Электроснабжение

   

   Рисунок 5 – Схема управление биполярным шаговым двигателем на основе мощных составных ключей с защитными диодами на выходе.

   На  ряду с простейшими контроллерами  существуют программируемые блоки  (драйвера) управления шаговыми электродвигателями, например такие как SMSD-1.5, производства компании НПФ «Электропривод»(Рисунок 6).

   

   Рисунок 6 – Программируемый блок управления шаговым электродвигателем

   Программируемый блок управления SMSD-1.5 предназначен для управления четырехфазными и двухфазными гибридными шаговыми электродвигателями с током фазы до 1,5А. Блок управления может работать в режиме целого шага или осуществлять дробление на 1/2, 1/4, 1/8, 1/16 шага.

   Блок  может задавать направление, скорость, ускорение движения, а также работать по сложным алгоритмам (исполнительной программе), записываемым в энергонезависимую  память. Блок SMSD-1.5 может работать автономно, от компьютера (LPT-порт или USB-порт) или  от внешнего задающего контролера. Блок может работать с программами SMC_Program, StepMotor_LPT и большинством CNC-программ. Блок имеет возможность получать сигналы от внешних устройств и датчиков, а также подавать сигналы внешним устройствам. Предусмотрена функция поиска нулевой точки.

   Блок SMSD-1.5 может управляться логическими  сигналами «Направление», «Шаг»  и «Разрешение», посредством передачи исполнительных символьных команд через USB-порт, либо работать в автономном режиме.

   В блоке используются дифференциальные входы для улучшения помехоустойчивости и гибкости интерфейса.

   Функции и возможности устройства:

1. Управление шаговыми двигателями по программе, хранящейся в устройстве;
2. Запись, изменение или считывание управляющей программы в/из внутреннего энергонезависимого ПЗУ;
3. Автономная работа без участия ПК или внешнего контроллера;
4. Управление от компьютера через LPT (с усилением сигналов) или USB-порт ( виртуальный COM-порт);
5. Получение сигналов и управление шаговыми двигателями посредством логических сигналов «Шаг», «Направление» и «Разрешение»;
6. Получение ASCII команд от ПК и управление шаговым двигателем по сложному алгоритму;
7. Возможность подключения к контроллеру SMC -3;
8. Возможность работы в ручном режиме;
9. Автоматический останов шагового двигателя при поступлении сигнала от аварийного датчика;
10. Автоматическое переключение направления вращения двигателя при поступлении сигнала от датчика реверса;
11. Два дополнительных входа для приема сигналов от внешних устройств (датчиков);
12. Один дополнительный вход - для поиска начального положения;
13. Один дополнительный выход для подачи сигналов внешним устройствам;
14. Возможность синхронизации работы нескольких блоков SMSD.

   Технические характеристики:

1. Количество каналов управления шаговыми двигателями -1;
2. Диапазон частот импульсов перемещения ШД - 1 - 10000Гц;
3. Точность установки частоты - не хуже 0,2%;
4. Напряжение питания - 9 - 31В;
5. Максимальный выходной ток - 1,5А;
6. Количество дополнительных входов для получения сигналов от внешних устройств и датчиков - 3 (два для синхронизации с внешними устройствами и один - для поиска начального положения);
7. Количество дополнительных выходов для подачи сигналов внешним устройствам - 1;
8. Режимы дробления шага - 1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16.

   

   Рисунок 7 – Подключение внешнего оборудования к блоку SMSD-1.5 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   4. Применение шаговых электродвигателей

   Шаговые двигатели нашли свое применение в различных устройствах:

   1. Периферийные устройства вычислительных машин;

   2. Серийное печатающее устройство;

   3. Двухкоординатный XY-графопостроитель

   ШД используют для передвижения пера в графопостроителе, который служит для получения графического изображения результатов вичислений;

   4. Системы управления гибкими флоппи-дисками;

   5. Станки с числовым программным управленим;

   6. XY-столы и вращающиеся столы

   Устройство для управления положением на плоскости, использующее два ШД для управления движением по направлениям X и Y, называется XY –столом;

   7. Фрезерные станки

   Движением детали по трем осям во фрезерных станках с числовым программным управлением можно управлять с помощью трех ШД;

   8. Чертежные автоматы, управляемые линейными двигателями

   Шаговые двигатели используют для управления чертежной головкой чертежных автоматов$

   9. Перфоратор и считыватель ленты

   10. Устройство контроля профилей кошмовальных станков

   Это устройство используют для контроля данных на перфоленте копировальных станков с цифровым программным управлением. Шаговый двигатель служит для управления звездочкой, передвигающей перфоленту;

   11. Факсимиле

   Устройства, предназначенные для передачи документов и чертежей на расстояние с помощью телефонных линий, называются факсимиле-машинами.  
 
 

   5. Трехмерное моделирование трехосного позиционного фрезерного станка с ЧПУ

   Создание трехмерной модели требует поиска и анализа существующих аналогов трехосного позиционного фрезерного станка с ЧПУ. В качестве образца была выбрана модель станина которого выполнена из алюминиевых уголков, т.е. легкая в сборке и имеющая минимальный вес, линейное перемещение фрезы и рабочей поверхности осуществляются по средствам передачи «Винт-Гайка».

   Трехмерная модель, представленная на рисунке 8, создана в САПР Компас v.12.

   

Рисунок 8 – Трехмерная модель трехосного позиционного фрезерного станка с ЧПУ 
 
 
 
 

   6. Построение принципиальной электрической схемы и печатной платы

   Использование персонального компьютера в качестве управления работой станка требует создания печатной платы для преобразования сигналов переданных через USB порт в уровни микроконтроллера ATmega8. В качестве конвертера сигналов персонального компьютера используем микросхему FT232RL. Данная микросхема имеет не большую стоимость и не требует дополнительных обвязок, т.е. это позволит уменьшить размеры платы. По средствам микроконтроллера ATmega8 будет осуществляться управление драйверами трех шаговых двигателей.

   Принципиальная электрическая схема и печатная плата  представленные на рисунках 8 и 9 созданы в САПР P-CAD 2006.

   Рисунок 8 – Принципиальная электрическая схема управления шаговым двигателем.

   Рисунок 9 – Печатная плата …     
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   7. Конструкция трехосного позиционного фрезерного станка с ЧПУ

   7.1 Элементы механической части

   В конструкцию изученного образца  трехосного позиционного фрезерного станка с ЧПУ внесем следующие изменения:

1. Станину выполним из алюминиевого профиля с размером стороны 20 мм;
2. Передачу «Винт – Гайка» выполним из резьбовой шпильки М8 и гайки из латуни для уменьшения трения и увеличения скорости работы станка;
3. Каждый портал снабдим двумя направляющими, по которым по средствам латунных цилиндров будет перемещаться рабочая поверхность, крепление Z-портала и крепление фрезы;
4. Размеры стола 250 мм х 450 мм, размеры рабочей области стола 230 мм х 350 мм;
5. Крепление профилей станины осуществим алюминиевыми уголками и винтами М4;
6. В качестве подшипников на шпильку используем подшипник 160026 Гост 8882-75;
7. Соединение вала шагового электродвигателя и шпильки осуществляем по средствам муфты.

   7.2 Элементы электрической части

   К элементам электрической части  станка относятся:

1. 3 шаговых электродвигателя FL20STH;
2. 3 драйвера управления шаговыми двигателями SMSD-1.5;
3. Плата контроллера;
4. 6 концевых выключателей EVN2000;
5. Шпиндель ЕТL65-800;
6. Соединительные провода.

 
 

   Заключение

   При прохождение второй производственной практики на кафедре «Электрооборудование и автоматизация производственных процессов» ГОУ ВПО ЮУРГУ ЗФ, мною были изучены шаговые электродвигатели, способы и принципы управления, области их применения. На основе полученных данных были проанализированы существующие образцы и создана трехмерная модель фрезерного станка с ЧПУ, изготовлены элементы конструкций и собрана рабочий трехосный позиционный фрезерный станок с ЧПУ. 

   Созданный трехосный позиционный фрезерный  станок применим для  нарезания изделий  из пластика и изготовления основы печатных плат.