Системы резки с числовым программным управлением

В 2009-2010 г.г. на кафедре радиотехники и телекоммуникаций СевНТУ была создана система газовой резки с числовым программным управлением. Заказчик - ОАО Электромашиностроительный завод «Фирма СЭЛМА».
Технические характеристики:

перемещение рабочего инструмента в пределах зоны 2000х1200 мм с погрешностью не более 0,5 мм;

горизонтальное перемещение рабочего инструмента по заданной траектории по двум координатам в пределах рабочей зоны;

автоматический и ручной режимы перемещения рабочего инструмента;

контроль и регулировку скорости перемещения рабочего инструмента;

отображение текущих режимов работы системы на встроенном дисплее;

отображение текущего положения рабочего инструмента на встроенном дисплее;

подключение сменного носителя информации USB Flash-drive с целью получения управляющей программы, подготовленной на внешнем компьютере;

интуитивный русскоязычный графический интерфейс управления системой.

           Анализ технического задания и аналогов разрабатываемой системы показал, что обеспечить существенное снижение стоимости изделия можно за счет разработки собственной электроники системы, а также собственного программного обеспечения, реализующего все функции, необходимые заказчику. Поэтому работа по теме началась в трех направлениях:
           1. Разработка и изготовление механических узлов системы;
           2. Разработка и изготовление электронных узлов системы;
           3. Разработка программного обеспечения системы.

           Разработкой механических узлов занимался Синьковский М.С. В самом начале работы над проектом было принято решение создать трехмерную модель механических узлов разрабатываемой системы в САПР Inventor, что позволило существенно ускорить проектирование и улучшить наглядность работы конструктора.
           Сборкой и доводкой механической части разрабатываемой системы занимался Овчаров П.П.

Трехмерная модель разрабатываемой системы в САПР Inventor

Сборка основания системы Овчаровым П.П.

Корпус блока управления системы в сборе

Параллельно с разработкой механики началась интенсивная работа по разработке и созданию электронной начинки системы. Эту работу выполнил Поливкин С.Н. Импульсный источник питания, как один из наиболее ответственных узлов системы разработал и изготовил Широков И.Б.
Структура электроники системы управления представлена на рисунке. Отказ от использования в составе разрабатываемой системы специализированного промышленного компьютера привел к необходимости применения в ее составе высокопроизводительного микроконтроллера. В качестве такого контроллера было выбрано семейство 32-х разрядных контроллеров фирмы Microchip. При работе на тактовой частоте 80 МГц они обеспечивают производительность до 80 MIPS, что было признано достаточным для данного проекта.

Структура электроники системы газовой резки

Драйвера шаговых двигателей, также было решено разработать и изготовить самостоятельно. На следующих фотографиях представлен процесс изготовления печатных плат и электронных блоков системы.

Поливкин С.Н. изготавливает клавиатуру блока управления

Плата блока управления

Фрагмент печатного узла блока управления (PIC32)

Фрагмент печатного узла блока управления с контроллером PIC32 в корпусе TQFP100

Сразу после изготовления платы блока управления началась интенсивная работа по созданию программного обеспечения системы. Большая часть этой работы была выполнена Смаиловым Ю.Я., который «вдохнул жизнь» в систему

Смаилов Ю.Я. осуществляет тестовую проверку базовых подпрограмм

           После того, как были полностью готовы механика и электроника разрабатываемой системы, а также тестовая версия ее встроенного программного обеспечения, состоялась встреча с представителями ОАО «Фирма СЭЛМА».
           Представителям заказчика была продемонстрирована работа системы, причем в качестве исполнительного инструмента выступала обыкновенная ручка. Качество трасс, продемонстрированное системой, позволило сделать вывод о Значительно более высокой точности, по сравнению с указанной в техническом задании (0,5 мм).
           На этой встрече представителями заказчика была высоко оценена степень готовности проекта, а также высказан ряд конструктивных предложений и замечаний по улучшению пользовательского интерфейса системы.
           В результате значительной работы, проведенной Ю.Я. Смаиловым по устранению этих замечаний, пользовательский интерфейс существенно упростился, стал более информативным. На представленных фотографиях показаны его основные режимы

Представители ОАО «Фирма СЭЛМА» и коллектив разработчиков системы от СевНТУ

Тестирования управляющей программы

Панель управления системой газовой резки с числовым программным управлением

Интерфейс системы

Шаблоны трассы

Выбор параметрического шаблона трассы

Задание параметров шаблона

Работа по трассе, подготовленной во внешней САПР

Тестовая трасса 1

Тестовая трасса с логотипом заказчика

Параллельно с корректировкой программного обеспечения был начат процесс подготовки комплекта конструкторской документации по разработанной системе. Эта работа выполнялась Синьковским М.С. и Поливкиным С.Н. На этом этапе был сформирован пакет рабочих чертежей по механическим узлам и деталям в пакете AutoCAD.
Кроме того, по требованию заказчика был произведен экспорт принципиальных схем и печатных плат из PCAD в AutoCAD.

Генеральный сборочный чертеж системы

Сборочный чертеж системы

Чертеж платы клавиатуры

Параллельно с подготовкой пакета конструкторской документации начались полномасштабные ходовые испытания системы. В ходе их выполнения производилась проверка работы всех режимов управляющей программы на рабочих скоростях в пределах всего рабочего поля системы.
По окончанию подготовки пакета конструкторской документации и согласования ее с заказчиком установка была передана ОАО «Фирма СЭЛМА» и для подготовки к серийному производству.

Ходовые испытания разработанной системы

Демонстрация точности позиционирования

Демонстрация работы интерфейса управления

   Место внедрения — ОАО Электромашиностроительный завод «Фирма СЭЛМА», г. Симферополь
   Авторы разработки:
     профессор Ю.Б. Гимпилевич;
     ассистент С.Н. Поливкин;
     старший преподаватель Ю.Я. Смаилов;
     ассистент П.П. Овчаров;
     ассистент М.С. Синьковский;
     доцент И.Б. Широков.