Сборник 70 студ конференции БГТУ

111

Рис.2.Функциональная схема системы регулирования уровня жидкости

Согласно 1-му закону Фарадея, количество осаждённого металла m пропорционально току (плотности тока i). Вследствие этого возникает необходимость создания системы регулирования плотности тока в ваннах, в которых производятся операции нанесения покрытий.

Структурная схема системы управления плотностью тока представлена на рис.3.

Рис.3.Структурная схема системы управления плотностью тока

В ходе разработки были рассмотрены возможные варианты выбора датчиков, устройств управления насосом, аналоги систем управления током, используемых в гальваническом производстве.

Работа выполнена под руководством доц. каф. «Автоматизированные технологические системы» Хандожко В.А

112

А.И. Рыжиченко РАЗРАБОТКА И ИЗГОТОВЛЕНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Объект исследования: шаговый двигатель.

Результаты, полученный лично автором: разработана плата, для управления тремя шаговыми двигателями, с подключением к ПК через последовательный порт.

Шаговый электродвигатель – это синхронный бесщеточный электродвигатель с несколькими обмотками и ротором, выполненным в виде цилиндра с зубцами. При подаче тока в одну из обмоток статора, происходит фиксация ротора в определенном положении. При упорядоченной череде импульсов на обмотки, ротор вращается. Поэтому, чтобы заставить шаговый двигатель вращаться, нужно электронное управление, которое генерирует импульсы в определенное время с определенной задержкой.

Используя шаговый двигатель можно управлять углом поворота ротора, причем на то положение, которое требуется. Аналогом подобного устройства, может служить любой двигатель постоянного или переменного тока с установленным на валу энкодером, который подсчитывает на какой угол повернулся ротор, и уже потом с помощью системы управления достигается поворот на нужный угол. Простота конструкции шагового двигателя является преимуществом перед двигателем с энкодером. Поэтому шаговый двигатель незаменим в таких устройствах как: координатные станки с ЧПУ, принтеры, его можно использовать для построения роботов, в общем везде, где требуется позиционирование и фиксация ротора.

Шаговые двигатели бывают двух видов: биполярные и униполярные. В униполярном двигателе есть две обмотки в статоре, причем из середины выведены провода, такая конструкция обеспечивает простоту управления, достаточно на выводы обмоток подавать напряжения, а выводы из середины подключаются к общему проводу. Биполярные двигатели сконструированы проще, обмотки не имеют центрального отвода. За это упрощение приходится платить сложным управлением, при котором необходимо менять полярность подаваемого напряжения на обмотки, зато масса и размеры устройства – неоспоримые преимущества.

Для того чтобы реализовать управление, с меняющейся полярностью питающего напряжения, применяют Н-мост, на транзисторах, который выполняются в виде микросхем, например, L298 или L293. В этих микросхемах есть два Н-моста, так как каждый используется для одной обмотки двигателя.

Для управления шаговым двигателем необходимо формировать импульсы, которые будут заставлять поворачиваться ротор на определенный угол. Эта задача возложена на микроконтроллер AtMega8, тактируемый

113

кварцевым резонатором с частотой 8МHz. Выводы микроконтроллера подсоединяются к управляющим входам микросхемы L298.

Схема собрана на основе двух плат, для простоты их разводки. На одной из них находится микроконтроллер, с его базовой обвязкой, на другой 3 микросхемы L298, которые вставляются в кроватки. Так как двигатель несет в себе не только резистивную, но и индуктивную нагрузки, требуется для защиты микросхемы использовать диоды. В качестве этих диодов были выбраны быстродействующие диоды FR207, рассчитанные на 1000 вольт и ток 2 ампера. Схема, по которой выполнено соединение диодов, обеспечивает возврат тока обратно в источник питания, поэтому для сглаживания напряжения, на питание подключается конденсатор большой емкости. Для регулирования силы тока протекающего через обмотки применяется программный ШИМ. ШИМ передается на L298 непосредственно через линии управления (A,B,C,D), а не на отдельные входы ENABLE, поэтому требуется несколько выходов для ШИМ, но микроконтроллер AtMega8 имеет в своем распоряжении только 3. Программный ШИМ реализован на прерываниях таймеров, с одной стороны это решает проблему нехватки ШИМ выходов, с другой очень сильно тормозит микроконтроллер, ведь прерывания занимают много процессорного времени, так что работа становиться нестабильной, из-за постоянного пропуска отдельных участков кода

Управление микроконтроллера осуществляется от компьютера через последовательный интерфейс. Так как большинство сегодняшних компьютеров, особенно ноутбуков не оснащаются COM портами, для соединения использовалось устройство переходник USB в UART на чипе PL2303. Еще одно преимущество такого подхода состоит в том, что переходник имеет на выходе уровни ТТЛ +5 и 0 вольт, так, что не приходится их дополнительно преобразовывать в отличии от реального COM порта. На программном уровне работа с этим устройством осуществляется через виртуальный COM порт, и происходит точно также, как и с настоящим. Микроконтроллеру передается два байта, в одном из которых количество шагов, в другом задержка между шагами.

Для записи прошивки в микроконтроллер использовался программатор USBASP подключаемый к USB порту компьютера. Интерфейс передачи данных – SPI, для которого нужно подключить пять проводков от программатора к микроконтроллеру.

Разработанную плату можно использовать для управления тремя шаговыми двигателями, программируя их поведения как с персонального компьютера, так и непосредственно меняя прошивку микроконтроллера, например, для осевого станка с ЧПУ. В качестве успешного применения шагового двигателя можно назвать сделанное устройство, которое то опускало, то поднимало плату во время травления в растворе – самодельный маленький подъемный кран, обеспечивающий перемешивание, которое значительно ускоряет процесс получения плат в домашних условиях. Особенно актуален способ, если применяется в качестве травящего раствора

114

перекись водорода, так как в ходе реакции образуется нерастворимый осадок, препятствующий дальнейшему ходу реакции.

Работа выполнена под руководством доц. каф «Автоматизированные технологические системы» В.П. Матлахова

С.С. Семейкин

НАПИСАНИЕ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ ДЛЯ СТАНКОВ С ЧПУ

Объект исследования: способы написания управляющих программ. Результаты, полученные лично автором: написание управляющих

программ с помощью ЭВМ позволяет существенно ускорить их подготовку.

Числовое программное управление (ЧПУ) – это возможность автоматического управления станком с помощью компьютера по специальной программы обработки. Станки с ЧПУ осуществляют те же задачи, что и обыкновенные станки ручного управления, но перемещениями исполнительных органов управляет электроника. Эти станки имеют ряд плюсов и минусов, одним из серьезных недостатков является сложный процесс подготовки управляющих программ. Основная задача «объяснить» станку, что Вы от него хотите, т.е дать ему управляющую программу. Существует множество систем для автоматизированного создания управляющих программ. Мною была создана управляющая программа для обработки контура детали (рис.1) вручную и с использованием системы Гемма 3D и сравнил результат. Обработка будет производиться концевой фрезой диаметром 8мм. на фрезерно-расточном станке с ЧПУ СС2В05ПМФ4, стойка 2С42.

Рис.1. Контур обрабатываемой детали.

При написании управляющей программы вручную необходимо учитывать, то что во время обработки вращающийся инструмент и заготовка перемещаются друг относительно друга по некоторой траектории. Управляющая программа описывает в декартовой системе координат

115

траекторию движения, в нашем случае, оси инструмента, относительно одной опорной точки, называемой нулем детали. Нулевую точку детали обычно принимают на какой-нибудь базовой поверхности или, если тело вращения, на оси детали. Привязка к нулевой точке, на этом станке, осуществляется функциями G71-75. Траекторию движения инструмента можно представить из отдельных участков, ими могут быть прямые линии, дуги окружностей, какие либо кривые и т.п. Точки пересечения этих участков называются узловыми точками. В управляющей программе необходимо описать путь движения инструмента по данным точкам. Можно использовать множество графических и геометрических способов их расчета. Далее с помощью инструкции по программированию данного станка составляем управляющую программу. В программе так же следует учесть вылет (длину) инструмента. Управляющая программа, которую оператор запускает на станке с ЧПУ, задает движение кромки центра фрезы. Однако по умолчанию система ЧПУ управляет точкой пересечения торца шпинделя с его осью вращения «зеркалом шпинделя». Чтобы управлять кромкой фрезы, необходимо перенести базовую точку на кромку фрезы. Такое смещение называется коррекция (компенсация) длины инструмента. В программе это осуществляется функциями G43D1Z100: положительная линейная коррекция(G43), адрес, по которому записывается длина(D1) по координате Z. Также в программе следует учесть радиус инструмента. По рисунку видно: что для обработки нашей детали с контуром «Б» центр инструмента должен перемещается по контуру «А». Он расположен от контура «Б» на расстоянии радиуса инструмента «R» и называется эквидистантным контуром. Мы в программе задаем только контур детали, а эквидистантный контур просчитывает стойка станка. Это очень удобно так как не меняя программы мы можем обрабатывать один и тот же контур фрезами с разными диаметрами. Коррекция на радиус инструмента осуществляется функциями

G41-44.

Написание управляющей программы с помощью Гемма 3D начинается с построения контура детали и заготовки в системе гемма 3D или импортирование их из других систем. Далее выбираем пункт подменю «Проход по эквидистанте» и задаем соответствующие параметры обработки: параметры инструмента, режимы резания, стратегия врезания, скорость врезания, толщина обрабатываемого слоя и т.д., так же указываем точки начала и конца обработки, направление. Для разных стоек станков есть свои нюансы написания программ, например для стойки «Fanuc» привязка нуля детали осуществляется функциями G51-55. Для преобразования управляющей программы в программу для нашего станка необходимо выбрать соответствующий постпроцессор. Управляющая программа, полученная с помощью Гемма 3D, была проверенна на станке. Полученный контур соответствовал требованиям чертежа. При написании программы вручную было потрачено большее время, но количество кадров в ней было меньше, чем при написании программы с помощью ЭВМ.

По результатам исследований получены следующие выводы:

116

-использование ЭВМ при написании управляющих программ для станков с ЧПУ существенно облегчает и ускоряет процесс;

-визуализация процесса обработки на ЭВМ позволяет исключить ошибки программы на стадии ее разработки.

Работа выполнена под руководством доц. каф «Металлорежущие станки и инструменты» Д.В.Левого

Д.А. Сканцев, В.А.Иванов ВОЗМОЖНОСТИ И ПЕРСПЕКТИВЫ 3D-ПРИНТЕРОВ

Объект исследования: 3D принтеры.

Результаты, полученные лично автором: проведен анализ существующих моделей 3D-принтеров.

3D-принтер - это периферийное устройство, использующее метод послойного создания физического объекта по цифровой 3D-модели. Благодаря 3D принтерам человек может заниматься прототипирование в 3-х мерном пространстве дома, что довольно актуально в наше время. Благодаря 3D принтеру мы можем изготовить практически любую модель, например модель фрезы, автомобиля, пластмассовый чехол для телефона, брелок или даже целый жилой комплекс. То есть благодаря 3D принтеру мы можем создавать детали как для рабочей деятельности, так и для быта.

На сегодняшний день в 3D-печати господствует две принципиально разных технологии – это лазерная и струйная печать. При этом они тоже делятся на виды. Так, лазерная печать подразделяется на три вида: собственно, лазерная печать, лазерное спекание и ламинирование. Во всех этих способах используется своя технология производства продукции. Так, в случае лазерной печати принтер использует жидкий фотополимер, который засвечивается специальной ультрафиолетовой лампой при помощи фотошаблона. Затем все это превращается в твердый материал. Лазерное спекание проходит несколько иначе – лазер слой за слоем выжигает контур будущей детали на специальном порошке. То есть получается, что производство идет слой за слоем. Наконец, в случае ламинирования процесс производства состоит из того, что готовый объект создается из большого количества разношерстных слоев, накладываемых друг на друга. Естественно, все это происходит не без помощи лазера.

В струйной печати присутствует два основных способа печати – это застывание материала при охлаждении и спекание порошкообразного материала. В первом случае происходит выдавливание термопластика по каплям на основу будущего продукта, а второй способ по своей сути очень напоминает лазерное спекание. Единственное отличие в том, что в данном случае порошок склеивается с помощью специально предназначенного для этой операции клея.

117

Следует так же заметить, что 3D-принтеры можно классифицировать по целевой аудитории, а именно: производственные, персональные, потребительские и профессиональные.

На сегодняшний день основным применение 3D-принтеров является быстрое прототипирование. Уже давно установлено, что при разработке какой-то сложной модели ее прототип позволяет сократить вероятность появления ошибок в конечном продукте.

Преимуществ у быстрого прототипирования множество. В первую очередь это возможность изменения и доводки прототипов во время изготовления. Все это приводит к тому, что компании имеют возможность учесть все особенности товара еще во время разработки.

Область применения и перспективы использования 3D-принтеров довольно велики, например в области промышленного производства для проектирования новой продукции всегда требуется создание моделей – прототипов будущей продукции. Для этих целей применяются такие традиционные способы, как механическая обработка и литье. На изготовление прототипа обычно уходят недели или даже месяцы кропотливой работы. Это весьма дорогостоящий и трудоемкий этап производства.

Так же мы можем увидеть, насколько многогранно 3Dпрототипирование на примере медицины. Ведь в этой сфере трехмерная печать может помочь спасти человеческие жизни. Здесь есть несколько вариантов использования принтеров формата 3D. Например, в стоматологии при помощи 3D печати уже можно получать протезы и коронки за более короткое время, чем при использовании традиционной технологии производства. Кроме того, 3D принтеры могут воспроизвести точную копию отдельных частей человеческого тела или всего скелета для эффективного обучения медиков, либо отработки приемов в преддверии сложных операций.

Также технологии 3D печати начинают применяться уже для создания отдельных живых органов с целью замены тех, что оказались повреждены в человеческом организме. В частности, в 2011 году успешной оказалась попытка ученых создать живую человеческую почку. Причем для ее «выращивания» устройству потребовалось три часа. В качестве материала обычно используется биомасса с высоким содержанием стволовых клеток. Сам факт возможности изготовления живых органов обеспечивает огромные возможности для медицины. Еще одна сфера применения 3D принтеров в медицине – это конструирование специальных медицинских инструментов под заказ для каждого пациента в соответствии с его заболеванием и анатомическими особенностями.

Так же 3D-прототипирование используется:

- в архитектуре (построение макетов зданий за считанные часы, в результате специалист может увидеть все недостатки сооружения и внести коррективы).

118

- в образовании (человек который получает образование может расспечатать исследуемую модель и рассмотреть ее в 3-х мерном пространстве, тем самым лучше поняв её.

Итак, 3D печать не перестает будоражить умы людей, открывая перед собой все новые горизонты. С обеспечением доступности 3D принтеров человечество ждет настоящий технологический прорыв. Любые вещи можно будет изготовить либо собственными усилиями, либо по индивидуальным заказам, не прибегая к помощи крупных корпораций. 3D принтеры придут в каждый дом и станут таким же неотъемлемым атрибутом повседневной жизни человека, как телевизор или стиральная машина.

Работа выполнена под руководством доц. каф. «Металлорежущие станки и инструменты» Д.В. Левого

А.В. Тимахов СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ АВТОМАТОМ

ДЛЯ РЕЗКИ ИЗОЛЯТОРА

Объект исследования: станок автомат для разрезки изоляторов. Результаты, полученные лично автором: спроектирована

автоматизированная система управления станком автоматом.

Предприятие «Карачевский завод «Электродеталь» является головным предприятием России по разработке и производству электрических прямоугольных низкочастотных и комбинированных соединителей для различных отраслей народного хозяйства.

Одной из выпускаемых предприятием деталей является деталь типа изолятор. Данная деталь подвергается разрезки на сегменты. Разрезка выполняется на установке с ручным управлением, что сказывается на качестве отреза и безопасности выполнения операции.

Для повышения качества отреза и автоматизации процесса была предложена компоновка станка, представленная на рис. 1.

Рис 1 – Компоновка станка

119

Станок для разрезки состоит из электрошпинделя(1), основания(2), модуля ручного поперечного перемещения(3), приспособления для закрепления заготовки(4) и самой заготовки(5).

Для данного станка была спроектирована система управления на базе ОВЕН ПЛК-110. В качестве приводов используются шаговые двигатели, а для поперечного и продольного перемещения органов станка используется модуль линейных перемещений СТМ-2 производства ЗАО «Завод мехатронных изделий». Для контроля продольных перемещений заготовки используется магнитная линейка с датчиком. Перемещение электрошпинделя контролируется с помощью блока концевых выключателей.

Структурная схема спроектированной системы изображена на Рис. 2.

Рис 2 – Структурная схема управления установкой для разрезки деталей типа изолятор

Станок автомат после модернизации обеспечит следующие параметры:минимальную погрешность обработки;возможность работы в автоматизированном режиме

снижение времени переналадки и настройки на обработку;низкие энергетические затраты;увеличение производительности;

снижение удельной себестоимости продукции.

Работа выполнена под руководством доц. каф «Автоматизированные технологические системы» В.А. Хандожко

120

П.Н. Угначёв РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ

ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ПРОШИВКИ N-ГРАННЫХ ОТВЕРСТИЙ НА ТОКАРНЫХ СТАНКАХ

Объект исследования: процесс прошивки n-гранных отверстий на токарных станках и используемая при этом оснастка.

Результаты, полученные лично автором: рассмотрена и проанализирована схема формообразования процесса обработки n-гранных отверстий на токарных станках; спроектированы конструкции режущего и вспомогательного инструмента для реализации данного процесса.

На практике часто встречаются сквозные и глухие отверстия не цилиндрические, а гранные. Причём число граней может изменяться от трёх и более в зависимости от назначения данного отверстия и детали. Наибольшее распространение имеют шестигранные отверстия в крепёжных деталях под имбусовые ключи. Традиционно их обрабатывают высадкой или штамповкой.

Такие специфические поверхности в условиях единичного или мелкосерийного производства можно изготавливать на токарных станках с использованием специальной инструментальной оснастки.

В сети Internet встречаются упоминания о таком методе, но практически отсутствует информация по возможностям и условиям обработки. При этом отмечается, что по данной технологии возможна обработка только коротких отверстий, глубина которых приблизительно равна диаметру.

Для изучения возможностей процесса и условий обработки n-гранных отверстий на токарных станках необходимо разработать специальную инструментальную оснастку.

Суть метода заключается в следующем: грани отверстия формируются в предварительно просверленном глухом или сквозном отверстии диаметром dпр с помощью специальной прошивки, закрепленной в державке. В конце отверстия должна быть проточена внутренняя канавка, которая необходима для временного размещения стружки, образующейся в процессе обработки.

При обработке граней отверстия реализуется следующая схема формообразования, рис. 1. В патроне токарного станка зажимают заготовку с предварительно просверленным глухим или сквозным отверстием. Главное вращательное движение резания Dr совершает шпиндель станка с патроном и заготовкой. Прошивку направляют в предварительно подготовленное отверстие и предают ей поступательное движение продольной подачи Dsпр, совершаемое кареткой суппорта токарного станка. Под действием сил трения прошивка начинает вращаться совместно с заготовкой, осуществляя тем самым движение круговой подачи Dsкр. В державке прошивка должна быть установлена с небольшим смещением относительно оси вращения заготовки, что значительно облегчает процесс формирования заданной фасонной поверхности, в отличии от традиционных методов обработки.