ИНФОРМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ СУДОВОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова» ИНФОРМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ СУДОВОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ Монография 2-е издание, исправленное и дополненное Под общей редакцией В.И. Малыгина Архангельск САФУ 2015 1 УДК 621.9.06 ББК 34.63-5 И74 Авторы: В.И. Малыгин, Ф.В. Черепенин, С.М. Сковпень, Н.В. Лобанов, Л.В. Кремлева, М.А. Бызова, Д.А. Ульяничев, В.Т. Харитоненко Рецензенты: А.С. Исхаков, доктор технических наук, профессор (ОАО «Концерн «Моринформ система Агат»); В.А. Рогов, доктор технических наук, профессор ( РУДН) Информатизация технологического оборудования судового машиностроИ74 ения: моногр. <...> АВТОМАТИЗАЦИЯ ОДНОПРИВОДНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ С РАЗВЕТВЛЁННОЙ СИСТЕМОЙ КООРДИНАТ . <...> Особенности работы одноприводных металлообрабатывающих комплексов с автоматической коробкой управления осями . <...> Основные способы создания цифровых систем управления одноприводными металлообрабатывающими комплексами . <...> Лабораторный стенд для исследования и отработки программного обеспечения ЦСУ одноприводных станков . <...> Цифровая система управления левым суппортом токарно-карусельного станка модели 1525 на базе УЧПУ NC-201M . <...> Система цифровой индикации перемещений вертикального и горизонтального суппортов . <...> Программное обеспечение ЦСУ токарно-карусельного станка модели 1525 . <...> Интерфейсный блок сопряжения с ПЭВМ по шине ISA . <...> Интерфейсный блок сопряжения с ПЭВМ по шине PCI . <...> Интерфейсный блок сопряжения с ПЭВМ по стыку RS 32C . <...> Интерфейсный блок сопряжения с ПЭВМ по шине USB . <...> Двухканальный блок сопряжения с винтообрабатывающим станком TDP . <...> Система измерения и цифровой индикации угловых и линейных перемещений рабочих органов фрезерного станка модели 2Е470А . <...> Устройство <...>
Информатизация_технологического_оборудования_(издание_2-ое,_дополненное).pdf
УДК 621.9.06
ББК 34.63-5
И74
Авторы: В.И. Малыгин, Ф.В. Черепенин, С.М. Сковпень, Н.В. Лобанов,
Л.В. Кремлева, М.А. Бызова, Д.А. Ульяничев, В.Т. Харитоненко
Рецензенты: А.С. Исхаков, доктор технических наук, профессор (ОАО «Концерн
«Моринформ система Агат»);
В.А. Рогов, доктор технических наук, профессор ( РУДН)
Информатизация технологического оборудования судового машиностроИ74
ения:
моногр. / [В.И. Малыгин и др.]; под общ. ред. В.И. Малыгина; Сев. (Арктич.)
федер. ун-т. – 2-е изд. испр. и доп. – Архангельск: САФУ, 2015. – 214 с.
ISBN 978-5-261-01107-1
Рассмотрены наиболее актуальные проблемы информатизации современного
машиностроительного производства и предложены оптимальные методы и пути
их решения в существующих экономических условиях. Предложенные технические
решения по модернизации различного технологического оборудования позволяют
придать морально устаревшему оборудованию новые технологические
возможности, повысить класс точности технологического оборудования, расширить
функциональные возможности станков и номенклатуру обрабатываемых
изделий, снизить трудоёмкость обработки, повысить оперативность и точность
контроля, повысить качество выполнения технологических операций.
Для студентов, аспирантов, преподавателей технических вузов, научных работников
и инженеров.
УДК 621.9.06
ББК 34.63-5
ISBN 978-5-261-01107-1
© Северный (Арктический)
федеральный университет
им. М.В. Ломоносова, 2015
2
Стр.3
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ ....................................................................................................
СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ ............................................................
6
9
1. АВТОМАТИЗАЦИЯ ОДНОПРИВОДНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
КОМПЛЕКСОВ С РАЗВЕТВЛЁННОЙ СИСТЕМОЙ КООРДИНАТ ........... 12
1.1. Особенности работы одноприводных металлообрабатывающих комплексов
с автоматической коробкой управления осями ......................... 12
1.2. Основные способы создания цифровых систем управления одноприводными
металлообрабатывающими комплексами ................................ 16
1.3. Методы программного управления металлообрабатывающими комплексами
с одним главным приводом и автоматической коробкой скоростей
............................................................................................................ 17
1.4. Методика создания цифровых моделей профиля обрабатываемых деталей
.............................................................................................................. 22
1.5. Особенности программной обработки на одноприводном ТКС ........... 24
1.6. Лабораторный стенд для исследования и отработки программного
обеспечения ЦСУ одноприводных станков .............................................. 30
1.7. Цифровая система управления левым суппортом токарно-карусельного
станка модели 1525 на базе УЧПУ NC-201M .................................. 35
1.7.1. Особенности ЦСУ станка 1525 ............................................................. 36
1.7.2. Особенности работы ЦСУ станка 1516. ............................................... 42
1.7.3. Система цифровой индикации перемещений вертикального и
горизонтального суппортов .................................................................. 46
1.8. Программное обеспечение ЦСУ токарно-карусельного станка
модели 1525 .................................................................................................. 47
2. МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СРЕДСТВА СОПРЯЖЕНИЯ ПРОГРАММНОУПРАВЛЯЕМОГО
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ С СОВРЕМЕННОЙ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКОЙ ......................................... 52
2.1. Принцип построения и общая структура систем ввода-вывода управляющих
программ для станков с ЧПУ ..................................................... 52
2.2. Электронный блок памяти на основе статического ОЗУ ....................... 54
2.3. Электронный блок памяти на основе энергонезависимой флэшпамяти
........................................................................................................... 58
2.4. Микропроцессорный блок памяти на основе ММС-карты с поддержкой
USB-интерфейса ................................................................................ 61
2.5. Интерфейсные блоки сопряжения для связи электронных блоков памяти
с ПЭВМ ............................................................................................... 64
2.5.1. Интерфейсный блок сопряжения с ПЭВМ по шине ISA ............... 64
2.5.2. Интерфейсный блок сопряжения с ПЭВМ по шине PCI ............... 66
2.5.3. Интерфейсный блок сопряжения с ПЭВМ по стыку RS 32C ....... 67
2.5.4. Интерфейсный блок сопряжения с ПЭВМ по шине USB ............. 69
2.6. Блоки сопряжения с программно-управляемыми станками ................. 71
2.7. Двухканальный блок сопряжения с винтообрабатывающим станком
TDP ................................................................................................................ 73
3
Стр.4
3. ВЫСОКОТОЧНЫЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ЛИНЕЙНЫХ И УГЛОВЫХ
ПЕРЕМЕЩЕНИЙ МЕХАНИЗМОВ МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩИХ
КОМПЛЕКСОВ .................................................................................................. 80
3.1. Общая структура микропроцессорных систем контроля угловых и
линейных перемещений ............................................................................. 80
3.2. Система измерения и цифровой индикации угловых и линейных перемещений
рабочих органов фрезерного станка модели 2Е470А ......... 81
3.2.1. Система измерения и цифровой индикации угловых перемещений
двух съёмных столов и линейного перемещения рабочего
стола.................................................................................................... 82
3.2.2. Четырёхкоординатная система измерения и цифровой индикации
линейных перемещений вертикального и горизонтального
шпинделей ..................................................................................... 84
3.3. Устройство цифровой индикации углового положения рабочего стола
расточного станка модели 2Н637ГФ1 ................................................... 86
3.4. Система измерений и цифровой индикации линейных и угловых перемещений
рабочих органов станка модели W100 по четырем координатам
............................................................................................................. 88
3.5. Система цифровой индикации линейных и угловых перемещений рабочих
органов расточного станка BFT-90 по четырем координатам .... 94
3.6. Оборудование металлообрабатывающих станков высокоточными системами
контроля перемещений рабочих механизмов ........................... 101
4. МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩИМ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ОБОРУДОВАНИЕМ ..... 105
4.1. Микропроцессорное устройство индикации и управления режимом
позиционирования по трём координатам станка модели 2А656РФ11 ... 105
4.2. Микропроцессорная система управления трубогибочным станком
СТГ-3А в полуавтоматическом режиме «Эскиз» ..................................... 110
4.3. Цифровая система программно-позиционного управления станка модели
2А656РФ11 ........................................................................................... 116
4.4. Система адаптивного управления токарной обработкой валов ............ 121
5. ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ
РАЗМЕРОВ И ФОРМЫ ПОВЕРХНОСТИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ
МАШИНОСТРОЕНИЯ ...................................................................... 125
5.1. Методы и технические средства контроля размеров и формы изделий
машиностроения.......................................................................................... 125
5.2. Контроль формы поверхности изделий с помощью координатно-измерительных
машин .................................................................................. 127
5.3. Контроль формы поверхности изделий с помощью лазерной системы
сканирования ............................................................................................... 131
5.4. Обзор фотограмметрических измерительных систем ........................... 134
5.5. Фотограмметрическая измерительная система V-STARS/D5 ............... 137
5.6. Особенности использования стереофотограмметрического метода
контроля формы крупногабаритных корпусных конструкций ............... 143
4
Стр.5
5.7. Получение координат контролируемой поверхности с использованием
фотограмметрии ..................................................................................... 146
5.7.1. Определение двухмерных координат точек стереопар .................. 148
5.7.2. Определение трёхмерных координат контролируемой поверхности
................................................................................................... 154
5.8. Совмещение координат реальной и теоретической поверхностей
сложнопрофильных машиностроительных изделий ........................... 158
5.9. Методика вписывания теоретической (эталонной) 3D-модели в цифровую
3D-модель заготовки ..................................................................... 164
5.10. Управление технологическим процессом распределения припусков . 170
5.11. Определение оптимальной технологической базы длинномерных заготовок
тел вращения ............................................................................... 174
5.12. Экспериментальные исследования и отработка технологии использования
стереофотограмметрической системы V-STARS на основных
технологических операциях изготовления и ремонта гребных
винтов ......................................................................................................... 181
5.12.1. Общая характеристика стереофотограмметрической системы
V-STARS.......................................................................................... 181
5.12.2. Создание размеченного и масштабированного измерительного
пространства .............................................................................. 181
5.12.3. Измерение 3D-координат точек объекта ..................................... 184
5.12.4. Вписывание теоретической 3D-модели лопасти в исходную
(полученную) 3D-модель заготовки ............................................. 188
5.12.5. Оценка точности и качества изготовления судовых конструкций
................................................................................................... 190
5.13. Результаты практического применения современных бесконтактных
технологий измерения для контроля заготовок лопастей гребных
винтов ................................................................................................. 193
5.13.1. Особенности традиционной технологии контроля заготовок
лопастей гребных винтов. ............................................................. 194
5.13.2. Технология контроля заготовок лопастей с использованием
бесконтактных систем измерения. ............................................... 196
5.13.3. Влияние технологии контроля заготовок лопастей на технологию
обработки базовых поверхностей. ..................................... 201
5.13.4. Выводы. ............................................................................................. 203
5.14. Краткие выводы и рекомендации по использованию бесконтактных
методов контроля формы и геометрии объёмных судовых конструкций
............................................................................................................... 204
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................................... 206
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ...................................................................................... 208
5
Стр.6