Выбор системы автоматического управления сверлильно-расточно-фрезерного станка модели 600V

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	1250x600
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