УЧЕБНЫЙ ФРЕЗЕРНЫЙ СТАНОК С КОМПЬЮТЕРНОЙ СИСТЕМОЙ ЧПУ

Учебный фрезерный станок с компьютерной системой ЧПУ относится к области образования и предназначен для проведения лекционных занятий, практических, лабораторныхх работ по различным дисциплинам, связанным со станками, резанием, инструментом, технологией машиностроения, электроприводами, автоматизацией, числовым программным управлением, микропроцессорными системами, вычислительной техникой, современными информационными технологиями, а также для технического творчества и др.
Известен станок НСФ-4Ф4 (патент на полезную модель РФ №35457), используемый для учебных целей, содержащий регулируемый привод главного движения, следящие приводы продольной, поперечной и вертикальной подач, выполненные на коллекторных двигателях постоянного тока и управляемые одновременно, систему управления, включающую персональный компьютер, блок управления, получающий сигналы управления от параллельного порта компьютера и питающийся от специального источника вторичного напряжения, информационно-измерительную систему, включающую датчики обратной связи и конечные выключатели.
Недостатками такого исполнения для системы начального и среднего профессионального образования являются сложность конструкции, кинематики и системы управления, и, как следствие, методические сложности изучения и практического применения, высокую стоимость; отсутствие возможности перемещений рабочего стола вручную от рукояток, что затрудняет наладку, например, применение наладки на "плавающий нуль» станка, кроме того, сравнительно велики габариты блока управления.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является устранение указанных недостатков, а именно упрощение конструкции, кинематики и системы управления, уменьшение габаритов блока управления, повышение надежности, уменьшение методической сложности освоения станка при начальной и средней профессиональной подготовке, экономии электроэнергии, повышения ресурса приводов и электробезопасности станка, снижения стоимости станка, а также обеспечение удобства наладки, например, на "плавающий нуль" станка.
Для решения указанной задачи в учебном фрезерном станке с компьютерной системой ЧПУ, содержащей регулируемый привод главного движения, приводы продольной, поперечной и вертикальной подач, управляемые одновременно, комбинированную систему управления, включающую персональный компьютер и блок управления, соединенный с параллельным портом компьютера, согласно предложению, приводы подач выполнены цифровыми на базе шаговых двигателей, блок управления выполнен по системе прямого компьютерного управления на основе ШИМ- контроллеров с тремя входами по каждой управляемой координате, при этом приводы рабочего стола выполнены с возможностью наладки на "нуль станка" вручную.
Отличительной особенностью предлагаемого станка является то, что приводы подач выполнены цифровыми на базе шаговых двигателей, блок управления выполнен по системе прямого компьютерного управления на основе ШИМ- контроллеров с тремя входами по каждой управляемой координате, что позволяет уменьшить сложность конструкции, кинематики и системы управления станка, уменьшить габариты блока управления, повысить надежность, уменьшить методические сложности освоения станка при начальной и средней профессиональной подготовке, экономить электроэнергию, повысить ресурс приводов и электробезопасность станка, а также снизить стоимость станка, при этом приводы рабочего стола
выполнены с возможностью наладки на "нуль станка" вручную, что позволяет повысить удобство и уменьшить трудоемкость наладки станка.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 дан общий вид учебного фрезерного станка, на фиг.2 - структурная схема системы управления.
Учебный фрезерный станок с компьютерной системой ЧПУ содержит привод главного движения 1, шаговые приводы продольной 2, поперечной 3 и вертикальной 4 подач, блок управления 5.
Блок управления 5 посредством связи 6 от блока питания 7 соединен с вышеназванными приводами, посредством связи 8 - с сетью переменного тока, связью 9 - с параллельным портом компьютера (LPT-портом).
Блок управления 5 выполнен на основе трех ШИМ- контроллеров 10, 11, 12. имеющих каждый по три входа и соединенных с системой коммутации двигателей подач. Для наладки "на нуль" стол станка снабжен рукоятками 13, 14 для ручного перемещения.
Работа на станке осуществляется следующим образом.
Привод главного движения осуществляется от регулируемого электродвигателя, приводы подач - от реверсивных шаговых электродвигателей, питание которых напряжением 5В по связи 6, обеспечивается от блока питания 7, получающего силовое питание от сети переменного тока 220В частотой 50 Гц по связи 8.
Управление приводами подач осуществляется от параллельного порта компьютера по связи 9 специализированными микросхемами драйверов шаговых двигателей, реализующих три ШИМ- контроллера приводов подач станка 10, 11, 12, имеющих каждый по три входа. Управление приводами по осуществляется по алгоритму системной компьютерной программы обеспечивающему управляющие (коммутирующие) импульсы от контроллеров на двигатели, формирование временных задержек, реверсирование и мгновенное снятие напряжения питания с двигателей, в случае отсутствия импульсов коммутации. Питание блока управления
выполнено от блока питания персонального компьютера связью 14. Система управления обеспечивает установку "нуля станка" в любой точке его рабочей зоны (система "плавающего нуля"). Перемещения рабочего стола в "ноль станка" при наладке выполняется как от компьютера, так и от рукояток 13, 14 вручную.
На компьютерных имитаторах устройства ЧПУ (УЧПУ) реализуются все функции по наладке и программированию станка: установка нужного инструмента, ввод и редактирование управляющей программы, ввод корректоров и параметров, взаимосвязь систем координат УЧПУ, станка и детали, все режимы и подрежимы имеющихся УЧПУ, обработка виртуальной детали с использованием всех функций программирования, в том числе, сплайновой интерполяции, технологическое диагностирование управляющих программ по условиям обработки и требованиям чертежа детали. От этого же имитатора УЧПУ выполняется ввод управляющих импульсов и управление реальным станком для обработки реальной детали.
Промышленная применимость.
Функциональные и дидактические возможности предложенного учебного станка с компьютерной системой ЧПУ при лекционных, практических, лабораторных работах позволяют:
- получать знания по резанию, инструменту, станкам, технологии обработки конструкционных материалов, шаговым электроприводам, системам ЧПУ и современным информационным технологиям;
- приобретать умения и навыки по программированию и наладке станков с ЧПУ, режимам и технологии обработки деталей на станках, по наладке и эксплуатации электроприводов и систем управления;
- использовать станок для работы с внешними устройствами;
- выполнять учебно- и научно-исследовательские работы по резанию, инструменту, станкам, технологии обработки деталей и системам ЧПУ;
- использовать станок для подготовки кадров не только в вузах и техникумах, но и в школах и лицеях, в том числе, для технического творчества.