Разработка макета для исследования металлических проводниковых материалов

   

Таблица 2.1 Основные функции  токарного станка и прокатного стана

 

Основные части и узлы токарного станка

Токарный  станок,  оборудованный  вспомогательным оборудованием  для нарезания резьбы, называют токарно-винторезным станком. На рисунке 2.2 схема общего вида токарно-винторезного станка.

Рисунок 2.2 Схема общего вида токарно-винторезного станка

1 – передняя бабка с коробкой скоростей

2 – гитара сменных  колес

3 – коробка подач

         4 – станина

         5 – фартук

6 – суппорт

7 – задняя бабка

8 – шкаф с электрообордованием

 

Передняя бабка - чугунная коробка, в которой находится главный рабочий орган станка - коробка скоростей и шпиндель.

Гитара - предназначена для настройки станка на требуемую величину подачи или шаг нарезаемой резьбы путем установки соответствующих сменных зубчатых колес.

Коробка подач - это механизм, которые передает вращение от шпинделя к ходовому винту или ходовому валу. Она позволяет изменять скорость движения подачи суппорта (величину подачи). Вращательное движение в коробке подач передается от шпинделя через реверсивный механизм и гитару со сменными зубчатыми колесами.

Станина - массивное чугунное основание, где смонтированы основные механизмы станка. Верхняя часть станины состоит из двух призматических и двух плоских направляющих, по которым передвигаются задняя бабка и суппорт. Станина закреплена на двух тумбах.

Шпиндель – имеет вид  полого вала. Справа на шпинделе крепятся приспособления, зажимающие заготовку. Шпиндель получает вращение от расположенного в левой тумбе электродвигателя через систему зубчатых колес, клиноременную  передачу и муфты, которые размещены  внутри передней бабки. Этот механизм называется коробкой скоростей и  позволяет изменять частоту вращения (число оборотов в минуту) шпинделя.

 

Суппорт механизм для обеспечения движения подачи и установки резца, т. е. передвижения резца в разные стороны. Движение подачи может производится механически или вручную. Механическое движение подачи к суппорту поступает от ходового винта или ходового вала (во время нарезании резьбы).

Суппорт состоит из каретки, которая перемещается по направляющим станины, фартука, в котором расположен механизм преобразования вращательного  движения ходового вала и хо­дового винта в прямолинейное движение суппорта, механизма поперечных салазок, меха­низма резцовых (верхних) салазок, механизма резцедержателя.

Задняя бабка  предназначается  для поддержания конца длинных  заготовок в процессе обработки, а также для закрепления и  подачи стержневых инструментов (сверл, зенкеров, разверток).

Электрооборудование станка размещено в шкафу. Включение и выключение электродвигателя, пуск и остановка станка, управление коробкой скоростей и коробкой подач, управление механизмом фартука и т. д. производится соответствующими органами управления (рукоятками, кнопками, маховиками).

 Для закрепления заготовок  на токарном станке применяют: патроны, планшайбы, цанги, хомуты, люнеты, оправки. Для контроля точности обработки деталей токарь использует штангенциркули, микрометры, калибры, шаблоны, угломеры и другие измерительные инструменты.

 

2.2.1 Система  управления токарным станком

 

Основу схемы системы  управления составляет микроконтроллер PIC16F876 фирмы Microchip с объемом программной памяти до 8 Кб. Работая в соответствии с программой, контроллер анализирует входные сигналы, поступающие на PORTC, и выдает управляющие сигналы через PORTB, PORTA 3 - 5. Управляющая программа, написанная на языке программирования С, обеспечивает выполнение всех функций и режимов работы станка, описанных в паспорте на него.

 Микроконтроллерная часть  устройства гальванически развязана  от периферийной части схемы,  что обеспечивает высокую надежность  и помехоустойчивость системы  с целом. Конструктивно СУ выполнена в виде двух плат: управляющего контроллера, расположенного в электрическом шкафу, и выбора и индикации скоростей в выносном пульте.

 

 

Рисунок 2.2 Схема электрическая  принципиальная. Управляющий контроллер

 

Входные цепи образованы схемой на основе оптронов VT1 - VT8. Резисторы R1 - R8 ограничивают ток на входе до 20 мА при напряжении питания датчиков 24 В. Диоды VD3 - VD8 предохраняют схему  от напряжения обратной полярности, VD1, VD2 образуют вход для датчиков, запитанных переменным током. Конденсаторы C1 - C8 отфильтровывают импульсные помехи, случайно попадающие на вход схемы. Стабилитроны VD9 - VD16 служат для формирования гистерезиса при переключении сигнала, что обеспечивает дополнительную защиту от помех. Светодиоды VD17 - VD24 индицируют наличие сигнала на входе. С коллекторов транзисторных оптронов входные сигналы поступают на PORTC микроконтроллера.

 С выходов  PORTB, PORTA 3 - 5 DD1 через оптронную развязку на    VT9 - VT18 включаются реле KV1 - KV10. Переключающие контакты реле управляют исполнительными элементами электрической схемы станка. Светодиоды VD28 - VD37 индицируют наличие управляющего сигнала на катушках реле.

 Микроконтроллер питается  от стабилизатора напряжения +5 В, собранного на базе элементов VD25, DA1. Реле и входные цепи запитываются от внешнего нестабилизированного источника +24 В.

 

 

Рисунок 2.3 Схема электрическая  принципиальная. Индикация скоростей

 По выводам RA0 - RA2 микроконтроллер  связан со схемой индикации  и выбора скоростей, которая  питается от стабилизатора +5 В.  При нажатии на одну из 9-ти  кнопок переключения скоростей,  коммутируется резистивный делитель  напряжения, и на вход АЦП RA0 микроконтроллера подается уровень  напряжения INP_A, соответствующий выбираемой  скорости. Микроконтроллер измеряет  входное напряжение и по его  величине определяет, какую скорость  необходимо включить, что он и  делает, коммутируя соответствующие  электромагнитные гидроклапаны коробки скоростей посредством сигналов PORTB. Для индикации выбранной скорости, микроконтроллер обнуляет счетчик DD1 сигналом REZET и по цепи INC загружает в него число, равное номеру выбранной скорости. Счетчик К561ИЕ8 позиционный десятичный - через один из транзисторных ключей он засвечивает светодиод, соответствующий номеру включенной скорости. Далее цикл опроса кнопок периодически повторяется.

 Такое техническое  решение принято в силу необходимости  экономии выводов микроконтроллера  и сокращения числа связей  между управляющим контроллером, расположенным в электрическом  шкафу станка и выносным пультом индикации и выбора скоростей.

 

2.2.2 Программа  для микроконтроллера PIC16F876

 

/*********************************************************************************

*

* 16Б25ПСп. Управляющая  программа.

*

**********************************************************************************

*

*

**********************************************************************************

*

* Процессор PIC16f876, Fosc = 4,9152 МГц.

*

*********************************************************************************/

 

#include <pic.h>

#include <math.h>

 

__CONFIG(DEBUGDIS & UNPROTECT & LVPDIS & BORDIS & PWRTEN & WDTDIS & HS & DUNPROT);

 

#define BITNUM(adr,bit)((unsigned)(&adr)*8+(bit))     //Адреса входов-выходов.

#define ON 1                                                                     //Включено - высокий уровень.

#define OFF 0                                                                  //Выключено - низкий уровень.

#define PAUSE 2                                                            //Константа выдержки времени.

 

// В Ы Х О Д А :

static bit INC                    @ BITNUM(PORTA,1);         //Загрузка индикатора скоростей.

static bit REZET              @ BITNUM(PORTA,2);         //Сброс ---- ----.

static bit TIME_ENDED @ BITNUM(PORTA,3);         //Отключение главного привода.

static bit RUN                  @ BITNUM(PORTA,4);         //Ход программы.

static bit SUP_BLOCK  @ BITNUM(PORTA,5);         //Отключение суппорта.

static bit EM1                  @ BITNUM(PORTB,7);         // ЭМ1 гидропривода.

static bit EM2                  @ BITNUM(PORTB,6);         // ЭМ2 ----.

static bit EM3                  @ BITNUM(PORTB,5);         // ЭМ3 ----.

static bit EM4                  @ BITNUM(PORTB,4);         // ЭМ4 ----.

static bit EM5                  @ BITNUM(PORTB,3);         // ЭМ5 ----.

static bit EM6                  @ BITNUM(PORTB,2);         // ЭМ6 ----.

static bit EM7                  @ BITNUM(PORTB,1);         // ЭМ7 ----.

 

// В Х О Д А :

static bit SP_ON             @ BITNUM(PORTC,0);         //Включение шпинделя.

static bit PUCH               @ BITNUM(PORTC,1);         //Режим "Толчок".

static bit S_S_BLOCK  @ BITNUM(PORTC,2);         //Блокировка шпинделя и суппорта.

static bit DIR_MOVE      @ BITNUM(PORTC,3);         //Прямой ход.

static bit INV_MOVE      @ BITNUM(PORTC,7);         //Обратный ход.

static bit GEN_BLOCK  @ BITNUM(PORTC,5);         //Общая блокировка.

static bit INP_AN            @ BITNUM(PORTA,0);         //Вход переключения скоростей.

 

bit FLAG_GEN;                 //Флаг главной блокировки.

bit FLAG_S_S;                 // -- блокировки суппорта и шпинделя.

bit FLAG_PUCH;              // -- включения режима "Толчок".

bit FLAG_SPEED;           // -- переключения скоростей.

bit FLAG_NEITR;             // -- перехода на нейтраль.

bit FLAG_SP;                   // -- включения шпинделя.

bit FLAG_DIR_MOVE;   // -- --- прямого хода.

bit FLAG_INV_MOVE;   // -- --- обратного хода.

 

unsigned char SPEED=0;     //Скорость шпинделя.

unsigned int DELAY=0;         //Выдержка времени.

 

/*********************************************************************************

*

* Универсальный стоп

*

*********************************************************************************/

 

void stop(void)

{

    if(EM1||EM2||EM3||EM4||EM6||EM7)                             //Если какой - либо из электромаг-

    {                                                                                         //нитов включен,

        EM1=EM2=EM3=EM4=EM5=EM6=EM7=OFF;     //отключаем все ЭМ гидропривода,

        DELAY=PAUSE*15000;                                             //время на выключение

        while(DELAY--!=0);                                                     //примерно 0,1 сек.

        EM5=EM6=ON;                                                           //Включение тормоза,

        DELAY=PAUSE*25000;                                           //время на торможение 

        while(DELAY--!=0);                                                     //примерно 2 сек.

        EM5=EM6=OFF;                                                        //Отключение тормоза.

    }

}

 

/*********************************************************************************

*

* Переключение скоростей

*

*********************************************************************************/

 

unsigned char speed_switch(void)

{

    unsigned char _SPEED;                                                     //Временное значение скорости.

    unsigned char COUNT;                                                       //Счет импульсов для индикации.

 

    ADGO=ON;                                                                          //Измерение напряжения с

    while(ADGO);                                                                       //переключателя скоростей.

    REZET=ON;                                                                         //Сброс индикатора скоростей.

    if((ADRESH>=213)&&(ADRESH<240))_SPEED=1;    //Выбор скорости

    if((ADRESH>=187)&&(ADRESH<213))_SPEED=2;     //в зависимости

    if((ADRESH>=164)&&(ADRESH<187))_SPEED=3;     //от напряжения

    if((ADRESH>=140)&&(ADRESH<164))_SPEED=4;     //с переключателя

    if((ADRESH>=117)&&(ADRESH<140))_SPEED=5;     //скоростей.

    if((ADRESH>=96)&&(ADRESH<117))_SPEED=6;       //

    if((ADRESH>=75)&&(ADRESH<96))_SPEED=7;         //

    if((ADRESH>=53)&&(ADRESH<75))_SPEED=8;         //

    if((ADRESH>=19)&&(ADRESH<53))_SPEED=9;         //