МУ по курс.пр Мещерякова

Доцент, к.т.н., Мещерякова В.Б.

Методические указания

по выполнению курсового проекта по курсу

"Системы управления металлорежущими станками".

Данный курсовой проект выполняется на 11 семестре и базируется на материалах курсов

лекций: "Приводы станков"(7 семестр); "Системы управления металлорежущими станками" (10семестр); "Микропроцессорные системы ЧПУ" (11 семестр), а также на материалах, выполняемой студентами КНИРС.

Задание на курсовой проект.

Студенту предлагается (либо им самостоятельно выбирается по согласованию с преподавателем) номенклатура типовых обрабатываемых деталей. На чертеже одной из деталей указывается материал, квалитет точности обрабатываемых поверхностей, шероховатость. На основе анализа зон обработки типовых деталей и вида составляющих их поверхностей необходимо сформулировать требования к СЧПУ: по количеству управляемых координат и одновременно управляемых координат на проектируемом станке, видам интерполяции. Необходимо обосновать тип и компоновку станка ( ГПМ, РТК), управляемого СЧПУ. На основе классификации задач и функций, выполняемых СЧПУ при управлении станком, разработать его функционально-кинематическую схему с указанием обменных сигналов. Выбрать средства контроля точности обработки на станке. Обосновать и выбрать СЧПУ, управляющую проектируемым станком. Провести необходимые расчеты и разработать конструкцию привода подачи ( по одной из управляемых координат).

Содержание курсового проекта.

Раздел 1. Обзор и анализ номенклатуры типовых деталей.

1.1. Выполняется обзор обрабатываемых зон типовых деталей. Зоны указываются числовым номером. Например, зона наружного контура -1, зоны открытых плоскостей -2, зоны ребер -3, зоны внутренних контуров: карманов -4; колодцев -5; окон -6, зоны подсечек, уступов, наклонных поверхностей, радиусов сопряжений и т.п. На примере чертежа одной из типовых деталей с указанием материала, квалитета точности, шероховатости выполняется анализ: требуемых видов обработки (черновая, получистовая, чистовая), требуемого инструмента с указанием необходимого типоразмера. Например, необходимы для выполнения операции фрезерования: торцевые фрезы диметром от 80 до 120 мм, концевые фрезы от 6 до 25 мм; для обработки отверстий: сверла от 4 до 12 мм, зенкеры 6 -10 мм, развертки 8-12мм и т.д. в целях обоснования в конструкциях станков инструментальных магазинов, револьверных головок с последующей реализацией СЧПУ функции автоматической смены инструментов и формулирования основных технических характеристик станков. Из анализа серийности выпуска номенклатуры деталей обосновывается наличие столов-спутников, специальных перегрузочных устройств, схватов и т.п. для выполнения СЧПУ функции автоматической смены заготовок.

Выполняется анализ форм поверхностей в указываемых зонах обработки для определения общего числа управляемых координат и одновременно управляемых с целью обоснования необходимых подвижных рабочих органов станка и видов интерполяций, выполняемых СЧПУ. По результатам анализа определяются такие технологические возможности станка с ЧПУ как: черновая, чистовая обработка наружных и внутренних поверхностей фрезами и осевым инструментом при использовании линейной интерполяции от 1 до 3 координат одновременно; при использовании круговой интерполяции в плоскостях XOY, YOZ, ZOX; использовании винтовой, сплайновой, NURBS интерполяций при 5-и координатной обработке; управление поворотными осями А,В,С в режиме позиционирования и при многокоординатной обработке; управление стабилизирующим приводом в двух режимах; управление высокоскоростной обработкой; управление вторичными U,V.Wи третичными координатами R,D,E и т.д.

2.1. Результатом проведенного обзора и анализа является вывод о компоновочном решении проектируемого станка (ГПМ, РТК) с представлением его принципиальной схемы на которой указываются его рабочие органы, управляемые СЧПУ по соответствующим необходимым координатам (шпиндельная бабка - ось Z, стол - ось Х, салазки - ось У, планшайба поворотного стола - ось С), расположение инструментального магазина, перегрузочных устройств. Управляемые координаты указываются стрелками на рабочих органах станка.

*****Следует обратить внимание руководителю проекта, что на этом этапе необходимо заложить объем для самостоятельной проработки студентом. А именно, по сравнению со станком- аналогом расширить технологические возможности проектируемого объекта, например, за счет увеличения количества управляемых координат, либо за счет увеличения степени автоматизации (смена заготовки). *****

ВЫВОД: выбираемая СЧПУ должна управлять ГПМ, построенном на базе 5 - координатного многоцелевого станка для обработки детали "прессформа".

Разделу 1 пояснительной записки соответствует 1 лист формата А1 - "Технологические возможности проектируемого станка" (образец на стенде).

Литература:

1. Мещерякова В.Б., Стародубов В.С. Металлорежущие станки с ЧПУ: учебник -М.:изд-во ИНФРА-М, 2015

1. Проектирование автоматизированных станков и комплексов: учебник: т.2\ под ред.П.М Чернянского. - М.: Изд-во МГТУ им.Н.Э.Баумана,2012. Раздел 11

2. Справочник металлиста под ред. А.Е.Древаля

Раздел 2 Расчет режимов резания, расчет и определение диапазона частот вращения шпинделя, пределов подач рабочих органов, мощности электродвигателей.

Для последующей разработки функционально-кинематической схемы проектируемого станка (ГПМ, РТК) необходимо: выполнить расчет режимов резания при наиболее и наименее "нагруженной" обработке конкретных зон типовой детали; обосновать диапазоны частот вращения шпинделя (противошпинделя), пределов рабочих и холостых перемещений рабочих органов; выполнить расчет мощности применяемых электродвигателей, передаточных отношений всех кинематических цепей станка.

2.1. Расчет режимов резания. После проведенного анализа зон типовой детали, на которую дан чертеж, выбрать наиболее "нагруженную" обработку в зоне, где силы резания будут наибольшими. Например, для многоцелевых станков это: выборка основного количества металла в процессе фрезерования закрытых основных зон, выполняемая перед черновым проходом; процесс сверления на максимально возможную глубину; черновое точение открытых зон. Наименее "нагруженная" обработка это чистовое или тонкое фрезерование (точение) открытых или закрытых зон типовой детали при наименьшей глубине обработки.

Расчеты проводятся для материала ( или разных материалов), указанных в задании на курсовой проект. Расчеты могут выполнятся: по аналитическим зависимостям ( справочник Технолога- машиностроителя и спец.литература для расчета титановых сплавов), по табличным данным ( справочник НИАТ " Режимы обработки для станков с ЧПУ"), при использовании специальных автоматизированных программ с обязательным указанием исходных данных для расчетов по выбранным зонам обработки типовой детали. В списке литературы должен быть указан источник, по которому проводился расчет!

2.2. Расчет мощностей электродвигателей. Проводится исходя из рассчитанных величин усилий резания в процессе обработки выбранных зон типовой детали. Применяется методика, используемая в курсовом проекте 4 курса. На основе расчетов выполняется выбор типов и моделей электродвигателей, используемых в следящих приводах проектируемого станка с ЧПУ.

Вывод: должен быть представлен диапазон частот вращения шпинделя (об\мин) и пределы подач рабочих органов (мм\мин) для различных обрабатываемых материалов, которые затем указываются в основных технических характеристиках станка.

Литература:

1. Справочник технолога-машиностроителя

2. Подураев Расчет режимов резания для труднообрабатываемых материалов

3.

Раздел 3 Задачи и функции, выполняемые СЧПУ на проектируемом станке.

Данный раздел пояснительной записки направлен на разработку функционально-кинематической схемы управления системой ЧПУ приводами и механизмами проектируемого станка. При управлении микропроцессорная система ЧПУ на станке выполняет пять типов задач: геометрическая задача – управление формообразованием поверхностей детали; логическая задача – управление цикловой автоматикой станка; технологическая задача – контроль и управление рабочим процессом, осуществляемом на станке; терминальная задача – диалог оператора с СЧПУ; диагностическая задача – контроль аппаратных средств СЧПУ.

При разработке функционально-кинематической схемы станка осуществляется разработка схем реализации геометрической, логической и технологической задач, выполняемых СЧПУ на основе следующей классификации выполняемых функций.

I. Геометрическая задача

1. Ввод и хранение СПО.

2. Ввод, редактирование и хранение УП.

3. Интерпретация кадра.

4. Интерполяция.

5.Управление приводами.

5.1. Реализация обратной связи по положению рабочего органа.

5.2. Реализация обратной связи по скорости рабочего органа.

5.3. Функция аварийного останова привода.

5.4. Функция работы УЧПУ в абсолютной или относительной системе координат.

5.5. Функция согласования УЧПУ и ИП.

5.6. Функция автоматического выхода рабочего органа в нулевую точку станка.

5.7. Функция реферирования.

5.8. Функция автоматического выхода рабочего органа в точку смены инструмента N.

5.9. Автоматический выход рабочего органа в точку смены столов-спутников

6. Функция работы с постоянными технологическими циклами обработки.

7. Функция коррекции УП с учетом фактических размеров и величины износа инструментов.

II. Логическая задача.

1. Управление приводом главного движения.

2. Управление циклом автоматической смены инструмента.

3. Управление циклом автоматической смены заготовки.

4. Коррекция погрешностей механических и измерительных устройств.

III.Технологическая задача.

1. Управление средствами контроля на станке.

2. Адаптивное управление механообработкой.

Изображение схем должно соответствовать правилам задания кинематических элементов станка. На схемах управления следящими приводами должны быть указаны: нулевая точка станка М, референтная точка R, фиксированные точки смены инструмента N1 и заготовки N2 и их размерная увязка, показаны величины ходов рабочих органов по соответствующим координатам. Указаны тип и мощность электродвигателей. Указываются тип, класс точности и измеряемая точность измерительных преобразователей, реализующих обратную связь по положению и скорости перемещения.

При управлении приводом главного движения показывается: включение и отключение привода, выбор направления вращения, диапазоны частот вращения, стабилизация частоты вращения, аварийный останов привода. В некоторых случаях требуется программное изменение угла поворота (например, при нарезании резьбы), ориентированный останов ( при смене инструмента), смена режима работы (при работе многоцелевого токарно-фрезерного станка). Привод главного движения при необходимости показывается в двух режимах работы (режим точения и режим фрезерования).

При изображении схем работы вспомогательных механизмов циклов автоматической смены инструмента и заготовки указываются величины перемещений, поворотов или вращений с указанием знака и направления осей в системе координат станка. Показывается принцип работы механизмов (механический, гидравлический, пневматический) с указанием элементов управления (например, гидрозолотники с соответсвующими электромагнитами ЭМ_n). Показывается логико-временная последовательность срабатывания механизмов при формировании циклов автоматики станка.

Функционально-кинематическая схема станка должна отражать всю номенклатуру обменных сигналов станка и системы ЧПУ. Входные сигналы, поступающие на элементы управления станка от СЧПУ должны быть указаны стрелками с обозначением функций международного кода ISO. Выходные сигналы от элементов станка, поступающие в СЧПУ должны иметь последовательную числовую нумерацию. В циклах автоматической смены инструмента и заготовки входные\выходные осведомительные сигналы также должны иметь последовательную числовую нумерацию. Для всей номенклатуры обменных сигналов определяется характер их действия: аналоговый либо дискретный. Проводится расчет количества входных\выходных дискретных и аналоговых сигналов при управлении станком, определяющий дальнейший выбор системы ЧПУ.

Разделу 2 и разделу 3 пояснительной записки соответствует 1 лист формата А1 - "Функционально-кинематическая схема проектируемого станка" (образец на стенде).

ВЫВОД: должен быть представлен список основных технических характеристик станка и системы ЧПУ: максимальные габаритные размеры, материалы и точность обрабатываемых деталей; величины ходов рабочих органов; скорости перемещения рабочих и холостых ходов; мощности электродвигателей; диапазон частот вращения шпинделя; используемые измерительные преобразователи следящих приводов; количество инструментов в инструментальном магазине; количество столов-спутников; требуемая дискретность системы ЧПУ; способ ввода СПО и ввода\вывода УП; максимальное количество управляемых координат и одновременно управляемых; виды интерполяции; поддерживаемые виды коррекции; возможность работы с технологическими циклами; количество входных\выходных сигналов дискретного действия; количество входных\выходных сигналов аналогового действия.

Литература:

1. Проектирование автоматизированных станков и комплексов: учебник: т.2\ под ред.П.М Чернянского. - М. Изд-во МГТУ им.Н.Э.Баумана,2012. Раздел 12.

РАЗДЕЛ 4 Технологическая задача, выполняемая СЧПУ на проектируемом станке.