Kretanje Pltformi Pri Laserskoj Obradi Lima

MAŠINSKI FAKULTET UNIVERZITET U BEOGRADU

MEHATRONIKA Kretanje platforme pri laserskoj obradi lima

Projektni rad

List/Listova: 1

Grupa Smer Semestar Školska godina Datum: Pregledao:

2. Proizvodno mašinstvo I 2011/2012 13.01.2012.

Sadržaj: 1. Predgovor ................................................................................................................................................... 2

2. Uvod ........................................................................................................................................................... 3

2.1 Nekonvencionalni postupci obrade .................................................................................................. 3

2.2 Obrada laserom ................................................................................................................................. 4

3. Mehatroničko idejno rešenje .................................................................................................................... 6

4. Senzori i mehanika ..................................................................................................................................... 7

4.1. Senzori ................................................................................................................................................ 7

4.2. Mehanika ......................................................................................................................................... 12

4.2.1 Linearne vođice: ..................................................................................................................... 12

4.2.2 Pogonski deo: ......................................................................................................................... 17

4.2.3 Mehanički prenosni sistem: .................................................................................................. 20

5. PLC ............................................................................................................................................................ 27

6. Upravljačka jedinica ................................................................................................................................. 30

7. Algoritam ................................................................................................................................................. 31

8. Cena .......................................................................................................................................................... 32

9. Zaključak .................................................................................................................................................. 33

10. Literatura .................................................................................................................................................. 34



Projektni rad

List/Listova: 2



1. Predgovor

Mehatronika u savremenom načinu proizvodnje ima sve veću ulogu, naime danas se ni jedan proizvod ne sastoji samo od elektronskih komponenata ili samo od mehaničkh delova, tj. mehanizama, već se sastoji od suptilne integracije prethodna dva, u cilju ispunjavanja svih oštrijih zahteva tržišta.

U problemu koji u našem slučaju predstoji neophodno je, sa tačke konstruktora, rešavanju prići baš sa mehatroničke strane, koju ćemo u daljem radu izložiti.

Cilj ovog rada jeste rešavanje problema upravljanja kretanjem platforme pri laserskoj obradi lima.

Obično se, pri laserskoj obradi lima, kreće laser, ali naš virtuelni zadatak zahteva kretanje platforme pri čemu smo morali da obratimo pažnju na ključne parametre pri odabiru motora, koji će pokretati našu platformu, kao i ostalih mehaničkih komponenti.

Članovi: Broj indeksa: Zaduženje:

Jelena Mačužić Mehanika

Jelena Grubač Senzori

Tahira Pućurica Senzori

Emira Pućurica Motori

Marko Dimitrijević PLC

Dalibor Krišan Motori

Milan Došenović PLC

Nikola Knežević Mehanika



Projektni rad

List/Listova: 3



2. Uvod

2.1 Nekonvencionalni postupci obrade

Obrada novih materijala klasičnim postupcima obrade je veoma otežana, često i nemoguća. Zbog toga se, paralelno sa razvojem novih materijala, razvijaju, usavršavaju i uvode novi progresivni postupci obrade, veće produktivnosti i ekonomičnosti prerade metala. Novi, nekonvencionalni postupci obrade (NPO), su postupci kod kojih se uklanjanje viška materijala, izmena oblika, dimenzija i strukture materijala ostvaruje korišćenjem električne, hemijske, svetlosne, magnetne, nuklearne i drugih vidova energije dovedenih neposredno u proces - zonu rezanja.

Klasifikacija nekonvencionalnih postupaka obrade je moguća prema: vrsti energije i radnog (prenosnog medijuma), osnovnim mehanizmima uklanjanja viška materijala, tipu izvora energije i slično. Najčešće se nekonvencionalni postupci razvrstavaju prema vrsti energije i tipu uklanjanja viška materijala (Slika 2.1).

Slika 2.1 – Podela nekonvencionalnih postupaka prema tipu energije i tipu uklanjanja materijala



Projektni rad

List/Listova: 4



2.2 Obrada laserom Laserska metoda obrade se zasniva na korišćenju visoko koncentrisane svetlosne

energije u obliku fotonskog snopa, koja u sudaru sa materijalom prouzrokuje njegovo topljenje i isparavanje.

Osnovni element obradnog sistema za obradu laserom je laserska glava. Proces skidanja materijala pomoću lasera se vrši trenutnim topljenjem i isparavanjem materijala koji je izložen direktnom dejstvu fotonskog snopa. Istovremeno sa materijalom koji isparava odnose se i delići čvrstog materijala, koji se izvaljuju usled znatnih temperaturnih napona koji prelaze granicu jačine materijala.

Slika 2.2 – Laserska glava Slika 2.3 – Proces rezanja laserom

Usmeravanjem laserskog snopa na predmet obrade moguće je izvesti veliki broj proizvodnih operacija, kao što su bušenje, sečenje, otvrdnjavanje, nanošenje prevlaka, zavarivanje itd.

Pored lasera sa čvrstim telima ( najčešće sintetički rubin obogaćen jonima hroma ) postoje još tečni i gasni laseri. U obradi metala i nemetala se koriste samo čvrsti i gasni laseri.

Pomoću rubinskih lasera mogu se izraditi otvori prečnika i ispod 10𝜇𝑚, dok pomoću gasnog lasera najmanji prečnik otvora iznosi oko 1mm. Zahvaljujući isključivo visokom

usmerenju - fokusiranju snopa ( na površinu reda 10−6𝑚𝑚2 ), visokoj gustini energije

snopa (do 108𝑘𝑊/𝑚𝑚2), mogućnosti jednostavnog upravljanja laserskim snopom i obrade u različitim sredinama, obrada laserom dobija sve veći značaj i ima niz prednosti.

Slika 2.4 – Šematski prikaz obrade laserom



Projektni rad

List/Listova: 5



Princip rada:

Relativno slabo svetlo fleš – lampe pojačava se pomoću rubinske emisije fotona u jednom optičkom oscilatoru. Pomoću refleksnog ogledala fotonski snop napušta lasersko telo - rubinski štapić i kroz sočivo se koncentriše na obradak.

Rubinsko telo se hladi pomoću nitrogena ( do -196°𝐶 ) jer je tada efikasnije, dok se

fleš – lampa zagreva pomoću toplog vazduha. Ona radi sa frekfencijom 0,3 – 12 bljesaka u

minuti. Energija fotonskog snopa oslobađa se praktično trenutno ( do 0,002𝑠 ).

Prednosti laserske obrade:

o mogućnost sečenja dugih i preciznih kontura,

o širina reza je konstantna tokom sečenja,

o velika brzina rezanja,

o visok kvalitet obraĎene površine,

o nema potrebe za izmenama delova ukoliko bi se promenila namena,

o relativno lako upravljanje,

o malo zagrevanje u zoni rezanja.

Mane laserske obrade:

o laser je skup uređaj,

o ako se koristi gasni laser potrebni su veoma kvalitetni gasovi.



Projektni rad

List/Listova: 6



3. Mehatroničko idejno rešenje

Smisao Mehatroničkog rešenja našeg problema (Kretanje platforme pri laserskoj obradi lima) predstavićemo u vidu blok dijagrama ( Slika 3.1 ).

Sliak 3.1. – Blok dijagram idejnog mehatroničkog rešenja

Na ovom blok dijagramu smo pokazali kako funkcioniše, tj kako se pokreće naša platfoma.

Program se unosi preko tastature u PS gde se čuva i šalje na upravljačku jedinicu koja isčitava program, po zahtevu pravi simulaciju i diriguje PLC-u za koliko naš sto i u koju stranu treba da se pomeri.

PLC (programabilni logički kontroler) prerađuje podatke i salje ih servo drive-u, koji u sebi sadrži inkrementalni enkoder i koji upravlja servo motorima.

Za pokretanje naše platforme potrebno nam je dva servo motora, za dve ose (dve translacije). Za vratilo motora su vezani reduktori (prensnici), koji će smanjiti btzinu kretanja našeg stola ali će povećati moment. Dalje se kretanje prenosi na zavojno vreteno koje će pokretati vodjice, a senzori ce registrovati kada je nasa platforma stigla do kraja i daće signal PLC-u da prekine program.



Projektni rad

List/Listova: 7



4. Senzori i mehanika

U proizvodnji tačnost izrade i bezbednost radnika su dve najbitnije stvari. U cilju pouzdanog i efikasnog rešenja neophodno je primeniti odgovarajuće senzore i mehaničke komponente kao i definisati parametre za izbor istih, uz pomoć kojih možemo garantovti bezbedno upravljanje platforme.

Arhitektura rešenja sastoji se od:

Senzora,

Servo motora sa servo drive-om.

Reduktora (prenosnika),

Zavojnog vretena sa navrtkama sa kuglicama,

Ležajeva,

Šina za vođice i vođica,

O svim ovim elementima će biti reči u daljem tekstu.

4.1. Senzori

Kao što smo napomenuli, naša platforma se kreće u horizontalnoj ravni, ima dve translacije, samim tim je neohodno znati gde se naša platforma nalazi, tj kada je stigla do kraja vođica što će registrovati senzor sa fotoćelijama, o kome će biti reči u daljem tekstu.

Senzor je uređaj koji meri fizičke veličine i konvertuje ih u signal koji je čitljiv posmatraču i/ili instrumentu. Senzori imaju široku primenu u svakodnevnom životu. Idealan senzor je onaj koji je linearan u celom opsegu mernih vrednosti. Trebalo bi da je dobijeni signal uvek linearno srazmeran mernoj vrednosti. Pri tome na njega ne bi smeo da ima uticaj nijedan drugi objekat u okruženju, niti bi on smeo da ima ikakav uticaj na merni objekat. To je u praksi neostvarivo. Zato se meri njegova osetljivost kao odnos između izmerene i stvarne veličine. Osetljivost može kod pojedinih senzora biti različita tj. varirati kod različitih veličina. To zovemo greška osetljivosti.

Rezolucija senzora je najmanja promena koju on može da detektuje na merenoj veličini. Vezana je za preciznost mernog uređaja.

Senzore prema principu merenja delimo na:

Mehaničke

Optičke

Pneumatske

Hidraulične

Elektromagnetne

Kapacitivne

Fotoelektrične

}

Pogonski deo



Projektni rad

List/Listova: 8



Prema odnosu senzora i objekta mozemo razlikovati kontaktne i bezkontaktne senzore.

Za naš projektni zadatak kao idejno mehatroničko rešenje koristićemo fotoćeliju sa IC zračenjem.

Zadatak tog senzora je kontrolisanje pomeranja platforme prilikom laserske obrade lima. Preciznije rečeno ograničenje u slučaju da platforma i/ili tabla lima iz nekih razloga ne izađe iz radnog opsega mašine.

Za ovaj zadatak koristimo izvor svetlosti (predajnik) i prijemnik koji su jedan naspram drugog. Predmet koji prolazi između njih (lim) prekida svetlosni zrak, prijemnik ne prima svetlost, zatim šalje informaciju u PLC i naša obrada se tu zaustavlja.

Ovakav vid senzora najčešće ima naziv svetlosni prekidač.

Ovakav tip kontakta izmedju predajnika i prijemnika naziva se “zrak- kroz” tip.

Slika 4.1 - Predajnik i prijemnik

Slika 4.2 - Detekciono rastojenje predstavlja stalno rastojanje izmedju izvora (predajnika) i prijemnika.



Projektni rad

List/Listova: 9



Ugaona karakteristika:

Za tip “kroz-zrak”, gledano na levo i desno od centralne linije ugao se smanjuje postepeno.Ovo je prikazano sa mestom senzora u odnosu na ugao odziva (u stanju maksimalne osetljivosti senzora).

Slika 4.2 – Ugaona karaktristika

Kao naše rešenje izabrali smo senzor G18-3C5NA

Rastumačimo šta koja oznaka znaci.

G - fotoelektrični prekidač sa infracrvenim zrakom (IC)

18 – red oblika

3- Radni napon 10-30VDC

C- Način detekcije “zrak- kroz”

5- Rastojanje detekcije od 5𝑚

N- trožični DC NPN izlaz

A- Izlazno stanje Normalno otvoren(NO)

Ukoliko rezimiramo dobijamo sledeće podatke: Šifra ukazuje na fotoćeliju sa IC zračenjem, cilindričnog oblika M18, sa radnim naponom od 10 do 30 VDC, “zrak- kroz” tipa sa rastojanjem detekcije od 5m i NPN tipa normalno otvorenim.



Projektni rad

List/Listova: 10



Slika 4.3 - Senzor

Slika 4.4 - Tehnički crtež senzora Slika 4.5 - Primer senzorske jedinice u

proizvodnom pogonu.

Tabela tehničkih karakteristika senzora:

DC/SCR izlaz DC: 200 mA

Potrošnja struje DC < 15mA

Vreme reakcije DC < 2mS

Ugao 3 ~ 10o

Standardni detekcioni objekt Transparentno ili neprovidno telo

Radna temperatura -25 ~ 55 oC

Intenzitet osvetljenosti radne sredine

Sunčeva svetlost ispod 1000LX, Sijalica ispod 3000LX

Materijal kučišta Plastika

Stepen zaštite IP66



Projektni rad

List/Listova: 11



Cena ovakvog senzora je 20€ po komadu, za nas sistem regulisanja potrebno je 4 senzora istih karakteristika.

Ukupna iznos ovog rešenja je 4x20€ = 80€

Ovim smo rešili pitanje senzora za nas mehatronski sistem.

Prijemnik Predajnik Prijemnik Predajnik

Predajnik Predajnik

Slika 4.6 – Postavljenje senzora oko radnog prostora mašine (stola)

Prijemnik

Prijemnik

Radni prostor



Projektni rad

List/Listova: 12



4.2. Mehanika

Suština mehanike u celom sistemu je višestruka. Naime fizički smisao je kvalitetno povezivanje delova u celinu i sa eksploatacionog gledišta olakšan pristup u reviziji istih. Mehanički smisao se ogleda u tome da mehanički sklop bude konstruisan tako da zadovolji sve uskove u kojima se nalazi i da omogući ne ometano kretanje platforme tokom radnog veka.

Odabir svih mhaničkih komponenti zahteva veliko znanje i iskustvo, ali s’ obzirom da već postoje izrađene standardne komponente, mi ćemo, na osnovu našeg proračuna, odabrati nama odgovarajuće.

4.2.1 Linearne vođice:

Kotrljajne linearne vođice su sistem u kome čelične kuglice cirkulišu beskonačno kako bi omogućile kretanje vođenog elementa. Kuglice se kotrljaju po žlebu u šini. U vođenom elementu postoji žleb koji se nalazi uz šinu i otvor kroz koji se kuglice vraćaju na početak – otvor za recirkulaciju kuglica.

Sistemi u kojima su ugrađeni kružni antifrikcioni elementi koriste se u različitim sredinama. Zbog toga je veoma važno da se za izradu vođica izaberu materijali prikladni toj sredini. Na mestima koja zahtevaju veliki otpor prema koroziji, elemente za vođenje bi trebalo izraditi od nerđajučeg čelika. U ovakvim slučajevima nerđajući čelik ima martenzitnu strukturu te prema tome i izuzetnu otpornost prema koroziji. Takođe se zbog martenzitne strukture ova sposobnost ne narušava tokom vremena upotrebe, zbog čega se ovakve vođice koriste za izradu delova visoke tačnosti. Da bi se sprečila pojava rđe na šinama, pored izbora adekvatne strukture materijala, moguća je i termički obraditi kliznu površinu, a takođe je od izuzetne važnosti i zaštita kliznih delova od upada stranih materijala.

Elementi za linearno vođenje sa jednakom nosivošću u svim pravcima:

Slika 4.7 – Tip elemenata za linearno vođenje

Slika 4.8 – Kriva raspodele opterećenja



Projektni rad

List/Listova: 13



Pre nego što se odredi vrednost opterećenja na klizno vodeći sistem treba prvo definisati operatvne uslove. Operativni uslovi treba da sadrže sledeće veličine:

1. Masa : 𝑚 = 200 [𝑘𝑔] 2. Pravac dejstva sile: odozgo na dole

3. Položaj centra gravitacije (težišta) : 𝑙2 = 0, 𝑙3 = 0, ℎ1𝑚𝑎𝑥 = 50[𝑚𝑚] 4. Položaj zavojnog vretena : 𝑙4 = 250[𝑚𝑚], ℎ2 = 40[𝑚𝑚] 5. Raspored LM vođica : 𝑙0 = 100[𝑚𝑚], 𝑙 1 = 50

[𝑚𝑚] 6. Dijagram brzine (Slika 4.9)

Brzina : 𝑉 = 200 [𝑚𝑚/𝑠]

Potrebno vreme ubrzanja i usporenja : 𝑡 = 0,2[𝑠]

Ubrzanje : 𝑎 = 𝑉 𝑡⁄ = 200 0,2⁄ = 1000 (𝑚𝑚/𝑠2)

Slika 4.9 – Operativni uslovi i dijagram brzine

Nakon što smo definisali operativne uslove prelazimo na razmatranje opterećenja elemenata za linearno vođenje. Opterećenje koje deluje na vođice u mnogome zavisi od delovanja sila rezanja, od položaje dejstva sila rezanja, inercijalnih sila tokom kretanja i tokom obrade a takođe zavisi i od broja LM vođica i načina njihovog postavljanja na mašinu. U daljem delu teksta biće obrađeni pojedini operativni uslovi i dati obrasci za proračunavanje opterećenja na kotrljajne vođice.

Proračun vođica za Y osu:

Slika 4.10– Skica opterećenja i otpora oslonaca

𝑙0 = 1[𝑚]

𝑙1 = 0,5[𝑚]

𝑙2 = 0,03[𝑚]

𝑙3 = 0[𝑚]

𝑎 = 𝑔 = 9,81[𝑚 𝑠2⁄ ]

𝑚 = 200[𝑘𝑔]

𝑃1 = 𝑃4 =𝑚𝑔

4+𝑚𝑔 ∙ 𝑙22 ∙ 𝑙0

= 520[𝑁]

𝑃2 =𝑚𝑔

4−𝑚𝑔 ∙ 𝑙22 ∙ 𝑙0

= 461[𝑁]



Projektni rad

List/Listova: 14



Ukupno opterećenje bloka na vođice:

𝑃𝑒14 = 𝑃𝑅 + 𝑃𝑇 = 520 + 0 = 520[𝑁]

𝑃𝑒23 = 𝑃𝑅 + 𝑃𝑇 = 461 + 0 = 461[𝑁]

Faktor sigurnosti:

𝑓𝑠 =𝑓𝐻 ∙ 𝑓𝑇 ∙ 𝑓𝐶 ∙ 𝐶𝑜

𝑃𝑒

𝑓𝐻𝑧𝑎 50𝐻𝑅𝐶⇒ 0,5 - faktor tvrdoće

𝑓𝐶𝑏𝑟𝑜𝑗 𝑏𝑙𝑜𝑘𝑜𝑣𝑎 𝑛𝑎 𝑣𝑜đ𝑖𝑐𝑖=2⇒ 0,81- faktor kontakata

𝑓𝑇𝑧𝑎 80℃⇒ 1 - faktor temperature

Slika 4.12 – Dijagram temperaturnog Slika 4.13 – Vrednost kontaktnog faktora

faktora na osnovu broja blokova na vođici

Slika 4.14 – Statička i dinamička nosivost i moment vođice

𝐶0 - statička nosivost (u zavisnosti od vođice)

𝑓𝑠 = (1 ÷ 3)𝑢𝑠𝑣𝑎𝑗𝑎 𝑠𝑒⇒ 𝑓𝑠 = 1,2

𝑑𝑎𝑙𝑗𝑖𝑚 𝑟𝑎č𝑢𝑛𝑜𝑚 𝑠𝑒 𝑑𝑜𝑏𝑖𝑗𝑎→ 𝐶0 = 102870[𝑁] − 𝑝𝑜𝑡𝑟𝑒𝑏𝑛𝑎 𝑛𝑜𝑠𝑖𝑣𝑜𝑠𝑡 𝑣𝑜đ𝑖𝑐𝑒

Provera radnog veka:

Nominalni vek vođice za radijalno opterećenje:

𝐿 = (𝑓𝐻 ∙ 𝑓𝑇 ∙ 𝑓𝐶𝑓𝑤

∙𝐶

𝑃𝐶)3

∙ 50

𝑓𝑤 - vibracioni faktor

Za brzinu vođica: 𝑉 ≤ 0,25[𝑚/𝑠]

Slika 4.11 – Dijagram faktora tvrdoće

Slika 4.15 – Vibracioni faktor



Projektni rad

List/Listova: 15



𝑓𝑤 = 1 ÷ 1,2𝑢𝑠𝑣𝑎𝑗𝑎 𝑠𝑒⇒ 𝑓𝑤 = 1

𝑃𝐶 = 150𝑁- prosečno opterećenje

𝐶 = 49520𝑁 - dinamičko opterećenje

𝐿 = (0,5 ∙ 1 ∙ 0,81

1∙49520

150)3

∙ 50 = 119509713𝑘𝑚

Radni vek vođice:

𝐿ℎ =𝐿 ∙ 106

2 ∙ 𝑙𝑠 ∙ 𝑛1 ∙ 60=119509713 ∙ 10

2 ∙ 2 ∙ 24 ∙ 60

6

= 20748214060ℎ

Proračun vođica za X osu:

Slika 4.16– Skica opterećenja i otpora oslonaca

Ukupno opterećenje bloka na vođice:

𝑃𝑒14 = 𝑃𝑅 + 𝑃𝑇 = 245,25 + 0 = 245,25[𝑁]

𝑃𝑒23 = 𝑃𝑅 + 𝑃𝑇 = 245,25 + 0 = 245,25[𝑁]

Faktor sigurnosti:

𝑓𝑠 =𝑓𝐻 ∙ 𝑓𝑇 ∙ 𝑓𝐶 ∙ 𝐶𝑜

𝑃𝑒

𝑓𝐻𝑧𝑎 50𝐻𝑅𝐶⇒ 0,5 - faktor tvrdoće

𝑓𝐶𝑏𝑟𝑜𝑗 𝑏𝑙𝑜𝑘𝑜𝑣𝑎 𝑛𝑎 𝑣𝑜đ𝑖𝑐𝑖=2⇒ 0,81- faktor kontakata

𝑓𝑇𝑧𝑎 80℃⇒ 1 - faktor temperature

Slika 4.18 – Dijagram temperaturnog Slika 4.19 – Vrednost kontaktnog faktora

faktora na osnovu broja blokova na vođici

𝑙0 = 1[𝑚]

𝑙1 = 0,5[𝑚]

𝑙2 = 0,5[𝑚]

𝑙3 = 0,25[𝑚]

𝑎 = 𝑔 = 9,81[𝑚 𝑠2⁄ ]

𝑚 = 200[𝑘𝑔]

𝑃1 = 𝑃2 = 𝑃3 = 𝑃4 =𝑚𝑔 ∙ 𝑙32 ∙ 𝑙1

= 245,25[𝑁]

Slika 4.17 – Dijagram faktora tvrdoće



Projektni rad

List/Listova: 16



Slika 4.20 – Statička i dinamička nosivost i moment vođice

𝐶0 - statička nosivost (u zavisnosti od vođice)

𝑓𝑠 = (1 ÷ 3)𝑢𝑠𝑣𝑎𝑗𝑎 𝑠𝑒⇒ 𝑓𝑠 = 1,2

𝑑𝑎𝑙𝑗𝑖𝑚 𝑟𝑎č𝑢𝑛𝑜𝑚 𝑠𝑒 𝑑𝑜𝑏𝑖𝑗𝑎→ 𝐶0 = 100000[𝑁] − 𝑝𝑜𝑡𝑟𝑒𝑏𝑛𝑎 𝑛𝑜𝑠𝑖𝑣𝑜𝑠𝑡 𝑣𝑜đ𝑖𝑐𝑒

Provera radnog veka:

Nominalni vek vođice za radijalno opterećenje:

𝐿 = (𝑓𝐻 ∙ 𝑓𝑇 ∙ 𝑓𝐶𝑓𝑤

∙𝐶

𝑃𝐶)3

∙ 50

𝑓𝑤 - vibracioni faktor

Za brzinu vođica: 𝑉 ≤ 0,25[𝑚/𝑠]

𝑓𝑤 = 1 ÷ 1,2𝑢𝑠𝑣𝑎𝑗𝑎 𝑠𝑒⇒ 𝑓𝑤 = 1

𝑃𝐶 = 150𝑁- prosečno opterećenje

𝐶 = 49520𝑁 - dinamičko opterećenje

𝐿 = (0,5 ∙ 1 ∙ 0,81

1∙49520

150)3

∙ 50 = 119509713𝑘𝑚

Radni vek vođice:

𝐿ℎ =𝐿 ∙ 106

2 ∙ 𝑙𝑠 ∙ 𝑛1 ∙ 60=119509713 ∙ 10

2 ∙ 1 ∙ 24 ∙ 60

6

= 41496428130ℎ

Usvaja se sledeća šina sa vođicma (kolicma) ( za obe ose uzimamo iste šine sa vođicama, samo će šine biti različite dužine, za X osu, dužina šina će biti 2000mm, a za Y osu 1000mm):

Proizvođač: HIWIN; Model: HGH35CA

Slika 4.21 – Vibracioni faktor



Projektni rad

List/Listova: 17



Cdin

(N)

Co

(N)

Mo

(Nm)

Mx

(Nm)

My

(Nm)

mk

(kg)

mš

(kg/m)

Vođice

(€/kom)

Šina

(€/m)

49520 102870 1730 1200 1200 1,88 6,3 60 90

Slika 4.22 – Izbor šina i vođica

4.2.2 Pogonski deo:

Funkcija pogonskog dela kod CNC mašina jeste da obezbedi kretanje klizača preko naredbi za kretanje. Ako je stepen preporučene tačnosti visok, pogonski deo treba da ima visoku efikasnost i odziv.

Pogonski deo se sastoji od:

Servo motora i

Mehaničkog prenosnog sistema.

Servomotori:

Motori koji se koriste za pogonski deo CNC mašina su servomotori jednosmerne struje (DC) i naizmenične struje (AC). U početku su se za pogon CNC mašina koristili servomotori jednosmerne struje. Oni su obezbeđivali odličnu regulaciju brzine, veliku obrtnu silu i stepen iskorišćenja. Sa razvojem servomotora naizmenične struje došlo je do pada njihove cene izrade što je smanjiko upotrebu servomotora jednosmerne struje kod alatnih mašina. Prelaz sa servomotora jednosmerne struje na servomotore naizmenične struje se desio i iz razloga što oni obezbeđuju konstantnu obrtnu silu duž celog raspona brzine, zahtevaju slabije održavanje, imaju bolji odziv, dinamičku induktivnost i veću pouzdanost.

Za pokretenje naše platforme, kao što je rečeno na početku ovog izveštaja, nama su neophodna dva servomotora za dve ose.

Motori koji će pokreteti našu platformu:

Proizvođač: XINJE

Oznaka: MS-180ST-M19015B-23P0

Slika 4.21 – Slika servomotora

MS-180ST-M19015B-23P0



Projektni rad

List/Listova: 18



Karakteristike odabranih motora su date u sledećoj tabeli:

MS-180ST-M19015B-23P0

Snaga (KW) 3

Nazivna struja (A) 12

Brzina (rpm) 1500

Maksimalna brzina (rpm) 2000

Nazivni moment (Nm) 19

Maksimalni moment (Nm) 47

Težina (Kg) 20,5

Broj impulsa ugrađenog enkodera 2500

Broj polova 4

Izolacija Class B（130oC)

Zaštita IP65

Temperatura ambijenta -20 - +50oC

Relativna vlažnost ambijenta 90％RH (bez kondenzacije)

U tabeli se vidi da je brzina motora 𝑉 = 1500[𝑜/𝑚𝑖𝑛], a nazivni moment 𝑀 =19[𝑁𝑚].

Kao što vidimo brzina je velika a moment mali. Za naš sistem je nephodan veliki

moment a mala brzina, pa ćemo uz pomoć reduktora sa prenosnim odnosom 𝑖 =𝜔1

𝜔3≈ 6

smanjiti brzinu a povećati moment.

Za upravljanje ovim motorom neophodna je upotreba i servo drive-a.

Servo drive prima podatke od PLC reguliše brzinu i ugao zakretanja vratila motora.

Ovaj servodrive u sebi sadrzi inkrementalni enkoder.

Proizvođač :

Slika 4.22 – Slika servodrive-a

DS2-23P0-A



Projektni rad

List/Listova: 19



Proizvođač motora preporučuje servodrive sledećih karakteristika, sa oznakom

DS2-23P0-A:

Odgovarajući motor Tip MS-180ST-M19015-23P0

Brzina (rpm) 3000/max 4000

Odgovarajući enkoder Inkrementalni 2500 impulsa

Maksimalna snaga motora (KW) 3

Kontinualna izlazna struja (A rms) 12

Napajanje 1 x 200～240VAC ili

3 x 200～240VAC，50/60Hz

Radni uslovi Temperatura ambijenata/skladištenja

0～+50oC/-20～+85oC

Vlažnost ambijenta/skladištenja ≤ 90％RH (bez kondenzacije)

Vibracije / Otpornost na udarce 4.9m/s2 / 19.6m/s2

Pošto smo napomenuli da servodrive u sebi sadrži inkrementalni enkoder, daćemo kratko objašnjenje o enkoderima i njihov nameni i karakteristikama:

Enkoderi su davači ugaonog položaja koji daju digitalnu informaciju o uglu. Mogu biti kontaktni, optički i magnetni. Optički koji se najčešće koriste su apsolutni i inkrementalni.

Kod optičkih disk koji se vezuje za vratilo motora ili neki drugi pokretni element se sastoji od nekoliko koncentričnih krugova sa prozirnim i neprozirnim mestima. Svetlost pada na jedno mesto i pri tome prolazi ili ne prolazi na fotodetektore koji daju napon zavisno od toga da li su osvetljeni ili ne.

a) b)

Slika 4.23–Enkoderi: a) apsolutni, b) relativni (inkrementalni)

Apsolutni enkoder: Disk koji se vezuje za vratilo motora ili neki drugi pokretni element sastoji se od nekoliko koncenrtičnih krugova sa prozirnim i neprozirnim mestima.



Projektni rad

List/Listova: 20



Svetlost pada na jedno mesto i pri tome prolzi ili ne prolazi na fotodetektor koji daje napon zavisno od toga da li su osvetljeni ili ne.

Inkrementalni enkoder: Disk koji se vezuje za vratilo motora ili neki drugi pokretni

element sastoji se od prozirnih i neprozirnih mesta. Ugaoni razmak 𝛼 =2𝜋

𝑘; 𝑘 - broj

prozirnih mesta. Optički deo ne daje priraštaj ugla već samo ignalizira priraštaj ugla, pa mu se dodaje brojač koji brojeći impulse daje ugao.

4.2.3 Mehanički prenosni sistem:

Mehanički prenosni sistem pogonskog dela uključuje sve komponente koje prenose silu i kretanje od motora do klizača. U te komponente spadaju:

a) Elementi za pretvaranje kružnog u pravolinijsko kretanje (zavojno vreteno sa recirkulacionom navrtkom)

b) Elementi za prenos obrtne sile (prenosnik, sinhronizacioni kaiš, spojnica)

Prilikom izrade mehaničkog prenosnog sistema glavni kriterijum koji treba uzeti u obzir je da se greške pri prenosu svedu na minimum. Da bi se one svele na minimum potrebno je pridržavati se sledećih osnovnih preporuka:

a) Visoka sopstvena frekvenca

b) Visoka čvrstoća

c) Dovoljno prigušenje

d) Malo trenje

e) Bez mrtvog hoda

Elementi za pretvaranje kružnog u pravolinijsko kretanje:

Za pretvaranje kružnog u pravolinijsko kretanje kod CNC mašina se koristi nekoliko aktuatorskih mehanizama. Stepen iskorišćenja i odgovornost aktuatorskih mehanizama ima veliki uticaj na tačnost obrade dela. Aktuatorski mehanizmi krorišćeni za klizače CNC mašina su: zavojno vreteno i navrtka, i zupčasta letva sa pogonskim točkom.

Zavojno vreteno i navrtka:

Ovakav sistem je pogodan za srednje dužine kretanja jer se kod dugih traversa vijak pod dejstvom svoje težine ulegne (popusti). što je veća dužina zavojnog vretena niža je gornja granica veličine putanje zbog smanjenja kritične brzine.

Konvencionalni V, trapezoidni ili četvrtasti oblik zavojnice nije pogodan za korišćenje kod CNC mašina jer klizanje kontaktnih površina zavojnog vretena i navrtke rezultuje brzo trošenje a i trenje je veliko. Stepen iskorišćenja ovih vretena je do 40%. Kod CNC mašina se koriste dva tipa ovakvog sistema. Oni obezbeđuju malo trošenje, tačnost tokom dugog veka trajanja, smanjeno trenje, visoki stepen iskorišćenja i bolju pouzdanost. Ta dva tipa su: zavojno vreteno sa recirkulacionim kuglicama i zavojno vreteno sa recirkulacionim valjcima.

Zavojno vreteno sa recirkulacionim kuglicama: Kod zavojnog vretena sa recirkulacionim kuglicama je nasuprot konvencionalnim vretenima i navrtkama trenje klizanja zamenjeno trenjem kotrljanjem i to u maniru analognom zameni jednostavnih nosećih ležajeva kugličnim ležajevima.



Projektni rad

List/Listova: 21



Prednosti zbog kojih se vretena sa recirkulacionim kuglicama koriste kod CNC mašina su:

• Mali otpor trenja

• Potreban je slabiji pogonski deo

• Mali porast temperature

• Manje trošenje prema tome duži vek trajanja

• Bez stick-slip efekta

• Veća brzina traverse

• Veći stepen iskorišćenja

Operativni uslovi obuhvataju sledeće veličine:

Pravac kretanja - horizontalan

Masa koja se prenosi 𝑚 = 200 (𝑘𝑔) Tip vođica - kotrljajne

Željeni servisni vek trajanja 𝐿ℎ (ℎ) Aktivna dužina vretena 𝑙 𝑆 = 2000(𝑚𝑚) Operativna brzina 𝑉𝑚𝑎𝑥 = 0,2 (𝑚/𝑠) Vreme potrebno za ubrzanje 𝑡1 = 0,2 (𝑠) Vreme za uniformno kretanje 𝑡2 = 0,2 (𝑠) Vreme za usporenje 𝑡3 = 0,2(𝑠)

Ubrzanje 𝑎 =𝑉𝑚𝑎𝑥

𝑡1 (𝑚/𝑠2)

Rastojanje potrebno za ubrzanje𝑙1 = 𝑉𝑚𝑎𝑥 ∙ 𝑡1 ∙1000

2= 20 (𝑚𝑚)

Rastojanje potrebno za uniformno kretanje 𝑙2 = 𝑉𝑚𝑎𝑥 ∙ 𝑡2 ∙ 1000 = 40 (𝑚𝑚)

Rastojanje potrebno za usporenje 𝑙3 = 𝑉𝑚𝑎𝑥 ∙ 𝑡3 ∙1000

2= 20 (𝑚𝑚)

Pogonski motor - AC servo motor

Još jedna vemo bitna stvar, na koju treba obratiti pažnju prilikom odabira adekvatnog zavojnog vretena sa recirkulacionom navrtkom, je tačnost vođenja. Nivo tačnosti C0 do C5 definiše linearnost i pravost, a nivo tačnosti od C7 do C10 definiše kumulativnu grešku vođenja.

Kuglice rotiraju između zavojnog vretena i navrtke i nakon što dođu do kraja navrtke vraćaju se kroz povratni kanal na početak zavojnice u navrtki. Povratne kuglice mogu da budu raspoređene na dva načina kao što je prikazano na slikama 4.28 i 4.29. Kod rasporeda prikazanog na sl. 4.28 kuglice se vraćaju kroz spoljašnju cev, dok se kod rasporeda prikazanog na sl. 4.29 kuglice vraćaju na početak kroz kanal u navrtki. Da bi omogućili kretanje klizača u oba pravca, bez nekih bitnih grešaka u pozicioniranju potrebno je da postoji minimalni mrtvi hod u vretenu i navrtki.

Slika 4.24 – Dijagram brzine



Projektni rad

List/Listova: 22



Slika 4.28 – Recirkulacija kroz spoljašnju Slika 4.29 – Recirkulacija kroz unutrašnji cev kanal

Sistemi zavojnog vretena i navrtke visoke tačnosti, izvode se sa prednaprezanjem u aksijalnom pravcu, čime se eliminišu aksijalni zazori, povećava tačnost pozicioniranja i krutost, i eliminišu greške u pozicioniranju (tj. pojavu aksijalnog zazora) pri promeni smera kretanja (backslash). Razlikuju se sistemi za prednaprezanje sa konstantnim položajem (sa podmetačem ili varijacijom koraka) i sa konstantnom silom (prednaprezanje oprugom).

Zavojno vreteno sa recirkulacionom navrtkom ne sme da se izvije pod dejstvom maksimalnog kompresivnog opterećenja u aksijalnom pravcu. Opterećenje koje može dovesti do izvijanja možemo sračunati primenom obrazaca gde je 0.5 uzeto kao sigurnosni faktor.

𝑃1 =𝜂1∙𝜋

2∙𝐸∙𝐼

𝑙𝑎2 ∙ 0,5 = 𝜂2 ∙

𝑑14

𝑙𝑎2 ∙ 10

4 = 20312,5 [𝑁];

𝑃1 – Opterećenje koje dovodi do izvijanja [𝑁]

𝑙𝑎 = 2[𝑚] = 2000[𝑚𝑚] - Rastojanje između oslonaca [𝑚𝑚]

𝐸 = 2 ∙ 105[𝑁 𝑚𝑚2⁄ ] - Jungov moduo elastičnosti

𝐼 = 306796 [𝑚𝑚4] - Moment inercije za poprečni presek zavojnog vretena

𝐼 =𝜋

64𝑑14 ; 𝑑1 = 50[𝑚𝑚] – minimalni poprečni presek zavojnog vretena

𝜂1, 𝜂2 - koeficijenti koji zavise od načina oslanjanja zavojnog vretena

Bez pomeranja u aksijalnom pravcu: 𝜂1 = 0,25 ; 𝜂2 = 1,3

Pored opterećenja koje može da dovede do izvijanja zavojnog vretena sa recirkulacionom navrtkom, potrebno je sračunati i proveriti opterećenje koje dovodi do sabijanja i istezanja zavojnog vretena. Izraz za sračunavanje ovakve vrste opterećenja glasi:

𝑃2 = 𝜎𝜋

4𝑑12 = 116𝑑1

2 = 116 ∙ 502 = 290000[𝑁]

𝑃2 – Dozvoljeno opterećenje na sabijanje i istezanje

𝜎 - dozvoljeni napon na sabijanje i istezanje (147 𝑁 𝑚𝑚2 − 𝑝𝑟𝑒𝑝. 𝑝𝑟𝑜𝑖𝑧𝑣𝑜đ𝑎č⁄ )

𝑑1 = 50[𝑚𝑚] – minimalni poprečni presek zavojnog vretena



Projektni rad

List/Listova: 23



Pri velikim rotacionim brzinama dolazi do pojave rezonance zavojnog vretena, izazvane karakterističnim frekvencama zavojnog vretena, što može da dovede do nemogućnosti rada. Zbog ovih problema, rotaciona brzinu treba odabrati tako da je njena vrednost ispod rezonantne tačke (kritična brzina). Određivanje vrednost dozvoljene rotacione brzine bazira se na sledećem izrazu:

𝑁1 =60∙𝜆1

2

2𝜋∙𝑙𝑏2 × √

𝐸×103∙1

𝛾∙𝐴∙ 0,8 = 𝜆2 ∙

𝑑1

𝑙𝑏2 ∙ 10

7 = 425 [𝑚𝑚−1]

𝑁1 - Dozvoljena brzina rotacije bazirana na kritičnoj brzini

𝑙𝑏 = 2[𝑚] = 200[𝑚𝑚] – rastojanje između oslonaca zavojnog vretena

𝐸 = 2 ∙ 105[𝑁 𝑚𝑚2⁄ ] - Jungov moduo elastičnosti

𝐼 = 306796 [𝑚𝑚4] - Moment inercije za poprečni presek zavojnog vretena

𝐼 =𝜋

64𝑑14 ; 𝑑1 = 50[𝑚𝑚] – minimalni prečnik zavojnog vretena

𝛾 = 7,89 ∙ 10−6[𝑘𝑔 𝑚𝑚3⁄ ] - gustina

𝐴 =𝜋

4𝑑12 = 1964[𝑚𝑚2] - poprečni presek zavojnog vretena

𝜆1 i 𝜆2 - Koeficijenti koji zavise od metode oslanjanja zavojnog vretena

Bez pomeranja u aksijalnom pravcu: 𝜆1 = 1,875; 𝜆2 = 3,4

Tokom rada zavojnog vretena sa recirkulacionom navrtkom neminovno dolazi do zagrevanja celog sistema, stoga treba obratiti pažnju i na uticaj zagrevanja na pozicionu tačnost zavojnog vretena. Ako temperatura vretena raste tokom obrade dolazi do njegovog izduženja i do smanjenja pozicione tačnosti. širenje i skupljanje zavojnog vretena tokom zagrevanja može da se sračuna uz pomoć sledećeg obrasca:

∆𝑙 = 𝜌 ∙ ∆𝑡 ∙ 𝑙 = 0,12[𝑚𝑚]

Gde su:

∆𝑙 - Širenje i skupljanje zavojnog vretena u aksijalnom pravcu

𝜌 = 12 ∙ 10−6 ℃⁄ - koeficijnt termičkog širenja

∆𝑡 = 5℃ - promena temperature zavojnog vretena

𝑙 = 2000 [𝑚𝑚] - nazubljeni deo zavojnog vretena

Ako temperatura u zavojnom vretenu poraste za 1°𝐶 doći će do izduženja zavojnog vrtetena za 12 𝜇𝑚 po metru, a što je veća brzina okretanja zavojnog vretena veća je i generisana temperatura.



Projektni rad

List/Listova: 24



Za naš mehanički sistem biramo recirkulacionu kugličnu matricu na osnovu gore navedenih podataka:

Zabela sa dimenzijama i karakteristikama recirkulacione kuglične matice za navojnim

vretenom

Proizvođač:

Slika 4.31 – Slika recirkulacione Slika 4.32 – Dimenzije recirkulacione navrtke

navrtke na zavojnom vretenu (date u prethodnoj tabeli)

Kućište za navrtke:

Oznaka: GDF – 50

L L1 L2 L3 D D1 T S1 S2 CENA

(€/kom)

114 69 80 94 5 93 20 10,5 M12 30x2

Tabela sa dimenzijama kućišta za navrtke

Slika 4.33 – Slika kućišta za navrtke Slika 4.34 – Dimenzije kućišta za navrtke

(date u prethodnoj tabeli)

Recirkulaciona (kuglična) matica za navojno vreteno

ds P Dg6 D1 D2 D3 Tip L L1 L2 L3 S B dk Cdin (N)

Csta (N)

Navrtka (€/kom)

Vreteno (€/m)

50

10

75

110

93

11

2

90

16

20

8

M8x1

85

44,9

7450

0

2500

00

225x

2

185x

2



Projektni rad

List/Listova: 25



Način montiranja vretena sa recirkulacionim kuglicama zavisi od preporučene brzine, dužine i veličine. Oslonci krajeva navojnog vretena mogu da budu izvedeni kao (Slici 4.31):

Jedinice za oslanjanje • Jedinica za radijalno i aksijalno osalanjanje • Jedinica za aksijalno oslanjanje

Držač navrtke

Stezno kućište

Na Slici 4.32 prikazan je jedan od načina montiranja vretena sa recirkulacionim kuglicama kod alatnih mašina. Položaj vretena treba da je što bliže liniji.

Oznaka jedinice za oslanjanje navojnog vretena: BH-50

Slika 4.35 – Jedinice za oslanjanje zavojnog vretena Slika 4.36 – Dimenzije kućišta za navrtke (date u prethodnoj tabeli)

L L1 L2 L3 D T S1 S2 CENA

(€/kom)

114 69 80 94 72 20 10,5 M12 25x4

Tabela sa dimenzijama jedinica za oslanjanje

Slika 4.37 – Način montiranja zavojnog vretena

Kod ovakvih sistema treba obratiti pažnju na izbor krajnjih ležajeva, da bi se poziciona netačnost svela na minimum. Uloga ležajeva je da vrteno postave radijalno i da pruže otpor aksijalnoj sili pritiska. Ovi ležajevi treba da imaju veliku nosivost, veliku

aksijalnu krutost i mala aksijalna pomeranja (do 2𝜇𝑚).Ležaji koji mogu da se upotrebe kod zavojnog vretena prikazani su na Slici 4.38:

a) Komplet kugličnih ležajeva sa ugonim kontaktom b) Komplet aksijalnih i radijalnih ležajeva c) Precizni kuglični ležajevi sa dubokim žlebom



Projektni rad

List/Listova: 26



Ležaj koji smo izabrali za naš mehanički sistem prikazan je na Slici 4.39.

Oznaka izabranog kugličnog ležaja jeste 6207.

A proizvođač ovog ležaja je:

Slika 4.38 – Mogući tipovi krajnjih ležaja Slika 4.39 – Slika kugličnog ležaja 6207

Dimenzije izabranog kugličnog ležaja su date u tabeli:

Tabela osnovnih dimenzija kugličnog ležaja

Trenje, zavojnog vretena sa recirkulacionim kuglicama i navrtke i kretanje klizača proizvode rast temperature u vretenu što dovodi do njegovog širenja. Ovo dovodi do kompresivnog opterećenja vretena u slučaju čvrstoj sklopa. Zbog ovog razloga kod nekih načina montiranja zavojno vreteno sa recirkulacionim kuglicama je prenapregnuto do veličine očekivanih termičkih diletacija.

U zavisnosti od tačnosti zavojna vretena se klasifikuju na komercijalne i precizne klase. Kod vretena komercijalne klase zavojnica se uvek valja dok se kod precizne klase zavojnica reže i glača da bi se dostigla zahtevana tačnost. Zavojna vretena koja se koriste kod CNC mašina su obično precizne klase.

Tačnost zavojnog vretena sa recirkulacionim kuglicama može biti specificirana kao:

a) Kumulativna visoka tačnost preko određene dužine,

b) Ukupna kumulativna visoka tačnost,

c) Promenljiva ili kumulativna visoka tačnost preko jednog obrtaja.

U zavisnosti od navedenih tačnosti zavojnoa vretena sa recirkulacionim kuglicama su podeljena u sedam klasa:C0, C1, C2, C3, C4, C5, C7.

d D B Oznaka CENA

(€/kom)

35 72 10 6207 25x4



Projektni rad

List/Listova: 27



Zavojna vretena sa recirkulacionim kuglicama se proizvode u širokom opsegu visoke tačnosti da bi zadovoljili zahteve opšte proizvodne industrije. Određena tačnost kretanja mirne operacije i odnos različitih elemenata zavise od proizvodne tačnosti elemanata kao što su: zavojno vreteno sa recirkulacionim kuglicama, navrtka ili kuglice. Greške u proizvodnji prouzrokuju nejednako nošenje kuglica i ozbiljan uticaj na nosivost i čvrstoću prenosa.

5. PLC

Programabilni logički kontroler ili PLC (skraćenica od engleske reči Programmable Logic Controller) je programabilni (uređaj koji se može programirati) logički (izvršava logičke algoritme) kontroler (računar).

PLC se najviše koristi kao centralni deo upravljačkih automatskih sistema u industriji, njegov program odnosno algoritam se može brzo i jednostano menjati te je pogodan za brza rešenja i aplikacije. Deo je mnogih mašina i procesa u industriji.

PLC je digitalni računar, njegov program se izvršava ciklično i sastoji se od 3 faze:

čitanje ulaznih promenljivih,

izvršavanje programskog koda,

ispisivanje rezultata logičkih operacija na izlaze.

Program se pamti u internoj memoriji i kada uređaj ostane bez napajanja.Projektovan je za teške uslove rada, otporan na vibracije, temperaturne promene, električne smetnji.

Od PLC-a se očekuje da periodično očitava (unosi) signale sa senzora, izvršava određen broj aritmetičko-logičkih operacija (u skladu sa zadanom funkcijom) čiji rezultati se prenose na izvršne organe ili neke druge indikatorske uređaje.

Sastavni delovi:

PLC se sastoji od:

AI/O - analognih ulaza i izlaza,

SI/O - digitalnih ulaza i izlaza,

MULTIPLEXER - omogućuje da se pomoću jednog konvertera obradi više ulaza,

ADC - analogno digitalni konverter, pretvara analogne signale u digitalne,

MEMORY - memorija sistema neophodna za rad logičkog bloka o RAM - Random Access Memory, o ROM - Read Only Memory, o EEROM - Eleectrically Erassable Programmabile Read Only Memory,

IRQ - Interrupt requests,

REGISTERES.

Sa PC-a šalje se program u upravljačku jedinicu koja ulazi u PLC. On prima informacije sa senzora koji detektuju ako platforma krene van predvidjenih granica i salje u upravljacku jedinicu da se program obrade zaustavi. Takođe PLC prima informacije sa enkodera i kontroliše motore koji vrše kretanje platforme.



Projektni rad

List/Listova: 28



Ulazi i izlazi iz PLC-a:

U tabeli su sa bold slovima označene anlogne vrednosti.

Ulazi Izlazi

Senzor 4 kom. Inkrementalni enkoder 2 kom.

Inkrementalni enkoder 2 kom. Upravljačka jedinica

Upravljačka jedinica Inkrementalni enkoder 2 kom.

Odabrani PLC:

PLC smo birali na osnovu prethodne tabele. Odabrani PLC je prikazan na sledećoj slici:

Slika 5.1 - PLC OMRON CP1L-L20DR-A

Karakteristike PLC-a OMRON CP1L-L20DR-A:

20 ulaza/izlaza (12 ulaza / 8 izlaza),

4 brza enkoderska ulaza i 2 brza impulsna izlaza,

Komunikacioni portovi: RS232C i RS485,

USB za programiranje i monitoring,

Mogućnost proširanja do 160 ulaza/izlaza,

Brzina obrade 0.55 µs,

Napajanje 100-240V AC.



Projektni rad

List/Listova: 29



Na sledećoj slici prikazano je povezivanje servo motora sa PLC – om i povezivanje PLC – a sa PC – om.U našem slučaju, PLC će se umesto sa PC – om povezivati sa upravljackom jedinicom.

Slika 5.1 – Povezivanje servo motora, PLC - a i PC – a

Slika 5.2 – Povezivanje servo motora sa PLC – om



Projektni rad

List/Listova: 30



6. Upravljačka jedinica

Upravljačka jedinica nam služi za upravljanje kretanja platforme. Upravljačka jedinica prima program, otkucan u odgovarajućem programskom jeziku, od PC – a, proverava ga, po potrebi izvršava simulaciju istog i šelje ga PLC – u.

Odabrana upravljačka jedinica jeste BURNY 10 LCD Plus i njene karakteristike su prikazane u sledećoj tabeli.

BURNY 10 LCD Plus

Monitor 15,0” LCD Touch Screen

Procesor 2GHz

Operativni sistem WINDOWS XP

Tabela sa karakteristikama upravljačke jedinice

Slika 6.1 – Upravljačka jedinica BURNY 10 LCD Plus



Projektni rad

List/Listova: 31



7. Algoritam

Da bi ceo logički sistem mogao da funkcioniše ne smetano neophodno je da se logičke operacije izvršavaju po određenom algoritmu.

Za naš projekat algoritam je prikazan na slici 7.1 i on predstavlja algoritam komunikacije sistema, tj nacin na koji je naš sistem povezan, a na slici 7.2 prikazan je algoritam rada sistema i svega onoga šta se dešava dok se ne završi program unet u upravljačku jedinicu.

Start

Upravljačka jedinica

UJ

Aktuator

PLC

Kraj

Program

Program je u redu

Program nije u redu

UpravljanjeDostignuta

pozicija

Obrada izvršena

Senzori

Nije moguće dalje kretanje

Početak

Slanje programa na upravljačku jedinicu

Unošenje

programa preko

PC-a

Da li je program

u redu

Počinje krtanje

platforme

Korekcija

programa

Da li je program

u redu

Da li je platforma u

željenoj poziciju

Nastavlja se

obrada

Korekcija

pozicije

Da li je pozicija

u redu

Kraj programa i

vraćanje u

početni položaj

Platforma

stigla da kraja

šine

Rad platforme

se zaustavlja

Da

Ne

Da

Da

Da Ne

Ne

Slika 7.1 – Algoritam komunikacije sistema

Slika 7.2 – Algoritam rada sistema



Projektni rad

List/Listova: 32



8. Cena

Sa slobodnog tržišta, iz kataloga i sajtova mnogih firmi pronašli smo cene za komponente neophodne za rad našeg mehatroničkog rešenja.

Mašine za lasersku obradu su jako skupe, cene dostižu i preko 300 000 eura, ali najskuplji element jeste laser.

Napominjemo da u našu ukupnu cenu nije uračunata montaža kao ni prenosnici potrebni za prenos kretanja od motora do zavojnog vretena.

Navojno vreteno 1x185+2x185 = 555 €

Kućišta za navrtke 2x30 = 60 €

Navrtke sa kuglicama 2x225 = 450 €

Kućište za ležaje 4x25 = 100 €

Kuglični ležaji 4x30 = 120 €

Šina 2x90+3x90 = 450 €

Kolica 4x60 = 240 €

Servo motor i servo drive 2x1340 = 2680 €

Senzor 4x20 = 80 €

PLC 1x450 = 450 €

Upravljačka jedinica 1x3000 =3000 €

Laser 1x50 000 =50 000 €

∑𝟓𝟖 𝟏𝟖𝟓€



Projektni rad

List/Listova: 33



9. Zaključak:

Bez sumnje, u dosadašnjem radu smo zaključili koliko je velika uloga mehatronike u savremenom svetu mašinstva, pogotovu u proizvodnji.

Danas se ne može zamisliti mašina, kao ni sistemi za merenje, kontrolu, montažu, demontažu… bez svega ovoga što smo na ovom predmetu i radu projekta naučili.

Radeći projekat smo shvatili da fakultet nije srednja škola i da moramo malo više sami da učimo i rešavamo vizuelne probleme, jer ko zna šta nas čeka u budućnosti.

Ovo je bio naš prvi vizuelni zadatak, nadamo se da smo ga uspešno završili, a ako nismo, ukažite nam na greške, na njima se uči. Mi želimo da naučimo i zato smo ovde.

Cela grupa je učestvovala u radu zadatka i svi smatramo da je naš zadatak moguće realizovati.

Ovo je bilo sve od grupe Proizvodno mašinstvo 2.

S’ poštovanjem:

1.______________________ _______

2.______________________ _______

3.______________________ _______

4.______________________ _______

5.______________________ _______

6.______________________ _______

7.______________________ _______

8.______________________ _______



Projektni rad

List/Listova: 34



10. Literatura:

http://hr.wikipedia.org/wiki/Rezanje_laserom

http://www.omron.com/

http://www.skf.com/portal/skf/home

http://www.hiwin.com.tw/?gclid=CMPoobq4yK0CFYuIfAodu20Big

http://www.xinje.com/

http://www.cnccentrum.com/

Predavanja sa predmeta – Mehatronika, prof. dr. Veg Aleksandar

Predavanja sa predmeta – Industrijski roboti, prof. dr. Milutinović Dragan

Predavanja sa predmeta – Mašine alatke, prof. dr.Glavonjić Miloš

Predavanja sa predmeta – Proizvodna tehnologija metrologija, prof. dr. Majstorović

Vidosav i prof.dr. Puzović Radovan

Predavanja sa predmeta – Automatizacija proizvodnih procesa, prof. dr. Pilipović

Miroslav

Predavanja sa predmeta – Alati za oblikovanje lima, prof. dr. Tanović Ljubodrag

http://hr.wikipedia.org/wiki/Rezanje_laserom

http://www.omron.com/

http://www.skf.com/portal/skf/home

http://www.hiwin.com.tw/?gclid=CMPoobq4yK0CFYuIfAodu20Big

http://www.xinje.com/

http://www.cnccentrum.com/

Documents

Kretanje Pltformi Pri Laserskoj Obradi Lima