SILNIKI KROKOWE (SKOKOWE):

Tryby pracy silnika skokowego

• Praca statyczna ma miejsce gdy prąd w uzwojeniu silnika ma wartość ustalona i wytwarza pole nieruchome. Cecha charakterystyczna tego rodzaju pracy jest moment synchronizujący statyczny, tzn. moment przeciwstawiający sie działaniu sił zewnętrznych wychylających silnik z położenia równowagi.

• Praca quasi-statyczna nazywana także start-stopowa. Ma ona miejsce gdy wirnik wykonuje pojedynczy skok lub ciąg skoków z na tyle mała częstotliwością, że zatrzymuje sie przed wykonaniem następnego skoku.

• Praca kinematyczna (ustalona). Ma on miejsce gdy częstotliwość impulsów sterujących jest ustalona i większa od częstotliwości pracy quasi statycznej (wirnik nie zatrzymuje sie po wykonaniu skoku).

• Praca dynamiczna, która występuje w trakcie procesów przejściowych, takiej jak; rozruch, hamowanie, nawrót, przejście z jednej częstotliwości pracy do innej.

Zalety silników krokowych:

• możliwość pracy w tzw. pętli otwartej (nie jest konieczne stosowanie układów pomiaru położenia ze względu na to, że liczba wykonanych kroków jest równa liczbie podanych impulsów),

• silnik pracuje z pełnym momentem w stanie spoczynku,

• dokładność ok. 3-5% kroku (błąd ten nie kumuluje sie z kroku na krok),

• możliwość bardzo szybkiego rozbiegu, hamowania i zmiany kierunku,

• możliwość uzyskania bardzo małych prędkości obrotowych i drobnych skokowych ruchów z obciążeniem mocowanym bezpośrednio na osi,

• szeroki zakres prędkości obrotowych.

Wady silników krokowych to:

• rezonanse mechaniczne pojawiające sie przy niewłaściwym sterowaniu,

• trudności przy pracy z bardzo dużymi prędkościami.

Różnice pomiędzy silnikiem wysokomomentowym a niskomomentowym:

• wysokomomentowe (od 3 do 20Nm) - rozwijają na ogół niewielki prędkości, tzn. ich maksymalna częstotliwość robocza wynosi 100 Hz, większa działka elementarna niż w silniku niskomomentowym – mniejsza dokładność, mniejsza liczba skoków na obrót, stosuje się do bezpośredniego napędu lekkich sań lub stołów, poruszających się z małą prędkością posuwu;

• niskomomentowe (do 3Nm) – rozwijają znaczne prędkości, maksymalna częstotliwość robocza wynosi 16 kHz, mniejsza działka elementarna niż w silniku wysokomomentowym – większa dokładność, większa liczba skoków na obrót, nie mogą być używane do bezpośredniego napędu posuwu zespołów obrabiarkowych, są stosowane łącznie ze wzmacniaczem mocy;

Parametry silników krokowych:

• częstotliwość maksymalna rozruchu - to największa częstotliwość impulsów zasilających silnik krokowy, przy której każdemu impulsowi odpowiada przesuniecie kątowe o znamionowa wartość skoku.

• częstotliwość graniczna - to największa częstotliwość impulsów zasilających, przy której każdemu impulsowi odpowiada jeszcze przesuniecie o znamionowa wartość, przy czym zwiększanie częstotliwości od zera ma płynny charakter.

• częstotliwość graniczna nawrotu

• moment rozruchowy - to największa wartość momentu obciążenia, przy której jest możliwy rozruch silnika i praca start-stopowa.

• maksymalny moment statyczny - to największa wartość momentu rozwijana przez silnik podczas jego pracy ustalonej.

• charakterystyki mechaniczne.

Właściwości eksploatacyjne silnika skokowego

• działkę elementarna (liczba skoków na jeden obrót), tj. kat obrotu wałka silnika lub przemieszczenie liniowe, jakie gwarantuje silnik po dostarczeniu jednego impulsu sterującego; rozwój silnika idzie w kierunku ciągłego zmniejszania tak zdefiniowanej działki elementarnej, ponieważ_ decyduje ona o dokładności pozycjonowania obrabiarki NC z napędami krokowymi,

• maksymalna częstotliwość robocza decydująca o maksymalnej prędkości ruchu posuwowego,

• maksymalna częstotliwość sygnałów sterujących podczas rozruchu lub hamowania, zwana częstotliwością start–stopowa,

• maksymalny moment napędowy rozwijany przez silnik,

• moc rozwijana przez silnik krokowy.

SERWONAPĘDY

Budowa serwonapędu

Serwonapęd przedstawiony składa sie z regulatora położenia typu P, regulatora prędkości typu P, silnika serwonapędowego przyjętego jako element inercyjny I-rzedu, stołu obrabiarki o masie m napędzanego silnikiem poprzez przekładnie pasowa i śrubową. W celu zamiany prędkości ruchu stołu na położenie wprowadzono element całkujący przedstawiający łańcuch kinematyczny. Najważniejszym elementem tego serwonapędu, ze względu na sterowanie, jest regulator położenia. Jest to regulator proporcjonalny, którego transmitancja wynosi: G(s) =kv

Schemat blokowy serwonapędu:

REGULATORY PRĘDKOŚCI I POŁOŻENIA

Regulatory typu P

Serwonapędy z regulatorami proporcjonalnymi P należą do najpopularniejszych. Sygnał sterujący Us napędu posuwu jest proporcjonalny do różnicy e między przemieszczeniem zadanym a rzeczywistym. Takie serwonapędy odznaczają się wystarczającą dokładnością (błędy konturu wynoszą ok. ) dla prędkości posuwu nie przekraczającej 250 mm/min. Dla takich prędkości pozostałe przyczyny błędów konturu, jak: błędy geometrii obrabiarki, błędy cieplnych odkształceń, odkształcenia sprężyste układu OUPN, są istotniejsze niż wynikające z istnienia uchybów regulacji położenia w serwonapędach. Dlatego regulatory typu P będą w dalszym ciągu stosowane w serwonapędach obrabiarek NC średniej dokładności, w których są stosowane konwencjonalne narzędzia skrawające, uniemożliwiające skrawanie z prędkościami większymi niż 150-200 m/min. Rozwiązania konstrukcyjne z regulatorami typu P należą do najtańszych i niezawodnych w działaniu.

Regulatory typu PID

Regulatory typu PID generują sygnał U sterujący silnikiem posuwu, który jest proporcjonalny do trzech składników: składnika proporcjonalnego P (współczynnik wzmocnienia kP), składnika całkującego I (stała całkowania TI) oraz składnika różniczkującego D (stała różniczkowania TD). Transmitancja analogowego regulatora PID ma postać:

Składnik całkujący I umożliwia wyeliminowanie uchybu statycznego (jaki występuje w regulatorach typu P), tj. uchybu w stanie ustalonym, eliminowanie innych zewnętrznych zakłóceń oraz poprawę dynamiki serwonapędu. Składnik różniczkujący D ma wpływ na kształtowanie przebiegów dynamicznych w stanach nieustalonych, umożliwiając zmniejszenie przeregulowań. Ponieważ w obwodzie każdego serwonapędu znajduje się człon (składnik) całkujący (rolę składnika całkującego pełnią sanie obrabiarki, których przemieszczenie jest całką z prędkości posuwu), to obwód regulacji z dwoma składnikami całkującymi jest bardzo podatny na utratę stabilności. Oznacza to, że nastawy kp, TI, TD muszą być bardzo precyzyjne. Ponieważ w rzeczywistości serwonapęd sterowany jest impulsowo, a nie ciągle, to dobór nastaw regulatora PID jest często realizowany przez komputerową symulację działania całego serwonapędu. Do wad serwonapędów z regulatorami PID należą:

- niezbyt korzystne realizowanie tzw. torów narożnikowych i konturów nieliniowych,

- znaczne przeregulowania.

Regulator ze sprzężeniem w przód (Feedforward)

Układy regulacji z klasycznym ujemnym sprzężeniem zwrotnym wymagają istnienia uchybu regulacji, czyli swoistego błędu. Bez istnienia takiego błędu serwonapęd nie może działać. Koncepcja układu regulacji ze sprzężeniem w przód jak gdyby "wyprzedza" pojawienie się uchybu, generując sygnał sterujący, "przewidujący" konieczność pojawienia się odpowiedniego uchybu. Na rysunku 3 przedstawiono schemat serwonapędu ze sprzężeniem w przód. Sterownik FF (feedforward) ze sprzężeniem w przód od przyspieszenia i prędkości zaprogramowanych, opracowany przez Pritschowa, należy do zweryfikowanych i praktycznie stosowanych. Sterowniki FF są najlepsze do realizacji ciągłych liniowych konturów przy obróbce z dużymi prędkościami skrawania, pod warunkiem dobrego (zgodnego z rzeczywistym) modelu napędu. Dodatkowo konieczny jest klasyczny regulator ze sprzężeniem zwrotnym, aby skutecznie likwidować wpływy tarcia i innych zakłóceń.

Układ nadążny (śledzący) – zadaniem układu jest wymuszanie nadążania wielkości wyjściowej za nieznanymi wcześniej zmianami wzorca. Ruch osi obrabiarki odbywa sie tylko wtedy gdy występuję uchyb położenia. Jest to podstawowa cecha proporcjonalnego regulatora położenia w serwonapędzie. Taki układ jest często zwany układem nadążnym (oś nadąża za sygnałem położenia zadanego). Δ=v/ kv. Ruch osi obrabiarki będzie odbywał sie tylko wtedy gdy współczynnik kv będzie różny od zera (zawsze jest większy od zera) oraz gdy uchyb położenia jest różny od zera. Zadana prędkość ruchu osi jest proporcjonalna do współczynnika kv oraz wartości uchybu położenia.

Uchyb położenia

Uchyb położenia jest obliczany jako różnica wartości zadanej i rzeczywistej, można powiedzieć że jest to błąd położenia. W związku z tym na wyjściu z regulatora położenia pojawia sie sygnał odpowiadający prędkości zadanej v, której wartość można obliczyć z zależności: v=Kv∗ Δ

Minimalizacja błędu pracy obrabiarki i współczynnik Kv

Dążąc do zminimalizowania błędu pracy obrabiarki należy odpowiednio dobrać współczynnik wzmocnienia kv. Mała wartość tego współczynnika powoduje, że błąd uchybu jest duży, natomiast zbyt duża wartość może powodować przesterowanie. Dlatego też dla poprawnej pracy obrabiarki NC wymagane jest odpowiednie ustawienie współczynników kv dla każdej sterowanej osi. Można to zrobić eksperymentalnie na obrabiarce lub wykorzystując równania i działania automatyki liniowej. W tym celu dla poszczególnych elementów schematu serwonapędu należy wyznaczyć równania transmitancji oraz jej parametry. Jak wspomniano wcześniej transmitancja regulatora położenia wynosi (element proporcjonalny):

v G(s)=k, natomiast transmitancja regulatora prędkości (również element proporcjonalny):

G(s)=Kp

Minimalizacja błędu konturu może być osiągana trzema sposobami:

- stosowanie bardziej wyrafinowanych regulatorów położenia poszczególnych

serwonapędów,

- stosowanie dodatkowych regulatorów ze sprzężeniem w przód (ang. feedforward)

- stosowanie regulatorów ze sprzężeniem skośnym (ang. Cross-Coupling-Controller).

SILNIKI LINIOWE:

Budowa silnika liniowego :

• części pierwotnej

• części wtórnej

Część pierwotna jest wykonana w formie trójfazowego uzwojenia (U, V, W), zasilanego trójfazowym prądem przemiennym. Prędkość przemieszczania się wektora strumienia magnetycznego jest wprost proporcjonalna do częstotliwości prądu zasilającego. Najczęściej część pierwotna jest ruchoma (jest to część prowadnika, na którym spoczywa albo przedmiot obrabiany, albo narzędzie skrawające) i przemieszcza się po prowadnicach.

Część wtórna silnika jest elementem prowadnicy. Ma konstrukcję w postaci:

• listwy w formie grzebienia (rdzeni) z nawiniętym (wokół każdego rdzenia) miedzianym uzwojeniem w przypadku silnika asynchronicznego,

• liniału z magnesami trwałymi rozmieszczonymi na całej długości prowadnicy w przypadku silnika synchronicznego liniału z elementami z materiału ferromagnetycznego rozmieszczonymi wzdłuż

Zalety silników prądu przemiennego w stosunku do silników asynchronicznych :

- większy o 50 - 100% stosunek siły posuwu do masy silnika,

• bardzo niewielkie nagrzewanie się części wtórnej (statora silnika); w silnikach asynchronicznych na skutek indukowania SEM następuje silne nagrzewanie się statora,

• siła przyciągająca ruchomą część pierwotną do nieruchomych prowadnic występuje przez cały czas, niezależnie czy napęd jest włączony, czy wyłączony i osiąga wartości 100 140 kN/m2 czyli jest wielokrotnie większa niż siła posuwu; w silnikach asynchronicznych siła przyciągająca część pierwotną występuje tylko po włączeniu zasilania silnika i dlatego w stanie wyłączonym prowadnik swobodnie spoczywa na prowadnicy) ,

• silniki asynchroniczne cechuje duże zapotrzebowanie prądowe, wynikające z istnienia prądu magnesującego.

Zalety silników asynchronicznych (w stosunku do synchronicznych):

• zdecydowanie niższy koszt części wtórnej silnika, której długość odpowiada zakresowi przesunięć liniowych; część nieruchoma silnika jest wykonana w postaci miedzianych uzwojeń; natomiast w silnikach synchronicznych są to magnesy trwałe, wykonane z bardzo kosztownych materiałów. Im dłuższy przesuw liniowy, tym koszt silnika synchronicznego jest większy niż asynchronicznego,

• w stanie wyłączonym (nie zasilanym) między obiema częściami silnika (ruchomą i nieruchomą) nie występują żadne siły przyciągające (w stanie załączonym siła przyciągająca część pierwotną do prowadnic osiąga wartość do 140 kN/m ); ułatwia to montaż silnika, np. usuwanie drobnych opiłków, wiórów itp.; w silniku synchronicznym siła przyciągająca występuje niezależnie od zasilania silnika; jest ona bardzo duża, co zdecydowanie utrudnia usuwanie metalowych zanieczyszczeń, a w pewnych przypadkach prowadzi do niebezpieczeństwa wystąpienia dużych nacisków na prowadnicach.

PRZEKŁADNIE ELEKTRONICZNE

Budowa przekładni elektronicznej

Podstawowa przekładnia elektroniczna łączy dwa wały: wejściowy i wyjściowy, który jest napędzany silnikiem serwonapędowym. Do obu wałków przyłączone są przyrostowe przetworniki obrotowo-impulsowe, które generują sygnały prostokątne o częstotliwościach proporcjonalnych do prędkości ruchu. Sygnały z przetworników są przesyłane do dzielników częstotliwości. Sygnały z dzielników są porównywane w komparatorze fazy, którego wartością wyjściowa jest sygnał proporcjonalny do różnicy faz sygnałów z licznika D1 i D2 co stanowi błąd przełożenia przekładni elektronicznej.

Zastosowanie przekładni elektronicznej

Przekładnie elektroniczne znalazły zastosowanie w takich urządzeniach jak:

- urządzenia transportowe – napęd wałków taśmociągu,

- walcarki – napęd wielu wałków walcarki,

- maszyny drukujące – napęd wałków prowadzenia papieru,

- obrabiarki do kół zębatych.

PRZETWORNIKI POMIAROWE:

Przetwornik pomiarowy - jest narzędziem służącym do przetwarzania, (z określoną dokładnością i wg określonego prawa), sygnału pomiarowego, tj. sygnału zawierającego informację o wartościach wielkości fizycznych i związkach między nimi. Przetwornik pomiarowy może być samodzielnym urządzeniem pomiarowym lub stanowić jego część. Sygnał przetwarzany (wejściowy) i sygnał przetworzony (wyjściowy) przenoszą informację w postaci liczb.

Właściwości przetworników pomiarowych:

• pomiar z określoną dokładnością

• pomiar z określoną powtarzalnością

• odpowiednia rozdzielczość (krok)

• odpowiednie pasmo przenoszenia (od 1Hz do 2kHz)

• liniowość – proporcjonalność w całym zakresie

• odporny na drgania, pyły itp.

Układy pomiarowe:

1. bezpośredni (czujnik optyczny, liniał, stół obrabiarki)

2. pośredni (układ pomiarowy, koło zębate, zębatka, stół obrabiarki)

Induktosyn - wielobiegunowy przetwornik indukcyjny o drukowanym uzwojeniu stojana i wirnika; służy do przekazywania kąta (i. obrotowy) lub przesunięcia liniowego (i. liniowy); stosowany gł. w układach sterowania obrabiarkami i urządzeniach nawigacyjnych.

Liniały inkrementalne – wersja liniowa enkodera obrotowego. Optoelektroniczne inkrementalne układy pomiarowe mogą pracować w świetle przechodzącym - jako tzw. transmisyjne lub w świetle odbitym - jako tzw. Refleksyjne, które zawierają pola odbijające i pochłaniające strumienie świetlne. Wówczas wzorcami są albo liniały szklane, albo liniały stalowe.

Przetworniki obrotowo-impulsowe (enkodery) - są przeznaczone do pomiaru przemieszczeń kątowych, a więc zarówno do pomiaru kąta jak i prędkości kątowej. Z pomocą napędu paskowego, zębatki lub koła ciernego mogą być mierzone z ich pomocą również przemieszczenia liniowe. Przetworniki te pozwalają na określenie pozycji względnej przez zliczanie impulsów. Charakterystyczną cechą tych urządzeń jest stała, niezmienna ilość impulsów na jeden obrót, odpowiadająca rozdzielczości systemu pomiarowego.

OBRABIARKI

Układy współrzędnych

Oznaczenia osi:

Układ narzędzia: X, Y, Z, U, V, W, P, Q, R, A, B, C

Układ przedmiotu: X’, Y’, Z’, U’, V’, W’, P’, Q’, R’, A’, B’, C’

Informacje potrzebne do sporządzenia programu pracy obrabiarki:

1. informacje geometryczne (dotyczące kształtu o wymiarów przedmiotu obrabianego, oraz usytuowanie narzędzia względem przedmiotu)

2. Informacje technologiczne (dotyczące warunków skrawania i przebiegu obróbki)

Charakterystyka napędu głównego obrabiarki to wykres mocy lub momentu obrotowego w funkcji prędkości (np. obrotowej).

HSM/HSC

Obróbki szybkościowe (wysokowydajne) HSM trudno jednoznacznie zdefiniować. Obecnie terminem HSM określa się kompleksowe obróbki wysokowydajne, z uwzględnieniem systemów transportu przedmiotów obrabianych. Rozwój technologii HSM doprowadził do wyodrębnienia i jednakowego traktowania zagadnień szybkościowych (HSx) i dotyczących materiału (Hx). W zakresie szybkościowym rozróżnia się HSC (High Speed Cuting), HSS (High Speed Spindle), HFM (High Feed Machining), HSFM (High Speed and Feed Machining) oraz HPM (High Productive Machining), zagadnienia te rozpatrywane są przede wszystkim w związku z parametrami obróbkowymi. Obszar materiałowy dotyczy obróbek materiałów twardych, o twardości od 45 do 63 HRC, stosuje się w nim określenie HC (Hard Cutting), obejmujące HT (Hard Turning), HM (Hard Milling), a także HD (Hard Drilling).

Zalety HSM:

• wysokie tempo usuwania naddatku,

• lepsze jakości powierzchni

• skrócenie czasu produkcji,

• mniejsze siły skrawania,

• korzystne rozpraszanie energii cieplnej, powodujące zmniejszenie odkształceń przedmiotu obrabianego.

Wady HSM:

• nadmierne zużycie narzędzia,

• wymóg specjalnych narzędzi (materiały, dokładne wykonanie, koszt)

• konieczność stosowania specjalnych obrabiarek, wyposażonych w zaawansowane wrzeciona, prowadnice, systemy chłodzenia i stabilizacji temperaturowej, oprawki narzędziowe, zapewniające współosiowość i wyważenie narzędzia.

Łoża mineralne:

- duża zdolność do tłumienia drgań

- obniżenie środka ciężkości obrabiarki

- brak korozji, absorbowania wilgoci

- mniejsza pojemność cieplna

- niska energochłonność przy wytwarzaniu

- łatwa utylizacja

Elektrowrzeciona :

- przyspieszenie 0-60000 obr/min poniżej 2s

- bicie osiowe w granicach

Uzwojenia przeniesione na tył wrzeciona

Napędy liniowe:

- eliminacja błędów mechanicznych

- odporność napędu na zużycie

- dokładność rzędu 0,003-0,008mm

- wysokie przyspieszenie (4-6g)

- wysokie prędkości posuwów (60-80 m/min)

Obróbka HSM (High Speed Maschining):

Obróbka skrawaniem przy wysokich prędkościach obrotowych oraz przy dużym posuwie powierzchniowym (obroty wrzeciona zawarte w przediale 7000-80000 obr/min, a nawet 120000 obr/min).

Rodzaje:

- HSC( high Speer cutting) [Vc] – duże prędkości skrawania

- HSS – duże prędkości obrotowe wrzeciona przy dużych średnicach narzędzia

- HFM – duży posuw

- HSFM – obróbka wykańczająca materiałów twardych przy dużym Vc i Vf

Cechy obrabiarki do obróbki szybkościowej:

- wysokoobrotowe wrzeciona

- wysokie prędkości posuwów

- wysokie przyspieszenia we wszystkich osiach

- systemy chłodzenia i stabilizacji temperaturowej maszyny

1. wymagania: ogólna ściema: muszą działać w różnych płaszczyznach, dawać możliwość wykorzystania dużej liczby narzędzi, pozwalać na obróbkę HSM, działać cicho, pozwalać na stworzenie elastycznego gniazda produkcyjnego, zużywać mało energii, mieć dużą wydajność itd.

najlepiej wrzucić pytanie w google

2.

2.1. nic nie miałam

2.2. schemat blokowy z zajęć, z tablicy (chyba było zdjęcie na forum)

3.

3.1. podział: sterowanie WOP, sterowanie ręczne, sterowanie automatyczne (niektórzy mieli jeszcze CAD/CAM)

3.2. interpolator - napisałam, że służy do określania drogi narzędzia, istnieje interpolacja liniowa i kołowa

3.3. oś X, kierunek zgodny z ruchem narzędzia

4.

4.1. napędy główne - w sumie za dużo nie napisałam, wrzuciłam 2 wykresy ze ściągi z charakterystyką mocy i coś tam jeszcze

4.2. napędy posuwowe - chyba tu były te rysuneczki z wykładu, które przerysowałam od Huberta ;P

4.3. prowadnice - opisałam te 3 rodzaje z silnika synchronicznego i asynchronicznego (te liniały z grzebieniem i magnesami), sama nie wiem czy coś więcej miałam

4.4. korpusy otwarte, zamknięte, sztywne itd., za dużo nie miałam