Разработка мехатронного модуля вертикальной подачи фрезерного станка на базе шагового двигателя Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Секция « Технологические и мехатронные системы в производстве ракетно-космической техники»

УДК 004.75.896.621

РАЗРАБОТКА МЕХАТРОННОГО МОДУЛЯ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПОДАЧИ ФРЕЗЕРНОГО СТАНКА НА БАЗЕ ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

М. Е. Праздников, Т. А. Королёва, И. А. Сивов, В. А. Трегубович Научный руководитель - В. А. Будьков

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 Е-mail: [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]

Представлена разработка мехатронного модуля вертикального перемещения шпинделя фрезерного станка на базе шагового двигателя с компьютерным управлением.

Ключевые слова: шаговый двигатель, программное управление, мехатронный модуль дви-жения(ММД), мехатроника.

DEVELOPMENT OF MECHATRONIC MODULE VERTICAL MILLING MACHINE ON THE BASIS OF THE STEPPER MOTOR

M. E. Prazdnikov, T. A. Korolyova, I. A. Sivov, V. A. Tregubovich Scientific Supervisor - V. A. Budkov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]

Describes the development of mechatronic module of vertical travel spindle milling machine on the basis of a stepping motor with computer control.

Keywords: stepper motors, software control, mechatronic module Movement (MMD), mechatronics.

Для создания современных технологических машин, предназначенных для работы в различных областях науки и техники, необходимы мехатронные модули, удовлетворяющие ряду требований: высокой точности реализации исполнительных движений, надежности, долговечности, возможности работы при наличии различных видов возмущений и в широком диапазоне температур окружающей среды, а также значительно меньшим массогабаритным показателям по сравнению с обычным электроприводом.

Мехатронный модуль движения (ММД) представляет самостоятельное изделие, состоящее из механической, электрической (электротехнической) и информационной частей. Используются индивидуально и в различных комбинациях с другими модулями [1].

Цель проектирования ММД - преобразование исходных данных в конструкторскую реализацию и соответствующую документацию, по которой может быть изготовлена система, удовлетворяющая сформулированным требованиям.

Разработанный мехатронный модуль, рассматривался как часть некоторой мехатронной подсистемы, которая в свою очередь являлась частью более крупной мехатронной системы. Такое деление может считаться достаточно типичным, так как уровень сложности современных мехатронных систем заставляет уже при проектировании разбивать их на более мелкие подсистемы [2].

Для достижения поставленной цели, проектирование выполняли в два этапа. На первом этапе проектирования была сформулирована задача (определены силы при фрезеровании концевой фрезой, скорость подачи, а также приблизительная масса шпинделя, для учёта его силы

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2017. Том 1

тяжести). На втором этапе была разработана принципиальная схема, для достижения необходимых сил и скоростей резания, выявлены наиболее важные технические характеристики модуля, вытекающие из его схемы и назначения, и затем подробно прорабатывалась конструкция.

Основные части ММД: механическое устройство, исполнительные двигатели, силовые преобразователи, устройство компьютерного управления и информационное устройство [3].

Предварительно была разработана схема ММД, которая в дальнейшем при проведении расчетов уточнялась и корректировалась. Принцип работы ММД состоит в том, что вращение от шагового двигателя передаётся через муфту на винт передачи винт-гайка. Винт установлен на подшипниках в корпусе шпиндельной бабки. Гайка в свою очередь соединяется с шпиндельной бабкой. Винт, вращаясь перемещает гайку, тем самым поднимая или опуская шпиндельную бабку.

Определение положения шпиндельной бабки осуществляется с помощью концевых выключателей и оптического энкодера.

Для управления шаговым двигателем используем плату управления (ПУ). Плата спроектирована с использованием комплекта интегральных схем L297 и L298N, произведенных компанией STMicroelectronics. На управляющую плату приходят сигналы с микроконтроллера (МК). На микроконтроллер приходят сигналы с компьютера (ПК) и сигналы с датчика обратной связи (ДОС) (см. рисунок).

Функциональная схема устройства

В ходе работе было разработан мехатронный модуль вертикального перемещения шпинделя фрезерного станка с программным управлением на базе шагового двигателя. Он может быть использован для вертикальных фрезерных и сверлильных станков, а также для других специальных устройств с ЧПУ.

Библиографические ссылки

1. Егоров О. Д., Подураев Ю. В. Мехатронные модули. Расчет и конструирование : учеб. пособие. М. : МГТУ «СТАНКИН», 2004. 360 с.

2. Таугер В. М. Конструирование мехатронных модулей : учеб. пособие / УрГУПС. Екатеринбург, 2009. 336 с. ISBN 978-5-94614-128-4.

3. Мехатроника : пер с яп. / Х. Исии, Х. Иноуэ, И. Симояма и др. М. : Мир, 1988. С. 318. ISBN 5-03-000059-3.

© Праздников М. Е., Королёва Т. А., Сивов И. А., Трегубович В. А., 2017