Разработка микропроцессорной системы управления РТК на базе вертикально–фрезерного станка 6Р13Ф3-37

Разработка микропроцессорной системы управления РТК на базе вертикально–фрезерного станка 6Р13Ф3-37

Министерство образования и науки РФ

Московский Государственный Машиностроительный Университет «МАМИ»

Кафедра: «Автоматика и процессы управления»

Курсовой проект

На тему

Разработка микропроцессорной системы управления РТК на базе вертикально-фрезерного станка 6Р13Ф3-37

Задание на курсовую работу

.     Построение определение последовательности операций для изготовления заданной детали на станке 6Р13Ф3-37

.     Разработка диаграмм операций

.     Выбор датчиков и исполнительных механизмов

.     Разработка модели управляющей системы в виде сети Петри

.     Разработка математической модели

.     Разработка алгоритма управляющей программы

.     Разработка управляющей программы для микроконтроллера

Содержание

вертикальный фрезерный станок микропроцессор

Введение

.       Основные характеристики производственного оборудования

1.1 Вертикально-фрезерный станок 6Р13Ф3-37

1.2   Промышленный робот типа Универсал-51

.       Структурная схема микропроцессорной системы управления РТК

.       Технологическая схема РТК на базе вертикально-фрезерного станка и промышленного робота манипулятора

.       Привязка датчиков и исполнительных механизмов к портам микропроцессора

.1     Схема подключения технологического оборудования к микропроцессору

.       Технологическая карта производственного процесса

.       Построение временных циклограмм технологических операций

.       Первичное описание алгоритма функционала технологического объекта

.       Промежуточное описание алгоритма управления объектом в виде системы конъюнктивных секвенций

.       Граф-схема алгоритма, реализующая систему конъюнктивных секвенций

.       Управление программы в системе команд микроконтроллера МКП-1

Заключение

Список литературы

Введение

Автоматизация технологических процессов является одним из эффективных путей повышения производительности труда на предприятии.

Автоматизация осуществляется посредством автоматизированных роботизированных технологических комплексов (РТК).

Роботизированный технологический комплекс (РТК) - совокупность единиц технологического оборудования, промышленного робота и средств оснащения, автономно функционирующая и осуществляющая многократные циклы.

Система управления РТК предусматривает использование микропроцессорных средств и должна обеспечивать взаимосвязанную работу всех элементов системы.

Применение микропроцессорных средств в составе системы управления технологическим оборудованием позволяет оперативно изменять технологический процесс на одном и том же оборудовании, тем самым обеспечивая выпуск широкой номенклатуры изделий.

В данной курсовой работе разрабатывается микропроцессорная система управления (МСУ) объектом, по его технологической схеме. В качестве объекта управления используется вертикально-фрезерный станок модели 6Р13Ф3-37

Современное оборудование проектируется с использованием микропроцессорной техники. В частности, работа производственного оборудования контролируется микроконтроллерами. В данной работе рассматривается система управления фрезерным станком на базе микроконтроллера МКП-1.

Программируемый микроконтроллер типа МКП-1 предназначен для циклового двухпозиционного программного управления манипуляторами и промышленным технологическим оборудованием.

Технологический процесс контролируется датчиками. Сигналы, поступающие от датчиков, обрабатываются микроконтроллером МКП-1 и передаются на исполнительные механизмы.

Конечной целью работы является составление программы управления технологическим процессом в системе команд МКП-1.

В процессе составления программы выполняются такие этапы проектирования, как:

o  первичное описание функционирования объекта управления в виде графа операций (ГО)

(этап алгоритмического проектирования);

o  промежуточное описание алгоритма в виде систем секвенций (этап логического проектирования);

o  алгоритм управления в виде граф-схемы алгоритмов.

Программируемый микроконтроллер МКП-1 предназначен для циклового двухпозиционного программного управления промышленным технологическим оборудованием.

Областью наиболее эффективного применения микроконтроллера МКП-1 является управление роботизированными технологическими комплексами, автоматическими линиями и участками в условиях серийного и мелкосерийного производства, когда требуется развитое программно-логическое управление, оперативная смена управляющих программ и когда использование стандартных средств вычислительной техники экономически нецелесообразно ввиду их высокой стоимости и сложности.

Ввод программ в микроконтроллер и их отладка, а так же управление режимами работы осуществляется с клавиатуры встроенного пульта управления, состоящей из 17 клавиш, одна из которых, обозначенная буквой «Р», является клавишей режима работы, а остальные клавиши - от «0» до «F» - информационные, предназначенные для ввода кодов в шестнадцатеричной системе счисления.

Вся информация вводится в микроконтроллер с клавиатуры пульта управления и выводится на встроенный однострочный цифровой дисплей в шестнадцатеричной системе счисления.

Питание микрокотроллера осуществляется от источника переменного напряжения ~220V. Сохранение управляющей программы в памяти микроконтроллера при отключении основного источника питания обеспечивается встроенными элементами питания типа А316, на которых построено энергонезависимое запоминающее устройство микроконтроллера (ЭНЗУ).

Основным режимом работы МКП-1 является автоматический режим, предназначенный для управления технологическим оборудованием в соответствии с алгоритмом, реализованным в виде управляющей программы, записанной в ЭНЗУ.

1.  
Основные характеристики производственного оборудования

1.1 Вертикально-фрезерный станок 6Р13Ф3-37

Кинематическая схема

Основные механизмы и движения

Базой станка является станина А, имеющая жесткую конструкцию за счет развитого основания и большого числа ребер. По вертикальным направляющим корпуса станины движется консоль Е (установочное перемещение). По горизонтальным (прямоугольного профиля) направляющим консоли перемещается в поперечном направлении механизм стол-салазки Д (подача по оси Y'), а по направляющим салазок в продольном направлении - стол (подача по оси X'). В корпусе консоли смонтированы приводы поперечной и вертикальной подачи, а в корпусе салазок - привод продольной подачи. Главное движение фреза получает от коробки скоростей Б. В шпиндельной головке В установлен привод вертикальных перемещений ползуна Г по оси Z.

Кинематика станка

Главное движение. Шпиндель VIII получает вращение от асинхронного электродвигателя M1 (N = 7,5 кВт, n= 1450 мин^-1) через коробку скоростей с тремя передвижными блоками зубчатых колес Б1, Б2, Б3 и передачи z = 39-39, z = 42-41-42 в шпиндельной головке. Механизм переключения блоков обеспечивает получение 18 частот вращения и позволяет выбирать требуемую частоту вращения без последовательного прохождения промежуточных ступеней.

Уравнение кинематической цепи для минимальной частоты вращения шпинделя:

мин^-1

Инструмент в оправке крепят вне станка с помощью сменных шомполов. Оправка имеет наружный конус 50 и внутренний конус Морзе № 4.

Для крепления инструмента с конусами Морзе № 2 и 3 применяют сменные втулки. Зажим инструмента осуществляется электромеханическим устройством. Смазывание подшипников и зубчатых колес коробки скоростей осуществляется от плунжерного насоса, расположенного внутри коробки скоростей.

Движения подач. Вертикальная подача ползуна со смонтированным в нем шпинделем осуществляется от высокомоментного двигателя М2 (М = 13 Н*м, n = 1000 мин^-1) через зубчатую пару z = = 44-44 и передачу винт-гайка качения VII с шагом Р = 5 мм. Предусмотрено ручное перемещение ползуна. На валу XI установлен датчик обратной связи -трансформатор типа ВТМ-1В.

Поперечная подача салазок осуществляется от высокомоментного двигателя М4 (М = 13 Н*м, n = 1000 мин^-1), через беззазорный редуктор z = 22-52-44 и винт-гайку качения XVII с шагом Р = 10 мм. Зазор в косозубых цилиндрических колесах 1, 3 и 5 редуктора устраняют шлифованием полуколец 2 и 4, устанавливаемых между колесами 3 и 5.

Продольная подача стола происходит от высокомоментного электродвигателя М3 через беззазорный редуктор z = 26-52 и винт-гайку качения XIII с шагом Р = 10 мм. В редукторах продольного и поперечного перемещений установлены датчики обратной связи - трансформаторы типа ВТМ-1В. Зазор в направляющих стола и салазок выбирают клиньями. Зазор в передачах винт-гайка качения устраняют поворотом обеих гаек в одну сторону на нужное число зубьев.

Вспомогательные движения. Специальными шестигранными выводами можно производить ручные перемещения по координатам X' и Y'. Установочная вертикальная подача консоли осуществляется от электродвигателя М5 (N = 2,2 кВт, n = 1500 мин^-1) через червячную пару z = 2-40 и ходовой винт XIX.

Основные технические характеристики станка 6Р13Ф3

размеры рабочей поверхности стола, мм 400х1600

Наибольшая масса детали, устанавливаемой

на столе станка (вместе с приспособлением), кг 400

Частота вращения шпинделя, мин-1 50-2500

Мощность привода главного движения, кВт 11

Перемещение стола, мм:

продольное (ось Х) 1010

поперечное (ось Y) 400

вертикальное (ось Z) 250

установочное (ось Z) 600

Подача по всем координатным осям, мм/мин 3-6000

Количество управляемых координат 3

Габариты станка, мм 3350х4170х3150

Масса станка с электро- и гидрооборудованием, кг, не более 6580

1.2 Промышленный робот типа «Универсал-5»

В качестве манипулятора для разрабатываемой системы управления РТК выбираем промышленного робота модели «Универсал-5».

Многоцелевые роботы типа «Универсал-5» применяются для автоматизации погрузочно-разгрузочных работ, обслуживания различного технологического оборудования, межоперационного транспортирования объектов обработки и выполнения других вспомогательных операций.

Исполнительным механизмом ПР является манипулятор, который обеспечивает установку в пределах рабочей зоны захватного механизма-схвата. Манипулятор имеет четыре степени подвижности руки 1 в сферической системе координат:

-поворота руки относительно вертикальной оси, чтобы обеспечить перемещение заготовки от накопителя к станку;

-выдвижения руки относительно горизонтальной оси, чтобы перемещать заготовку непосредственно к шпинделю станка;

-подъема руки вдоль вертикальной оси, чтобы компенсировать возможную разницу высот расположения заготовок в накопителе и шпинделя станка;

- поворота кисти манипулятора вокруг горизонтальной оси, для переворота заготовки.

Две степени подвижности рабочего органа-схвата 7 создают механизмы 6 вращения кисти руки относительно ее продольной оси III-III и поперечной оси IV-IV.

Установочные перемещения руки осуществляются с помощью электромеханических следящих приводов, а ориентирующие движения кисти руки и зажим - разжим схвата - пневмоцилиндрами.

ПР комплектуется певмоблоком, блоком тиристорных электроприводов и устройством программного управления. Пневмоблок регулирует подачу сжатого воздуха из заводской сети и блокирования работы манипулятора при падении давления ниже допустимого. Блок тиристорных электроприводов, формирует управляющие напряжения в якорной цепи электродвигателей постоянного тока. Устройство программного управления позиционного типа имеет возможность записи программы в режиме обучения (по первому циклу) и формирует управляющие сигналы, а также технологические команды управления циклом работы манипулятора и обслуживаемого оборудования. Максимальный диаметр объекта манипулирования 170мм.

Основные технические характеристики промышленного робота «Универсал 5»

2.Структурная схема микропроцессорной системы управления РТК

БП - блок питания

МКП - программируемый микроконтроллер

МСУ - микропроцессорная система управления

.    
Технологическая схема РТК на базе вертикально-фрезерного станка и промышленного робота-манипулятора

4. Привязка датчиков и исполнительных механизмов к портам микроконтроллера

Для подключения промышленного робота-манипулятора и станочного оборудования к микроконтроллеру используются порты, в частности: E-порты датчиков и Z-порты нагрузок.

E-порты датчиков

Z-порты нагрузок (Исполнительные механизмы)

4.1 Схема подключения технологического оборудования к микроконтроллеру

.    
Технологическая карта производственного процесса

6.  
Построение временных циклограмм технологических операций

7. Первичное описание алгоритма функционирования технологического объекта

В качестве первичного описания алгоритма заданного ОУ будем использовать аппарат графов операций, реализуемый с помощью математического аппарата Сети Петри (N-схемы). С помощью данного этапа алгоритмического проектирования решаются задачи декомпозиции алгоритма, устанавливаются причинно-следственные связи между состояниями технологического процесса, проверяется корректность первичного описания алгоритма.

В графе операций используются вершины двух типов, изображаемых кружками (позиции) и прямоугольниками (переходы), в котором стрелками соединяются только вершины разного типа. В позиции графа помещаются метки (маркеры, точки), которые перемещаются из одних позиций в другие по определенным правилам, отображая динамику управляемого процесса.