«Проектирование шагового двигателя в системах с числовым программном управлении»

Опыт использования станков с ЧПУ показал, что эффективность их применения особо возрастает при требуемом повышении точности, усложнении условий обработки, при необходимости в процессе обработки взаимного перемещения детали и инструмента в пяти-шести координатах, при многоинструментальной многооперационной обработке деталей с одного установа и т. п.

Во второй главе дипломной работы приведены конструктивные особенности станков с ЧПУ и рассмотрены приводы главных движений и вспомогательных механизмов этих станков. Современные быстродействующие шаговые двигатели являются модифицированными синхронными электрическими машинами, обмотки которых возбуждаются несинусоидальными сигналами, т. е. прямоугольными или ступенчатыми импульсами напряжения с изменяющейся в широких пределах частотой. Шаговые приводы позволяют существенно снизить общую стоимость станка и поэтому их устанавливают в самых простых, маленьких станках.

В данной дипломной работе проведен литературный обзор функциональных особенностей моделей УЧПУ различных поколений, приведена классификация и принципы работы систем УЧПУ. Рассмотрены основные типы электродвигателей и приведен анализ шагового двигателя, как привода системы ЧПУ.

Проведена разработка микропроцессорной системы на основе микроконтроллера для шагового двигателя. AT90S2313 является 8-ми разрядным CMOS микроконтроллером с низким энергопотреблением, основанным на усовершенствованной AVR RISC архитектуре.

По результатам выполнения разработана структурная и функциональная схемы устройства. Проведена разработка программного обеспечения микроконтроллера и отладка программного обеспечения. Главной задачей программы является формирование импульсных последовательностей для 4-х обмоток двигателя. Основная программа выполняет вычисление мгновенных значений скорости и периода следования шагов по результатам расчета длительность выполнения функции примерно 3 мкс, что соответствует 12%-й загрузке процессора. Это означает, что имеются значительные резервы вычислительных ресурсов.

Разработка аппаратных средств включает в себя разработку общей принципиальной схемы, разводку топологии плат, монтаж макета и его автономную отладку. На этапе ввода принципиальной схемы и разработки топологии используются распространенные системы проектирования типа «ACCEL EDA».

В процессе выполнения была составлена схема замещения и определены параметры схемы в именованных и в относительных единицах . Проведен расчет трёх установившихся режимов электрической системы : без АРВ , с АРВ ПД , и для ремонтной схемы при АРВ ПД, в относительных единицах, построены три угловые характеристики, соответствующие указанным режимам. По характеристикам определены пределы передаваемой мощности при различных типах системы возбуждения генератора и запас статической устойчивости. По значению коэффициента запаса статической устойчивости можно сказать, что в целом система статически устойчива. Значение коэффициента запаса статической устойчивости для режима « без АРВ » не превышает нормативного коэффициента запаса, что говорит о неустойчивости системы при использовании генераторов без системы АРВ. Зато в остальных режимах коэффициенты запаса превышают минимально-необходимые значения, на основании чего можно сказать, что при использовании генераторов снабженными АРВ система является статически устойчивой.

Расчёт коэффициента запаса статической устойчивости для режима максимальных нагрузок для всех видов АРВ показал, что коэффициент запаса статической больше допустимого предельного значения 20 %. Таким образом систему в данных случаях можно считать устойчивой, Анализируя системы возбуждения шагового двигателя можно заметить, что с увеличением скорости регулирования возбуждения , растёт предел передаваемой мощности, а значит и коэффициент запаса статической устойчивости.