Токарный станок с ЧПУ DMC Q8

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
1. Анализ участка 5
1.1. Описание участка 5
1.2. Описание входных сигналов 8
1.2.1. Токарный станок с ЧПУ DMC Q8 9
1.2.2. Токарный обрабатывающий центры с ЧПУ Т500 10
1.2.3. Токарный центр MIYANO BNJ — 51SY3 12
1.2.4. Круглошлифовальный станок с ЧПУ R-grind 1040 CNC 14
1.2.5. Круглошлифовальный станок с ЧПУ «MACHINE GU-3250CNC» 16
1.2.7. Универсальный преобразователь частоты для работы с 3-х фазными сетями и дополнительными полевыми шинами. 19
1.2.8. Червячные мотор-редукторы серии B/S 23
1.2.9. Электродвигатель АИР132М8 24
1.2.10. Электродвигатель АИР160S8 24
1.2.11. Рольганг 24
1.2.12. Ленточный конвейер на базе модульной ленты 26
1.3. Описание датчиков 27
1.3.1. Оптический многолучевой защитный барьер, приемник 28
1.3.2. Датчик бесконтактный 30
1.4. Обзор промышленных контроллеров 32
1.4.1. Контроллер ControlLogix Allen-Bradley1756-L61 32
1.4.2. Контроллер ОВЕН ПЛК110-32 33
2. Разработка аппаратной части системы управления участком 35
2.1. Разработка структурной схемы участка 35
2.2. Выбор элементов системы управления 38
2.3. Разработка принципиальной схемы 40
3. Разработка программной части системы управления 40
3.1. Разработка циклограммы 40
3.2. Разработка математической модели 46
3.3. Разработка алгоритма 47
3.4. Выбор языка программирования 52
3.5. Разработка управляющей программы 53
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 57
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 59

 

1.1. Описание участка
Управление оборудованием на участке должно осуществляться в автоматическом режиме. В обязанности персонала входит настройка и обслуживание оборудования без вмешательство в ход технологического процесса.
Проектируемая система управления должна:
a) Управлять конвейерами.
Своевременно доставлять заготовки (прут) и заполнять накопитель барфийдера, поставлять тару для дальнейшего ее наполнения готовой продукцией, отводить тару с готовой продукцией для дальнейшего ее транспортировки на склад готовой продукции.
b) Подавать команды на стойки обрабатывающих центров.
Станки токарный и шлифовальный должны по команде контроллера участка начинать свои циклы обработки детали.
c) Отправлять запросы и получать ответы со стоек обрабатывающих центров.
Для управления стойками обрабатывающих центров и вспомогательного оборудования необходимо знать текущее состояние, информацию о котором несут ответы на запросы.
d) Управлять роботом манипулятором.
...

1.2.1. Токарный станок с ЧПУ DMC Q8
Мировой рынок токарного оборудования насыщен большим количеством производителей станков по обработке металла. Высокая конкуренция предполагает заинтересованность производителей в производстве высококачественного, высокотехнологичного и высокоскоростного оборудования.
DMC (Южная Корея) – известный корейский производитель качественных токарных и фрезерных обрабатывающих центров, сверлильно-фрезерных центров и токарно-карусельных станков для решения разнообразных технологических задач. Ключевым направлением деятельности DMC является разработка специальных линий оборудования под нетривиальные производственные задачи автомобилестроительных концернов.
Рисунок 2 - Токарный станок с ЧПУ DMC Q8

Таблица 1 - Технические данные ЧПУ DMC Q8
Технические данные
Ед.изм.
Q8
Макс. диаметр заготовки над станиной
мм
Ø490
Макс. диаметр точения
мм
Ø170
Макс. длина точения
мм
220
Макс.
...

1.2.2. Токарный обрабатывающий центры с ЧПУ Т500
АО «СТП «ПЗМЦ» — публичное акционерное общество «Совместное технологическое предприятие «Пермский завод металлообрабатывающих центров». Компания, ориентированная на возрождение российского станкостроения и выпускающая импортозамещающую высокотехнологичную продукцию с высокой добавленной стоимостью и научно-техническим потенциалом, предлагает рынку высококачественное, надежное и высокопроизводительное российское оборудование повышенной динамической жесткости.

Таблица 2 - Технические характеристики ЧПУ-Т500

T500
T500P
Параметры обработки
Макс. проворач. диаметр над станиной (мм)
600

Макс. проворач. диаметр над суппортом (мм)
450

Макс. диаметр обработки (мм)
500

Макс. длина обработки (мм)
1000

Перемещения по оси X (мм)
295

Перемещения по оси Z (мм)
1100
Шпиндель
Выходная мощность (кВт)
1
15 (18.5)

2
17(19.
...

1.2.3. Токарный центр MIYANO BNJ — 51SY3
Компания Miyano Machinery Japan Inc., сегодня - крупнейший в мире и наиболее известный производитель прецизионных токарных автоматов.
Токарный центр MIYANO BNJ — 51SY3, имеет 2 шпинделя и 2 револьверных головки. 12-позиционная основная револьверная головка и инструментальная револьверная головка уникальной конструкции для работы с дополнительным патроном. Обеспечивают полную прутковую обработку детали.

Рисунок 3 - Общий вид

Рисунок 4 - Панель управления

Рисунок 5 - левый и правый шпиндель.
...

1.2.5. Круглошлифовальный станок с ЧПУ «MACHINE GU-3250CNC»
Станки серии GU, оснащаемые системой ЧПУ, имеют модификации:
При разработке круглошлифовальных станков весьма сложно найти баланс между гибкостью и производительностью.

Рисунок 6 - Общий вид

Таблица 5- Краткие технические характеристики GU-3250CNC
 
GU-3250CNC
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
 
Диаметр обработки над столом
320 мм.
Межцентровое расстояние
500 мм.
Максимальный шлифуемый диаметр
280 мм.
Максимальные размеры шлифовального круга
405 мм. x 56 мм. x 127 мм.
Максимальная масса детали
150 кг.
Максимальная окружная скорость шлифовального круга
45 м/сек.
СИСТЕМА ЧПУ
 
Стойка ЧПУ
FANUC
ПОДАЧИ
 
Дискретность подачи по оси Х
0.0001 мм.
Скорость ускоренного перемещения по оси Х
6 м/мин.
Дискретность подачи по оси Z
0.001 мм.
Скорость ускоренного перемещения по оси Z
8 м/мин.
Максимальный угол поворота оси Z вручную
-0.5~+7.5
ПЕРЕДНЯЯ БАБКА.
 
Скорость вращения шпинделя передней бабки
0~1000 об/мин.
Центр
M.T.4
ЗАДНЯЯ БАБКА.
...

1.2.7. Универсальный преобразователь частоты для работы с 3-х фазными сетями и дополнительными полевыми шинами.
Для привидение в движение конвейеров необходимо рассмотреть двигатели и приводы для регулировки скорости вращения и переключения направления движения.
.

MICROMASTER 420 - идеальное решение для любой задачи. Модульная конструкция позволяет дополнить стандартные функции широким набором опций. Панели оператора и коммуникационные модули подключаются к приводу без инструментов. Для подключения к клеммам управления используются безвинтовые крепления.
...

1.2.11. Рольганг
Применимость рольгангов очень широка – фактически любое производство, в котором требуется автоматизация процесса подачи заготовки к рабочему месту, складу и т.п. нуждается в рольгангах. И главное их преимущество – простота конструкции и эксплуатации в сочетании с огромным количеством вариантов совместной компоновки с другими элементами автоматизированного цеха, такими как сталкиватели, кантователи и т.п. 
 
Приводные рольганги более производительны, поскольку силовая установка обеспечивает подачу грузов в заданном темпе. Подобные транспортеры могут иметь значительную длину и угол наклона, что удобно при необходимости перемещать груз на другой уровень.
Устройства этого типа оснащены электрическим или пневматическим приводом, подсоединенным к роликам. Привод может быть как непосредственным (на каждый ролик или с определенным интервалом), так и через передачи.
...

1.3. Описание датчиков
Для управления оборудованием необходимо на участке расставить датчики. Тип и количество датчиков определяется типом используемого оборудования. Для металлорежущих станков ими могут быть датчики перемещений рабочих органов, путевые (контактные и бесконтактные) выключатели, датчики контроля параметров процесса (усилия резания, температуры в шпиндельном узле, положения режущей кромки инструмента, виброускорений в резцовой головке, работы привода и другие), обеспечивающие работу станка в автоматическом режиме.
Для управления технологическим процессом необходимо расставить все необходимые датчики. Количество датчиков не должно быть избыточным. Тип датчика зависит от того, какие задачи на него возлагаются.
...

1.3.1. Оптический многолучевой защитный барьер, приемник

Таблица 7. Технические характеристики защитного барьера ВБО-Э10-200Р-9183-С
Наименование
ВБО-Э10-200Р-9183-С
Группа изделий
Защитный барьер ВБО-Э приемник
Зона чувствительности
0,2 - 4м
Мин. высота объекта воздействия
15 мм
Высота плоскости контроля
200 мм
Диапазон рабочих напряжений
10-30 В DC
Номинальный ток
500 мА
Схема подключения
PNP и NPN
Функция выхода
НО и НЗ
Индикация срабатывания
есть
Категория применения коммут. элемента
DC13
Защита выхода
Есть тактовая
Температура окружающей среды
-25…+70ºС
Степень защиты корпуса
IP67
Посторонняя засветка
до 5000 Лк
Время срабатывания
50 мс
Время восстановления
50 мс
Подключение
разъем М12
Применяемый соединитель с разъемом
ПВ-С19-03-2 или ПВ-С20-03-2
Материал корпуса
Алюминий
Габариты корпуса (разм ЧЭ х длина)
40х85х344
Максимальная масса изделия
0,9 Кг
Примечание
С излучателем ВБО-Э10-200Р-9100-У




1.3.2.
...

1.3.2. Датчик бесконтактный

Обозначение типоразмера
Номинальное расстояние срабатывания (Sn), мм.
...

1.4.2. Контроллер ОВЕН ПЛК110-32
Программируемый моноблочный контроллер с дискретными входами/выходами на борту для автоматизации средних систем. Оптимален для построения системы автоматизации среднего уровня и распределенной системы управления.
...

2.1. Разработка структурной схемы участка
Для данного участка могут быть выбраны следующее оборудование

№ п/п
Наименование оборудования
Характеристики
1.
Токарный центр MIYANO BNJ — 51SY3.
Мощность левого шпинделя (кВт)
7,5 / 5,5

Мощность левого шпинделя (кВт)
7,5 / 5,5
2.
Круглошлифовальный станок с ЧПУ «MACHINE GU-3250CNC» под управлением стойки Fanuc.
ДШШК
3,75 кВт. / 4Ф

ДПШБ
1,6 кВт.

ДПС
3 кВт.

ДШПБ
1,2 кВт.

НГ
1,5 кВт., 4Ф

НСШК
0,75 кВт., 4Ф

НП СОЖ
0,18 кВт., 2Ф

ДШВШ
0,75 кВт., 2Ф
3.
Барфидер. Автоматизированное устройство для подачи прутков в токарный.
5.5 кВт
4
Робот «KUKA KR AGILUS» с системой управления «KR C4 compact» на консоли.
4.5 кВт
5
Конвейера ленточного типа;
Ширина ленты, мм
400

Скорость движения ленты, м/сек.
0,5-2,0

Момент крутящий, н/м
360
6
Конвейер роликового типа.
Скорость
м/сек.
12 (регулируемая от 0 до макс.
...

2.2. Выбор элементов системы управления
Контроллер ОВЕН ПЛК110-32 обеспечит выполнение задач управления всеми устройствами находящимися на участке контроллеры станков и робота, датчики и частотные преобразователи.
Рисунок 10 - Контроллер ОВЕН ПЛК110-32

Для питания системы необходим источник питания.
Питание БП будет осуществляться по однофазной сети переменного тока 220 В.
Блок питания БП60Б-Д4, производителя ОВЕН по данным параметрам подходит под эту систему.
Одноканальный блок питания ОВЕН БП60Б-Д4    —    Технические характеристики:
Основные функции:
◦ Ослабление импульсных помех
◦ Подавление высокочастотных помех
◦ Защита электрооборудования от действия помех, проникающих из сети.
Входное напряжение переменного тока
90…264 В
Входной ток
0,5А
Частота входного напряжения
50 Гц
Порог срабатывания защиты по току
не более 1,5 Imax
Максимальный ток нагрузки:
1,2 А
Максимальная выходная мощность
60Вт

а)б)
Рисунок 14.
...

3.1. Разработка циклограммы
Циклограмма состоит из 38 операций и трех различных основных циклов:
1. подача заготовок;
2. Изготовление деталей;
3. Вывоз готовой продукции.
Во второй цикл, в свою очередь, входят еще два цикла обработки деталей на двух станках. Таким образом, циклограмма состоит из нескольких процессов.
Процессы включают в себя обработку сигналов с датчиков, информацию о состоянии оборудования и управляющих воздействий направленных для совершение операций на конкретные устройства.
...

3.3. Разработка алгоритма

1. Алгоритм начинаем с введения цикличной переменной;
2. Задаем начальное значение;
3. По ответу на запрос осуществляется управляющее воздействие Z14 .

4. По результату запроса о состоянии барфидера Z4 и состоянию датчиков Х1, Х2 осуществляется управляющее воздействие Z15 .

5. По состоянию алгоритма осуществляется управляющее воздействие Y3.

6. По состоянию ТЦ Z7 и состоянию датчиков Х3, Х4 осуществляются управляющие воздействия Z16

7. По запросу о состоянии ТЦ Z29 осуществляется управляющее воздействие Y14.

8. По состоянию робота Z9 и датчиков X5, X6, X9. осуществляется управляющее воздействие Z17
9. По состоянию робота Z10 осуществляется управляющее воздействие Z18.

10. По состоянию датчиков X7, X10 осуществляется управляющее воздействие Z19.

11. По состоянию ШС одного датчика Х13 осуществляется управляющее воздействие Z20.

12.
...

3.4. Выбор языка программирования
Программировать контроллер будем п программе CoDeSys на одном из языков стандарта МЭК 61131-3.
Стандарт устанавливает пять языков программирования со следующими названиями: SFC, FBD, LD, IL и ST
 Наиболее подходящим языком программирования является FBD
FBD является графическим языком и наиболее удобен для программирования процессов прохождения сигналов через функциональные блоки. Язык FBD удобен для схемотехников, которые легко могут составить электрическую схему системы управления на "жесткой логике", но не имеют опыта программирования.
...

3.5. Разработка управляющей программы
• Для начала мы определили конфигурацию ПЛК, в соответствии с аппаратными средствами своего контроллера.
• Затем мы создаем программные компоненты, необходимые для решения проблемы.
• Далее пишем программный код для созданных компонентов на выбранном языке.
• Сразу после завершения программирования, компилируем проект и исправляем ошибки, если они есть.
...

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Стабильное развитие и совершенствование промышленного производства и машиностроения невозможно без использования современных научных открытий и разработок, без внедрения инновационных методов и подходов. Проблемы качественной металлообработки могут быть решены только при использовании высококлассного оборудования, высокопроизводительных автоматизированных линий и цехов обработки металлическихизделий.
Благодаря автоматизации литейного производства сегодня налажено массовое производство сложнейших отливок из металлов и сплавов литьем в стальные пресс-формы под давлением. 
Автоматизация металлообрабатывающего производства и механизация процессов механической обработки, таких как резка металла, позволяет не просто улучшить производительность труда, уменьшая при этом влияние человеческого фактора, но и значительно повысить качество и точность соблюдения заданных параметров обработки.
...

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. http://www.kuka-robotics.com/russia/ru
2. ГОСТы
3. Новак В.А. Механизация процессов перемещения грузов. ñ М.: Легпромбытиздат, 2010 г. 192 с.
4. http://edulib.pgta.ru/els/_2013/111_13/Lektcii_omp/lectsii_htm/lekc_11/transport.htm
5. Справочник технолога машиностроителя в двух томах. Под ред. Косиловой А.Г., Мещерекова Р.К., М.: «Машиностроение» 1981.
6. Справочник технолога-машиностроителя. Под ред. Анурьева В.И.: В 3-х томах. М.: «Машиностроение» 1992.
7. Промышленные роботы в машиностроении. Альбом схем и чертежей. Под ред. Соломенцева Ю.М., М.: «Машиностроение» 1987.
8. Шишмарев В.Ю. Автоматизация производственных процессов в маши- ностроении : учебник для студентов вузов. - М.: Академия, 2007. – 364 с. 2
9. Капустин Н.М. Комплексная автоматизация в машиностроении: учебник для студентов вузов. - М.: Академия, 2005. – 365 с. 3
10. Автоматизация производственных процессов в машиностроении : учебник для студентов вузов / Под ред. Н. М. Капустина. - М.: Высшая школа, 2004. - 416 с. 4
11. Капустин Н.М. Автоматизация машиностроения: учебник для студентов вузов. - М.: Высшая школа, 2003. – 223 с. 5
12. Волчкевич Л.И. Автоматизация производственных процессов : учебное пособие для студентов вузов. - М.: Машиностроение, 2005. – 379 с. 6
13. Основы автоматизации машиностроительного производства : учебник для вузов / Под ред. Ю. М. Соломенцева. - М.: Высшая школа, 2001. - 312 с. 7
14. Соснин О.М. Основы автоматизации технологических процессов и производств.- М.: Издательский центр «Академия», 2007. - 240 с. 8
15. Автоматизация типовых технологических процессов и установок /А.М. Корытин и др.- М.:Энергоиздат, 1988.- 432 с. 9
16. Шемелин В.К. Проектирование систем управления в машиностроении: Учебник для студентов технических вузов.- М.: Станкин, 1998.-254 с. 10