Пример мехатронного устройства накопитель на гибком магнитном диске

 

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования «Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого» МНОГОПРОФИЛЬНЫЙКОЛЛЕДЖ ПОЛЕТЕХНИЧЕСКИЙКОЛЛЕДЖ

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

 

Пример мехатронного устройства накопитель на гибком магнитном диске

 

      по дисциплине Теоретические основы технического обслуживания и эксплуатации автоматических и мехатронных систем управления

 

по специальности 220703 Автоматизация технологических процессов и производств

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                               Принял                                                            

____________/Каратков А.В. /

                                                                    (подпись)

«___» ______________ 2015 год                                                                   

                                                                     Выполнила

                                                                                             Студентка группы 12231

____________/Постникова А.А./

                                                                    (подпись)

«___» ______________ 2015 год

 

 

 

 

 

Содержание 

 

Введение

I. Технические и технологические  вопросы производства

1. Основные характеристики накопителей  на магнитных дисках

2. Технология производства НГМД

II. Деятельность предприятия как  субъекта экономики

1. Конъюнктура рынка накопителей  на гибких магнитных дисках

Заключение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Прошло уже несколько лет с того времени, как я стал внимательно следить за событиями в компьютерном мире. За этот сравнительно короткий срок последний сделал гигантский скачек в своем развитии: от 86 и 286 процессоров с тактовой частотой 8 — 20 Мгц, до пентиумов, производительность которых выше в тысячи раз, а тактовая частота составляет больше 100 Мгц (на проходившей с 24 по 28 апреля в Москве выставке Comtec был представлен компьютер с тактовой частотой процессора 120 Мгц, что не является пределом, так как фирма готовит выпуску новую модель Pi-6, которая по производительности должна превзойти Pentium) .

 

Введение в мехатронику 

 

В  процессе  автоматизации  производства  создан  класс  машин,  в  которых

электронное  и  компьютерное  управление  сочетается  с  механическими  органами, реализующими необходимые физические действия. Типичным представителем таких машин является современный промышленный робот. Теоретическую  основу  выделившегося  класса  машин  составляют  теория  механических  устройств  (теория  механизмов  и  машин)  и  теория  вычислительных управляющих систем (электроника). Эти два направления объединяются в новую отрасль науки, названную мехатроникой.

Термин  мехатроника  означает  совокупность  двух  научно-технических

направлений и образован сочетанием частей названий этих направлений – ме-

ханика и электроника. Основные идеи мехатроники начали формироваться по

мере того, как в состав обычных машин, состоящих из разнообразных меха-

низмов, стали входить электронные устройства. Эти устройства преобразили

облик машин, расширили их функции и положили начало новому этапу в ма-

шиностроении и других сферах деятельности человека.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I. Технические и технологические  вопросы производства

 

1. Основные характеристики накопителей на магнитных дисках

 

 

Мехатроника связана с автоматизацией производства, промышленной        автоматикой  и  робототехникой,  автоматизацией  транспортных  и  складских

функций  производства.  Мехатроника  позволяет  создавать  технические

устройства  с  расширенным  набором  функций;  устройства,  обладающие  эле-

ментами  интеллекта;  устройства,  обладающие  повышенной  надёжностью  и

лучшими потребительскими свойствами, а также др.

Достижения мехатроники широко используются в таких изделиях, как: часы, фотоаппараты, кинокамеры, кондиционеры, швейные машины, холодиль-

ники и многих других. Так, например, применение электронных устройств в

часах  существенно  изменило  их  конструкцию  и  технологию  производства  и

придало часам много новых функций, вплоть до функций калькулятора.

Мехатронные  устройства  –  это  выделившийся  в  последние  десятилетия

класс машин, или узлов этих машин, базирующийся на использовании в них

точной механики, электропривода, электроники, компьютерного управления.

Мехатронное устройство обладает следующими характерными признаками: 

1. Наличие управляемого механизма  с приводами.

2. Наличие измерительных и сенсорных устройств, позволяющих контролировать состояние механизма.

3. Наличие электронной системы  управления, как правило, использующей 

средства  вычислительной  техники  (микропроцессоры,  микроконтроллеры  и

др.).

4. Минимум преобразований информации  и энергии в устройстве. Устройство отвечает  принципу минимума преобразований.

3. Многофункциональность устройства  в целом и его компонентов. Реализуется принцип совмещения функций.  

4. Интеграция электронных и механических  элементов в единую конструкцию 

устройства.

 

Примерами  современных  мехатронных  устройств  являются  модули  станков  и промышленных роботов, устройства внешней памяти компьютеров, принтеры, бытовая техника и т.п. Мехатронное устройство может быть либо машиной,  либо узлом (функциональный элемент, модуль) машины.

 

 

 

 

 

 

Обобщенная структура мехатронного узла представлена на рис. 1, где приняты следующие  обозначения:

  СЭ  –  силовой  элемент,  ВМЗ  –  выходное  механическое

звено, ССО – сенсор (датчик) состояния объекта, СВС – датчик параметра внешней среды,  ИП – измерительный преобразователь, ЦАП – цифроаналоговый преобразователь, АЦП – аналого-цифровой преобразователь, ЛУ – логическое устройство.

 

Целью функционирования мехатронного устройства является обеспечение

заданной  последовательности  состояний  и  траектории  движения  ВМЗ.  Для

решения этой задачи состояние ВМЗ контролируется. Информация о состоянии  поступает  в  устройство  управления  (ЛУ  или  ЭВМ),  которое  сравнивает

текущее состояние ВМЗ с заданным и определяет отклонения от заданного со-

стояния.

На основе этой информации (с использованием информации о состоянии

окружающей среды, если это предусмотрено) устройство управления формирует  необходимые  для  приведения  ВМЗ  в  заданное  состояние  управляющие воздействия.  Эти  воздействия  реализуются  с  помощью  силовых  элементов (исполнительных механизмов).

  Для передачи информации от объекта управления управляющей ЭВМ используются АЦП и преобразователи уровня. Обратная передача управляющих сигналов обеспечивается ЦАП и преобразователями уровня.

Использование  для  реализации  алгоритма  управления  управляющей  про-граммы  позволяет  легко  изменять  рабочий  цикл  мехатронного  устройства Рис. 1. Структура мехатронного устройства  простым перепрограммированием. Использование ЭВМ для управления позволяет усложнять алгоритмы обработки информации и управления, обеспечивая реализацию устройством интеллектуальных функций. В случае применения адаптивного управления возникает необходимость в контроле  параметров  окружающей  среды,  и  в  устройство  вводятся  датчики параметров  окружающей  среды  СВС,  вырабатывающие  соответствующую информацию. Информационные сигналы таких датчиков могут быть как аналоговыми, так и дискретными.

  Задачами управления мехатронным устройством могут быть: задача авто-

матического регулирования, задача логико-программного управления, задача

адаптивного  управления.  Для  управления  служит  электронное  логическое

устройство  ЛУ  или  компьютерное  устройство  управления.  Управление  осу-

ществляется в соответствии с управляющими программами и заданными зна-

чениями управляемых величин (уставками).

 

 

На рис. 2 показан пример мехатронного устройства в виде накопителя на

гибком  магнитном  диске  (НГМД), широко  используемого  в  компьютерах  в качестве внешнего запоминающего устройства. НГМД представляет собой органический комплекс механических и электронных устройств и является типичным мехатронным устройством.

Механическая часть НГМД включает: 1 – гибкий магнитный диск, являю-

щийся носителем информации; 2 – привод вращения гибкого магнитного дис-

ка; 3 – конечный выключатель защиты записи; 4 – фотодатчик начала записи

(начала  дорожки);  5  –  блок  головок  записи-считывания  с  электромагнитом 

прижима головок к поверхности диска; 6 – шаговый привод для позициониро-

вания головок в радиальном направлении. 

Электронные устройства предназначены для управления рабочим циклом

НГМД, для преобразования и усиления информационных сигналов и для связи НГМД с ЭВМ: БУПВД – блок управления приводом вращения диска; БУ-

ЭМ – блок управления электромагнитом прижима головок; СБ – схема блоки-

ровок; БУПМГ – блок управления шаговым приводом позиционирования маг-

нитных головок; УУ – устройство общего управления с интерфейсными схемами.

Конструктивно  НГМД  выполнен  в  виде  единого  блока,  который  можно

встраивать  в  корпус  ЭВМ  или  других  устройств.  Печатные  платы  электронных устройств и механические устройства жестко соединены между собой. В результате НГМД представляет собой законченный электронно-механический модуль,  выполняющий  функции  записи,  хранения  и  чтения  информации, представляемой в виде электрических сигналов.

 

 

2. Технология производства  накопителей на гибких магнитных  дисках 

 

Запись и считывание информации осуществляются с помощью магнитных головок плавающего типа. Они крепятся на рычагах, которые перемещаются по радиусу дисков с помощью специального следящего привода.

В качестве материала для изготовления магнитных дисков обычно применяют алюминиевый сплав Д16МП (МП — магнитная память) . Этот сплав немагнитный, мягкий, достаточно прочный, хорошо обрабатывается. Для уменьшения количества металлургических дефектов на поверхности диска сплав подвергают специальной очистке, например, электрофлюсовому рафинированию с продувкой инертным газом.

Торцевые поверхности магнитных дисков покрывают магнитным слоем. Гальваническое магнитное покрытие имеет толщину до 1 мкм, а ферролаковое — до 5 мкм. Только торцевые поверхности крайних дисков не используются для хранения информации. На рабочей поверхности диска размещаются 80 дорожек, 20 секторов.

Записи и считывания информации осуществляются с помощью магнитных головок плавающего типа. Они крепятся на рычагах, которые перемещаются по радиусу диска с помощью специального следящего привода.

Плотность записи определяется величиной зазора между диском и магнитной головкой, а от стабильности зазора зависит качество записи (считывания) . При малом зазоре и больших погрешностях в макрогеометрии поверхности имеют место значительные колебания амплитуды сигнала воспроизведения. Для надежной работы накопителя на гибких магнитных дисках необходимо обеспечить шероховатость поверхности не более Ra=0,22 мкм и минимальные макрогеометрические отклонения. Торцевое биение диска при вращении с чистотой 30 об/с не должно превышать 0,3 мм, а удельная неплоскостность 0,7 мкм на длине 10 мм.

Выполнение этих требований представляет значительные трудности.

Основными этапами технологического процесса изготовления магнитного диска являются получение заготовки, подготовка поверхности, терморихтование, токарная обработка, нанесения магнитного покрытия, уравновешивание, контроль.

Заготовку дисков получают из листового материала. Резку листов на карточки размером 100х100 мм осуществляют на ножницах с наклонными ножами и прижимом материала. Из карточек вырубкой на штампе или на токарном станке получают диски.

При вырубке зона металла, прилегающая к поверхности среза, упрочняется. Толщина деформированного слоя составляет примерно 0,3 толщины материала. Припуск на последующую токарную обработку должен превышать толщину деформированного слоя.

Размеры заготовки для магнитного диска имеют следующие значения: наружный диаметр составляет 85,5 мм, а внутренний — 24 мм.

Подготовка поверхности заключается в обезжиривании, промывке в горячей проточной воде (при t=60° С в течение 1 — 2 мин.) и сушке. Она осуществляется на специальных установках.

Диск, находящийся в камере станка получает вращение и подвергается действию обезжиривающего раствора, а также протирается вращающимися щетками. Раствор подается из бачка насосом и распыляется форсунками. Чистая вода для промывки поступает из крана. Обезжиривающий раствор из камеры попадает через клапан обратно в бачок для вторичного использования или сливается. Диски сушат горячим воздухом, циркуляция которого в камере осуществляется вентилятором.

Терморихтование заготовок необходимо для снятия внутренних напряжений и обеспечения требований по неплоскостности и осевому биению. Эту операцию наиболее целесообразно выполнять в электрических печах сопротивления, которые обеспечивают минимальные перепады температур по всему рабочему объему. Оптимальная температура рихтования для сплава Д16МП составляет 125-- 215 С, а выдержка при этой температуре 3 ч. Скорость подъема температуры составляет 40° С в час, а скорость охлаждения не более — 20° С в час.