Содержание

1.Задание

1.1 Список сокращений.

2.Краткие характеристики конструкции и технические характеристики станка

2.1 Схема движения для типовых технологических операций

3.Определение требований к САУ станка

3.1 Состав САУ.

3.2 Требуемые технические характеристики САУ

4.Обоснование выбора САУ и ее компонентов.

4.1 Выбор УЧПУ

4.2 Выбор двигателей

4.3 Выбор силового преобразователя

1.  Задание

Выбрать систему автоматического управления сверлильно-расточно-фрезерного станка модели 600V, проспект Стерлитамакского станкостроительного завода прилагается.

1.1 Список сокращений

САУ – система автоматического управления

УЧПУ – устройство числового программного управления

ЭШ – электрический шкаф

ПУ – пульт управления

ГПУ – главный пульт управления

РО – рабочий орган

КС – коробка скоростей

УТП – управляющая технологическая программа

БПМО – базовое программное математическое обеспечение

Ин. – инструмент

Из — изделие

2.  Краткие характеристики конструкции и технические характеристики станка

На основании проспекта, станок выполняет технологические операции:

сверление, рассверливание, центрование и зенкерование отверстий

фрезерование плоскостей пространственных деталей

Особенности конструкции:

литые корпусные детали из чугуна, усиленные ребрами жесткости для лучшей устойчивости;

Высокоточный шпиндель( максимальная частота вращения 6000 об/мин, шпиндельные подшипники производства «F.A.G» Германия)

Большое рабочее пространство

Жесткий рабочий стол(максимальная масса заготовки 800 кг, направляющие качения производства “Rexroth Star”, 4 направляющие по оси Y, шариковые винты диаметром 50 – 10 мм.)

Нарезание резьбы в отверстии метчиками

Технические характеристики станка приведены в таблице 1

Таблица 1

Параметры обработки
Наибольший диаметр сверления, мм 40
Наибольший диаметр растачивания, мм 160
Наибольший диаметр торцевой фрезы, мм 125
Диапазон резьб, нарезаемых метчиками М3-М24
Наибольшая масса детали, кг 800
Параметры стола
Размер рабочей поверхности стола, мм 1250×600
Параметры рабочей поверхности стола Т-образные пазы: 1х18Н7,4х18Н11

шаг 160 мм

расстояние от торца шпинделя до стола, мм 800
Перемещения
Наибольшее перемещение по осям в мм
— продольное перемещение стола(Х) 1000
— поперечное перемещение стола (Y) 570
— вертикальное перемещение стола (Z) 600
Ускоренные хода по всем осям, м/мин 15
Точность
Точность позиционирования по всем осям в мм ±0,010
Повторяемость, мм ±0,005
Главный привод
Мощность главного привода, кВт 11
Диапазон частоты вращения, об/мин 0-6000
Прочие характеристики
Инструментальный магазин Без манипулятора, 20  инструментов
Время смены, сек 7
Конус шпинделя 7:24 SK 40
Рабочие подачи мм/мин 1,,,10000
Масса, кг 8400
Габаритные размеры

(длина х ширина х высота)

2800х2700х3210
Рабочее напряжение 380В/3 фазы/50Гц
Система ЧПУ стандартное исполнение
Частота вращения главного двигателя, об/мин 2000
Частота вращения всех приводов подачи 2000
Момент по координатам x и y Н*м 27
Момент по координате z , Н*м 20

2.1 Схема движения для типовых технологических операций

Схема движения при сверлении и фрезеровании показана на рис. 1.

1 – станина

2- рабочий стол

3 – Изделие

4 – Шпиндельная бабка

5 – Шпиндель

6 — Стойка

Описание схемы движения.

Главное движение – вращение инструмента (сверла, фрезы) вместе со шпинделем – n.

Движения подачи:

  • продольное движение шпинделя координата z S1
  • движение рабочего стола S2 координата y
  • движение рабочего стола S3 координата x

Всего 1 гл + 3 движения подачи. 4 движения.

3.  Определение требований к САУ станка

3.1 Состав САУ

САУ  станка состоит из УЧПУ,и его компонентов(пультов, ПО)  силового преобразователя, двигателей с датчиками,

3.2 Требуемые технические характеристики САУ

Условия работы,внешняя среда:

Климатические условия температура окружающего воздуха 5 – 45 ?С влажность не более 80%, высота над уровнем моря не более 100 м.

Электрическая сеть трехфазная 50 Гц, 220/380 В(±10%)

напряженность поля радиопомех, создаваемого САУ и ее компонентами, не должна превышать 60 дБ при 0,15 – 0,5 МГц, 54 дБ при 0,5 – 2,5 МГц и 46 дБ свыше 2,5 МГц

уровень акустического шума, создаваемого САУ (кроме электродвигателей), не должен превышать 65 дБ (электродвигатели 60 – 75 дБ).

Конструктивные требования

  • степень защиты от внешних воздействий(пыли, дребезга и др) не менее IP54
  • конструктивно модуль ЧПУ монтируется в ЭШ
  • электродвигатели приводов подач и преобразователи встраиваются в ЭШ
  • Двигатель главного движения находится в корпусе станка, на стойке
  • Двигатели, элементы ЧПУ, преобразователи должны иметь по возможности унифицированную элементную базу. По заданию нужно выбрать элементы фирмы Сименс по каталогу

Характеристики точности САУ

  • Дискретность – 1 мкм
  • Точность позиционирования по всем осям 10 мкм
  • Повторяемость 5 мкм
  • Число одновременно управляемых координат 3
  • Мощность главного привода 11 кВт
  • номинальная скорость двигателя главного движения 2000 об/мин
  • Номинальный момент на валу двигателя главного движения 50Нм

Параметры быстродействия САУ

  • Номинальный момент двигателя подачи по координате z 27 Нм
  • номинальная скорость двигателей подач 2000 об/мин
  • номинальный момент двигателей подач по координатам x и y 20 Нм
  • Максимальная скорость вращения 6000 об/мин
  • Диапазон частоты вращения 0-6000 об/мин
  • Максимальная скорость подачи 15 м/мин

САУ должна обеспечивать следующие функции

  • Управление РО по скорости и положению,
  • Задание величины скорости аналоговое ±10 В и цифровое
  • Корректировка величины скорости в ПУ в пределах 0-200 %
  • ограничение рывка (ускорения);
  • контроль рабочей зоны обработки;
  • контроль и диагностика осей;
  • число одновременно управляемых координат 3
  • управление шпинделем:

-по скорости вращения и углу поворота с указанными выше параметрами;

—   задание величины скорости аналоговое (входной сигнал ЭПГ ±10В) и /или цифровое;

— корректировка величины скорости с пульта управления в пределах 0-200 %;

—  количество ступеней редукции в КС до 5;

—  автоматический выбор ступени;

— ориентированный останов шпинделя для автоматической смены инструмента;

  • автоматическая смена инструмента:
  • нарезание резьбы;
  • синхронизация работы при многошпиндельной обработке;
  • различные виды интерполяции в зависимости от конструкции станка и типа Из:

—  линейная;

—  круговая;

—  линейно – круговая;

—  винтовая;

—  электронный редуктор;

  • управление Инструментом

—  использование типовых Ин – сверлильного, фрезерного,

—  в станке используется 1 инструментальный магазин, 20 инструментов;

—  коррекция инструмента по длине и диаметру в плоскости и пространстве;

—  смена инструмента;

—  загрузка/разгрузка инструмента;

—  контроль времени работы инструмента и количества изделий;

  • измерения изделия и инструмента

—  количество измерительных щупов 1-2;

—  протоколирование результатов измерений;

—  активная коррекция инструмента и режима обработки;

  • автоматические компенсации:

—  люфтов в кинематике станка и его узлов;

—  погрешности ходовых винтов;

—  погрешности измерительной системы;

—  тепловых деформаций и провисания шпинделя;

  • программирование:

—  технологическое по типовым технологиям станка;

—  работа в полярных координатах;

—  ускоренная отработка УТП;

—  технологические циклы/подпрограммы;

—  измерительные циклы/подпрограммы;

—  программы прерывания УТП;

—  редактирование программ;

—  обеспечение безопасности станка и оператора, а также обслуживающего персонала;

—  диагностика работы станка с протоколированием;

—  открытая для пользователя архитектура ПО;

  • моделирование процессов обработки:

—  траектории движения инструмента в плоскости и пространстве;

—  ускоренной отработки УТП;

—  обработки в реальном времени;

  • коммуникация по вводу/выводу БПМО и УТП:

—  последовательный интерфейс связи с ЭВМ верхнего уровня (обычно RS 232C);

—  работа через дисковод;

—  возможность подключения различной периферии

—  управление с ГПУ и работа с дисплеем.

Для обеспечения полноценного и эффективного управления станком необходимо использование следующих компонентов в составе УЧПУ и ПУ:

  • персональная ЭВМ (ПЭВМ) как аппаратная база УЧПУ;
  • панель оператора УЧПУ;
  • дисплей для вывода алфавитно–цифровой и графической информации;
  • клавиатура УЧПУ (ПЭВМ);

Состав компонентов управления:

ГПУ со встроенными ПЭВМ, панелью оператора, дисплеем, клавиатурой и станочным ПУ;

дополнительный и/или вспомогательный (упрощенный) ПУ.

4.  Обоснование выбора САУ и ее компонентов

4.1 Выбор УЧПУ

На основании технических требований выбираем УЧПУ модели SINUMERIK 810D. Компоненты УЧПУ :

  • Модуль CCU 1 SINUMERIC 810D. Для внутреннего или внешнего охлаждения с 2 силовыми частями(не используются). Пользовательская память CNC 0,5 МБ, пользовательская память PLC 64 КБ. Номер заказа 6FC5447-0AA01-0AA0.
  • Модуль блок питания для SIMATIC S7-300             6ES7307-1EA00-0AA0
  • Модуль SIMATIC S7-300 цифровые входы SM 321            6ES7321-1BH02-0AA0
  • Модуль SIMATIC S7-300 цифровые выходы SM 322 6ES7322-1BH01-0AA0
  • Модуль SIMATIC S7-300 ANALOG INPUT SM 331 входы 6ES7331-7KF02-0AB0
  • Модуль SIMATIC S7-300 SM 332 аналоговые выходы  6ES7332-5HD01-0AB0
  • Интерфейсный модуль SIMATIC S7-300 IM 361 6ES7361-3CA01-0AA0
  • Соединительный кабель для IM 361              6ES7368-3BB01-0AA0
  • Штекеры для подключения модулей SM       6ES7392-1AJ00-0AA0
  • Коммуникационный модуль CP-342-5 для подключения SIMATIC S7-300 к PROFIBUS DP                                          6GK7 342-5DA02-0XE0
  • Панель оператора OP010                                 6FC5203-0AF00-0AA1
  • Станочный пульт MCP 483C                          6FC5203-0AF22-0AA0
  • Промышленный компьютер SINUMERIK PCU 50566 MHZ, 128 MB RAM; 24 V DC;WINDOWS NT WORKSTATION V4.0        6FC5210-0DF20-0AA0
  • Дисковод 3,5”                                                    6FC5235-0AA05-1AA1
  • Монтажные разьемы для подключения PCU 6FC5248-0AF20-2AA0
  • Программное обеспечение для 810D Toolbox           6FC5252-0AX21-0AB0
  • Программное обеспечение для PCU HMI     6FC5253-0BX10-0AF0
  • MPI кабель для подключения PCU                 6FX2002-4EA01-1BA0

4.2 Выбор двигателей

Выбор двигателя из каталога производится по номинальному моменту и частоте вращения.

  • Двигатели подачи по осям x иy. Выбираем двигатель 1FT6086Номинальная частота вращения 2000 об/мин, момент 27 Н*м, мощность 5,6 кВт. Исполнение IMB5, встроенный инкрементальный датчик sin/cos. Номер заказа 1FT6086-8AC71-1AG0
  • Двигатель подачи по оси z . Выбираем двигатель  1FT6084 Номинальная частота вращения 2000 об/мин, момент 20 Н*м, мощность 3 кВт. Исполнение IMB5, встроенный инкрементальный датчик sin/cos. 1FT6084-8AC71-1AG0
  • Двигатель главного движения. 1PH7107. Номинальная частота вращения 2000 об/мин. Максимальная 9000 об/мин. Мощность 26 кВт, инкрементальный sin/cos датчик. 1PH7107-2NG00-0BJ0


4.3 Выбор силового преобразователя

Силовой преобразователь SIMODRIVE 611. Он состоит из следующих частей

  • Сетевой фильтр HF для модуля питания и рекуперации. 36 кВт  6SL3000-0FE23-6AA0
  • Модуль ограничения перенапряжения для модуля сетевого питания больше 10 кВт 6SN1111-0AB00-0AA0
  • Модуль контроля. Обеспечивает питания электроники и функции контроля для отдельной группы приводов. Необходим так как количество приводных модулей превышает мощность блока питания электроники 6SN1112-1AC01-0AA1
  • Платы управления SIMODRIVE 611 UNIVERSAL HR  2-х осевое исполнение,.4 шт. для каждой подачи и гл движения 6SN1118-0NH01-0AA0
  • Опционный модуль PROFIBUS DP для циклического и ациклического обмена данными. 3 шт для подач. 6SN1114-0NB00-0AA1
  • Опционный модуль MOTION CONTROL  c PROFIBUS DP для главного движения. 6SN1114-0NB01-0AA0
  • Силовой модуль с внутренним охлаждением. Для подачи по оси Z. 1-осевой, 25 А, 6SN1123-1AA00-0BA1
  • Силовые модули для подачи X и Y. 1-осевые, 50 А. 6SN1123-1AA00-0DA1
  • Силовой модуль для двигателя главного движения. 1-осевой 80 А. 6SN1123-1AA00-0DA1
  • Модуль питания и рекуперации. 6SN1145-1BA02-0CA1
  • ПО SIMODRIVE 611 UNIVERSAL SIMOCOM-U/611U TOOLBOX 6SN1153-0NX20-0AG0
  • 4 сигнальных кабеля для двигателей 6FX8002-2CA31-1AF0
  • 3 силовых кабеля для приводов подачи 6FX8002-5CA21-1AF0
  • 1 силовой кабель для привода главного движения 6FX8008-1BB31-1FA0