Содержание

1 ПАТЕНТНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ОБЗОР 5

1.1 Лазерное термоупрочнение 5

1.2 Обзор литературы по системам управления 9

2 ЛАЗЕРНЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС 20

2.1 Понятие ЛТК 20

2.2 Компоненты ЛТК 21

3 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ АЛТК 25

3.1 Распределенная система программного управления 25

3.2 Определение требований к СУ технологического комплекса 28

3.3 Разработка структуры системы управления 29

3.4 Описание функциональных блоков СУ 31

3.5 Способы управления шаговыми двигателями 33

3.6 Контроллер шагового привода 36

3.7 Разработка принципиальной схемы блоков 38

4 РАСЧЕТ ПРИВОДОВ СУ 40

5 РАСЧЕТ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 51

6 ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 53

Введение 53

6.1 Технико-экономический расчет 54

7 БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ 66

7.1 Обеспечение электробезопасности 66

7.2 Расчет повторного защитного заземления 67

7.3 Расчет зануления на отключающую способность 72

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 76

Главная черта современного этапа научно-технического прогресса – применение в народном хозяйстве принципиально новых технологий, основанных на самых последних научных достижениях. Возникновение и развитие новых отраслей техники, таких как информатика, аэрокосмическая техника, ядерная энергетика, современная биомедицина, а также дальнейшее развитие традиционных отраслей машиностроения часто просто невозможны без применения принципиально новых технологий обработки материалов и изготовления изделий. Основные требования к новым технологиям в настоящее время, в отличие от времен полувековой или четверть вековой давности, заключаются, прежде всего, в их экологической чистоте, энергетической и ресурсной экономичности, полной автоматизации при сохранении традиционных требований высокой производительности и максимального экономического эффекта.

Большую перспективу для современного машиностроения представляет лазерное термоупрочнение. Практическое использование лазерного термоупрочнения убедительно свидетельствует о его конкурентоспособности по отношению к другим видам поверхностного упрочнения. Главное преимущество состоит в том, что лазерные установки могут упрочнять поверхность с минимумом искажений.

Целью данной дипломной работы является разработка распределенной системы управления автоматизированного лазерного технологического комплекса для термоупрочнения чугунных деталей форм комплекта для литья стеклопосуды. Учитывая большую трудоемкость и стоимость изготовления форм, их низкий ресурс и большую в связи с этим потребность в них, разработка такого комплекса позволит стеклозаводам сэкономить значительные трудовые, материальные и финансовые ресурсы, а также сократить простои стеклоформующих автоматов для замены изношенных форм и увеличить объем выпуска стеклопосуды.

1. Патентно-информационный обзор

1. Лазерное термоупрочнение

Лазерное термоупрочнение применяется для повышения срока службы деталей, которые в процессе работы подвергаются износу. Сущность процесса лазерной закалки заключается в том, что локальный участок поверхности массивной детали нагревают с помощью излучения до сверхкритических температур. Нагрев металла осуществляется передачей энергии лазерного излучения вглубь материала, используя его теплопроводность. После прекращения действия излучения этот участок охлаждается за счёт отвода теплоты во внутренние слои металла. Высокая скорость охлаждения приводит к образованию закалочных структур в сплавах, характерных только лазерной обработке.

Особенность термического цикла при лазерной закалке – отсутствие выдержки при постоянной температуре. Вслед за подъемом температуры следует немедленное охлаждение. Для образования мартенсита при интенсивном охлаждении необходимо понижать температуру металла со скоростью выше критической для сплава с определенным содержанием углерода. Мартенситное превращение развивается в интервале температур М_н и М_к (температура начала и конца превращения соответственно) зависит от содержания углерода и легирующих элементов.

Структура "лазерного" мартенсита более дисперсна, обладает повышенной твердостью и высоким уровнем внутренних напряжений по сравнению со структурой мартенсита, образующейся при других видах упрочняющей обработки. 

 Использование лазерного упрочнения позволяет обеспечить улучшение многих эксплуатационных показателей, а именно износостойкости, теплостойкости, остаточных напряжений в упрочненном слое, механических характеристик, коррозионной стойкости и др. Глубина упрочненной зоны на образцах металла после лазерной термообработки без оплавления поверхности обычно не превышает 0,2 мм, однако этого вполне достаточно, чтобы повысить стойкость изделий более чем в 2,5 раза.  

Основные преимущества поверхностного упрочнения металлов лазерными комплексами:  

• Широкий диапазон регулирования энергии импульсов лазерного излучения, частоты следования, их формы и длительности позволяют обеспечить необходимую структуру поверхностного слоя, его свойства, такие как твердость, износостойкость, шероховатость, а также геометрические размеры обработанных участков. Работы могут выполняться как на малогабаритных, так и крупногабаритных деталях и узлах, выполненных практически из любых металлов и сплавов. 

• Отсутствие механических усилий на обрабатываемый материал дает возможность обрабатывать хрупкие конструкции.

• Возможность обработки на воздухе без необходимости подачи газа, отсутствие вредных выбросов.   

• Использование автоматизированных координатных столов с системой управления, позволяет точно позиционировать детали при лазерной обработке.

• Возможность плавного вертикального перемещения излучателя лазера по высоте в сочетании с трех координатным позиционированием обрабатываемых деталей расширяет инструментальную зону обработки и оперативность технологической перестройки под новые изделия.

• Специально разработанное программное обеспечение позволяет легко управлять процессом с компьютера.

• Возможность транспортировать излучение на значительные расстояния и подвода его при помощи волоконных оптических систем в труднодоступные места позволяет производить обработку в тех случаях, когда другие методы, в том числе с помощью высококонцентрированных источников энергии (плазменной обработки, ТВЧ, ЭЛО и др.), применить невозможно.  Гибкость системы подвода лазерного излучения позволяет легко интегрировать оборудование в технологическую линию. Важным преимуществом является также высокая степень лазерной безопасности, при доставке излучения на расстояние в несколько метров.

• Наличие в составе установок оптической контрольно-фокусирующей системы со стереоскопическим микроскопом позволяет производить контролировать выполнение технологических операций с повышенной точностью. Система наблюдения, в соответствии с медицинскими требованиями, оснащена устройством защиты глаз оператора от вспышки в момент вспышки лазера, что обеспечивает полную безопасность работ. Большое увеличение и высокое качество стереоизображения позволяют производить сложные работы в ручном режиме.

• Система видеонаблюдения позволяет с хорошим качеством отображать на мониторе обрабатываемую поверхность. Конструктивная особенность видеокамеры позволяет получать изображение на мониторе одновременно с наблюдением стереоизображения в бинокулярной головке.

• Оборудование для освещения рабочей зоны применяется для получения максимально четкого изображения обрабатываемой поверхности.

• В большинстве случаев процесс лазерного упрочнения проводится без оплавления поверхности, следовательно, для его проведения возможно использовать установки небольшой мощности, что снижает их стоимость. Многофункциональность установок позволяет при необходимости успешно выполнять операций лазерной гравировки, прошивки отверстий и сварки.

В зависимости от конкретной задачи наши специалисты проводят анализ режимов лазерного упрочнения, а также правильный учет особенностей предшествующей термообработки и геометрии рабочей части деталей машин или инструмента, на основе чего может быть сделан выбор оптимальных схем облучения. 

Некоторые области применения лазерного упрочнения в производстве:

·производство режущих инструментов;

·автомобильная промышленность;

·оборонная промышленность;

·космическая промышленность;

·производство пресс-форм;

·производство медицинской техники.