Методичні вказівки

До лабораторної роботи на тему
“ ВИЗНЕЧЕННЯ ДІЙСНОГО ЗНАЧЕННЯ ЧАСТОТ
ОБЕРТАННЯ ШПИНДЕЛЯ”

МЕТА РОБОТИ
Виконати розрахунки частот обертання шпинделя за вихідними даними; побудувати графік частот обертання шпинделя; ознайомитись із методикою визначення дійсного значення частот обертання шпинделя та експериментальним стендом; виконати порівняння теоретичних розрахунків та експериментальних даних та зробити висновки щодо похибок частот обертання шпинделя.
Теоретична частина роботи
Вихідні дані для кінематичного розрахунку частот обертання шпинделя : Z=18; n₁=40 хв^-1; φ=1,26; n_д=1450хв^-1. Кінематичні розрахунки виконуються за скороченою методикою за пунктами:
1 вибираємо одну структурна формула у загальному вигляді

2 будуємо кінематичну схему за наведеною структурною формулою, врахувати, що шпиндельна бабка з’єднана з коробкою швидкостей без пасової передачі. Приклад кінематичної схеми подано на рисунку 1.


Рисунок 1
3 Записуємо 6 структурних формул у розгорнутому вигляді:
Z=3(1)×3(3)×2(9), Z=3(3)×3(1)×2(9), Z=3(2)×3(6)×2(1),
Z=3(1)×3(6)×2(3), Z=3(6)×3(1)×2(3) Z=3(6)×3(2)×2(1).
4 На основі цих формул будуємо структурні сітки за оптимальною та неоптимальною структурними формулами(оптимальну та неоптимальну визначити самостійно). Приклади таких структурних сіток подані на рисунку 2.
 
Z=3(1)×3(3)×2(9) Z=3(6)×3(2)×2(1)
Рисунок 2 – Приклади побудови оптимальної та неоптимальної структурних сіток

5 За оптимальною структурною сіткою будуємо графік частот обертання шпинделя. Теоретичний графік частот обертання шпинделя для геометричного ряду з φ = 1,26 та для n₁ = 40 хв^-1 поданий на рисунку 3.
Експериментальна частина роботи
Для експериментальні частини роботи застосуємо привід руху вертикально-фрезерного верстата моделі 6Р13Ф2. Верстат має ступінчатий привід головного руху з таким вихідними даними: n₁=40 хв^-1; φ=1,26; Z=18; n_д=1450 хв^-1.
Наведені на графіку теоретичні частоти обертання шпинделя верстата збігається із табличними, які розміщені на механізмі переключення частот обертання шпинделя. При виконанні роботи показати це безпосередньо на верстаті.

Рисунок 3 – Графік частот обертання шпинделя із стандартними значеннями частот

Як відомо із кінематики, дійсні частоти обертання шпинделя відрізняються від теоретичних із-зі того, що при розрахунках передаточного відношення коробок швидкостей застосовується знаменник геометричного  ряду φ = 1,26, який не забезпечує отримання цілочисленного значення частот ( як на механізмі переключення ).
Для визначення дійсного значення частот обертання застосовується експериментальний стенд, що складається із верстата 6Р13Ф2, допоміжного інструмента та оснащення, датчика обертів шпинделя, ЕОМ та програмного забезпечення. На рисунку 4 подано загальний вигляд експериментального стенду, де показані:
1 - верстат мод. 6Р13Ф2;
2 - допоміжний інструмент (оправка ) у шпинделі верстата;
3 - диск з отвором;
4 – фоторезисторний датчик;
5 - ЕОМ;
6 - лінія зв¢язку;
7 - пульт керування верстатом;
8 -механізм переключення частот обертання шпинделя.
Робота експериментального стенду заснована на принципі реєстрування переривчастого світлового потоку.

Рисунок 4 – Експериментально – дослідний стенд
Фоторезисторний датчик (рисунок 5) складається з корпусу 1, джерела світа 2, фоторезистора 3 та диску 4 з отвором 5. Диск розташований так, що світловий потік від джерела 2 перекритий диском 4. У цьому випадку фоторезистор не освітлений і опір його постійний. Якщо ж отвір 5 диска 4 не перекриває джерела світла на фоторезистор, то під дією світлового потоку опір фоторезистора змінюється, що реєструє приймач, наприклад комп’ютер. Таким чином при обертанні диска фоторезистор спрацьовує стільки раз за хвилину, скільки обертів має диск, що закріплений на оправці і обертається одночасно із шпинделем. Розглянутий датчик світлової дії безінерційний, тобто похибки при реєстрації обертів практично відсутні. Сигнали від фоторезистора подаються на LPT порт комп’ютера. але для того, щоб реєструвати сигнали датчика, створена спеціальна програма, яка складається з двох частин:
а – тестової програми; б – робочої програми.

Рисунок 5 – Схема фоторезисторного датчика

Рисунок 6 – Панель керування верстатом

Тестова програма testprog.exe потрібна для того, щоб перевірити працездатність системи. Після запуску тестової програми маємо два варіанта тесту: а) - з перекритим світловим потоком та б) - з освітленим фоторезистором. Якщо система працює без похибок, то з перекритим світловим потоком на екрані ЕОМ видається цифра 127; при освітленому фоторезисторі маємо цифру 111. перевірка перекриття або не перекриття світлового потоку диском на оправці здійснюється при обертанні шпинделя за допомогою ключа (головний привід вимкнено!).
Після перевірки роботи системи тестової програми запускають робочу програму oborot.exe. робоча програма працюватиме у тому випадку, коли диск почне обертатись одночасно із шпинделем верстата. У нижній частині екрана комп”ютера можна спостерігати одразу дійсні значення частоти обертання шпинделя.
Робота на верстаті. Попередження 1. Оскільки верстат оснащений системою ЧПК, то при вмиканні силового струму слід бути уважним, щоб не пошкодити пристрій ЧПК!. У разі виникнення нестандартної ситуації натиснути на кнопку загальний стоп. При виконанні лабораторної роботи використовується тільки ліва частина панелі керування верстатом (рисунок 6).
Для роботи потрібні знання таких кнопок панелі:
1 - кнопка затиску оправки шпинделя верстата;
2 - кнопка „рух шпинделя”;
3 - кнопка „стоп шпинделя”;
4 - лампа – індикатор про те, що верстат знаходиться під напругою; 5 – кнопка „Загальний стоп”.
Попередження 2. Перед початком роботи на верстаті (вмиканням шпинделя) перевірити надійність затиску оправки у шпинделі. Для цього потрібно механізм зміни частот обертання шпинделя (поз. 8 рисунок 4) встановити найменші – 40 хв^-1 – оберти шпинделя, а потім натиснути на кнопку 1 затиску оправки шпинделя верстата ( див. символіку на панелі керування). Після перевірки надійності затиску оправки можна натиснути на кнопку „Рух шпинделя”. таким чином алгоритм виконання експериментальної частини роботи на верстаті наступний:
1                   Підготувати комп’ютер до роботи та подати на нього напругу.
2                   Запустити програму testprog.exe.
3                   Перевірити працездатність фоторезисторного датчика тестовими кодами 127 та 111.
4                   Запустити до роботи програму oborot.exe
5                   На верстаті встановити найменші оберти шпинделя (40 хв^-1 ).
6                   Перевірити надійність затиску оправки у шпинделі верстата.
7                   Вмикнути головний вимикач силової шафи верстата.
8                   Вмикнути головний вимикач стійки ЧПУ верстата.
9                   Вмикнути шпиндель верстата, натиснув на кнопку 3 „Рух шпинделя”.
10              Зняти показники дійсних обертів шпинделя на екрані комп’ютера.
11              Зупинити шпиндель кнопою „Стоп шпинделя”.
12              Установити наступне значення частоти обертання шпинделя, повторюючи пункти 9,10, 11 до перебігу усих значень частот.
Значення дійсних обертів занести у таблицю журналу звітів за формою:

Табличні (теоретичні значення)	40	50	63	80	100	125	160	250	315	400
Дійсні значення
Середнє значення
Похибка, Δ,%

Таким чином, потрібно визначити дійсні оберти для кожної табличної (теоретичної ) частоти, змінюючи їх за допомогою механізму переключення.
Попередження 3. Переключення частот обертання виконувати тільки при зупиненому шпинделі. Про це нагадує символіка під механізмом переключення частот обертання на верстаті !

Після визначення середнього значення дійсних частот обертання шпинделя (записати декілька дійсних значень та визначити середнє ) нанести їх штрихпунктирними лініями на графік частот обертання шпинделя (рисунок 7). Підрахувати похибку теоретичного (табличного) та дійсного значення. Зробити висновки по роботі.
Звіт до лабораторної роботи повинен містити:
1                   Тему та мету роботи.
2                   Теоретичні значення частот обертання шпинделя за вихідними даними.
3                   Схему експериментально–дослідної установки, схему фоторезисторного датчика.
4                   Алгоритм виконання роботи.
5                   Таблицю за результатами дослідів, графік з дійсними значеннями частот обертання шпинделя.
6                   Висновки по роботі.


Рисунок 7 - Графік табличних та дійсних (штрихпунктирні лінії) частот обертання шпинделя

ДОДАТОК А ( довідковий ).
Таблиця А.1 - Значення табличних та дійсних обертів шпинделя

Табличні (теоретичні) значення	40	50	63	80	100	125	160	200	250	315	400	500	630	800	1000	1250	1600	2000
Дійсні значення	40	52	65	80	102	131	160	206	262	319	410	518	628	810	1024	1256	1616	2046
Середні значення	40	51	64	80	101	128	160	203	256	317	405 405	509	629	805	1012	1253	1608	2023
Похибка D, %	0	4	3,17	0	2	4,8	0	3	4,8	1,27	2,5	3,6	0,32	1,25	2,4	0,48	1	2,3