Особенности методов расчета приводов главного движения и подач станков с электронными системами программного управления

• Введение
• 1. Технологическая часть
• 1.1 Назначение технологического оборудования (станка), электропривода и ЭСПУ (без технических данных)
• 1.2 Логический анализ взаимодействия ЭСПУ мод. FANUC-6М с технологическим оборудованием (станком) мод. ИС800ПМФ4
• 1.3 Описание требований предъявляемых к электроприводу станка FANUC6M
• 1.4 Анализ и описание работы датчиков входящих в станок
• 1.5 Описание элементной базы узла электроавтоматики станка-магазина инструментов
• 2. Расчетная часть
• 2.1 Расчёт мощности потребляемой заданным узлом электроавтоматики
• 2.2 Расчёт использования (загруженности) ЭСПУ мод. FANUC-6M
• 2.3 Готовность и эффективность профилактики ЭСПУ мод. FANUC-6M
• 2.4 Расчёт среднего времени безотказной работы и среднего времени восстановления ЭСПУ мод. FANUC-6M
• 2.5 Расчёт надёжности узла технологического оборудования-магазина инструментов станка с использованием прикладной программы на ПЭВМ
• 3. Технологическая часть
• 3.1 Организация ремонтной службы на предприятии
• 4. Мероприятия по ресурсо — и энергосбережению
• 4.1 Основные определения ресурсо — и энергосбережения
• 4.2 Определение технологической нормы
• 4.3 Расчет тепловой энергии на отопление и вентиляцию цеха
• 5. Экономическая часть
• 5.1 Определение трудоемкости капитального ремонта станка с ЭСПУ
• 5.2 Планирование численности рабочих, занятых капитальным ремонтом станка с ЭСПУ
• 5.3 Расчёт себестоимости капитального ремонта станка с ЭСПУ
• 5.4 Расчет свободно-отпускной цены капитального ремонта станка с ЭСПУ
• 6. Охрана труда и окружающей среды
• 6.1 Правовые и организационные вопросы
• 6.2 Производственная санитария
• 6.3 Безопасность труда
• 6.4 Противопожарная безопасность
• 6.5 Охрана окружающей среды
• Заключение
• Список использованных источников

Изготовление деталей современных машин невозможно без применения металлообрабатывающих станков. Увеличение сложности и точности машин требует постоянного совершенствования оборудования, на котором они изготовляются.

Автоматизация мелкосерийного производства достигается созданием станков с электронными системами программного управления (ЭСПУ).

Особенностями станков с электронными системами программного управления (ЭСПУ) являются:

1 Управляющая программа, то есть данные о величине, скорости и направлении перемещений рабочих органов, задается в виде символов, нанесенных на специальный программоноситель, поэтому процесс подготовки программ для станков с ЭСПУ отделен от процесса обработки детали во времени и пространстве.

2 Низкая трудоемкость переналадки при переходе от выпуска одной детали к другой, для чего достаточно заменить программу обработки и осуществить минимальное количество других действий (частичная переналадка приспособлений, замена инструмента т.д.). таким образом станки с ЭСПУ обладают высокой гибкостью в сочетании с высокой производительностью. Высокая мобильность, снижение трудоемкости подготовки производства при освоении предприятием новых изделий важна в условиях рыночной экономики.

3 Числовая форма представления управляющей информации позволяет использовать компьютер и создавать безбумажную технологию, т. е. деталь спроектированная на компьютере передается в электронном виде непосредственно на станок с ЭСПУ для изготовления.

Преимуществами станков с ЭСПУ являются:

Высокая производительность (в 2…5 раз выше по сравнению с аналогичными станками с ручным управлением).

Сочетание точности и производительности станка-автомата с гибкостью универсального оборудования, что создает возможность для комплексной автоматизации единичного и серийного производства.

Подготовка производства переносится в сферу инженерного труда, что снижает потребность в высококвалифицированных рабочих-станочниках.

Детали, изготовленные по одной УП, являются взаимозаменяемыми, что сокращает затраты времени на пригоночные работы при сборке.

Благодаря централизованной подготовке УП и более простой, и универсальной технологической оснастке значительно сокращаются сроки перехода на изготовление новых деталей.

Сокращается продолжительность цикла изготовления деталей и уменьшается запас незавершенного производства.

Машиностроение качественно переоснащается новым оборудованием на базе современной электроники и вычислительной техники.

Современные тенденции развития станкостроения заключаются в стремлении сконцентрировать как можно больше переходов на одной операции, выполнять переходы параллельно и увеличить номенклатуру используемого инструмента, заменяемого автоматически. Для осуществления этих тенденций при разработке станков различных групп выполняют следующие проектные модификации:

увеличивают мощность и быстроходность приводов главного движения;

увеличивают количество шпинделей и суппортов, работающих параллельно;

оснащают суппорты токарных станков револьверными головками, несущими большое число инструментов, в том числе приводными фрезерными и сверлильными модулями;

оснащают многооперационные станки магазинами инструментов большой емкости, поворотными столами, управляемыми от ЭСПУ.

Цель настоящего учебного пособия — рассмотреть особенности методов расчета приводов главного движения и подач станков с ЭСПУ.

1. Технологическая часть

1.1 Назначение технологического оборудования (станка), электропривода и ЭСПУ (без технических данных)

Горизонтальный обрабатывающий центр ИС800ПМФ4 предназначен для фрезерования, сверления и выполнения расточных работ заготовок любых форм и из любых материалов — от чугуна до сплавов цветных металлов, пластмасс. Широкие диапазоны частот вращения шпинделя и скоростей подач, наличие поворотного стола, высокая степень автоматизации вспомогательных работ расширяют технологические возможности станков и позволяют использовать их в составе гибких производительных систем. Обрабатывающий центр с ЭСПУ ИС800ПМФ4 оснащён контурной системой программного управления и автоматической сменой инструмента и столов-спутников. Дискретный стол станка ИС800 (число позиций 120 х 3^о), габариты стола 500×500 мм, система ЭСПУ фирм «BOSCH» или «FANUC». Возможна установка систем ЭСПУ Российского производства. Горизонтальный обрабатывающий центр ИС-800 производился на «Ивановском заводе тяжёлого станкостроения». Сегодня эта модель станка не производится. Вместе с тем ведущие станкостроительные заводы перешли на производство станков более современной конструкции, ориентированные на современный инструмент и высокие скорости резания. Такие станки оснащаются современными высококачественными комплектующими и надёжной электрикой. Благодаря применению компьютерного проектирования станин, повышенный класс точности для токарного станка, выпущенного на современном станкозаводе, на сегодняшний день скорее правило. При этом цены на современные станки вполне сопоставимы с ценами на станки устаревшей конструкции.

В задачи электропривода входят:

станок программное управление электронное

1. Согласование работы электродвигателя с производственным механизмом (механика электропривода).

2. Статические, механические и пусковые характеристики.

3. Выбор мощности электрического двигателя для электрического привода.

4. Регулирование скорости вращения электропривода.

5. Переходные режимы в электроприводе.

6. Аппараты управления электрическим приводом.

7. Типовые схемы управления приводом.

Назначения ЭСПУ станка ИС800ПМФ4:

1. редакция управляющих программ,

2. программирование на рабочем месте,

3. параметрическое программирование (задание чисел по именам),

4. стандартные циклы,

5. выполнение функций электроавтоматики станка,

6. диагностический контроль систем управления и станка,

7. компенсация погрешностей ходовых винтов и направляющих станка,

8. автоматический контроль размеров детали,

9. регистрация информации о работе станка,

10. обмен информацией с ЭВМ высшего ранга,

11. адаптивное управление.

Рисунок 1.1.1 Обрабатывающий центр ИС800ПМФ4

В качестве электропривода станка применяется специализированный электропривод FANUC поставляющийся в комплекте с ЭСПУ FANUC-6M. Данный электропривод по своему устройству является сервоприводом. Сервопривод — это система привода, которая в широком диапазоне регулирования скорости обеспечивает динамичные, высокоточные процессы и обеспечивает хорошую их повторяемость. В настоящее время, сервоприводы применяются там, где недостаточно точности регулирования обычных общепромышленных преобразователей частоты. Применение высококачественных сервоприводов необходимо в высокопроизводительном оборудовании, где главным критерием является производительность. Сервоприводами оснащаются прецизионные системы поддержания скорости и позиционирования промышленных роботов и высокоточных станков. Сервоприводы также устанавливаются на координатно-сверлильных станках, на различных технологических транспортных системах, на различных вспомогательных механизмах и др. В приводах подач современных станков с ЭСПУ, обеспечивающих перемещения рабочих органов станка, на сегодняшний день применяются в основном сервоприводы.

Рисунок 1.1.2 — Структурная схема сервопривода Данная схема представляет собой аналогово-цифровую систему автоматического управления, в которой сочетаются преимущества комбинированной аналоговой системы, работающей по принципу трехконтурной системы подчиненного регулирования, с достоинствами цифровой системы (высокая точность и удобство программирования).

Первый контур образован двигателем (М) с преобразователем (ПР) и регулятором тока (РТ). Во второй контур входят датчик скорости (ДС) и регулятор скорости (РС). В состав третьего контура дополнительно входят датчик угла (ДУ) и цифровой регулятор положения (ЦРП). В ряде случаев применение датчика скорости не требуется, т.к. сигнал об изменении скорости может быть вычислен в цифровом регуляторе положения (ЦРП) путем дифференцирования сигнала с датчика угла (ДУ)

FANUC SYSTEM 6 М является системой ЭСПУ-ЭВМ с фиксированным математическим обеспечением высокой точности и с высокой производительностью предназначенной для применения к фрезерным станкам и обрабатывающим центрам. В целях управления используются быстродействующий микропроцессор, большие интегральные схемы (БИС), полупроводниковые запоминающие устройства и запоминающие элементы Данное устройство управления представляет собой устройство ЭСПУ-ЭВМ типа замкнутого контура с использованием серводвигателей из серии FANUC Servo Motors, и с использованием в качестве датчиков импульсных кодирующих датчиков, резольверов или индуктосиновых шкал высокой характеристики. В самой системе FANUC SYSTEM 6 М предусмотрена функция самодиагностики, обеспечивающая весьма удобное техническое обслуживание системы. В качестве микропроцессора в ЭСПУ используется первый серийный процессор корпорации Intel i8086. Микропроцессор постоянно контролирует внутреннее состояние действий и позволяет классифицировать внутреннее состояние ЭСПУ и выводить его на индикацию. Кроме того, при наличии ненормальности или неисправности, выдавая сигнализацию сбоя, он останавливает ЭСПУ. Подробное содержание возникшего сбоя классифицируется и указывается на индикации. Все сигналы включения-выключения, входящие в ЭСПУ и выходящие от ЭСПУ, можно выводить на индикацию на ЭЛТ буквенно-цифрового дисплея. Любые сигналы включення-выключения, выходящие от ЭСПУ, можно передавать по битам посредством ручного ввода информации (РВИ). Ныне установленные величины постоянной времени ускорения и замедления, скорости ускоренного перемещения и прочих параметров можно проверить на ЭЛТ буквенно-цифрового дисплея.

Рисунок 1.1.3 Пульт управления ЭСПУ FANUC-6М

1.2 Логический анализ взаимодействия ЭСПУ мод. FANUC-6М с технологическим оборудованием (станком) мод. ИС800ПМФ4

Для иследования взаимодействия электронной системы програмного управления FANUC-6M со станком испльзуем стуктурную схему ЭСПУ

Электронная система програмного управления FANUC-6M состоит из следующих модулей:

1) ЦП: Центральный процессор — в данной ЭСПУ используется процессор i8086 который помощью программы и управляющих данных, записанных в ПЗУ типа RОМ ЦП осуществляет управление каждым блоком через адресную шину и информационную шину.

Рисунок 1.2.1 Стуктурная схема ЭСПУ FANUC-6M

2) Схема управления положением: данный блок выдает потенциальный сигнал (по напряжению) управления скоростью таким образом, чтобы задаваемое от ЭСПУ положение соответствовало машинному положению, детектируемому импульсами обратной связи от датчика.

3) Схема управления скоростью: данный блок управляет скоростью вращения серводвигателя с использованием сигнала обратной связи от датчика таким образом, чтобы скорость вращения серводвигателя соответствовала заданной скорости.

4) Схема управления вводом/выводом: данный блок управляет передачей данных для входных и выходных сигналов станка и панели РВИ с ЭЛТ.

5) Панель РВИ с ЭЛТ: Панель ручного ввода информации типа клавиатуры и дисплей для воспроизведения буквенно-цифровой информации на ЭЛТ.

6) Память на цилиндрических магнитных доментах: данная память использует так называемые цилиндрические магнитные домены, так называемые «магнитные пузырьки» в качестве запоминающих элементов.

7) Запоминающая схема ПЗУ типа ROM (Постоянное Запоминающее Устройство); Нельзя записать никаких данных в оперативном режиме в данное ЗУ. ПЗУ типа исключительно используется только для считывания, и он обычно хранит управляющие программы, постоянные и другие данные.

8) ОЗУ типа RAM (Запоминающее устройство произвольного обращения):

Запоминающее устройство, в котором каждый элемент или ячейка может быть адресован в любой момент времени или «произвольно (at random)» без заранее предусмотренной последовательности. В данном ЗУ обеспечивается равенство времени доступа ко всем ячейкам, памяти.

9) Ручной генератор импульсов: данный генератор градуирован 100 делениями на один оборот и генерирует импульсы вращением ручки. Он используется для тонкой регулировки подачи.

10) Устройство стыковки: Данное устройство управляет сигналами ввода-вывода в станок и от станка.

11) Адресная шина/информационная шина (шина данных). Эти шины служат маршрутами адресов и данных для ЗУ.

12) ЭЛТ (Электроннолучевая трубка): Обычно она называется кинескопом. Отображает буквенно-цифровую информацию от ЭСПУ.

13) ШИМ (Широтно-импульсная модуляция): Она преобразует напряжение ошибки в ширину импульса.

14) Базовый счетчик: Он отсчитывает сигналов сетки.

15) ЦА — преобразователь (Цифро-аналоговый преобразователь)

16) ЧН — преобразоаатель (Преобразователь частота-напряжение)

Рассмотрим взаимодействие модулей ЭСПУ со станком ИР500ПМФ4: центральный процессор благодаря установленному программному обеспечению в ПЗУ и согласно, управляющей программе или управляющим воздействиям оператора, передает данные через адресную и информационную шину, которые служат для передачи управляющих воздействий от процессора и передачи процессору адресов и данных для обработки. Блок управления положением передает данные о положении рабочих органов, инструмента и других узлов в станке и корректирует его согласно заданным воздействиям от процессора. Блок управления вводом выводом управляет передачей данных от станка и на станок и передает данные от различных модулей и блоков системы. Блок управления скоростью управляет скоростью вращения всех двигателей в станке, а следовательно перемещением и вращением исполнительных органов станка, что делает этот блок блоком управления электроприводом станка. Панель РВИ с ЭЛТ, обеспечивает ввод управляющей программы и параметров обработки, а также включения и отключения электропривода и ЭСПУ и различных узлов станка. ПЗУ служит для хранения параметров обработки и управляющих программ и являются памятью системы. ОЗУ используется для непосредственной работы с процессором и процессор считывает данные непосредственно с ОЗУ. Ручной генератор является штурвалом и служит для малого управления подачей по одной из трех осей. Устройство стыковки служит для непосредственной взаимосвязи ЭСПУ и станка и обеспечивает непосредственное взаимодействие между ними. Интерфейс RS 232 обеспечивает подключение к ЭСПУ локальной сети, а также различных периферийных устройств. Блок стабилизированного питания служит для подачи постоянного напряжения питания на различные блоки станка и ЭСПУ.

Панель управления станком содержит все элементы, необходимые для управления станком. Рассмотрим панель, пульта оператора на рисунке 1.2.2 через которую обеспечивается непосредственное взаимодействие между оператором и станком.

В данную панель оператора входят следующие клавиши:

1) Дисплей — ЭЛТ;

2) ABS-INC-кнопка переключения заданий в абсолютных размерах или в приращениях в режиме РВИ (ручной ввод информации);

3) ADRESS-адресные кнопки;

4) DATA-числовые кнопки;

5) READ-кнопка для регистрации программы с перфоленты в память;

6) PUNCH-кнопка ленточного перфоратора;

7) INPUT-кнопка ввода;

8) START-кнопка пуска;

9) RESET-кнопка сброса;

10) ORIGIN-кнопка начала отсчета;

11) CAN-кнопка аннулирования;

12) ALTER, INSRT, DELET-кнопки редактирования УП (замена, вставка, исключение слова);

14) MENU-кнопка для выхода в главное меню ЭСПУ

15) Функциональные клавиши под экраном

16) PAGE-кнопка переключения страниц на экране;

17) CURSOR-кнопка перемещения указателя — курсора;

18) ВКЛ — кнопка включения питания;

19) ВЫКЛ — кнопка выключения питания.

Рисунок 1.2.2 Панель оператора ЭСПУ FANUC-6M

1.3 Описание требований предъявляемых к электроприводу станка FANUC6M

Для описания требований предъявляемых к электроприводу станка ИC800ПМФ4 используем структурную схему блока управления скоростью, который и является электроприводом в данной системе.

Рисунок 1.3.1 Структурная схема блока управления скоростью

В состав структурной схемы блока управления скоростью входят следующие элементы:

1) Защитные реле К1-К6;

2) Узел управления скоростью;

3) Датчик измерения угловых перемещений;

4) Линии связи.

5) Силовой трансформатор;

6) Узел цифрового управления;

7) Серводвигатель;

Основные технологические требования заключаются в обеспечении: необходимых технологических режимов обработки с использованием современного режущего инструмента; максимальной производительности; требуемой точности обработки; высокой чистоты обрабатываемой поверхности (снижение шероховатости); повторяемости размеров деталей в обрабатываемой партии (стабильности).

Таким образом, задачи развития современного металлообрабатывающего оборудования предъявляют повышенные требования как ко всей системе управления электрооборудованием в целом, так и к электроприводу как его основной составляющей.

Результатом повышения требований к электроприводам станков являются: высокая максимальная скорость; значительная перегрузочная способность; широкий диапазон регулирования скорости; высокая точность и равномерность движения на всех скоростях вплоть до самых малых; минимальное время отработки задающего воздействия при апериодическом характере переходных процессов разгона и торможения; линейность, стабильность и повторяемость характеристик; высокое быстродействие при изменении нагрузки или при реверсе под нагрузкой на малой скорости; минимальные габаритные размеры электродвигателя при большом вращающем моменте или мощности; высокая надежность и ремонтопригодность.

В рамках указанных стандартов четко и однозначно прописаны все аспекты проведения испытаний станков: основные характеристики, требующие измерения; способы измерений и используемое оборудование; набор экспериментов и условия их проведения; методики обработки результатов.

Рассмотрим требования, предъявляемые к различным элементам входящих в состав электропривода станка ИС800ПМФ4:

1) Главным требованиями, предъявляемыми к защитным реле К1-К6, являются: селективность (реле должно отключать только поврежденный участок электрической схемы), высокая надежность, малая потребляемая мощность, хорошее быстродействие.

2) Узел управления скоростью должен обеспечивать стабильное питание двигателя и к нему предъявляются следующие требования: высокая надежность, хорошее быстродействие, выработка высокоточного напряжения для управления двигателем в системе.

3) Датчик измерения угловых перемещений обеспечивает — измерение угла поворота двигателя, и поэтому должен обеспечивать высокоточное измерение угла поворота вала двигателя на определенный градус, обладать высокой надежностью и точностью позиционирования.

4) Линии связи должны обеспечивать бесперебойную передачу сигналов от различных узлов системы, без каких либо помех и искажений.

5) Серводвигатель должен быть: надежным, иметь высокие нагрузочные характеристики и высокую точность позиционирования, потреблять малую мощность и иметь малые потери.

6) К силовому трансформатору предъявляются очень высокие требования в части надежности, достаточной нагрузочной и перегрузочной способности и долговечности, потери не должны превышать допустимых пределов.

7) Узел цифрового управления должен получая на вход значение управляющего параметра от центрального процессора (угол поворота двигателя), узел управления сравнивает это значение со значением на своём датчике. На основе результата сравнения привод производит некоторое действие, например: поворот, ускорение или замедление так, чтобы значение с внутреннего датчика стало как можно ближе к значению внешнего управляющего параметра. Поэтому узел цифрового управления должен обеспечивать прием управляющих импульсов, их преобразование и сравнение с данными датчика привода и передачу управляющего воздействия на узел управления скоростью. Поэтому главным требованием, предъявляемым к узлу цифрового управления, является точность сравнения сигналов и выработка высокоточных управляющих воздействий на двигатель согласно этим сигналам.

8) Серводвигатель должен быть: надежным, иметь высокие нагрузочные характеристики и высокую точность позиционирования, потреблять малую мощность и иметь малые потери.

1.4 Анализ и описание работы датчиков входящих в станок

В состав станка ИС800ПМФ4 входят следующие датчики:

Для измерения угловых перемещений в станке используется датчик BE178A

Рисунок 1.4.1 Датчик BE178A

Преобразователь состоит из трех частей: механической, оптической и электронной.

Механическая часть обеспечивает вращение вала преобразователи относительно корпуса. Имеет базовые поверхности для установки и присоединении, обеспечивает расположение оптической и электронных частей преобразователя Оптическая часть содержит светодиод, линзу, растровую индикаторную пластину и растровый диск.

На электронную часть поступают сформированные сигналы всех 3-х каналов, и компенсационные напряжения подаются на входы формирователей, преобразовывающих синусоидальное напряжение в прямоугольные импульсы. Каждому периоду синусоидального сигнала соответствует один период выходного прямоугольного сигнала. Формирователем импульсов служит компаратор, собранный на базе интегральной микросхемы.

Бесконтактный индукционный датчик EGT12X04UP024L

Рисунок 1.4.2Датчик EGT12X04UP024L

Индуктивный датчик является прибором, предназначенным для контроля физического положения металлических объектов, что делает их применение обязательным в таких узлах станка как магазин инструментов, револьверная головка. Применяются индуктивные датчики для непрерывного измерения и регистрации постоянно изменяющихся величин, а именно, для контроля перемещения узлов и элементов оборудования, определения положения зубчатых колес, измерения действительных отклонений и пр. Кроме того индуктивные датчики применяют для измерения расхода веществ, давления, сил и пр. К преимуществам индуктивных сенсоров относится простота конструкции, высокая чувствительность, возможность дистанционных измерений и долговечность эксплуатации, а к недостаткам можно отнести влияние схемы включения и обработки сигналов на результаты измерений.

Рисунок 1.4.3 Индуктивный датчик перемещения для объектов из ферромагнитных материалов Принцип действия индуктивных датчиков основан на изменении индуктивности L или взаимоиндуктивности обмотки с сердечником вследствие изменения магнитного сопротивления R_m магнитной цепи датчика, в которую входит сердечник. Индуктивные датчики относятся к классу параметрических. Измеряемое перемещение на входе датчика вызывает изменение параметров магнитной и электрической цепей, что, в свою очередь, вызывает изменение выходной величины — электрического тока I или напряжения U.

Для осуществления связи по положению в станке ИС800ПМФ4 служит датчики ЛИР-7

Рисунок 1.4.4 Датчик ЛИР-7

Рисунок 1.4.5 Датчик ЛИР-7

В основу принципа действия преобразователя линейных перемещений положен принцип растровой модуляции. При относительном перемещении растровой шкалы 1 и индикаторной пластины 2, содержащей растровый анализатор, происходит модуляция потока, создаваемого инфракрасными излучателями 3 на плате осветителей 4. Модулируемый поток излучения регистрируется кремниевыми фотодиодами 5 на плате фотоприемников 6. На растровой шкале нанесены поля референтных точек «Д» (ноль-меток). Поле референтной метки представляет собой непериодическую (кодовую) шкалу закон формирования которой задан из условия получения автокорреляционной функции кода с явно выраженным максимумом. Излучатели 7, 8 и фотодиоды 9, 10 совместно с полями растровой шкалы образуют канал формирования сигнала референтной метки. При относительном перемещении шкалы 1 и индикаторной пластины 2 в зоне совмещения полей референтной метки происходит модуляция инфракрасного потока излучения и на выходе фотоприемника формируется сигнал автокорреляционной функции кода, который в нормирующем преобразователе (НП) стробируется основными сигналами и преобразуется в импульсный сигнал референтной метки.

Для согласования работы измерительных преобразователей и ЭСПУ используется преобразователь нормирующий НП.

Нормирующие преобразователи (НП) — это устройства, которые преобразуют входные сигналы от первичных датчиков в унифицированные сигналы стандартных диапазонов (аналоговые сигналы: 0−5 В, 0−10 В, 0−20мА, 4−20мА, 0−5мА; дискретные сигналы — сигналы — уровня с диапазоном 0…5В). Нормирующие преобразователи необходимы также для повышения помехоустойчивости всей системы в целом. Применение в нормирующих преобразователях трехуровневой гальванической развязки (входные, выходные каскады и цепи питания изолированы друг от друга) исключает, во-первых, протекание токов потенциалов точек заземления датчика и остальной части измерительной системы; во-вторых, исключается попадание высокого потенциала на входные и выходные цепи дорогостоящего оборудования, которое призван защитить нормирующий преобразователь. Необходимой функцией нормирующего преобразователя является сигнализация обрыва цепи датчика. К дополнительным функциям можно отнести сигнализацию о выходе измеряемого параметра за пределы заранее установленных границ, а также цифровую и аналоговую индикацию измеряемой величины.

Рисунок 1.4.6 Преобразователь нормирующий НП

1.5 Описание элементной базы узла электроавтоматики станка-магазина инструментов

Для описания элементной базы узла электроавтоматики станка ИC800ПМФ4 (магазин инструментов) используем принципиальную схему электроавтоматики.

Рисунок 1.5.1 Принципиальная схема узла электроавтоматики станка ИС800ПМФ4 (магазин инструментов) Электроавтоматика станка может выполняться либо релейно-контакторной, либо (с целью повышения надежности и расширения функциональных возможностей) с помощью бесконтактных устройств и элементов на базе программируемого контроллера.

Коммутирующая аппаратура (контакторы, магнитные пускатели) обеспечивает автоматическое включение и отключение силовых цепей электроприводов в зависимости от программы управления.

Устройства диагностики и контроля служат для контроля и индикации основных рабочих режимов, а также для защиты станка в аварийном режиме.

Для управления станками в различных режимах и контроля состояния их механизмов служат пульт управления установленные в ЭСПУ. В зависимости от назначения, все элементы, входящие в состав электроавтоматики станка, подразделяются на:

1) командные (кнопки, путевые выключатели, датчики и др.);

2) логические (реле, логические элементы, программируемые контроллеры и др.);

3) исполнительные (контакторы, электрические магниты и муфты, исполнительные двигатели);

4) источники питания и преобразователи напряжений;

5) защитные (предохранители, автоматические выключатели, тепловые реле).

Эти электрические элементы характеризуются родом питающего тока, типом управляющих цепей, наличием или отсутствием подвижных частей.

В базу узла электроавтоматики станка ИС800ПМФ4 (магазин инструментов) входят следующие элементы:

1) Микропереключатели BOSCH

Рисунок 1.5.2 Микропереключателя Микропереключатели предназначены для зажима и разжима стола спутника.

2) Датчики EGT12X04UP024L:

Рисунок 1.5.3 Датчик EGT12X04UP024L

Датчик, рассмотренный ранее в разделе 1.4 предназначен для измерения таких параметров поворотного стола как: разжим и зажим стола, также для измерения положения стола и нахождения его в исходной позиции.

3) Релейный модуль РМ 14/24

Рисунок 1.5.4 Релейный модуль RМ 21/24

Модуль служит для выполнения функций: защитной — в случае появления в цепи реле высоких токов реле отключается, отключая также важные узлы станка и сберегая их от перегорания, вторая функция реле это управление органами оборудования самого поворотного стола, стола спутника и скорости поворота стола. Реле в данном случае обеспечивают плавность пуска электромагнитов и плавность их торможения.

4) Диод VBS-2

Рисунок 1.5.5 Диод VBS-12

Диод предназначен для встречно-параллельно коммутируемой индуктивности и обеспечивает рассеяние энергии магнитного поля индуктивности при отключении в ней тока.

2. Расчетная часть

2.1 Расчёт мощности потребляемой заданным узлом электроавтоматики

Для расчета мощности потребляемой в рабочем режиме заданным узлом электроавтоматики станка ИC800ПМФ4 составим таблицу, в которую включим наименование микросхем и элементов, их количество, потребляемый ток, питающее напряжение и рассчитанную мощность. Мощность одного элемента определяется формулой:

P = I_{пот. •} U_{пит. (}2.1.1)

Таблица 2.1.1 — Итоговая мощность узла электроавтоматики станка ИС800ПМФ4 (магазин инструментов) в рабочем режиме

Для итогового расчета используем формулу:

P=P₁+ P₂+ P₃+ P₄+ P_{5 (}2.1.2)

Рассчитаем итоговую мощность узла электроавтоматики:

P=828+6+8+288+3=1132 Вт Итоговая мощность узла электроавтоматики станка ИC800ПМФ4 (магазин инструментов) равна 1133Ватт.

2.2 Расчёт использования (загруженности) ЭСПУ мод. FANUC-6M

Важной характеристикой ЭСПУ является надежность работы. Надежность устройства — это свойство функционировать при заданных условиях обслуживания и эксплуатации ЭСПУ. Для оценки надежности служат ее количественные характеристики, рассчитываемые на базе статистической информации об обслуживании и эксплуатации ЭСПУ. Количественные характеристики надежности позволяют изучить закономерности возникновения неисправностей, разработать меры их предупреждения, что в свою очередь дает возможность активно влиять на качество услуг, предоставляемых системой обслуживания ЭСПУ. Она практике используется большое количество показателей надежности, характеризующих свойства ЭСПУ.

Коэффициент использования К_И — это отношение времени, в течение которого ЭСПУ находится во включенном состоянии T_вкл, к календарному времени за выбранный интервал функционирования (например, за месяц)

K_и=T_вкл/ T_мес (2.2.1)

Для расчета коэффициента использования рассчитаем время нахождения ЭСПУ во включенном состоянии исходя из графика работы предприятия. В феврале двадцать два рабочих дня по две смены по 8 часов

T_вкл=2*8*24=384 часов.

Вычислим календарное время

T_мес =26*24= 576

K_и=352/576=0,67

Коэффициент использования показывает степень загруженности ЭСПУ.

Коэффициент технического использования K_ти — это отношение времени полезной работы ЭСПУ за определенный период T_пр ко времени нахождения ЭСПУ во включенном состоянии T_вкл.

K_ти = (2.2.2)

где , — время обнаружения и устранения неисправностей;

— время, потерянное на сбои (кратковременное нарушение работы ЭСПУ) и устранение их последствий;

— время потерь исправной ЭСПУ по организационным причинам (ошибки оператора, некачественные носители информации и т. п.);

— время, затраченное на профилактические работы.

=3 часа; =22 часа; =1 часа; =2 часа; =3 часа;

;

K_ти=

Коэффициент технического использования отражает качество технического обслуживания ЭСПУ.

2.3 Готовность и эффективность профилактики ЭСПУ мод. FANUC-6M

Коэффициент готовности К_Г дает оценку готовности ЭСПУ обеспечивать свою работоспособность в любые промежутки времени между выполнениями планового технического обслуживания при непрерывной работе. Коэффициент готовности также характеризует долю времени правильного функционирования ЭСПУ и не включает время, израсходованное на проведение профилактических мероприятий. Коэффициент готовности определяют по формуле:

K_Г=/ () (2.2.3)

где — время безотказной работы ЭСПУ за рассматриваемый период;

— суммарное время восстановления работоспособности ЭСПУ за рассматриваемый период.

=353 часа

=8 часов

Рассчитаем коэффициент готовности:

K_т=353/ (353+8) =0,978

Коэффициент эффективности профилактики определяется формулой:

K_проф=N_проф/ (N_проф+N_o) (2.3.2)

где

N_проф — количество неисправностей (отказов), выявленных при профилактике;

N_o — количество отказов за рассматриваемый период, происшедших за полезное время работы ЭСПУ,

N_проф=12 отказов N_o=4 отказа

Рассчитаем эффективности профилактики

K_проф=12/ (12+4) =0,75

Данный показатель определяет вероятность отказа при проведении профилактик и характеризует существующую систему профилактического обслуживания ЭСПУ в процессе эксплуатации.

2.4 Расчёт среднего времени безотказной работы и среднего времени восстановления ЭСПУ мод. FANUC-6M

Среднее время безотказной работы ЭСПУ

— среднее значение наработки в часах между двумя отказами — вычисляется по формуле

= (2.4.1)

Рассчитаем среднее время безотказной работы ЭСПУ

=353/4=88,25 часов

Данный показатель характеризует общую надежность работы ЭСПУ.

Среднее время восстановления ЭСПУ

— среднее время вынужденного и нерегламентированного простоя, вызванного обнаружением и устранением отказа:

= ₍2.4.2)

Рассчитаем среднее время восстановления ЭСПУ

где Твi — время устранения i-го отказа.

Общее время на устранение и обнаружение отказов Твi составило 25 часа

=¼=0,25 часов

Показатель характеризует;

степень ремонтопригодности ЭСПУ;

уровень культуры и организации работ в системе технического обслуживания;

соответствие производственных условий и норм требованиям ТУ (благоприятные условия для производства работ: освещенность, уровень шумов, температура, и т. д.);

квалификацию специалистов, обслуживающих ЭСПУ.

2.5 Расчёт надёжности узла технологического оборудования-магазина инструментов станка с использованием прикладной программы на ПЭВМ

Для расчета надежности узла электроавтоматики станка сначала необходимо определить интенсивность отказов по формуле:

(2.5.1)

где — заданный отрезок времени, мин;

— число отказов;

— среднее число.

Рассматриваемый блок представляет собой совокупность взаимосвязанных электронных, электрических и механических устройств, каждое из которых имеет свой показатель надежности. Надежность устройства как системы характеризуется потоком отказов Л численно равных сумме интенсивности отказов его отдельных устройств:

(2.5.2)

По данной формуле рассчитывается поток отказов устройства и отдельных узлов, состоящих, в свою очередь, из различных элементов, характеризующихся своей интенсивностью отказов. Кроме того формула 2.5.2 справедлива для расчета потока отказов системы из n элементов в случае, когда отказ любого из них приводит к отказу всей системы в целом. Такое соединение элементов получило название логически последовательного. Кроме того, существует логически параллельное соединение элементов (узлов, блоков, устройств), когда выход из стоя одного из них не приводит к отказу системы в целом.

Средняя наработка до отказа Т₀ — это математическое ожидание наработки устройства до первого отказа (может быть определена по потоку отказов):

(2.5.3)

Данные формулы позволяют выполнить расчет надежности устройства, если известны исходные данные — состав устройства, режим и условия его работы и интенсивности отказов его компонентов. При практических расчетах надежности возникают трудности из-за отсутствия достоверных данных о для большой номенклатуры элементов, узлов и элементов устройства. Выход из этого положения дает применение так называемого коэффициентного метода, который используется при расчете надежности устройства.

Коэффициент надёжности рассчитывается по формуле:

(2.5.4)

где — интенсивность отказов;

— интенсивность отказов какого-либо базового элемента.

Коэффициенты надежности практически не зависят от условий эксплуатации и для данного элемента являются константой, а различие условий эксплуатации учитывается соответствующим изменением. Обычно в качестве базового элемента выбирается металлопленочный резистор. Устройство работает в закрытом помещении при температуре окружающей среды в непродолжительном режиме.

Для расчета принимаем интенсивность отказов базового элемента равной б = 0.5•. Учёт нормальной запылённости помещения учтём коэффициентом К=1. Таким образом, интенсивность отказов базового элемента составит:

(2.5.5)

При расчете принимаем логически последовательную (основную) схему.

Расчет показателей надежности проводим, используя все необходимые коэффициенты по надежности компонентов устройства.

Рассчитываем наработку до отказа и вероятность безотказной работы за время Т_Э = 5000 ч.

(2.5.6)

Используя приведенные выше формулы и исходные данные, подставим все значения в ранее составленную таблицу прикладной программы Microsoft Excel^(c). Результаты вычислений приведены в таблице 2.5.1.

Таблица 2.5.1 — Реальная интенсивность отказов одиночного базового радиоэлектронного элемента

Таблица 2.5.2 — Расчет надежности модуля электроавтоматики станка, состоящего из 32 элементов (с различной интенсивностью отказов)

3. Технологическая часть

3.1 Организация ремонтной службы на предприятии

Для обеспечения ЭСПУ на промышленных предприятиях существуют специальные службы. Заводы, изготовляющие ЭСПУ, организуют курсы, где изучают вопросы эксплуатации и наладки ЭСПУ. В руководстве к станку с ЭСПУ указывается завод-изготовитель системы ЭСПУ и возможности обучения наладчика по вопросам эксплуатации данного ЭСПУ.

Наладчик систем ЭСПУ должен хорошо знать функционирование как системы в целом, так и ее отдельных узлов.

Несмотря на различия в структурах и функциях отдельных систем ЭСПУ, существуют более или менее общие методы проверки работоспособности систем, их наладки и правила эксплуатации. Кроме технического описания в комплект документации, поставляемой заводом-изготовителем, входит инструкция по эксплуатации и наладке систем ЭСПУ, а также прилагаются тестовые (проверочные) программы для определения правильности функционирования системы. В микропроцессорных ЭСПУ часть тест-программ хранится в памяти устройства.

В процессе эксплуатации ЭСПУ наладчик производит профилактические работы по обслуживанию систем, проверяет работоспособность систем, осуществляет поиск и устранение возникающих неисправностей.

Содержание и сроки профилактических работ оговорены в инструкции по эксплуатации ЭСПУ. К этим работам относятся: смазывание подвижных частей фотосчитывающего устройства, вентиляторов охлаждения; очистка ЭСПУ от пыли и грязи; замена или очистка воздушных фильтров вентиляционной системы; чистка (промывка в спирте) контактов, электронных блоков; чистка оптической системы фотосчитывающего устройства и т. п.

Работоспособность систем ЭСПУ проверяют, как правило, по тест-программам не реже одного раза в неделю. Такую же проверку проводят и в случае неправильной обработки детали на станке, выясняя, в чем причина — в неправильно составленной программе или в неисправности ЭСПУ. Проверка по тест-программам может быть различной в зависимости от возможностей каждой конкретной ЭСПУ. Наиболее часто тест-программа представляет собой обычную УП, в которой предусмотрены все используемые в системе ЭСПУ режимы работы.

Проверяя системы ЭСПУ на станке, наладчик наблюдает отработку станком тест-программы (в том числе работу приводов подач и выполнение последовательности технологических команд).

Как обычные УП, так и тест-программы строятся таким образом, чтобы рабочий орган станка в конце программы вернулся в исходную точку.

Выполнение станком технологических команд (частота вращения шпинделя, смена инструмента), предусмотренных тест-программой, проверяют, как правило, визуально. Наблюдают также состояние различных органов индикации (например, номер и код технологической команды), предусмотренных системой ЭСПУ. Аналогично производят проверку систем ЭСПУ о тест-программам на стенде с использованием графопостроителя вместо станка.

При проверке работоспособности системы ЭСПУ без станка (и без стенда) наладчик пользуется только органами индикации, предусмотренными в системе. В микропроцессорных ЭСПУ результаты проверки по тест-программа высвечиваются на дисплее. Указывается код обнаруженной погрешности. По перечню значений кодов наладчик определяет причину отказа. В ряде систем вместо кода высвечивается текстовое наименование отказа.

Тест-программы составляют так, что работоспособность системы проверяется последовательно по элементам. Это облегчает поиск возможной неисправности. Например, вначале отрабатывается перемещение отдельно по каждой координате (+Х, — X, +Y, — У и т. д.). Затем проверяют режим линейной интерполяции в различных сочетаниях координат и при различных величинах перемещений, круговой интерполяции, режим абсолютного ввода (если он предусмотрен системой), режим расчета эквидистанты, ввода коррекций и т. п.

Отказы (нарушение работоспособности) в системах могут носить мгновенный или постепенный характер. В последнем случае режимы работы отдельных элементов изменяются постепенно и могут быть своевременно обнаружены с помощью тест-программ.

При обнаружении неисправности по тест-программе можно определить неисправность в цепи, блоке или даже в группе блоков. Поиск и устранение отдельных неисправностей во многом зависят от конструкции ЭСПУ.

4. Мероприятия по ресурсо — и энергосбережению

4.1 Основные определения ресурсо — и энергосбережения

Спрос на энергетические ресурсы постоянно растет, вместе с тем повышаются тарифы на них, сокращаются запасы полезных ископаемых (нефть, газ, уголь), ухудшается экология страны — все это придает особенное значение энергосбережению. Многие страны ведут разработку и реализацию программ по повышению эффективности в использовании энерго-ресурсов. В связи с этим затронем одну из важнейших тем «Проведение мероприятия по энергосбережению на предприятии» .

Одной из причин для проведения мероприятия по энергосбережению на предприятии, является снижение издержек и повышение экономической эффективности на производстве. На данный момент на промышленных предприятиях процент энергетических затрат в издержках составляет 9−12%, и этот процент постоянно растет. Эта проблема связана в основном с физическим и моральным износом оборудования, так же большие потери энергетических ресурсов возникают и при транспортировке.

Энергосберегающий путь в развитии Российской экономики допустим только в реализации формирования и применения программ и мероприятий по энергосбережению на предприятиях и производствах. Необходимо установить на промышленных предприятиях максимально рациональное применение и использование энерго-ресурсов. Отсрочивание мероприятия по энергосбережению на предприятии может привести (а в итоге — приведет) к значительному экономическому ущербу самого предприятия и отрицательному влиянию на экологию окружающей среды.

Если этот процесс не остановить, то рост издержек, сопровождаемый финансовыми потерями, будет задерживать обновление базы производства предприятия, что необходимо для развития производства. Для того чтобы предотвратить этот процесс необходимо не только провести мероприятия по энергосбережению на предприятии, но и вести постоянные разработки, обновление и совершенствование методов энергоаудита, оценки результативности и качества программ по энергосбережению, необходимо чтобы эти программы учитывали многовариантность использования инвестиционных источников, которые предназначены для их осуществления.

Эти меры помогут снизить энергозатраты и издержки, что позволит приобрести дополнительные средства, с помощью которых станет возможным обеспечение производству обновления технологического оборудования. Для того чтобы достигнуть такого результата необходимо прибегнуть к следующим мерам:

Реализовать комплексное обследование предприятия.

· Получить рекомендации специалистов по комплектации и необходимому оснащению предприятия современным оборудованием по энергосбережению.

· Разработать комплексную программу энергосбережения предприятия.

· После чего реализовать все программные мероприятия по энергосбережению на предприятии.

4.2 Определение технологической нормы

расхода электроэнергии на 1 нормо-час по механическому цеху

В механических сборочных цехах нормы расхода устанавливаются на единицу производимой цехом работы, измеряемой в нормо-часах. Для автоматизированных участков, на которых расход электроэнергии не связан прямо с затратами живого труда — в качестве единицы измерения продукции принимается 1 станко-час.

При расчёте норм расхода все оборудование цеха разбивается на технологические группы. При разбивке оборудования на группы учитываются не только общее назначение оборудования по видам обработки (токарные, фрезерные и т. д).

Норма расхода электроэнергии по группе станков в общем виде определяется в кВт•ч на единицу продукции:

H_i = (4.2.1)

где P_{ltj -} номинальная мощность электродвигателей станка-группы, кВт;

п — кол-во станков в группе;

К_П — коэффициент использования мощности;

П — годовой выпуск продукции, шт.;

Лср — средневзвешенный к. п. д. электродвигателей станков;

Т — число часов работы оборудования за учитываемый период (полезное время).

П=T_нч•К (4.2.2)

где Т_нч — трудоёмкость изготовления единицы изделий, нч;

K — количество изготовленных изделий, шт.

Норма расхода электроэнергии на производство единицы продукции при механической обработке складываются из норм расхода электроэнергии по токарной, сверлильной, фрезерной, шлифовальной и др. группы оборудования и рассчитываются в кВт • чед. продукции по формуле:

Н_мех = (4.2.3)

где Н_{i -} норма расхода электроэнергии на производство продукции по i-ой группе оборудования;

П_i — объём выпускаемой продукции на i-ой группе оборудования;

k — количество групп.

Расход электроэнергии на всю производственную продукцию (кВт•ч):

W=H_мех•П (4.2.4)

Найдём норму расхода электроэнергии по группе станков в общем виде:

Hi= ((0.12•247.5) + (467.4•0.12) + (332.1•0.12) + (367.5•0.12) + (589•0.12) + (261.8•0.14) + (871.2•0.14) + (395.6•0.14) + (518.7•0.14) + (1170.4•0.14) + (116•0.14)) •8ч0.3•408 000= (29.7+56.1+40+44.1+70.7+36.6+122+55.4+72.6+163.9+16.24) •8ч122 400=707.34•8ч122 400=0.462 314 кВт/ед.

П=20.4•2000=408 000 шт.

Расход электроэнергии на всю производственную продукцию:

W=0.462 314•408000 = 18 862.4 кВтч.

4.3 Расчет тепловой энергии на отопление и вентиляцию цеха

Расход теплоэнергии на отопление и вентиляцию зданий и сооружений определяется исходя из индивидуальных отраслевых норм расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию зданий, работы обогрева каждого отдельного здания, а так же средней температуры наружного воздуха за отопительный период и продолжительности работы отопления за год.

Расход тепловой энергии на отопление зданий определяется по формуле:

(4.3.1)

где q — удельная тепловая характеристика зданий, ккал/м^3•сут•С⁰;

W — работа на обогрев здания, м•сут•С⁰

Работа обогрева здания определяется по формуле:

(4.3.2)

где V — наружный строительный объем здания, м³;

— нормируемая температура воздуха внутри помещения;

— средняя температура наружного воздуха за отопительный период

(-1.6 С⁰);

n — продолжительность работы отопления (для Гомеля 194 дня).

Индивидуальная норма расхода тепловой энергии на обогрев здания равна: