Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Комплексная технология формирования поверхностных элементов на плоских и фасонных поверхностях электрофизикохимическими методами Гунин Сергей Владимирович

Комплексная технология формирования поверхностных элементов на плоских и фасонных поверхностях электрофизикохимическими методами
<
Комплексная технология формирования поверхностных элементов на плоских и фасонных поверхностях электрофизикохимическими методами Комплексная технология формирования поверхностных элементов на плоских и фасонных поверхностях электрофизикохимическими методами Комплексная технология формирования поверхностных элементов на плоских и фасонных поверхностях электрофизикохимическими методами Комплексная технология формирования поверхностных элементов на плоских и фасонных поверхностях электрофизикохимическими методами Комплексная технология формирования поверхностных элементов на плоских и фасонных поверхностях электрофизикохимическими методами Комплексная технология формирования поверхностных элементов на плоских и фасонных поверхностях электрофизикохимическими методами Комплексная технология формирования поверхностных элементов на плоских и фасонных поверхностях электрофизикохимическими методами Комплексная технология формирования поверхностных элементов на плоских и фасонных поверхностях электрофизикохимическими методами Комплексная технология формирования поверхностных элементов на плоских и фасонных поверхностях электрофизикохимическими методами
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Гунин Сергей Владимирович. Комплексная технология формирования поверхностных элементов на плоских и фасонных поверхностях электрофизикохимическими методами : Дис. ... канд. техн. наук : 05.03.01 Тула, 2005 140 с. РГБ ОД, 61:05-5/3954

Содержание к диссертации

Введение

I. Анализ состояния вопроса. анализ объекта исследования. постановка задачи исследования 11

1.1 Методы получения поверхностных элементов 12

1.1.1 Механические методы формирования поверхностных элементов на плоских поверхностях деталей 13

1.1.2 Методы формирования поверхностных элементов с использованием лазерного излучения 14

1.1.3 Химические и электрохимические методы формирования поверхностных элементов 14

1.1.4 Методы формирования с использованием масок на основе бумажных и полимерных защитных материалов 15

1.1.5 Методы формирования поверхностных элементов с масками на основе фоторезистивных материалов 19

1.2 Сравнение методов формирования поверхностных элементов 21

1.3 Методы формирования поверхностных элементов с масками на основе лакокрасочных и порошковых покрытий 22

1.4 Методы формирования поверхностных элементов с масками на основе порошковых красок с их последующей полимеризацией по заданной программе или готовой маске 23

1.5 Методы формирования поверхностных элементов с масками на основе порошковых красок с их последующим испарением по заданной программе 25

1.6 Обзор методов и оборудования для формирования диэлектрических поверхностных слоев 26

1.6.1 Методы формирования однородной полимерной композиции с применением порошковых красок 27

1.6.2 Методы формирования защитной маски воздействием лазерного излучения на полимерную пленку 32

1.7 Выводы по главе 36

II. Теоретические исследования особенностей формирования поверхностных элементов с предварительным формированием масок 38

2.1 Математическая модель распределение тепловых полей в тонкопленочном диэлектрическом слое 39

2.2 Анализ результатов математического моделирования 49

2.3 Электрохимическое формообразование поверхностных элементов с использованием защитных масок произвольной геометрии 58

2.4 Выводы по главе 60

III. Экспериментальные исследования формирования поверхностных элементов на плоских и фасонных поверхностях - 62

3.1 Разработка методик проведения экспериментальных работ 63

3.2Экспериментальные исследования процесса формирования равнотолщинного диэлектрического слоя методом электростатического напыления полимерных композиций 64

3.2.1 Методика экспериментальных исследований процесса формирования равнотолщинного диэлектрического слоя 65

3.2.2 Экспериментальное оборудование 68

3.2.3 Результаты экспериментальных исследований 69

З.ЗЭкспериментальные исследования процесса формирования защитных масок в диэлектрических слоях на неплоских поверхностях 70

3.3.1 Методика экспериментальных исследований процесса формирования защитных масок 70

3.3.2 Результаты экспериментальных исследований 73

3.4Методика экспериментальных исследований процесса формирования защитных масок с использованием трафаретных предмасок 73

3.5Экспериментальные исследования процесса анодного растворения материала с использованием защитных масок 78

3.5.1 Методика экспериментальных исследований процесса анодного растворения 79

3.5.2 Экспериментальное оборудование 82

3.5.3 Результаты экспериментальных исследований 83

3.5.4 Анализ параметров сформированных поверхностных элементов на различных поверхностях 84

З.бМетодика проведения экспериментальных исследований процессов глубокого анодного растворения с использованием защитных масок 91

3.6.1 Методика исследования процесса глубокого анодного 91

3.6.2 Экспериментальное оборудование 94

3.6.3 Результаты экспериментальных исследований 95

3.1.Выводы по главе 97

IV. Разработка и внедрение технологий и оборудования для формирования поверхностных элементов на плоских и фасонных поверхностях 98

4.1 Технологическая установка ЛУФМ-1 98

4.1.1 Механизм слежения за эквидистантностью к поверхности 100

4.1.2 Блок накачки лазерного диода 100

4.1.3 Система сопряжения стоек ЧПУ с современными вычислительными комплексами 102

4.1.4 Специфика написания программного обеспечения для управления стойками ЧПУ современными вычислительными комплексами 106

4.2 Экспериментальная установка для процесса глубокого анодного растворения 110

4.3 Разработка технологического регламента формирования поверхностных элементов с использованием трафаретных предмасок 113

4.4 Разработка технологического регламента формирования поверхностных элементов с использованием процесса припекания защитного слоя 117

4.5 Выводы по главе 119

Общие выводы 120

Библиография

Введение к работе

Тенденция постоянной миниатюризации оборудования и соответствующего повышения точности его изготовления обусловила переход значительной части производства на гибкие производственные линии. Подобные комплексы способны обеспечивать воспроизведение геометрических размеров деталей до величин порядка нескольких десятков микрометров при широкой выпускаемой гамме изделий. Создание формующей оснастки для изготовления таких изделий как корпуса и фурнитура сотовых телефонов, плееров, цифровых камер и прочих изделий объясняет необходимость не только точности исполнения, но и быстрой смены производимой номенклатуры в зависимости от требований рынка сбыта.

Важной технологической задачей является воспроизведение на поверхностях деталей заданных поверхностных элементов для придания определенной фактуры. Это необходимо для повышения качественных показателей поверхностного слоя и расширения области применения текстурированных поверхностей.

Решение данной технологической задачи позволяет получить более долговечные в использовании поверхности с улучшенными эксплуатационными характеристиками: меньшая запыливаемость, стойкость к образованию на поверхности жировых пятен от контакта с руками, а также поверхностей, имитирующих натуральные и синтетические материалы.

Около 5 лет назад воспроизведение элементов на поверхностях деталей осуществлялось изготовлением ручными способами защитной маски на основе полимерных материалов и химическим травлением (итальянская технология по созданию элементов на поверхности пресс-форм) или с использованием труда профессионального гравера.

Для новых типов приборов точность воспроизведения поверхностных элементов должна лежать в диапазоне десятков микрометров, что является непреодолимой проблемой для всех ручных операций, требуемая же

7 себестоимость обработки детали должна быть минимальной. Одновременно с этим возникает проблема утилизации химических реактивов, используемых в процессе переноса рисунка защитной маски с трафарета на металлические и иные поверхности.

Использование ручных операций в процессе формировании защитных масок резко ограничивает диапазон поверхностей, на которых возможно создание поверхностных элементов. Дальнейшее развитие данной технологии необоснованно, поскольку это противоречит концепции построения современных автоматизированных производственных линий, в которых участие человека в технологическом процессе сведено к минимуму.

Однако наука не стоит на месте, и поставленная технологами задача была решена следующим образом. Было предложено на поверхность детали наносить защитный слой, обладающий свойством полимеризоваться (или разрушаться) под действием излучения определенной длины волны (например, излучения ультрафиолетовой части спектра) - так называемый фоторезист. Если экспонирование фоторезиста вести через заранее созданную маску, то на поверхности создается слой, комбинацией пробельных и не пробельных элементов которого образуется защитная маска заданной конфигурации. В дальнейшем через эту защитную маску для формообразования на поверхности можно использовать такие процессы, как химическое, электрохимическое растворение материала, осаждение материала, основанное на химических (гальваника, химия) или физических (ионная имплантация, вакуумное осаждение) процессах. При этом одним из необходимых условий является инертность материала защитной маски к осуществляемому процессу формообразования и среде его протекания.

Использование методов электрохимической обработки с применением фоторезистивных или других слоев, наносимых на поверхность в виде защитных масок, делает затруднительным или невозможным процесс формирования поверхностных элементов на сложных криволинейных

8 поверхностях, в том числе, имеющих небольшие размеры (площадью менее 10 мм) и сферических поверхностях. Это обусловлено сложностью формирования равномерного слоя фоторезиста, поскольку раскрой защитного покрытия и укладку фотошаблонов необходимо вести по сложной поверхности, что является трудоемкой задачей. К перечисленному выше следует добавить недостаточную точность воспроизведения заданного рисунка защитной маской после применения фотолитографических методов, поскольку сложно обеспечить равномерность излучения, идущего от источника на сложную криволинейную поверхность.

Одно из ведущих мест в области формирования поверхностных элементов занимают методы, основанные на удалении материала (испарение под действием лазерного излучения, электроэрозионная и электрохимическая обработка). Точность воспроизведения геометрии данными методами составляет десятки микрометров. Применение лазерной обработки позволяет расширить диапазон обрабатываемых материалов (полимеры и керамика).

Данным методам присущ ряд недостатков. Например, для лазерной обработки это термическая модификация поверхности, приводящая к накоплению напряжений в поверхностном слое материала и, как следствие, более низкая долговечность (что существенно, например, для формующих поверхностей оснастки). К тому же существует целый ряд материалов, для которого лазерная обработка неприменима по физическим характеристикам или технологическим показателям.

Для электроэрозионной обработки характерным недостатком является износ электрода-инструмента и, как следствие, невозможность серийного производства. Электрохимическая и электроэрозионная обработка требуют наличия в межэлектродном промежутке циркуляции рабочей среды для удаления продуктов процесса (шлама), что затруднительно обеспечить в случае сложных криволинейных поверхностей.

Комбинацией схем формообразования можно добиться приемлемой скорости удаления шлама. Например, при использовании схемы обката электродом-инструментом по поверхности решается задача промывки межэлектродного зазора за время обработки в отличие от схем единовременного формообразования. При этом возникает погрешность формообразования за счет накопления погрешностей перемещений. В данном случае начинают влиять такие факторы, как точность механических систем, осуществляющих подвод и отвод электрода-инструмента, согласованность электрохимических (электроэрозионных) и механических процессов.

Применение схемы точечного электрохимического (электроэрозионного) формообразования позволяет избежать сложностей при удалении из межэлектродного зазора шлама и использовать ее для формирования заданной геометрии на сложных поверхностях. У данного метода существует ряд недостатков: низкая производительность в случае применения электрода-инструмента малого диаметра (до 100 и менее микрометров); существенные трудности при закреплении подобного рода электродов; воздействие на электрод тепловых полей и силовых факторов при протекании процесса.

Известна еще целая группа методов формирования элементов на поверхности, не имеющая большого распространения в машиностроении и поэтому не подвергающаяся анализу в данной работе.

Целью настоящей работы является создание технологии и методов комбинированного воздействия на материал для формирования поверхностных элементов на плоских и фасонных поверхностях деталей различного назначения.

Работа состоит из следующих основных частей:

анализ методов и технологии получения поверхностных элементов на плоских и фасонных поверхностях;

теоретические исследования возможностей формирования защитной маски лазерным излучением;

теоретические исследования электрохимического формообразования поверхностных элементов на различных поверхностях;

экспериментальные исследования формирования поверхностных элементов на опытных образцах деталей;

разработка рекомендаций по практическому использованию электрохимического формообразования поверхностных элементов.

Механические методы формирования поверхностных элементов на плоских поверхностях деталей

Механическими методами возможно создание поверхностных элементов со съемом или без съема материала заготовки. Методы со съемом материала заготовки основаны на процессах механического удаления материала, (сверление, фрезерование, точение). В основу технологических схем механической обработки без съема материала положены процессы холодного пластического деформирования, (накатывание, вибронакатывание). Механические методы требуют применения универсальных или специальных инструментов в сочетании с системами ЧПУ. Создаваемые элементы на поверхности частично или полностью повторяет геометрию инструмента, которым он создается.

Механические методы имеют существенные ограничения по созданию маловысотных (0,1 ... 1 мкм) и глубоких поверхностных элементов (свыше 300 мкм). Следует также отметить существенные ограничения на форму и геометрию поверхностных элементов вследствие ограничения на размеры инструмента, которым он создается. Кроме того, из-за трудностей создания сложных профилей эти методы обеспечивают создание достаточно простых по геометрическим параметрам поверхностных элементов. Также следует отметить значительные временные затраты на изготовление подобных поверхностных элементов. Таким образом, применение механических методов при формировании элементов на поверхности ограничено и в будущем малоперспективно.

Методы формирования поверхностных элементов с использованием лазерного излучения

Широкое распространение получил метод формирования поверхностных элементов на поверхностях с использованием лазерного излучения [19-33]. Метод обладает существенно большей гибкостью и универсальностью (охватывает более широкий спектр обрабатываемых материалов) по сравнению с механическими методами, обеспечивает получение более широкого спектра поверхностных элементов, как по геометрическим параметрам, так и по сложности геометрии. Однако данный метод отличается более высокой энергоемкостью, необходимостью применения дорогостоящего оборудования, приводит к структурным изменениям поверхностного слоя, нежелательным с точки зрения последующей обработки (например, последующего хромирования).

Химические и электрохимические методы формирования поверхностных элементов

Химические методы формирования поверхностных элементов основаны на химическом растворении материала детали и химическом осаждении на поверхность [34-36]. При травлении образование элементов происходит путем растворения металла, не закрытого трафаретом (защитной маской). Основным недостатком является необходимость использования значительного количества трафаретов для варьирования формы, размеров, взаимного расположения создаваемых элементов.

Химическое осаждение является одним из наиболее доступных и простых методов получения на поверхностях деталей поверхностных элементов в том случае, если химическое осаждение вести на форму, имеющую на своей поверхности предварительно созданные поверхностные элементы, и затем отделять копию от подложки. Сущность метода заключается в восстановлении ионов металла на поверхности формы в водном растворе с помощью растворенного восстановителя. У данного метода наряду с неоспоримыми достоинствами (простота оборудования и доступность материалов, возможность получения копии любой толщины, равномерность толщины получаемого покрытия или копии по всей поверхности формы) есть и существенный недостаток - весьма низкая скорость осаждения, что сильно затрудняет получение элементов со значительной толщиной [37].

Методы формирования с использованием масок на основе бумажных и полимерных защитных материалов

В последнее время все большее место в обработке материалов занимает электрохимическая обработка, в частности, анодное растворение. Неоспоримыми преимуществами является независимость процесса от физико-механических свойств поверхности, производительность процесса, по сравнению с химическими методами обработки, качество обработанной поверхности. При ЭХО нет механического контакта между катодом и заготовкой, обработка не сопровождается износом инструмента. В нормальных условиях силовой и тепловой факторы играют незначительную роль в образовании наклепа поверхностного слоя и возникновении остаточных напряжений [38-58].

Анализ результатов математического моделирования

В рассматриваемой системе уравнений (2.17) коэффициенты aE,w,N,s,T,B представляют собой проводимости между точкой, для которой выполняется расчет, и соответствующими соседними точками. Выражение арТр -внутренняя энергия, содержащаяся в контрольном объеме AxAyAz в момент t. Постоянная величина Ъ складывается из внутренней энергии арТр и мощности тепловыделения в контрольном объеме от действия внутреннего источника Sc. Коэффициент ар представляет собой сумму всех соседних коэффициентов и содержит вклад от внешнего источника лазерного излучения.

Для граничных условий III рода выполняется преобразование к дискретному аналогу следующего вида: aBTB=ajTj+b. (2.18)

В зависимости от того, задан ли поток на поверхности пленки или он определен через коэффициент теплоотдачи h, коэффициенты aB,aj,Tj и Ъ вычисляются с помощью системам уравнений (2.19) и (2.20) соответственно:

Условие (2.21) должно соблюдаться для всех уравнений системы 2.17, а условие (2.22) по крайней мере, для одного уравнения. Эти условия называются критерием Скарбороу [98].

Для повышения точности расчетов следует обратить внимание на параметр приращения времени А/. При Аґ- 0 процессы, протекающие в элементарном объеме, более адекватно отражают физические процессы, протекающие в материале пленки и подложки в результате действия источника лазерного излучения, поскольку приращение значений теплового поля в узловых точках становится более линейным [95].

Учет процессов испарения материала пленки и его удаления из расчетной области осуществляется путем проверки равенства конечного значения температуры элемента температуре испарения (так называемый метод ловли фронта в узел сетки) [99]. Отсюда следует, что скорость движения фазовой границы «расплав - пар» есть отношение геометрических размеров удаленного элемента ко времени достижения им температуры испарения:

В результате проведения математического моделирования найдены: - зависимости геометрических параметров лунки от скорости движения источника лазерного излучения; - распределение теплового поля в материалах пленки и подложки; - максимальные значения температуры в материале подложки; - геометрические размеры формируемых элементов защитной маски в диэлектрическом слое пленки; - точность формирования элементов защитной маски в материале пленки.

Для моделирования влияния скорости перемещения источника лазерного излучения на геометрические параметры лунки использовался диапазон скоростей перемещения лазерного луча от 0,009 до 0,12 м/с, поскольку в результате предварительных исследований, по приведенным закономерностям найдено, что данный диапазон является рациональным для толщин диэлектрических слоев от 20 - 30 мкм.

В качестве значений мощности лазерного излучения были выбраны 1, 2.5 и 5 Вт, поскольку эти значения охватывают диапазон мощности полупроводниковых лазерных излучателей инфракрасного диапазона отечественного и зарубежного производства.

На графике приведены зависимости глубины испарения материала диэлектрической пленки от скорости движения источника лазерного излучения (рис. 2.5), полученные в результате моделирования.

На малых скоростях движения источника лазерного излучения менее 0,001 м/с значение глубины испарения не может быть бесконечно большим, поскольку на процессы нагрева вещества начинают влиять процессы экранирования лазерного излучения парами и продуктами окисления вещества пленки, находящимися в лунке. На приведенных зависимостях рациональным значениям скоростей перемещения источника лазерного излучения при различных мощностях, соответствуют затемненные области.

На рис. 2.6 видно, что при меньших скоростях движения источника лазерного излучения по поверхности материала пленки уменьшается глубина испарения, края лунки становятся более пологими, лунка приобретает форму желоба. В результате движения зоны воздействия лазерного излучения по поверхности диэлектрической пленки происходит сложение тепловых полей текущего и предшествующего положений зоны воздействия, что приводит к повышению температуры в поверхностных слоях относительно начального состояния. Это существенно влияет на форму лунки, увеличивая ее ширину в конечной точке относительно начальной.

При скоростях меньше 0,02 м/с, при мощности лазерного излучения 1 Вт, размеры области, прогретой до температуры испарения (650С) уменьшаются (рис. 2.7). Это может быть обусловлено тем, что с повышением скорости перемещения источника излучения распределение тепла не успевает захватить большие области поверхности пленки.

Методика экспериментальных исследований процесса формирования равнотолщинного диэлектрического слоя

Методика экспериментальных исследований процесса формирования масок на неплоских поверхностях деталей включает в себя: - формирование «виртуальной» маски на ПЭВМ; - формирование защитной маски в диэлектрическом слое; - оценку точностных параметров воспроизведения элементов защитной маски.

Формирование «виртуальной» маски на ПЭВМ. Формирование «виртуальной» маски осуществляется с использованием программного обеспечения, поддерживающего вывод графической информации в формате BMP (растровый формат корпорации Microsoft) и векторной информации в формате DXF, DWG, HPGL (векторный формат фирмы AutoDesk System). Геометрические размеры формируемого дискретного элемента зависят от технических параметров установки, на которой осуществляется непосредственно процесс формирования защитной маски в диэлектрическом слое.

Для оценки возможностей формирования защитных масок была спроектирована тестовая маска, включающая в себя все возможные изменения геометрических размеров, встречающихся в большинстве формируемых защитных масок (рис. 3.4). Рис. 3.4. Геометрические параметры маски на тестовом образце: 1 - пробельный участок; 2 - защитный участок

Формирование защитной маски в диэлектрическом слое. Процесс формирования рисунка защитной маски проводился на установке ЛУФМ-1.

Для этого в ПЭВМ вводилась информация о геометрии маски в виде файла графического или векторного формата. Подготовленные на предыдущих этапах образцы закреплялись на предметном столике посредством кронштейнов. Установка «нулевой» точки осуществлялась с использованием стойки ЧПУ подводом лазерного модуля в заданное положение. После выполнения операции лазерного экспонирования производился съем образца.

Оценка точностных параметров воспроизведения элементов защитной маски. Экспериментальные исследования проводились в соответствии с теорией планирования эксперимента [96, 97].

В качестве варьируемых факторов были приняты следующие: - толщина слоя диэлектрической пленки. Пределы варьирования определялись возможностями оборудования электростатического нанесения порошковых композиций и составили 12 -ь 36 мкм. - длительность импульса лазерного излучения. Пределы варьирования определялись техническими рекомендациями к эксплуатации лазерного модуля и составили 1 -1000 мс. - расстояние между центрами формируемых элементов. Пределы варьирования выбирались в соответствии с результатами анализа геометрии подобных поверхностных элементов (пресс-формы, выпечные формы) и составили 0 - 1000 мкм.

Искомой характеристикой точности является величина отношения геометрических размеров формируемых элементов к геометрическим размерам фокального пятна лазерного излучения. Выбор данной характеристики обусловлен достижением максимальной точности при формировании защитной маски в диэлектрической пленке.

Исходные данные сведем в таблицу 3.2.

Параметры варьирования Факторы Уровни факторов Интервал варьирования 0 +1 Xi - Толщина слоя диэлектрическойпленки, мкмХг - Длительность импульсалазерного излучения, мсХз - Расстояние между центрамиформируемых элементов, мкм 12 100 50 24600550 36 1100 1100 12 500 500

Для уменьшения количества экспериментов использовалась ПОЛуреПЛИКа 23"1, Генерирующее СООТНОШеНИе Хз=ХіХ2. Матрица планирования экспериментов приведена в таблице 3.3. Таблица 3.3. Распределение факторов по экспериментам Номер опыта Случайный порядок X, х2 Хз мкм мкм Кл 12 3 4 3 4 2 1 36 12 36 12 11001001001100 1100 11005050 3.3.2 Результаты экспериментальных исследований Результаты проведенных исследований представлены в виде зависимостей на рис. 3.5. г- , s х и с я с X я я В S а. Ф 12 мкм ——24 мкм мкм 0,5 Длительность импульса лазерного излучения, Зависимости ширины зоны испарения диэлектрической пленки от длительности импульса лазерного излучения для пленок различной толщины

Изменение ширины зоны испарения диэлектрического слоя при воздействии лазерного излучения относительно исходного размера фокального пятна и, как следствие, точность воспроизведения зависит в большей степени от длительности импульса лазерного излучения. Это хорошо согласуется с теоретическими исследованиями [2,5,8,20,28,33]. Уменьшение геометрических размеров формируемого элемента защитной маски с увеличением толщины диэлектрической пленки обусловлено процессами распределения теплового потока при воздействии источника лазерного излучения, отсутствием локального «перегрева» прилегающих участков и, как следствие, их подплавления

Механизм слежения за эквидистантностью к поверхности

Блок представляет собой транзисторный каскад, работающей по схеме эмиттерного повторителя содержащий также схемы защиты лазерного диода от бросков тока и напряжения в режиме переключения (рис.4.4).

Схема обеспечивает снижение тока накачки лазерного диода в случае увеличения частоты следования импульсов управления свыше определенной. Схемы защиты собраны на быстродействующих диодах Шотки, и обеспечивают защиту как силового транзистора в цепи управления, так и самого лазерного диода. В случае перегрева устройства срабатывает система защиты, направленная на понижение рабочего тока блока накачки. Допускается управление блоком накачки от переключателя и от сигнала с микросхем TTL. Основные характеристики блока накачки приведены в таблице 4.1.

Система сопряжения представляет собой типовую плату расширения для стоек ЧПУ Н22-1М, НЗЗ-1М, Луч-43 и т.д., устанавливаемую взамен разъема связи УУШП стойки с интерполятором и предоставляющую стандартный интерфейс LPT для связи с современными ПЭВМ (рис. 4.5). В целях уменьшения габаритов системы и снижения энергопотребления интерполятор для стоек ЧПУ Н22-1М, НЗЗ-1М отстыковывается.

Для упрощения схемы сопряжения ПЭВМ и стойки НЗЗ-1М все логические функции реализованы программным путем, а плата модуля сопряжения осуществляет преобразование системы команд одного из портов ПЭВМ в последовательность управляющих сигналов ЧПУ.

Элементная база интерфейсного модуля (ИМ) построена на микросхемах серии ТТЛ (TTL), как и электронная часть стойки. Поскольку в стойке НЗЗ-1М предусмотрена гальваническая развязка микроэлектронных схем от силовых, дополнительная гальваническая развязка ИМ от стойки не требуется.

Стойка конструктивно разбита на несколько одинаковых независимых каналов управления ШД (3 канала X-Y-Z в НЗЗ-1М).

Начало координат (НК) станка - точка с координатой (0;0) -определяется из конструктивных особенностей и используемого приспособления. Все движения от НК считаются положительными (Х+ и Y+), а к НК отрицательными (Х- и Y-). Для перемещения в положительную и отрицательную стороны в стойке предусмотрены цифровые входы управления. При подаче импульса происходит перекоммутация фаз ШД и его вал проворачивается на определенный угол в определенном направлении, в зависимости от того, на какой из двух входов (+ или -) был подан сигнал. Используя длительности импульса не более 10 мкс, логика отрицательная (импульсу соответствует интервал снятия напряжения высокого до низкого уровня). Подача импульсов управления одновременно на два входа не допускается.

Скорость движения по координате соответствует скорости перекоммутации фаз и зависит от частоты следования импульсов управления. Двигатель ШД-5Д1М имеет определенную инерционность, поэтому на скорость нарастания частоты и предельную частоту управления накладываются определенные ограничения.

В стойке ЧПУ предусмотрен сигнал «СБРОС ПРИВОДА», устанавливающий фазы ШД в положение 1-2 и запрещающий дальнейшее движение. При отсутствии тока в фазе выдается сигнал «СБОЙ ПО КООРДИНАТЕ».

В качестве порта для обмена информацией с ПЭВМ используется порт Centronics (аналог ИРПМ-М), более известный под названием параллельный порт принтера (LPT). Выбор данного порта сделан, исходя из следующих соображений: - наличие 8 битной двунаправленной шины данных; - наличие раздельных линий управления и информации; - скорость обмена достаточная для управления стойкой ЧПУ; - значительно меньший риск выхода компьютер из строя.

Это позволило при небольшом количестве логических узлов ИМ реализовать полнофункциональное законченное устройство сопряжения, возложив всю сложность логических взаимодействий на управляющую программу.

Похожие диссертации на Комплексная технология формирования поверхностных элементов на плоских и фасонных поверхностях электрофизикохимическими методами