Выбор измерительных преобразователей для станков с ЧПУ

Министерство Образования  РФ

Курганский Государственный  Университет

Кафедра автоматизации  производственных процессов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчетная работа по теме:

« Выбор измерительных  преобразователей для станков с  ЧПУ».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                  Выполнил: студент группы ТЗ-513

                                                                                                         Плотников Е. В.                                                                                            

                                                       

                                                                            Проверил: заведующий кафедрой АПП

                                                                                             Кузнецов В. П.

 

 

 

 

 

 

 

 

Курган 2006

 

 

Вариант 27

Цель работы: знакомство с методикой выбора измерительных преобразователей (ИП) перемещений систем числового программного управления (ЧПУ) металлорежущих станков.

Задание:

По  методике подобрать измерительный  преобразователь перемещений (ИПП) для станка с ЧПУ 16К20Ф3

 Технические характеристики станка.

 

 Модель станка   16К20Ф3

 

Тип  устройства ЧПУ  Электроника НЦ-31

 

 Класс точности  П

 

 Величина максимального перемещения рабочего органа по координатам:

 

        Оси Z, мм  900

        Оси X ,мм  250

 

   Дискретность перемещения  рабочего органа:

 

        Оси Z , мм  0,01 

        Оси X , мм  0,005

 

   Скорость перемещения рабочего  органа:

  ось Z , мм/мин 3...2000 

ось X,  мм/мин 1,5...600 

 

   Ускоренная подача:  

ось Z, м/мин             4,8

ось X ,  м/мин           2,4

 

   Шаг ходового винта:  

Т_хв =5  мм

 

Токарно-револьверный станок с ЧПУ 16К20Ф3 используют для изготовления деталей типа тел вращения.

Для контроля перемещений суппортов токарной группы рекомендуется устанавливать круговые ИПП, т.к. они лучше защищены от попадания СОЖ, стружки и др. вредных воздействий. Выбор кругового преобразователя обоснован и тем, что величина перемещений рабочих органов относительно невелика, и применение линейных преобразователей нецелесообразно.

Возможны три схемы  установки круговых датчиков:

1. Установка ИПП на противоположном относительно исполнительного двигателя привода подач, в конце шарико - винтовой передачи  (для рабочих органов линейного перемещения), или непосредственно на рабочие органы кругового перемещения.
2. Закрепление ИПП на валу редуктора.
3. ИПП,  встроенный в исполнительный двигатель.

 

Выбирается схема установки  ИПП непосредственно на рабочие  органы кругового перемещения, (рис.1) так как она имеет следующие преимущества перед остальными схемами: отсутствует влияние внутришаговой погрешности (ШВП) и кинематической погрешности редуктора.

Рис.1 Структурная схема установки  ИПП на металлорежущий станок с ЧПУ.

 

Предварительный выбор вида ИП.

 

Предварительный выбор ИПП по принципу действия осуществляется с учётом возможностей устройства ЧПУ, в зависимости от исполнения контроллера ИП и блока  связи со следящим приводом.

Для устройства ЧПУ типа НЦ-31 серии Электроника, применяющегося в области

станков токарной группы, подходят фотоэлектрические ИПП.

 

Расчет предельной погрешности измерительного преобразователя:

 

При определении предельной погрешности Dип_пред(L)   кругового ИПП значение L принимают равным шагу ходового винта - Т_ХВ. При этом значение Dпоз(L= Т_ХВ) принимают пропорциональным значению Dпоз(L) для перемещения до 50 мм.

 

 

   

Более точно определить  класс точности кругового ИПП  можно при минимальном влиянии  на точность позиционирования кинематической погрешности, упругих и температурных деформаций ШВП. Для этого расчет предельной погрешности измерительного преобразователя проводится по погрешности позиционирования, приведенной к шагу ходового винта:

 

 

где:      Dпоз(L= Т_ХВ) – погрешность позиционирования, мкм;

Т_ХВ – шаг ходового винта, мкм;

К – коэффициент влияния погрешности ШВП и других механизмов станка, охваченных обратной связью (К = 0,8 .. 0,9).

 

Ось Z:  Dпоз(L до50)= 6 + 7,2 = 13,2 (мкм),

 

,

 

  

 

 

 

Ось X:  Dпоз(L до50)= 4+4,8 = 8,8 (мкм),

 

,

 

  

 

 

Определение класса точности ИП.

 

Класс точности ИПП Dип^Т  выбирается по величине Dип_пред,  ИП более высокого класса точности стоят значительно дороже. Поэтому, при выборе класса точности ИПП необходимо выполнение условия:

Dип^Т  ≤ Dип_пред

 

Ось Z:   300(угл.сек.)≤307(угл.сек.), что соответствует 8 классу точности

Ось X:   150(угл.сек.)≤205(угл.сек.), что соответствует 7 классу точности

 

 

Выбор необходимой  модели измерительного преобразователя:

 

            Для  заданного типа системы  ЧПУ возможно подключение фотоэлектрического  датчика.

Выбор конкретного типа кругового фотоэлектрического ИПП  из базы данных «MEAS» сопровождается расчетом количества импульсов Z за один оборот вала для каждой оси:

,

 

где:      Dd - дискретность перемещения рабочего органа станка, мкм;

i – передаточное отношение от вала, на котором установлен преобразователь, к

     ходовому  винту;

   i_м – передаточное отношение мультипликатора к валу преобразователя;

К_инт – коэффициент интерполяции сигналов с кругового ИПП в устройстве ЧПУ

           или интерполяторе фотоэлектрических  датчиков.

 

Ось Z:    ,

 

 

 

Ось X:    ,

 

На основании полученных данных из электронной базы данных «MEAS» для оси Z и X выбираются одинаковые датчики типа: ВЕ-196, но разного класса точности.

 

Окончательный выбор ИПП и определение его  характиристик.

 

Наработку на отказ (в часах) определяют по формуле:   t =15 ּ K ּ 1000 (ч.).  

 

, где Кm-класс точности преобразователя.

Ось Z:      t=15*1.27*1000=19050 (ч.)

 

Ось X:     t=15*1.21*1000=18150 (ч.)

 

Технические характеристики датчика:

 

Для оси Z:

   Модель: ВЕ-196

   Принцип действия: фотоэлектрический.

   Класс точности: 8

   Погрешность: 4 угл.мин.

   Число выходных  импульсов за один оборот вала: 100. 

   Максимальная  частота выходных импульсов: 150 кГц 

  Максимальная частота вращения вала: 10000 об/мин

   Напряжение питания  / Потребляемая мощность: 15 5 В. / 1,5 Вт.

   Масса: 0,3 кг.  

 

Для оси X:

   Модель: ВЕ-196

   Принцип действия: фотоэлектрический.

   Класс точности: 7

   Погрешность: 2,5 угл.мин.

   Число выходных  импульсов за один оборот вала: 100. 

   Максимальная частота выходных импульсов: 150 кГц

   Максимальная  частота вращения вала: 10000 об/мин

   Напряжение питания  / Потребляемая мощность: 15 5 В. / 1,5 Вт.

   Масса: 0,3 кг.  

 

Габаритные и присоединительные  размеры и внешний вид датчика представлены на рис.2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2

Способ установки  датчика на станке.

       

Способ установки датчика представлен  на рис.3.

 

Рис. 3

 

 

 

Анализ результатов  и выводы:

 

   В ходе проведённой  работы было произведено знакомство с основными типами и видами ИПП, методикой расчета выбора  ИПП для станка определённой марки; в соответствии с заданием был рассчитан и выбран преобразователь для станка 16К20Ф3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы.

1. Кузнецов В.П., Дмитриева О.В., Потаскуев В.Л.,”Выбор измерительных           преобразователей для станков с ЧПУ”.  Методическое указание к самостоятельной работе по курсу “Информационно-измерительные устройства” , Курган, 1999.-19с.
2. Роботизированные технологические комплексы и гибкие производственные системы в   машиностроении: Альбом схем и чертежей /Ю.М. Соломенцев, К.П. Жуков, Ю.А. Павлов и др., М: машиностроение, 1989-192с.