202,9	6,1	234,5	5,7	202,6	6,1	128,9	7,4	129*	7,4	144,2	12,2

1

160

2 Расчет системы следящего электропривода

2.1 Обоснование необходимости расчетов

Электропривод, как система воспроизведения требуемых движений органов рабочей машины, в значительной степени определяет качество её статических и динамических режимов. Для роботов и станков это:

устойчивость и точность движений (точность позиционирования, точность и качество обработки);

необходимое быстродействие в переходных процессах (производительность);

безаварийное протекание рабочих процессов, в первую очередь, тепловых и электромеханических.

При проектировании автоматизированных производственных комплексов, когда выбирается комплектное оборудование, расчёты систем следящих или регулируемых электроприводов производят с целью оценки соответствия их качества требованиям технологического процесса. Кроме того, нередко требуется проверить, удовлетворяют ли энергетические возможности двигателя технологическим нагрузкам привода. В частности, причинами, вызывающими необходимость выполнения таких расчётов, могут быть:

выбор для оборудования новых комплектных электроприводов или замена в них двигателей;

изменение структуры или настройки управляющих устройств электроприводов или замена в них двигателей;

изменение структуры или настройки управляющих устройств электропривода для повышения его качества;

модернизация конструктивных узлов оборудования;

интенсификация рабочих процессов оборудования и т. п.

В данном проекте расчёт системы СЭП производится в связи с выбором нового двигателя и комплектного привода и с появлением в связи с этим необходимости проверки энергетических свойств двигателя технологическим нагрузкам и динамической точности СЭП в соответствии с требованиями технологического процесса.

2.2 Выбор электродвигателя

Правильный выбор электродвигателя определяет обеспечение всех технологических режимов обработки и необходимых динамических характеристик привода. Исходными данными служат:

скорость быстрого хода и диапазон рабочих подач;

передаточные отношения механических звеньев привода (редуктор, винтовая пара, рейка-шестерня и т.д.);

масса перемещаемого органа с деталью или инструментом;

КПД передач;

моменты инерции механических звеньев;

допустимые ускорения механизмов.

Процедура выбора включает в себя следующие этапы:

приведение к валу двигателя сил и моментов сопротивления, движущихся масс привода, а также движений рабочего органа;

предварительный выбор электродвигателя, расчёт и построение диаграмм его момента и скорости;

2.2.1 Приведение сил, масс и движения

Рассчитывается радиус приведения.

Так как нам не известна структура механической передачи от вала двигателя продольной подачи суппорта непосредственно к суппорту, то расчет радиуса приведения будем осуществлять по следующей формуле:

[м/рад], (2.1)

где - скорость быстрых ходов по паспорту станка, мм/мин;

- максимальная частота вращения электродвигателя, об/мин, выбирается из таблицы 1.1 [1] в соответствии с паспортной мощностью привода подачи станка и диапазоном регулирования скорости:

Подставив данные в формулу (2.1), получим:

м/рад.

Для дальнейших расчетов нам потребуется значение величины диапазона регулирования скорости, он рассчитывается по следующей формуле:

, (2.2)

где - скорость быстрых ходов, мм/мин;

- скорость минимальной рабочей подачи на станке, мм/мин.

Силы резания приводятся к валу двигателя:

[Нм], (2.3)

где - момент на двигателе от составляющей силы резания [Н], по координате Z на - м временном интервале;

- КПД редуктора и передачи винт-гайка.

Принимаем , тогда .

На интервалах, где не осуществляется резание по оси Z:

Нм.

На интервалах времени, где осуществляется резание с подачей по оси Z (рабочие хода):

Таблица №2.1

	0	14	18	22	23	37	41	43	47	57	61	65	67
, Н	1495	575	875	470	94	2829	105	46,8	117	166	836	135	89,9
, Нм	0,755	0,29	0,441	0,237	0,047	1,43	0,053	0,024	0,059	0,084	0,422	0,068	0,045

Приводим к валу двигателя силы трения:

Момент от сил трения на -м временном интервале:

[Нм], (2.4)

где - момент от сил трения в направляющих узлах станка:

[Нм], (2.5)

где - сила трения, Н. Для узлов, перемещающихся в горизонтальной плоскости:

[Н], (2.6)

где - масса перемещающегося узла, кг;

- масса детали, кг;

- коэффициент трения в направляющих, для направляющих скольжения

;

Тогда

Н.

Подставив полученное значение в выражение (2.5), получим:

Нм.

Момент от сил трения в шариковой паре:

[Нм], (2.7)

На участках, где нет резания по оси Z:

Нм.

На рабочих участках:

Таблица №2.2

	10	14	18	22	23	37	41	43	47	57	61	65	67
,Нм	159	61,3	93,3	50,2	10	302	11,2	5	12,5	17,6	89,2	14,4	9,59



- момент от сил трения в подшипниках ходового винта на -м временном интервале. Пренебрегаем этим моментом из-за его малой величины.

Нм.

Подставив полученные значения моментов в выражение момента сил трения (2.4), получим:

на интервалах пауз, где нет движения вдоль оси Z (интервалы 2, 4, 6, 8, 11, 13, 16, 19, 21, 24, 27, 29, 31, 33, 35, 38, 40, 42, 44, 46, 49, 51, 53, 55, 59, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 71, 73, 74, 75, 76, 78):

Нм.

на интервалах холостых ходов, где есть движение по оси Z, но нет резания вдоль нее:

для интервалов 1, 5, 9, 17, 28, 32, 36, 50, 54,72:

Нм.

для интервалов 3, 7, 12, 15, 20, 25, 26, 30, 34, 39, 45, 48, 52, 56, 58, 63, 69, 77:

Нм.на интервалах рабочих ходов, где осуществляется резание вдоль оси Z:



Таблица №2.3

	10	14	18	22	23	37	41	43	47	57	61	65	67
, Нм	0,259	0,161	0,193	0,15	0,11	0,402	0,111	0,105	0,112	0,118	0,189	0,114	0,11

Движущиеся массы привода приводятся к валу двигателя:

[кгм²], (2.8)

где второе слагаемое учитывает (приближённо) наличие собственно механических передач.

Подставив численные значения в данное выражение, получим:

кгм² .

Скорости всех установившихся линейных перемещений на i-х временных интервалах приводятся к угловым :

[рад/с], (2.9)

где размерность линейной скорости [мм/мин].

Участки пауз:

рад/с.

Участки быстрых ходов:

для интервалов 1, 9, 17, 28, 36, 50, 72:

рад/с,

для интервалов 7, 15, 25, 26, 34, 39, 45, 48, 58, 63, 69, 77:

рад/с.

Участки холостых ходов:

для интервалов 5, 3, 54:

рад/с,

для интервалов 3, 12, 20, 30, 52, 56:

рад/с.

Участки рабочих ходов:

Таблица №2.4

	10	14	18	22	23	37	41	43	47	57	61	65	67
, рад/с	5,498	5,498	2,749	1,745	1,745	5,498	6,981	6,981	6,981	8,247	2,749	1,745	1,745

Строится диаграмма статического момента сопротивления М_c(t) по интервалам:

для режимов рабочих подач (резания):

[Нм], (2.10)

для холостых ходов:

[Нм]. (2.11)

Подставим численные значения в данные выражения, с учётом реактивного характера сил трения и резания:

Участки пауз:

Нм.

Участки быстрых и холостых ходов:

для интервалов 1, 5, 9, 17, 28, 32, 36, 50, 54,72:

Нм,

для интервалов 3, 7, 12, 15, 20, 25, 26, 30, 34, 39, 45, 48, 52, 56, 58, 63, 69, 77:

Нм.

Участки рабочих ходов:

Таблица №2.5

	10	14	18	22	23	37	41	43	47	57	61	65	67
, Нм	1,014	0,452	0,635	0,387	0,157	1,829	0,164	0,129	0,172	0,201	0,611	0,182	0,155

2.2.2 Предварительный выбор электродвигателя

Рассчитывается максимальная частота вращения двигателя:

[об/мин], (2.12)

Подставляя в это выражение соответствующие значения получим:

об/мин.

По максимальной частоте вращения и статическому моменту от сил резания и трения предварительно выбирается двигатель с длительно допустимым моментом (номинальным) в режимах рабочих подач:



, (2.13)

и с длительным моментом при максимальной частоте вращения:

, (2.14)

где , - максимальные значения моментов сопротивления;

Нм, Нм;

- номинальная частота вращения двигателя;

- допустимая кратность перегрузки двигателя при номинальной скорости.

По согласованию с преподавателем выбираем двигатель модели ПБВ112S, который имеет следующие характеристики:

Нм;

об/мин;

В;

А;

Нм;

Нм;

Нм;

Нм;

об/мин;

кгм²;

Ом;

мГн;

мин;

кг;

Вмин/об.

Проверим выполнение условий(2.13) и (2.14):

,

,

, (2.15)

где: ;

Нм,

,

Оба условия выполняются.

Рассчитываем суммарный, приведённый к валу двигателя момент инерции привода:

[кгм²], (2.16)

кгм² .

Уточняем длительности переходных процессов.

Рассчитываем длительности переходных процессов, исходя из полного использования двигателя по моменту:

времена разгона:



[с], (2.17)

времена торможения:

[с], (2.18)

где - перегрузочная способность двигателя по моменту, для высокомоментных двигателей - оптимальный коэффициент перегрузки высокомоментного двигателя в переходных процессах.

Определяем длительности переходных процессов при разгоне:

на интервалах 1, 7, 9, 15, 17, 25, 28, 34, 36, 39, 45, 48, 50, 58, 63, 69, 72, 77:

с,

на интервалах 3, 5, 12, 20, 30, 32, 52, 54, 56:

с,

на интервале 14:

с,

на интервалах 22, 65:

с,

на интервалах 41, 47:

с,

на интервале 43:

с,

на интервале 57:

с,

на интервале 61:

с,

на интервале 67:

с.

Определим длительности переходных процессов при торможении:

на интервалах 1, 7, 15, 26, 28, 34, 39, 45, 48, 50, 58, 63, 69, 72, 77:

с,

на интервалах 3, 5, 12, 20, 30, 32, 52, 54, 56:

с,

на интервалах 9, 36:

с,

на интервалах 10, 14:

с,

на интервале 17:

с,

на интервале 18:

с,

на интервале 23:

с,

на интервале 37:

с

на интервале 41:

с,

на интервале 43:

с,

на интервале 47:

с,

на интервале 57:

с,

на интервале 61:

с,

на интервале 65:

с,

на интервале 67:

с.

Строится нагрузочная диаграмма момента двигателя М(t) по интервалам:

в переходных процессах:

[Нм], (2.19)

Знак «+» соответствует положительным ускорениям привода, а знак «-» - отрицательным.

Нм,



в режимах рабочих подач:

[Нм], (2.20)

Таблица№2.6

	10	14	18	22	23	37	41	43	47	57	61	65	67
, Нм	1,014	0,452	0,635	0,387	0,157	1,829	0,164	0,129	0,172	0,201	0,611	0,182	0,155

в установившихся режимах быстрых перемещений:

[Нм], (2.21)

для интервалов 1, 5, 9, 17, 28, 32, 36, 50, 54,72:

Нм,

для интервалов 3, 7, 12, 15, 20, 25, 26, 30, 34, 39, 45, 48, 52, 56, 58, 63, 69, 77:

Нм.

Рассчитаем среднеквадратичный момент:

[Нм], (2.22)

где - все интервалы работы двигателя, включая переходные процессы;

- интервалы пауз (двигатель отключен);

, - коэффициенты ухудшения охлаждения (теплоотдачи) двигателя при и соответственно:

, (2.23)

- номинальная скорость двигателя, рад/с;

рад/с.

Значение выбирается в соответствии с исполнением двигателя, в данном проекте: закрытый, с естественным охлаждением. Для него . Принимаем .

В выражение для коэффициента ухудшения охлаждения двигателя подставляем средние значения скоростей на интервалах разгона и торможения. Значения и рассчитаны на основе результатов полученных ранее при разработке технологического процесса на данную деталь, причем при расчете времени установившихся режимов движения привода были учтены параметры движения при разгоне и торможении (пути проходимые приводом при разгоне и торможении).

В результате расчетов получаем:

Нм.

Проверяется выполнение равенства:

, (2.24)



Условие выполняется, следовательно, выбранный двигатель удовлетворяет условиям заданного технологического процесса.

2.3 Выбор комплектного электропривода

Комплектный электропривод выбирается в соответствии с рекомендациями таблицы 1.1 [1] по номинальным данным электродвигателя.

Этим рекомендациям удовлетворяет электропривод ЭПУ1. По таблице 2.1 [1], по номинальным данным двигателя ПБВ112S выбирается комплектный электропривод ЭПУ1-2-37 1 7 П УХЛ4.

Он обладает следующими характеристиками:

В;

A;

В;

A;

B.

В соответствии с рекомендациями табл. №2.1 [1], из табл. №№ 2.2 и 2.3 [1] данные сглаживающих дросселей и трансформаторов:

А;

мГн;

Ом;

Трансформатор типа ТС-6,3:

ВА;

В;

В;

Вт;

о.е.

2.4 Матописание неизменяемой части следящего привода (сэп)

При выбранном комплектном электроприводе неизменяемая часть привода включает в себя:

электромеханическую систему привода;

силовой управляемый преобразователь;

датчики тока, скорости, положения.

2.4.1 Расчет параметров электромеханической системы

Структура электромеханической системы привода представлена на рис №2.1.

Рис.№2.1. Структура электромеханической системы при измерении тока якоря.

Суммарное сопротивление якорной цепи:

[Ом], (2.25)

где - активное сопротивление якоря двигателя, Ом;

- активное сопротивление дросселя, Ом;

, - активное и индуктивное рассеяния сопротивления силового трансформатора, приведённое к якорной цепи:

[Ом], (2.26)

[Ом], (2.27)

[Ом], (2.28)

[А], (2.29)

где - мощность потерь короткого замыкания трансформатора, Вт;

- номинальная (полная) мощность трансформатора, ВА;

, - номинальные линейное напряжение, В, и ток А, вторичной обмотки трансформатора;

- напряжение короткого замыкания трансформатора, о.е.;

- число пульсаций силовой схемы тиристорного преобразователя, .

Ом,

А,

Ом,

Ом,

Тогда

Ом.



Электромагнитная постоянная времени Т_э:

[с], (2.30)

где - суммарная индуктивность якорной цепи:

[с], (2.31)

- индуктивность якоря двигателя, Гн;

- индуктивность дросселя, Гн;

Гн,

тогда по формуле (2.30):

с.

Электромеханическая постоянная времени Т_м:

[с], (2.32)

где

[Вс/рад], (2.33)

Вс/рад,

тогда по формуле (2.32):

с.



Модуль жёсткости статической механической характеристики:

[Нмс/рад], (2.34)

Нмс/рад.

2.4.2 Силовой управляемый преобразователь

Тиристорный преобразователь, ведомый сетью, в режиме непрерывного тока эквивалентируется звеном первого порядка с передаточной функцией:

, (2.35)

где - постоянная времени преобразователя:

[c], (2.36)

- частота питающей сети, Гц;

Гц;

с;

- коэффициент усиления преобразователя:

, (2.37)

- коэффициент усиления собственно тиристорного преобразователя;

- коэффициент передачи системы импульсно-фазового управления.

Величина принимается максимально возможной:

[В/рад], (2.38)

где - угол управления вентилями, рад;

- амплитуда выпрямляемой ЭДС сети, В;

В/рад,

Коэффициент СИФУ:

[рад/В], (2.39)

где - максимальное управляющее напряжение на входе СИФУ. Для ЭПУ1 В, принимаем В;

рад/В,

,

.

2.4.3 Датчик обратной связи

Датчики тока и скорости эквивалентируются безынерционными звеньями с коэффициентами передачи и соответственно.

Величина коэффициента передачи датчиков тока определяется по паспорту комплектного электропривода. В электроприводе ЭПУ1 датчик тока настраивается на номинальное выходное напряжение В при номинальном токе якоря двигателя , поэтому:

[В/А], (2.40)

В/А.

Величина коэффициента передачи датчика скорости определяется крутизной характеристики встроенного в электродвигатель тахогенератора Вмин/об:

Вс/рад. (2.41)

Малые постоянные времени датчиков и фильтров в цепях управляющих устройств , при синтезе регуляторов координат, включаются в некомпенсируемые постоянные времени, соответствующих контуров системы электропривода.

В современных системах регулирования сумма постоянных времени и не превосходит величины:

мс. (2.42)

По согласованию с преподавателем принимаем мс.



2.5 Синтез регуляторов координат сэп

2.5.1 Выбор структуры СЭП

Структура СЭП представлена на рис. №2.2.

Рис. №2.2. Структура СЭП

В этой структуре оба контура, и внутренний контур тока и контур положения настраиваются на технический оптимум. Оба этих контура имеют астатизм первого порядка как по управлению, так и по возмущению, т.е. ошибки по нулевым производным равны нулю, а по первым производным - константы.

Наличие жесткой обратной связи по току на вход СИФУ приводит к изменению параметров электромеханической системы привода, что учитывается введением величин постоянных , и модуля жесткости , отличных от рассчитанных ранее:

[с], (2.43)

[с], (2.44)

[Нмс/рад], (2.45)

, (2.46)



где - коэффициент обратной связи по току:

[В/А], (2.47)

где - максимальное напряжение задания тока по паспортным данным комплектного электропривода. Для ЭПУ1 В, принимаем В.

- стопорный ток - максимальный длительный ток якоря электродвигателя в режиме короткого замыкания ().

[А], (2.48)

Нм,

тогда последовательно подставляя получаемые значения в формулы (2.43)-(2.48), получаем

А,

В/А,

,

с,

с,

Нмс/рад.

Определим показатели обоих контуров.

Контур скорости:

добротность:

[рад/с], (2.49)

где - коэффициент, определяющий соотношение постоянной времени контура скорости и характер настройки контура, при настройке на технический оптимум ;

- некомпенсируемая постоянная времени контура скорости:

[с], (2.50)

с,

тогда по выражению (2.49)

рад/с.

частота среза:

[рад/с], (2.51)

рад/с.

ошибки:

рад/с, (2.52)

Контур положения:

добротность:

[рад/с], (2.53)



где , - коэффициенты, определяющие соотношения постоянной времени контура положения и характер настройки контура, при настройке на технический оптимум ;

тогда по формуле (2.53)

рад/с.

частота среза:

[рад/с], (2.54)

рад/с.

ошибки:

м, (2.55)

[м], (2.56)

где - максимальная скорость резания, м/с,

м,

м. (2.57)

Определяем допустимую погрешность слежения - допустимая ошибка следящего привода при позиционировании или обработке. Она может быть принята в пределах половины минимального допуска на соответствующий размер по чертежу детали. Наиболее жесткие требования предъявляются к размеру от правого торца детали (базы) до левого края канавки: . Принимаем мм.

Допустимую погрешность регулирования скорости, в связи с отсутствием требований со стороны технологического процесса, выбираем, в пределах диапазона регулирования, из таблицы 4.3 [1] (в соответствии с требованиями Интерэлектро к СЭП). .

Абсолютное значение погрешности:

[рад/с], (2.58)

рад/с.

Рассчитываем допустимую частоту среза контура положения:

[рад/с], (2.59)

где - время регулирования, с. Принимаем с.

рад/с.

Рассчитываем допустимую частоту среза контура скорости:

[рад/с], (2.60)

рад/с.

Проверим выполнение условий:

, (2.61)

,

, (2.62)

,

, (2.63)

,

, (2.64)

.

Условия выполняются, что говорит о том, что заданная точность регулирования контуров скорости и положения обеспечена, а также о том, что обеспечено необходимое быстродействие контуров скорости и положения.

2.5.2 Расчет параметров регуляторов координат СЭП

П-регулятор положения:

[В/м], (2.65)

- коэффициент обратной связи по скорости;

Вс/рад, (2.66)

В/м.

ПИД-регулятор скорости.

Упрощенная схема ПИД-регулятора скорости представлена на рис. №2.3.



Рис.№2.3. Упрощенная схема ПИД-регулятора скорости

Передаточная функция:

, (2.67)

где - постоянная времени интегрирования регулятора скорости:

с, (2.68)

.

Величина ёмкости :

[Ф], (2.69)

где - по паспорту комплектного электропривода, величиной этого сопротивления можно задаться в пределах кОм. Принимаем кОм.

Ф,



Величина сопротивления :

кОм.

Величины ёмкостей [Ф] и сопротивления R₀ отыскивают совместным решением уравнений:

, , (2.70)

Отсюда:

,

Решая данное уравнение, получим:

1) Ф,

кОм.

2) Ф,

кОм.

Величина сопротивления :

[Ом], (2.71)

кОм.



Приводим полученные значения сопротивлений и емкостей к стандартным:

1) Ф, Ом.

2) Ф, Ом, Ом.

2.6 Расчет и построение переходных процессов

Для расчёта переходных процессов используются изображения выходной координаты:

(2.72)

Рассчитываются два процесса по отдельности: по управлению - реакция СЭП на единичное, ступенчатое управляющее воздействие при , и по нагрузке - реакция СЭП на единичное, ступенчатое возмущающее воздействие - нагрузку при .

Переходный процесс по управлению (Рис.№2.4).

Изображение выходной координаты:

, (2.73)

.



Корни:

1) -215,245 1-вещественный корень;

2,3) -107,955±j187,1837 1-пара комплексно-сопряженных корней;

4) 0 1-вещественный корень.

Составляющие:

1;

-1,00307*e^(-215,245*t);

1,151681*e^(-107,955*t)*Cos(187,1837*t+1,568).

Оцениваем по графику величину перерегулирования:

, (2.74)

,

это удовлетворяет требованиям по перерегулированию в переходном процессе по управлению (10%).

Время регулирования:

с,

что меньше ранее принятого (0,1с).

Время переходного процесса:

с,



Рис.№2.4 График переходного процесса: реакция СЭП на единичное ступенчатое управляющее воздействие