РЕФЕРАТ

Пояснительная записка состоит из введения, шести разделов, заключения и перечня использованной литературы, содержит 130 страниц машинописного текста, 12 таблиц, 34 рисунка.

Исследовательская часть содержит 14 страниц.

Объект проектирования – токарный станок HOESCH D1000.

Предмет проектирования – система автоматического управления приводом подачи.

В данном дипломном проекте произведена разработка системы автоматического управления приводом подачи токарного станка, осуществлен расчет и выбор мощности двигателя, рассчитаны основные характеристики датчика, разработаны основные параметры системы автоматического управления, выполнено моделирование электропривода со статической системой стабилизации скорости и получены осциллограммы переходных процессов для типовых режимов. Моделирование осуществляется в среде Simulink прикладного пакета Matlab. Разработано программное обеспечение для автоматического управления приводом подачи в среде STEP 7.

ТОКАРНЫЙ СТАНОК, ПРИВОД ПОДАЧИ, ВЫБОР МОЩНОСТИ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ, МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ, СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ, СИНТЕЗ ПАРАМЕТРОВ РЕГУЛЯТОРОВ, ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ, MATLAB, SIMULINK.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Анализ объекта модернизации

1.2 Анализ существующей системы управления привода подачи

1.3 Анализ современных систем автоматического управления

1.4 Обоснование вариантов решения задачи модернизации

1.5 Постановка задачи на проектирование

2. РАСЧЕТНО-КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Расчет требуемой мощности и выбор ЭД подач

2.3 Расчет и выбор датчика линейного перемещения

2.3.1 Расчет датчика линейного перемещения

2.3.2 Выбор датчика линейного перемещения

2.4 Моделирование привода подачи

2.4.1 Обоснование метода моделирования

2.4.2 Системы управления электроприводом

2.4.3 Математическая модель САУ

2.4.4 Математическая модель электропривода в среде моделирования

3. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. РАЗРАБОТКА МИКРОПРОЦЕССОРНОГО МОДУЛЮ УПРАВЛЕНИЯПРИВОДОМ ПОДАЧИ

3.1 Назначение системы управления электроприводом станка

3.2. Конфигурирование системы управления станка

3.2.1 Выбор системы управления SINUMERIK

3.2.2 Выбор панели оператора, кнопочной панели и ручного пульта

3.2.3 Выбор SINUMERIK PCU

3.2.4 Описание контроллера SIMATIC S7

3.2.5 Выбор преобразователя SIMODRIVE 611

3.2.7 Разработка интерфейса системы управления приводом подачи

3.3 Разработка программного обеспечения для управления приводом

3.4 Разработка алгоритмического проектирования задач управления

3.4.1 Разработка алгоритма управления

3.4.2 Разработка алгоритма функционирования системы управления

4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

4.1 Сущность и актуальность проведения модернизации токарного станка

4.2 Анализ базовой и новой системы электропривода станка

4.3 Исходные данные для экономических расчетов к дипломному проекту

4.4 Определение направлений и расчет экономии затрат от модернизации

4.5 Расчет и сопоставление эксплуатационных затрат

4.6 Расчет эффективности проектируемой системы

5. ОХРАНА ТРУДА

5.1 Анализ вредных и опасных производственных факторов

5.2 Разработка мероприятий по обеспечению безопасных условий труда

5.3 Расчет защитного заземления

6. ГРАЖДАНСКАЯ ОБОРОНА

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

ПРИЛОЖЕНИЕ A - ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ МОДУЛЯ ПИТАНИЯ SIMODRIVE 611D

ВВЕДЕНИЕ

Металлорежущий станок является основным видом технологического оборудования для размерной обработки деталей. Он представляет собой систему, обеспечивающую относительные перемещения металлорежущего инструмента и обрабатываемого изделия для придания изделию требуемой согласно чертежу формы с заданными производительностью и точностью путем снятия стружки.

За последние годы произошли существенные качественные изменения в области электроприводов с системами тиристорного управления, а также в области автоматизации управления (сокращения полупроводниковых приборов и микросхем, устройств программного управления). Значительно повысился объем задач, решаемых системами электрического управления станками, усложнился их характер, что позволило расширить технологические возможности станков, упростить управление ими, что в конечном итоге привело к повышению производительности труда в основных и вспомогательных операциях.

В настоящее время заводами электропромышленности выполняется для тяжелых станков, как правило, комплектная поставка систем электроприводов и устройств автоматического управления станками не в виде разрозненных станций управления, а в виде законченных комплексных устройств, разрабатываемых организациями и заводами тяжелого станкостроения.

В тяжелых металлорежущих станках в большинстве случаев механизмы, выполняющие как основные, так и вспомогательные движения, имеют индивидуальные электродвигатели, что существенно упрощает кинематику передачи и конструкцию станка. Все электроприводы станков можно разделить на три категории: главные, приводы подачи и вспомогательных механизмов.

До 1910-1916 г.г. привод станков в основном осуществлялся от крупных трансмиссий. В дальнейшем началось дробление крупных трансмиссий на группы, каждая из которых приводилась в действие своим электродвигателем. Так возник групповой электропривод станков. Последующее развитие станков характеризовалось переходом от групповых трансмиссий к одиночному приводу. В этом случае каждый станок стал приводиться в действие от самостоятельного двигателя.

Применение одиночного и многодвигательного приводов позволяет регулировать скорость отдельных механизмов изменением скорости двигателя. При этом возникает необходимость в получении искусственных механических характеристик, двигатель становится неотъемлемой частью машины-орудия. Автоматизация одних процессов управления оказалась недостаточной, поэтому появилась необходимость в автоматизации производства.

К современным металлорежущим станкам предъявляются следующие основные требования:

1 Возможно большая производительность при соблюдении достаточной точности и соблюдение размеров, а также чистоты поверхности обрабатываемых на станке изделий.

2 Простота и легкость обслуживания.

3 Сравнительно низкая первоначальная стоимость и небольшие эксплуатационные расходы.

4 Простота изготовления и сборки отдельных узлов станка и в том числе электрооборудования.

5 Возможно малый вес и габариты.

Возможность использования преимуществ электрического управления и стремление значительно упростить кинематику отдельных звеньев станка привели к современному многодвигательному приводу, в котором различные движения на станке выполняются от отдельных электродвигателей.

1. Технологическая часть

1.1 Анализ объекта модернизации

Модернизации системы управления токарного станка HOESCH D1000 предназначена для повышения качества механической обработки деталей с цилиндрической поверхностью, конусных поверхностей, нарезание резьб и других деталей, обработка которых ранее была невозможна из-за недостаточной точности. Станок оснащен системой ЧПУ фирмы SIEMENS, модель SINUMERIC 520К. На данный момент эта система является морально и физически устаревшей, блоки этой системы часто выходят из строя, а ремонт осложняется невозможностью найти детали для замены, силовая цепь нуждается в полной замене, датчики очень устарели и не удовлетворяют показателям точности и быстродействия, однако, механика станка в хорошем состоянии. Технические характеристики и высокая жесткость станка позволяют применять инструмент из быстрорежущих сталей и твердых сплавов и вести обработку в режиме скоростного точения. Безлюфтовые кинематические цепи подач обеспечивают точность и плавность перемещений исполнительных органов станка, но также нуждаются в замене, так как при длительной эксплуатации имеются выработки. Исполнительные органы станка перемещаются от индивидуальных приводов с электродвигателями постоянного тока с бесступенчатым регулированием, что позволяет выбирать наиболее рациональные режимы обработки. Привод подачи шпинделя приводится в движение от двигателя через коробку скоростей, обеспечивающую различные частоты вращения. Технические характеристики станка приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Основные технические характеристики станка HOESCH D1000

Наименование параметра	Числовое значение
Максимальное расстояние между центрами при отведенной назад пиноли задней бабки, мм	6
Максимальный диаметр точения над суппортом, мм	1000
Минимальный диаметр точения, мм	10
Высота центров над станиной, мм	700
Максимальный вес заготовки без поддерживания люнетом, кг	25000
Максимальный вес заготовки при закреплении в планшайбу шпиндельной бабки и один люнет, кг.	25000
Шпиндельная бабка
Диаметр планшайбы шпиндельной бабки, мм	900
Максимальный, диаметр зажима, мм	600
Минимальный диаметр зажима, мм	200
Угол конуса центра, градусов	75
Числа оборотов планшайбы об/мин	1-200
Максимальный крутящий момент на планшайбе, кг	6000
Характеристическое число оборотов (число оборотов при максимальной, мощности и максимальном, крутящем моменте), об/мин	9
Суппорт
Максимальная, главная составляющая усилия резания, кг	15000
Ход поперечных салазок, мм	370
Ход перемещения резцедержателя	0-1000
Диапазон скоростей подачи суппорта в продольном и поперечном направлениях, м/мин	0,1-2
Скорость ускоренного хода, м/мин	12
Масса узлов станка
Станина, комплектно с консолью двигателя, кг	16400
Шпиндельная бабка, кг	12800
Главный двигатель, кг	1050
Верхний суппорт, кг	1300
Продольные салазки, кг	2800
Рабочая площадка, комплектно, кг	400
Система ЧПУ SINUMERIC 520 K, кг	300
Задняя бабка, кг	3900
1 люнет, кг	1250

Внешний вид станка HOESCH D1000 приведен на рисунке 1.1.

Точность зависит практически от всех компонентов системы управления:

• зазоров и сил трения в кинематических звеньях;

• места установки, статических и динамических погрешностей датчиков;

• упругих отклонений инструмента и детали в статических и динамических режимах, воздействия внешних возмущений.

Задача повышения точности должна решаться путем тщательного анализа механизмов формирования погрешностей и последующей разработки комплексных мероприятий, направленных на следующие мероприятия:

• сокращение длины кинематической цепи между рабочим органом и датчиком положения;

• введение программной или аппаратной компенсации нелинейностей звеньев цифрового электропривода. Один из показателей производительности обеспечивается заменой обыкновенных приводов современными высокоскоростными приводами. Надежность оборудования характеризуется коэффициентом технического использования. Наиболее эффективными средствами повышения надежности являются: выбор элементов, которые имеют наименьшую вероятность отказа; проектирование средств защиты от аварий; разработка развитой системы диагностики.

В настоящее время токарный станок модели HOESCH D1000, 1975г. выпуска, имеет недостаточные показатели точности и быстродействия, система автоматического управления устарела морально и физически, что обуславливает частые сбои и простои станка. Повышение надежности работы оборудования позволяет сократить потери времени на ремонт оборудования, а также уменьшить материальные расходы, так как срок службы современных систем управления значительно дольше.

Рисунок 1.1 - Расположение основных органов и органов управления (вид сверху)