Введення
На базі ММД вже сьогодні створюються екологічно чисті наземні, підземні та водні транспортні засоби, а також технології високошвидкісного різання легких сплавів для авіаційних металоконструкцій, високопродуктивного, "сухого" шліфування прецизійних деталей для автомобільної та підшипникової промисловості, субмікронних вимірів деталей і прецизійної високопродуктивної обробки штампів і прес-форм графітових електродів і пластмасових виробів.
У даній роботі розглядається три різних теми. Не дивлячись на різність розглянутого устаткування, всі теми можуть безпосередньо перетинаються.
Конструкція інструменту дозволяє проводити його заміну без підналагодження обладнання необхідна область у розвитку промисловості. Потребує уваги розробників і промисловості виробляє інструмент.
У зв'язку зі сформованою тенденцією розвитку виробництва з'явилася проблема автоматизації складу. Нижче описані основні способи.
1 Зарубіжні мехатронні модулі і їх класифікація.
Мехатронні модулі руху - приводи машин нового покоління.
Аналіз розвитку світового ринку продукції машинобудування свідчить про появу нового класу технологічного та вимірювального обладнання, транспортних засобів на базі мехатронних модулів руху (ММД). Причому обсяги виробництва ММД в розвинених країнах світу з кожним роком збільшуються. Мільйони ММД знаходять застосування в авіації, космосі, приладобудуванні, електротехніці, верстатобудуванні, робототехніці, автомобілебудуванні та інших найважливіших галузях промисловості.
На базі ММД вже сьогодні створюються екологічно чисті наземні, підземні та водні транспортні засоби, а також технології високошвидкісного різання легких сплавів для авіаційних металоконструкцій, високопродуктивного, "сухого" шліфування прецизійних деталей для автомобільної та підшипникової промисловості, субмікронних вимірів деталей і прецизійної високопродуктивної обробки штампів і прес-форм графітових електродів і пластмасових виробів.
При цьому головною ознакою, що відрізняє ММД від загальнопромислового електроприводу, є введення електродвигуна у вузол машини: електрошпінделем, мотор-шпиндель, електромеханізмом лінійного переміщення інструментів головки, поворотний глобусний або координатний стіл, мотор-колесо і т.п.
Основну номенклатуру ММД, на основі яких в даний час створюються виробничі машини і транспортні засоби нового покоління, можна підрозділити на чотири групи.
А) Високооборотний модулі з максимальною частотою обертання від 9 000 до 250 000 хв "'і потужністю від 0,1 до 30 кВт для металорізальних верстатів, деревообробних машин, верстатів для свердління друкованих плат, компресорів і т.д.
У цих модулях використовуються повітряні і електромагнітні підшипники. Основні переваги випускаються електрошпінделем на магнітних підшипниках:
- Відсутність механічних контактів і, як наслідок, зносу;
- Можливість використання більш високих (в порівнянні з традиційними конструкціями) швидкостей;
- Невелика вібрація, відсутність тертя і зниження теплових втрат;
- Можливість зміни жорсткості і демпфуючих характеристик системи;
- Можливість роботи у вакуумі і шкідливих середовищах;
- Екологічна чистота.
Б) низькообертовий модулі з максимальною частотою обертання від 4 до 300 хв-1, моментом від 10 до 2500 Н * м і точністю позиціонування до 3% для поворотних столів верстатів, вимірювальних машин, обладнання для електронного машинобудування, вузлів роботів і багатоцільових інструментальних головок.
Групою "Мехатроніка" в Санкт-Петербурзі освоєно виробництво мехатронних поворотних столів серії ПМС діаметром 200-1250 мм, з точністю позиціонування до 3, максимальною частотою обертання до 12 хв, максимальним моментом до 2500 Нм.
В) Модулі лінійного руху з зусиллям від 10 до 5000 Н і швидкістю до 32 м / с для приводів металорізальних верстатів, промислових роботів і вимірювальних машин, а також для замикаючих пристроїв газонафтопроводів.
Г) Цифрові електроприводи з безколекторних синхронним і асинхронним двигунами потужністю до 10 кВт з моментом від 1 до 40 Н-м і високим відношенням моменту до маси для приводів подачі високопродуктивних верстатів і роботів, текстильних та деревообробних машин, приводів вентиляторів, насосів і т.д . Блок управління такими приводами створюється на базі силових інтелектуальних схем і вбудовується в корпус або клемник електродвигуна.
Виробництво цих електроприводів освоєно на російсько-італійському підприємстві "мехатронних".
Застосування ММД в обробних центрах традиційного компонування дозволило підвищити продуктивність фрезерування майже в 3 рази. Відносно висока вартість таких машин не зупиняє провідні авіаційні концерни у світі від їх закупівель вже в даний час.
Ще більші можливості застосування ММД мають машини нетрадиційної компонування: обробні та вимірювальні машини на основі так на-зване платформи Стюарта і мехатронних поворотних столів.
1.2 Автоматизовані мехатронні модулі лінійних і обертальних переміщень металообробних верстатів.
На підставі прогнозу та аналізу розвитку верстатобудування можна виділити наступні основні напрями:
- Якісна зміна конструкцій металорізальних верстатів (конструкції верстатів з паралельною кінематикою, гексаподние конструкції).
- Істотне підвищення продуктивності верстатів, реалізація технологій швидкісної обробки;
- Широка уніфікація верстатів, реалізація принципів агрегатномодульного конструювання.
Для вирішення перерахованих завдань поряд з удосконаленням технології обробки, появою нових різальних матеріалів, інструментів створюються принципово нові мехатронні верстатні вузли приводу і автоматизації на базі інтеграції засобів прецизійної механіки, електроніки, електротехніки.
- Виявити області ефективного використання мехатронних модулів лінійного та обертального руху в металообробних верстатах;
- Розробити методи проектування і структурної побудови мехатронних модулів для верстатів, у тому числі інтелектуальних модулів руху;
- Розробити методи оптимальної настройки і управління мехатронних модулів, що забезпечують найкращі експлуатаційні показники (металообробного обладнання;
- Проаналізувати вплив використання мехатронних модулів у верстатах на продуктивність, якість і точність обробки;
- На базі досліджень створити і впровадити у виробництво конкретні моделі мехатронних модулів лінійного та обертального руху і забезпечити їх ефективне використання в металорізальних верстатах.
При аналізі мехатронних модулів необхідно розглянути загальнотехнічні та економічні аспекти створення мехатронних модулів, а також розглянути мехатронні модулі як елемент електромеханічного перетворення, як елемент динамічної системи верстата.
1.3 Основні види мехатронних модулів
Мехатронні модулі володіють наступними особливостями:
- Використання однотипних уніфікованих вузлів у різних варіантах компонування верстатів, які забезпечують агрегатно-модульне побудова;
- Зменшення часу ремонту за рахунок повузлової заміни;
- Розширення і нарощування функцій верстатів за рахунок додавання мехатронних модулів і вузлів;
- Створення розгалужених систем діагностики;
- Спрощення сервісного обслуговування за рахунок застосування однорідних конструкцій.
Класифікація мехатронних модулів наведена на малюнку 1.
Модулі підрозділяються по вигляду верстатного механізму і з вигляду системи управління. Верстатні механізми в свою чергу поділяються на механізми головного руху, механізми подачі і допоміжних переміщень.
Нижче наводяться основні види конструкцій мехатронних модулів (В-модулі обертального руху, Л - модулі лінійного руху).
Механізми головного руху:
- Мотор-шпиндель - шпиндельний верстатний вузол, на валу якого монтується ротор приводного двигуна (В).
- Електрошпінделем - електродвигун, безпосередньо до валу якого кріпиться ріжучий інструмент (В).
- Мотор-редуктор - електродвигун з вбудованим планетарним механізмом, що забезпечує дві і більше щаблів механічної редукції (В).
- Механізми подачі і допоміжних переміщень:
- Мотор-редуктори з вбудованою планетарної передачею (В).
- Мотор-редуктори з вбудованою хвильової передачею (В).
Модулі лінійного руху на базі плоских і пазових лінійних двигунів (Л).
SHAPE \ * MERGEFORMAT
Рисунок 1 - Класифікація мехатронних модулів.
2 Конструкція інструменту дозволяє проводити заміну без підналагодження.
При роботі на верстатах з ручним управлінням механізовані тільки робочі руху інструменту. Встановлення, налаштування і заміну інструменту, а також контроль за його станом здійснює оператор. Підвищення рівня автоматизації процесу обробки шляхом зменшення втручання оператора досягається поряд з іншими заходами застосуванням ряду нових, в тому числі спеціальних конструкцій інструменту, які відповідають вимогам високої ефективності використання обладнання з ЧПУ. Критерієм оцінки необхідності застосування нового інструменту є мінімальність собівартості операції.
Як відомо, собівартість операції виражає в грошовій формі частина суспільних витрат виробництва, що включає витрати на засоби праці і заробітну плату:
1.1
де Q - повна собівартість операції механічної обробки деталі, коп.;
- Тривалість робочого ходу і додаткових рухів, що залежать від режиму різання, хв; 
- Тривалість допоміжної роботи, що включає час допоміжного ходу і не залежить від режиму різання, хв; tnp - тривалість позапланових простоїв, викликаних випадковим виходом інструменту з ладу або з інших причин, що залежать від інструментального оснащення, хв; Е-собівартість верстато-хвилини, коп .; (у собівартості верстато-хвилини враховуються витрати на засоби праці і заробітну плату, які залишаються постійними в часі і не залежать від темпу операції); 
- Планові витрати, пов'язані зі зношуванням інструменту і віднесені до однієї деталі, коп.; 
- Інші постійні витрати на деталь, що не залежать від темпу операції, коп. У формулі (1.1) змінна частка собівартості, що залежить від інструменту,
1.2
де
- Планові втрати часу роботи верстата на встановлення та заміну інструменту, хв; 
- Планові втрати часу роботи верстата на налагодження, підналагодження або розмірне регулювання інструменту, хв; 
-Витрати на амортизацію і заточування інструменту за період його роботи без заміни, тобто за період стійкості, коп.; 
-Заробітна плата наладчика за 1 хв, коп; 
- Тривалість роботи інструменту без заміни протягом 1 хв робочого ходу; Тп = T / 
, Тут: T - стійкість інструменту за прийнятим критерієм затуплення; - Відношення тривалості різання до тривалості робочого ходу.
Частки собівартості, пов'язана з простоями устаткування:
частково залежить від інструментального оснащення і пов'язана з випадковим (передчасним) виходом інструменту з ладу або через незадовільний формування стружки. Як випливає з формули (1.2), мінлива частка собівартості операції залежить від режиму різання, втрат часу на встановлення і заміну інструменту, втрат часу на налагодження інструменту на розмір оброблюваної деталі, вартості інструменту за період його стійкості.
Залежність складових змінної частки собівартості операції від швидкості різання якісно можна уявити у вигляді кривих, наведених на рис. 2. Крива 4 характеризує залежність змінної частки собівартості операції від швидкості різання і якості інструменту. Вона має мінімум при швидкості різання, званої економічної швидкістю різання, званої
Рисунок 2 - Взаємозв'язок складової змінної частки собівартості від швидкості різання
економічної швидкістю різання, що забезпечує мінімальну собівартість операції. Економічна швидкість різання,
де v і T-нормативні значення швидкості різання і стійкості; 
показник ступеня.
1.3
Економічну стійкість можна отримати з формули (1.2) за умови мінімальності величини
.
Таким чином, формули (1.1) і (1.2) показують, що шляхами зниження собівартості операції є створення інструменту, що забезпечує підвищення економічної швидкості різання, тобто знижує змінну частку собівартості, а також застосування пристроїв, що реагують на випадковий вихід інструменту з ладу і на, незадовільний формування стружки.
Зниження витрат на амортизацію інструменту за період його роботи досягається використанням у конструкціях уніфікованих деталей і вузлів і взаємозамінних агрегатів.
Оскільки термін служби ріжучих частин інструмента обмежений, економічно доцільні пристрої, що забезпечують їх функціонування, виділити в окремі агрегати, За аналогією з традиційною термінологією ці агрегати називають допоміжним інструментом. На практиці не завжди можна чітко розділити ріжучий і допоміжний інструмент для автоматизованого устаткування.
Конструкція допоміжного інструменту для верстатів з ЧПК визначається його основними елементами: приєднувальними поверхнями для встановлення його на верстаті і для установки ріжучого інструменту. Пристрої, що здійснюють автоматичну зміну інструмента і його кріплення на верстаті, визначають конструкцію хвостовика, який повинен бути однаковим для всього інструменту до даного верстату. Для отримання заданих розмірів деталей без пробних ходів відповідно до програми необхідне введення в конструкцію допоміжного інструменту пристроїв, які забезпечують регулювання положення ріжучої крайки.
На базі ММД вже сьогодні створюються екологічно чисті наземні, підземні та водні транспортні засоби, а також технології високошвидкісного різання легких сплавів для авіаційних металоконструкцій, високопродуктивного, "сухого" шліфування прецизійних деталей для автомобільної та підшипникової промисловості, субмікронних вимірів деталей і прецизійної високопродуктивної обробки штампів і прес-форм графітових електродів і пластмасових виробів.
У даній роботі розглядається три різних теми. Не дивлячись на різність розглянутого устаткування, всі теми можуть безпосередньо перетинаються.
Конструкція інструменту дозволяє проводити його заміну без підналагодження обладнання необхідна область у розвитку промисловості. Потребує уваги розробників і промисловості виробляє інструмент.
У зв'язку зі сформованою тенденцією розвитку виробництва з'явилася проблема автоматизації складу. Нижче описані основні способи.
1 Зарубіжні мехатронні модулі і їх класифікація.
Мехатронні модулі руху - приводи машин нового покоління.
Аналіз розвитку світового ринку продукції машинобудування свідчить про появу нового класу технологічного та вимірювального обладнання, транспортних засобів на базі мехатронних модулів руху (ММД). Причому обсяги виробництва ММД в розвинених країнах світу з кожним роком збільшуються. Мільйони ММД знаходять застосування в авіації, космосі, приладобудуванні, електротехніці, верстатобудуванні, робототехніці, автомобілебудуванні та інших найважливіших галузях промисловості.
На базі ММД вже сьогодні створюються екологічно чисті наземні, підземні та водні транспортні засоби, а також технології високошвидкісного різання легких сплавів для авіаційних металоконструкцій, високопродуктивного, "сухого" шліфування прецизійних деталей для автомобільної та підшипникової промисловості, субмікронних вимірів деталей і прецизійної високопродуктивної обробки штампів і прес-форм графітових електродів і пластмасових виробів.
При цьому головною ознакою, що відрізняє ММД від загальнопромислового електроприводу, є введення електродвигуна у вузол машини: електрошпінделем, мотор-шпиндель, електромеханізмом лінійного переміщення інструментів головки, поворотний глобусний або координатний стіл, мотор-колесо і т.п.
Основну номенклатуру ММД, на основі яких в даний час створюються виробничі машини і транспортні засоби нового покоління, можна підрозділити на чотири групи.
А) Високооборотний модулі з максимальною частотою обертання від 9 000 до 250 000 хв "'і потужністю від 0,1 до 30 кВт для металорізальних верстатів, деревообробних машин, верстатів для свердління друкованих плат, компресорів і т.д.
У цих модулях використовуються повітряні і електромагнітні підшипники. Основні переваги випускаються електрошпінделем на магнітних підшипниках:
- Відсутність механічних контактів і, як наслідок, зносу;
- Можливість використання більш високих (в порівнянні з традиційними конструкціями) швидкостей;
- Невелика вібрація, відсутність тертя і зниження теплових втрат;
- Можливість зміни жорсткості і демпфуючих характеристик системи;
- Можливість роботи у вакуумі і шкідливих середовищах;
- Екологічна чистота.
Б) низькообертовий модулі з максимальною частотою обертання від 4 до 300 хв-1, моментом від 10 до 2500 Н * м і точністю позиціонування до 3% для поворотних столів верстатів, вимірювальних машин, обладнання для електронного машинобудування, вузлів роботів і багатоцільових інструментальних головок.
Групою "Мехатроніка" в Санкт-Петербурзі освоєно виробництво мехатронних поворотних столів серії ПМС діаметром 200-1250 мм, з точністю позиціонування до 3, максимальною частотою обертання до 12 хв, максимальним моментом до 2500 Нм.
В) Модулі лінійного руху з зусиллям від 10 до 5000 Н і швидкістю до 32 м / с для приводів металорізальних верстатів, промислових роботів і вимірювальних машин, а також для замикаючих пристроїв газонафтопроводів.
Г) Цифрові електроприводи з безколекторних синхронним і асинхронним двигунами потужністю до 10 кВт з моментом від 1 до 40 Н-м і високим відношенням моменту до маси для приводів подачі високопродуктивних верстатів і роботів, текстильних та деревообробних машин, приводів вентиляторів, насосів і т.д . Блок управління такими приводами створюється на базі силових інтелектуальних схем і вбудовується в корпус або клемник електродвигуна.
Виробництво цих електроприводів освоєно на російсько-італійському підприємстві "мехатронних".
Застосування ММД в обробних центрах традиційного компонування дозволило підвищити продуктивність фрезерування майже в 3 рази. Відносно висока вартість таких машин не зупиняє провідні авіаційні концерни у світі від їх закупівель вже в даний час.
Ще більші можливості застосування ММД мають машини нетрадиційної компонування: обробні та вимірювальні машини на основі так на-зване платформи Стюарта і мехатронних поворотних столів.
1.2 Автоматизовані мехатронні модулі лінійних і обертальних переміщень металообробних верстатів.
На підставі прогнозу та аналізу розвитку верстатобудування можна виділити наступні основні напрями:
- Якісна зміна конструкцій металорізальних верстатів (конструкції верстатів з паралельною кінематикою, гексаподние конструкції).
- Істотне підвищення продуктивності верстатів, реалізація технологій швидкісної обробки;
- Широка уніфікація верстатів, реалізація принципів агрегатномодульного конструювання.
Для вирішення перерахованих завдань поряд з удосконаленням технології обробки, появою нових різальних матеріалів, інструментів створюються принципово нові мехатронні верстатні вузли приводу і автоматизації на базі інтеграції засобів прецизійної механіки, електроніки, електротехніки.
- Виявити області ефективного використання мехатронних модулів лінійного та обертального руху в металообробних верстатах;
- Розробити методи проектування і структурної побудови мехатронних модулів для верстатів, у тому числі інтелектуальних модулів руху;
- Розробити методи оптимальної настройки і управління мехатронних модулів, що забезпечують найкращі експлуатаційні показники (металообробного обладнання;
- Проаналізувати вплив використання мехатронних модулів у верстатах на продуктивність, якість і точність обробки;
- На базі досліджень створити і впровадити у виробництво конкретні моделі мехатронних модулів лінійного та обертального руху і забезпечити їх ефективне використання в металорізальних верстатах.
При аналізі мехатронних модулів необхідно розглянути загальнотехнічні та економічні аспекти створення мехатронних модулів, а також розглянути мехатронні модулі як елемент електромеханічного перетворення, як елемент динамічної системи верстата.
1.3 Основні види мехатронних модулів
Мехатронні модулі володіють наступними особливостями:
- Використання однотипних уніфікованих вузлів у різних варіантах компонування верстатів, які забезпечують агрегатно-модульне побудова;
- Зменшення часу ремонту за рахунок повузлової заміни;
- Розширення і нарощування функцій верстатів за рахунок додавання мехатронних модулів і вузлів;
- Створення розгалужених систем діагностики;
- Спрощення сервісного обслуговування за рахунок застосування однорідних конструкцій.
Класифікація мехатронних модулів наведена на малюнку 1.
Модулі підрозділяються по вигляду верстатного механізму і з вигляду системи управління. Верстатні механізми в свою чергу поділяються на механізми головного руху, механізми подачі і допоміжних переміщень.
Нижче наводяться основні види конструкцій мехатронних модулів (В-модулі обертального руху, Л - модулі лінійного руху).
Механізми головного руху:
- Мотор-шпиндель - шпиндельний верстатний вузол, на валу якого монтується ротор приводного двигуна (В).
- Електрошпінделем - електродвигун, безпосередньо до валу якого кріпиться ріжучий інструмент (В).
- Мотор-редуктор - електродвигун з вбудованим планетарним механізмом, що забезпечує дві і більше щаблів механічної редукції (В).
- Механізми подачі і допоміжних переміщень:
- Мотор-редуктори з вбудованою планетарної передачею (В).
- Мотор-редуктори з вбудованою хвильової передачею (В).
Модулі лінійного руху на базі плоских і пазових лінійних двигунів (Л).
SHAPE \ * MERGEFORMAT
Інструментальна голівка. |
План-супорт |
Шарнірний вузол. |
Виконавчий вузол |
Головного руху |
Мотор шпиндель |
Мотор редуктор |
Електра-шпиндель |
Координатно-силовий стіл. |
Мехатронне пристрій |
Система управління |
Допоміжних механізмів |
Регульований елек. привід. |
Автономна система |
Верстатний вузол. |
Мотор редуктор. |
Замкнута по положенню. |
Модуль лінійного руху. |
З планетарної передачею. |
З хвильової передачею |
Плоский шпиндельний двігалтель |
Цифрова на базі мікропроцесора. |
З програмованою пам'яттю. |
Пазовий лінійний двигун |
Поворотний стіл. |
електромеханізмом |
Рисунок 1 - Класифікація мехатронних модулів.
2 Конструкція інструменту дозволяє проводити заміну без підналагодження.
При роботі на верстатах з ручним управлінням механізовані тільки робочі руху інструменту. Встановлення, налаштування і заміну інструменту, а також контроль за його станом здійснює оператор. Підвищення рівня автоматизації процесу обробки шляхом зменшення втручання оператора досягається поряд з іншими заходами застосуванням ряду нових, в тому числі спеціальних конструкцій інструменту, які відповідають вимогам високої ефективності використання обладнання з ЧПУ. Критерієм оцінки необхідності застосування нового інструменту є мінімальність собівартості операції.
Як відомо, собівартість операції виражає в грошовій формі частина суспільних витрат виробництва, що включає витрати на засоби праці і заробітну плату:
де Q - повна собівартість операції механічної обробки деталі, коп.;
де
Частки собівартості, пов'язана з простоями устаткування:
Залежність складових змінної частки собівартості операції від швидкості різання якісно можна уявити у вигляді кривих, наведених на рис. 2. Крива 4 характеризує залежність змінної частки собівартості операції від швидкості різання і якості інструменту. Вона має мінімум при швидкості різання, званої економічної швидкістю різання, званої
Рисунок 2 - Взаємозв'язок складової змінної частки собівартості від швидкості різання
економічної швидкістю різання, що забезпечує мінімальну собівартість операції. Економічна швидкість різання,
Економічну стійкість можна отримати з формули (1.2) за умови мінімальності величини
Таким чином, формули (1.1) і (1.2) показують, що шляхами зниження собівартості операції є створення інструменту, що забезпечує підвищення економічної швидкості різання, тобто знижує змінну частку собівартості, а також застосування пристроїв, що реагують на випадковий вихід інструменту з ладу і на, незадовільний формування стружки.
Зниження витрат на амортизацію інструменту за період його роботи досягається використанням у конструкціях уніфікованих деталей і вузлів і взаємозамінних агрегатів.
Оскільки термін служби ріжучих частин інструмента обмежений, економічно доцільні пристрої, що забезпечують їх функціонування, виділити в окремі агрегати, За аналогією з традиційною термінологією ці агрегати називають допоміжним інструментом. На практиці не завжди можна чітко розділити ріжучий і допоміжний інструмент для автоматизованого устаткування.
Конструкція допоміжного інструменту для верстатів з ЧПК визначається його основними елементами: приєднувальними поверхнями для встановлення його на верстаті і для установки ріжучого інструменту. Пристрої, що здійснюють автоматичну зміну інструмента і його кріплення на верстаті, визначають конструкцію хвостовика, який повинен бути однаковим для всього інструменту до даного верстату. Для отримання заданих розмірів деталей без пробних ходів відповідно до програми необхідне введення в конструкцію допоміжного інструменту пристроїв, які забезпечують регулювання положення ріжучої крайки.
Ці обставини призвели до появи різноманітних власників, у яких хвостовик сконструйований для конкретного верстата, а передня затискна частина - для ріжучого інструменту зі стандартними приєднувальними поверхнями (призматичними, циліндричними і конічними). Тримачі утворюють комплект допоміжного інструменту, що складається з резцедержателей, патронів, оправок різних конструкцій, призначених для кріплення різального інструменту. Комплект в поєднанні з приладом попереднього налаштування повинен забезпечувати налагодження інструменту для роботи на верстаті з ЧПУ.
В даний час встановлено, що найбільш раціонально на верстатах з ЧПК застосовувати інструментальні блоки, що складаються з ріжучого і допоміжного інструменту. Інструментальні блоки забезпечені ідентичними посадковими місцями, і їх попередньо налаштовують на задані розміри (або вимірюють).
У процесі роботи верстата блоки за допомогою маніпулятора автоматично або вручну з мінімальними витратами часу встановлюються на верстаті в робоче положення і закріплюються.
Прийнято дві системи інструментальних блоків: для верстатів токарної групи, де інструмент не обертається; для верстатів свердлильно-розточувально-фрезерної групи, тобто для інструменту, що обертається. У токарних верстатів з ЧПК за основні елементи інструментальних блоків прийняті ріжучий інструмент (різець, свердло, розгортка тощо) і утримувач, який закріплюється в револьверної голівці верстата. Для свердлильно-расточнофрезерних верстатів з ЧПК) основними елементами інструментальних блоків є ріжучий інструмент (свердло, фреза, розгортка тощо) і утримувач з конічним ком конусностью 7: 24, закріплюється в конусному отворі шпинделя верстата. Конічні хвостовики виконують з конусами 30, 40, 45 або 50.
У вітчизняному машинобудуванні широко використовують систему допоміжного інструменту для верстатів з ЧПК, в якій на основі проведеної уніфікації міститься необхідна для практики номенклатура типових конструкцій утримувачів, що застосовуються для збирання інструментальних блоків.
Рисунок 3 - Набір допоміжних інструменту з циліндричним хвостовиком для токарних верстатів з ЧПК.
Для токарних верстатів з ЧПК розроблений набір уніфікованого допоміжного інструменту з циліндричним хвостовиком (рис. 3). Різцетримачі 1-6 дозволяють застосовувати різці з різними 'розмірами перерізу державок. Для обробки зовнішніх поверхонь можна використовувати резцедержатели 1, 4, 5, 6. Різцетримачі 2 і 3 можуть бути використані при обробці внутрішніх поверхонь, виточок, розточень та ін
Контурне зовнішнє точіння рекомендується проводити інструментом, закріпленим в резцедержателе 5 із відкритим пазом. Різцетримач 4 з перпендикулярним осі хвостовика відкритим пазом призначений для закріплення відрізних різців. Різцетримачі мають ліве і праве виконання (крім 4), їх застосовують залежно від розташування револьверної головки і напряму обертання шпинделя (праве і ліве). У всіх розглянутих різцетримача МОР підводиться від револьверної головки до вершини різця. Разом з тим у них відсутні будь-які виступають елементи (гвинти або трубки), на які може навивається стружка.
Перехідна втулка 10 дозволяє закріплювати ріжучий інструмент або перехідні елементи круглого перерізу. Для кріплення різального інструменту з конусом Морзе рекомендуються перехідні жорсткі втулки 9. Розточувати отвори в деталях можна або різцями, закріпленими у втулках 7, або за допомогою розточувальних оправок 8.
Базування та кріплення за допомогою циліндричного хвостовика забезпечує надійне центрування інструменту. Різцетримач базують по циліндру хвостовика і штифта, що забезпечує точну кутову установку інструменту; різцетримач кріплять в револьверної голівці за допомогою клину, що має рифлення, зміщені щодо рифлення хвостовика. У результаті допоміжний інструмент притискається до револьверної голівці верстата з силою 3-4 кН.
На циліндричні приєднувальні поверхні інструменту | верстатів розроблений ГОСТ 24900-91 «Хвостовики державок циліндричні для токарних верстатів з програмним управлінням. Основні розміри (рис. 4).
Малюнок 4 - циліндричним хвостовиком для кріплення інструмента на токарних верстатах з ЧПК.
Типовий різцетримач з циліндричним хвостовиком і з перпендикулярним до осі хвостовика відкритим пазом під різці різних типів наведено на рис. 5. Для установки різця на висоті центрів служить підкладка 2. Кріплення різця здійснюється за допомогою гвинтів і притискної планки 3. Подача СОЖ в зону різання здійснюється через канал у корпусі 1, утворений пересічними отворами і закінчується кулькою 4, що дозволяє регулювати посадки МОР.
Малюнок 5 - різцетримач з циліндричним хвостовиком.
3 Автоматизовані транспрортно-складдскіе системи.
3.1 Характеристика транспортно складських систем.
Сучасна транспортно-складська система по технічній структурі, характеру і режиму технологічного процесу не поступається промисловому підприємству. ТСК відрізняється виключно чітким виробничим режимом, який забезпечується застосуванням автоматизованих систем управління. Транспортно-складські комплекси-великі виробничі об'єкти. Вантажообіг ТСК, розташованих у пунктах стику раз-I особистих видів транспорту, сягає 3-4 млн. т / рік.
Режим роботи таких ТСК відрізняється винятковою інтенсивністю виконання вантажно-розвантажувальних і складських операцій. Складські системи, що виконують функції матеріально технічного постачання, характеризуються менш потужними вантажопотоками, але більш складними і різноманітними технологічними операціями. У структурі технологічних процесів ТСК першорядне значення мають сервісні операції, пов'язані з підготовкою різних вантажів для споживання, багатономенклатурним облік вантажів, фінансово-розрахункові процедури та ін За структурою і різноманітності виконуваних виробничих операцій ТСК являє собою складну, багатофазну, динамічну систему управління. Ситуація в цій системі в силу безперервного виконання вантажно-розвантажувальних, складських та інших технологічних операцій постійно змінюється в часі. Крім цього багато основні виробничі процеси системи і в першу чергу обслуговування вхідних і вихідних транспортних потоків носять імовірнісний характер. Останній фактор необхідно враховувати не тільки при проектуванні оснащення технічних засобів, але і при вирішенні завдань планування і управління. Система обслуговування ТСК включає вантажно-розвантажувальні і складські машини, ПТС, пакетоформірующіе і пакеторазборочние автомати, ваги, машини для обв'язки і кріплення пакетів, оброблення деревини, різання металу та паперу, ЕОМ та інше технологічне обладнання. Відповідно до цього до керованому процесам складської системи відносяться вантажно-розвантажувальні операції, переміщення вантажів по території складу, формування - комплектація партій, консервування - зберігання, пошук, облік, упаковка, переваження вантажів, формування і розформування пакетів та ін
Всі перераховані елементи технологічного процесу плануються і виконуються в певній послідовності й у ряді випадків із застосуванням пріоритетних правил обслуговування. З точки зору організаційної структури автоматизований ТСК представляє собою багаторівневу ієрархічну систему. На вищележачому рівні системи розташовується центральний орган управління - диспетчерський апарат, оснащений ЕОМ, на нижчележачому рівні безпосередні виконавці - персонал, що обслуговує різні машини і агрегати.
В інформаційному плані складський комплекс - це пункт переробки потужних зовнішніх і внутрішніх інформаційних потоків. Інформаційні потоки формуються з вихідної та результативної (вихідний) інформації, яка містить інструкції виконавцям. Перша передається від периферійних пристроїв в обчислювальний центр, друга доставляється у зворотному напрямку виконавцям. Зовнішні потоки інформації циркулюють між периферією та центральної ЕОМ, внутрішньооб'єктового - між фазами системи, в міру обслуговування матеріальних потоків. Інформаційні потоки формуються як у вигляді документопотоков, так і у формі повідомлень, переданих по каналах зв'язку. У подібній ситуації традиційні методи управління не забезпечують синхронізацію матеріальних та інформаційних потоків, що затримує обслуговування транспортних засобів, оперативний облік багатьох тисяч найменувань вантажів і своєчасне, у реальному масштабі отримання достовірної інформації про стан складського об'єкта. Зі сказаного вище випливає, що управління складним сучасним ТСК, які представляють собою багаторівневу, динамічну систему для отримання оптимальних рішень і реалізації планів, можливо тільки за допомогою автоматизованих систем управління.
3.2 Структура технічних засобів АСУ.
Структура технічних засобів АСУ включає технологічне устаткування обчислювальних центрів (ОЦ), абонентських пунк, периферійні пристрої, а також схему їх розміщення на об'єкті управління. Вирішальними факторами, які визначають потужність і структуру технічних засобів АСУ, є обсяг роботи ТСК, потужність інформаційних потоків, набір вирішуваних інформаційно-довідкових і оперативно-технологічних завдань, географія розміщення складських об'єктів.
Залежно від цих факторів передбачається використання ЕОМ на основі створення ПЦ колективного користування або організація автономних АСУ, кожна з яких обслуговує ТСК. Автономні обчислювальні системи для управління ТСК створюють при значних обсягах переробки інформації. У свою чергу, ВЦ колективного користування використовуються не тільки для обслуговування ТСК, а й для інших транспортних об'єктів. Вузлові ВЦ, а також до певної міри ВЦ великих вантажних станцій, транспортних цехів підприємств можна віднести до ОЦ колективного користування.
І автономні й автоматизовані системи, що функціонують в рамках ВЦ колективного користування, будуються як однорівневі та багаторівневі ієрархічні системи.
З розвитком мікропроцесорної техніки і чітким розподілом функцій між окремими рівнями АСУ все ширше застосовують дво-і трирівневі системи управління транспортно-складськими операціями. Розподіл функцій між ЕОМ вищого і нижчого рівнів зазвичай здійснюється наступним чином. Більш потужну ЕОМ верхнього рівня застосовують для планування робіт складської системи, включаючи планування роботи вантажно-розвантажувальних і складських машин, управління запасами, облік вантажів, формування партій вантажів для відправлення одержувачам та ін
Міні і мікроЕОМ нижнього рівня керують вантажно-розвантажувальними та складськими машинами, виконуючи функції програмованих контролерів, здійснюють пошук вантажів і є джерелами інформації про ситуацію на об'єкті управління, використовуваної для вирішення завдань ЕОМ верхнього рівня. Окремі об'єкти ТСК, оснащені мікропроцесорною технікою, є інтелектуальними терміналами.
Створення повністю автоматизованих трансцортно-складських комплексів можливо тільки при реалізації багаторівневої системи, в якій функції безпосереднього управління окремими виконавчими механізмами на складах покладаються на обчислювальні машини нижнього рівня, а функції обліку, розподілу робіт між ЕОМ нижнього рівня покладаються на центральну ЕОМ.
Багаторівневі структури АСУ при інших рівних умовах у своєму розпорядженні великим числом послідовно розташованих елементів, тому характеризуються менш високою надійністю в порівнянні з однорівневими системами, проте мають підвищену технологічної гнучкість і адаптованість в конкретних ситуаціях.
На рис. 6, а) наведена однорівнева автономна система управління ТСК на рис. 6, б) наведено варіант дворівневої системи, для побудови якої використані мікроЕОМ. Структурна схема на рис. 6 в характеризується створенням ВЦ колективного користування, обслуговуючого кілька ТСК. Вона є багаторівневою ієрархічною системою. До складу цієї структури при наявності потужних потоків інформації включають
концентратори даних, які дозволяють скоротити протяжність каналів зв'язку і регулювати ці потоки.
Малюнок 6 - Структурна схема система управління.
4 Розрахуйте і закодіруете керуючу програму для мтс на базі токарного верстата з чпу, якщо вершина різця описує рівнобедрений трикутник з висотою 100мм і підставою 40мм. Швидкість робочої подачі 15 мм / хв, холостих ходів 120 мм / хв.
X-100mm = 10000ім.
Z-40mm = 4000ім.
SHAPE \ * MERGEFORMAT
Рисунок 7 - Схема проходження різця верстата.
Таблиця 1 - Код програми проходження різця.
Висновок.
Нами були розглянуті транспортно-складскнх мехатронні комплекси, сучасні мехатронні модулі, особливості інструмента на автоматизованому виробництві, технічні засоби автоматизації вантажно-розвантажувальних і складських операцій, планування транспортно-складських процесів і керування ними з застосуванням сучасних математичних методів. Розроблено програм для мтс на базі токарного верстата.
Список використаних джерел.
1. Шмулевич М. І. АСУ промислового транспорту. М., Транспорт, 1986.
2. Макаров С.А. Робототехніка та гнучкі виробничі комплекси. 1988.
3. Гречишников В.А. Інструментальне забезпечення автоматизованого проізводства.267 (2001).
В даний час встановлено, що найбільш раціонально на верстатах з ЧПК застосовувати інструментальні блоки, що складаються з ріжучого і допоміжного інструменту. Інструментальні блоки забезпечені ідентичними посадковими місцями, і їх попередньо налаштовують на задані розміри (або вимірюють).
У процесі роботи верстата блоки за допомогою маніпулятора автоматично або вручну з мінімальними витратами часу встановлюються на верстаті в робоче положення і закріплюються.
Прийнято дві системи інструментальних блоків: для верстатів токарної групи, де інструмент не обертається; для верстатів свердлильно-розточувально-фрезерної групи, тобто для інструменту, що обертається. У токарних верстатів з ЧПК за основні елементи інструментальних блоків прийняті ріжучий інструмент (різець, свердло, розгортка тощо) і утримувач, який закріплюється в револьверної голівці верстата. Для свердлильно-расточнофрезерних верстатів з ЧПК) основними елементами інструментальних блоків є ріжучий інструмент (свердло, фреза, розгортка тощо) і утримувач з конічним ком конусностью 7: 24, закріплюється в конусному отворі шпинделя верстата. Конічні хвостовики виконують з конусами 30, 40, 45 або 50.
У вітчизняному машинобудуванні широко використовують систему допоміжного інструменту для верстатів з ЧПК, в якій на основі проведеної уніфікації міститься необхідна для практики номенклатура типових конструкцій утримувачів, що застосовуються для збирання інструментальних блоків.
Рисунок 3 - Набір допоміжних інструменту з циліндричним хвостовиком для токарних верстатів з ЧПК.
Для токарних верстатів з ЧПК розроблений набір уніфікованого допоміжного інструменту з циліндричним хвостовиком (рис. 3). Різцетримачі 1-6 дозволяють застосовувати різці з різними 'розмірами перерізу державок. Для обробки зовнішніх поверхонь можна використовувати резцедержатели 1, 4, 5, 6. Різцетримачі 2 і 3 можуть бути використані при обробці внутрішніх поверхонь, виточок, розточень та ін
Контурне зовнішнє точіння рекомендується проводити інструментом, закріпленим в резцедержателе 5 із відкритим пазом. Різцетримач 4 з перпендикулярним осі хвостовика відкритим пазом призначений для закріплення відрізних різців. Різцетримачі мають ліве і праве виконання (крім 4), їх застосовують залежно від розташування револьверної головки і напряму обертання шпинделя (праве і ліве). У всіх розглянутих різцетримача МОР підводиться від револьверної головки до вершини різця. Разом з тим у них відсутні будь-які виступають елементи (гвинти або трубки), на які може навивається стружка.
Перехідна втулка 10 дозволяє закріплювати ріжучий інструмент або перехідні елементи круглого перерізу. Для кріплення різального інструменту з конусом Морзе рекомендуються перехідні жорсткі втулки 9. Розточувати отвори в деталях можна або різцями, закріпленими у втулках 7, або за допомогою розточувальних оправок 8.
Базування та кріплення за допомогою циліндричного хвостовика забезпечує надійне центрування інструменту. Різцетримач базують по циліндру хвостовика і штифта, що забезпечує точну кутову установку інструменту; різцетримач кріплять в револьверної голівці за допомогою клину, що має рифлення, зміщені щодо рифлення хвостовика. У результаті допоміжний інструмент притискається до револьверної голівці верстата з силою 3-4 кН.
На циліндричні приєднувальні поверхні інструменту | верстатів розроблений ГОСТ 24900-91 «Хвостовики державок циліндричні для токарних верстатів з програмним управлінням. Основні розміри (рис. 4).
Малюнок 4 - циліндричним хвостовиком для кріплення інструмента на токарних верстатах з ЧПК.
Типовий різцетримач з циліндричним хвостовиком і з перпендикулярним до осі хвостовика відкритим пазом під різці різних типів наведено на рис. 5. Для установки різця на висоті центрів служить підкладка 2. Кріплення різця здійснюється за допомогою гвинтів і притискної планки 3. Подача СОЖ в зону різання здійснюється через канал у корпусі 1, утворений пересічними отворами і закінчується кулькою 4, що дозволяє регулювати посадки МОР.
Малюнок 5 - різцетримач з циліндричним хвостовиком.
3 Автоматизовані транспрортно-складдскіе системи.
3.1 Характеристика транспортно складських систем.
Сучасна транспортно-складська система по технічній структурі, характеру і режиму технологічного процесу не поступається промисловому підприємству. ТСК відрізняється виключно чітким виробничим режимом, який забезпечується застосуванням автоматизованих систем управління. Транспортно-складські комплекси-великі виробничі об'єкти. Вантажообіг ТСК, розташованих у пунктах стику раз-I особистих видів транспорту, сягає 3-4 млн. т / рік.
Режим роботи таких ТСК відрізняється винятковою інтенсивністю виконання вантажно-розвантажувальних і складських операцій. Складські системи, що виконують функції матеріально технічного постачання, характеризуються менш потужними вантажопотоками, але більш складними і різноманітними технологічними операціями. У структурі технологічних процесів ТСК першорядне значення мають сервісні операції, пов'язані з підготовкою різних вантажів для споживання, багатономенклатурним облік вантажів, фінансово-розрахункові процедури та ін За структурою і різноманітності виконуваних виробничих операцій ТСК являє собою складну, багатофазну, динамічну систему управління. Ситуація в цій системі в силу безперервного виконання вантажно-розвантажувальних, складських та інших технологічних операцій постійно змінюється в часі. Крім цього багато основні виробничі процеси системи і в першу чергу обслуговування вхідних і вихідних транспортних потоків носять імовірнісний характер. Останній фактор необхідно враховувати не тільки при проектуванні оснащення технічних засобів, але і при вирішенні завдань планування і управління. Система обслуговування ТСК включає вантажно-розвантажувальні і складські машини, ПТС, пакетоформірующіе і пакеторазборочние автомати, ваги, машини для обв'язки і кріплення пакетів, оброблення деревини, різання металу та паперу, ЕОМ та інше технологічне обладнання. Відповідно до цього до керованому процесам складської системи відносяться вантажно-розвантажувальні операції, переміщення вантажів по території складу, формування - комплектація партій, консервування - зберігання, пошук, облік, упаковка, переваження вантажів, формування і розформування пакетів та ін
Всі перераховані елементи технологічного процесу плануються і виконуються в певній послідовності й у ряді випадків із застосуванням пріоритетних правил обслуговування. З точки зору організаційної структури автоматизований ТСК представляє собою багаторівневу ієрархічну систему. На вищележачому рівні системи розташовується центральний орган управління - диспетчерський апарат, оснащений ЕОМ, на нижчележачому рівні безпосередні виконавці - персонал, що обслуговує різні машини і агрегати.
В інформаційному плані складський комплекс - це пункт переробки потужних зовнішніх і внутрішніх інформаційних потоків. Інформаційні потоки формуються з вихідної та результативної (вихідний) інформації, яка містить інструкції виконавцям. Перша передається від периферійних пристроїв в обчислювальний центр, друга доставляється у зворотному напрямку виконавцям. Зовнішні потоки інформації циркулюють між периферією та центральної ЕОМ, внутрішньооб'єктового - між фазами системи, в міру обслуговування матеріальних потоків. Інформаційні потоки формуються як у вигляді документопотоков, так і у формі повідомлень, переданих по каналах зв'язку. У подібній ситуації традиційні методи управління не забезпечують синхронізацію матеріальних та інформаційних потоків, що затримує обслуговування транспортних засобів, оперативний облік багатьох тисяч найменувань вантажів і своєчасне, у реальному масштабі отримання достовірної інформації про стан складського об'єкта. Зі сказаного вище випливає, що управління складним сучасним ТСК, які представляють собою багаторівневу, динамічну систему для отримання оптимальних рішень і реалізації планів, можливо тільки за допомогою автоматизованих систем управління.
3.2 Структура технічних засобів АСУ.
Структура технічних засобів АСУ включає технологічне устаткування обчислювальних центрів (ОЦ), абонентських пунк, периферійні пристрої, а також схему їх розміщення на об'єкті управління. Вирішальними факторами, які визначають потужність і структуру технічних засобів АСУ, є обсяг роботи ТСК, потужність інформаційних потоків, набір вирішуваних інформаційно-довідкових і оперативно-технологічних завдань, географія розміщення складських об'єктів.
Залежно від цих факторів передбачається використання ЕОМ на основі створення ПЦ колективного користування або організація автономних АСУ, кожна з яких обслуговує ТСК. Автономні обчислювальні системи для управління ТСК створюють при значних обсягах переробки інформації. У свою чергу, ВЦ колективного користування використовуються не тільки для обслуговування ТСК, а й для інших транспортних об'єктів. Вузлові ВЦ, а також до певної міри ВЦ великих вантажних станцій, транспортних цехів підприємств можна віднести до ОЦ колективного користування.
І автономні й автоматизовані системи, що функціонують в рамках ВЦ колективного користування, будуються як однорівневі та багаторівневі ієрархічні системи.
З розвитком мікропроцесорної техніки і чітким розподілом функцій між окремими рівнями АСУ все ширше застосовують дво-і трирівневі системи управління транспортно-складськими операціями. Розподіл функцій між ЕОМ вищого і нижчого рівнів зазвичай здійснюється наступним чином. Більш потужну ЕОМ верхнього рівня застосовують для планування робіт складської системи, включаючи планування роботи вантажно-розвантажувальних і складських машин, управління запасами, облік вантажів, формування партій вантажів для відправлення одержувачам та ін
Міні і мікроЕОМ нижнього рівня керують вантажно-розвантажувальними та складськими машинами, виконуючи функції програмованих контролерів, здійснюють пошук вантажів і є джерелами інформації про ситуацію на об'єкті управління, використовуваної для вирішення завдань ЕОМ верхнього рівня. Окремі об'єкти ТСК, оснащені мікропроцесорною технікою, є інтелектуальними терміналами.
Створення повністю автоматизованих трансцортно-складських комплексів можливо тільки при реалізації багаторівневої системи, в якій функції безпосереднього управління окремими виконавчими механізмами на складах покладаються на обчислювальні машини нижнього рівня, а функції обліку, розподілу робіт між ЕОМ нижнього рівня покладаються на центральну ЕОМ.
Багаторівневі структури АСУ при інших рівних умовах у своєму розпорядженні великим числом послідовно розташованих елементів, тому характеризуються менш високою надійністю в порівнянні з однорівневими системами, проте мають підвищену технологічної гнучкість і адаптованість в конкретних ситуаціях.
На рис. 6, а) наведена однорівнева автономна система управління ТСК на рис. 6, б) наведено варіант дворівневої системи, для побудови якої використані мікроЕОМ. Структурна схема на рис. 6 в характеризується створенням ВЦ колективного користування, обслуговуючого кілька ТСК. Вона є багаторівневою ієрархічною системою. До складу цієї структури при наявності потужних потоків інформації включають
Малюнок 6 - Структурна схема система управління.
4 Розрахуйте і закодіруете керуючу програму для мтс на базі токарного верстата з чпу, якщо вершина різця описує рівнобедрений трикутник з висотою 100мм і підставою 40мм. Швидкість робочої подачі 15 мм / хв, холостих ходів 120 мм / хв.
X-100mm = 10000ім.
Z-40mm = 4000ім.
SHAPE \ * MERGEFORMAT
0 |
2 |
1 |
Х |
Z |
Рисунок 7 - Схема проходження різця верстата.
| Ділянка обробки | Кадр керуючої програми | Примітка |
| % | ||
| N001 G26 T01 F10120 LF | Робота в збільшеннях, частота подачі 120 мм / хв | |
| 0-1 | N002 G01 X +010000 Z-002000 M03S46LF | Перехід з 0 в 1 |
| N003 F10120 | Швидкість подачі 120мм / м | |
| 1-2 | N004 X-010000 Z-002000 | Перехід з 1-2 |
| N005 F10015 | Швидкість подачі 15мм / м | |
| 2-0 | N006 Z +004000 | Перехід з 2-0 |
| N007 M005 | Зупинка двигуна | |
| N008 M002 | Кінець програми |
Висновок.
Нами були розглянуті транспортно-складскнх мехатронні комплекси, сучасні мехатронні модулі, особливості інструмента на автоматизованому виробництві, технічні засоби автоматизації вантажно-розвантажувальних і складських операцій, планування транспортно-складських процесів і керування ними з застосуванням сучасних математичних методів. Розроблено програм для мтс на базі токарного верстата.
Список використаних джерел.
1. Шмулевич М. І. АСУ промислового транспорту. М., Транспорт, 1986.
2. Макаров С.А. Робототехніка та гнучкі виробничі комплекси. 1988.
3. Гречишников В.А. Інструментальне забезпечення автоматизованого проізводства.267 (2001).