авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

СТРУКТУРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И АЛГОРИТМ УПРАВЛЕНИЯ ПОДВИЖНЫМИ ОРГАНАМИ ОБРАБАТЫВАЮЩЕГО ЦЕНТРА С ЦЕЛЬЮ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТРЕБУЕМОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ ТОЧНОСТИ ИНСТРУМЕНТА ПРИ ВОСПРОИЗВЕДЕНИИ ЗАДАННОЙ

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Пешев Ярослав Иванович

СТРУКТУРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И АЛГОРИТМ УПРАВЛЕНИЯ ПОДВИЖНЫМИ ОРГАНАМИ ОБРАБАТЫВАЮЩЕГО ЦЕНТРА

С ЦЕЛЬЮ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТРЕБУЕМОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ ТОЧНОСТИ ИНСТРУМЕНТА ПРИ ВОСПРОИЗВЕДЕНИИ ЗАДАННОЙ ТРАЕКТОРИИ

Специальность 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Самара – 2010

Работа выполнена на кафедре «Электропривод и промышленная автоматика» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарский государственный технический университет».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Лысов Владимир Ефимович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Галицков Станислав Яковлевич

кандидат технических наук, доцент

Щетинин Владимир Георгиевич

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Тольяттинский государственный технический университет» (г. Тольятти)

Защита диссертации состоится «28» декабря 2010 г. в 09 часов 00 мин на заседании диссертационного совета Д 212.217.03 ГОУ ВПО «Самарский государственный технический университет» по адресу: г. Самара, ул. Первомайская, 18, 1 корпус, ауд. №4 (Учебный центр «СамГТУ Электрощит»).

Отзывы по данной работе в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: Россия, 443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244, Главный корпус на имя ученого секретаря диссертационного совета Д 212.217.03; факс: (846) 278-44-00.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государственного технического университета (ул. Первомайская, 18).

Автореферат разослан __ ноября 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Губанов Н.Г.

Д 212.217.03

Общая характеристика работы

Актуальность темы.

Требования к качеству обработки деталей для по­следующих технологических операций не­прерывно возрастают, так, в 1990 году величина поля допуска составляла значение 5 мкм, а в настоящее вре­мя стремительно приблизилась к величине 1-3 мкм. В таких ус­ловиях крайне актуальными становятся вопросы разработки многооперационных ко­ординатно-расточных станков (обра­батывающих центров) класса точности C, способных повысить ка­чество выпускаемой продукции и её конкурентоспособность, как на региональном, так и на мировом рынках.

Реализуемые на подобных станках технологические процессы и операции (металлообработка, контрольные измерения) предъявляют высокие требования к точности позиционирования рабочих органов, а также к динамическим процессам перемещения подвижных узлов заключающиеся в отсутствии ударов в кинематических звеньях электропривода подачи при разгоне, торможении, позиционировании; монотонность позиционирования; обеспечение требуемых значений скоростной ошибки и ошибки по ускорению при одновременном обеспечении высоких скоростей перемещения подвижных узлов.

Стремление к цели обеспечения требуемой точности положения инструмента в рабочем пространстве прецизионного металлорежущего станка, приводит к необходимости решения целого ряда сложных и взаимосвязанных проблем таких как: обеспечение динамики перемещения и позиционирования рабочих органов линейных интерполирующих координат; компенсация погрешностей от взаимовлияния интерполирующих координат; обеспечение требуемой жёсткости несущей системы станка (станина, стойка, механические крепления несущих элементов); компенсация разворота и всплывания подвижных узлов на направляющих; компенсация температурных деформаций.

Значительный вклад в области повышения точности прецизионных координатно-расточных станков за счёт введения системы автоматического управления (САУ) подвижными узлами и несущими элементами был внесён такими учёными как: Ж.С. Равва, К.В. Вотинов, В.А. Кудинов, Д.Н. Решетов, С.Я. Галицков, А.П. Соколовский, С.Я., В.Г. Болтянский, Н.Н. Красовский, Г.М. Уланов, З.М. Левин. Вклад в решение проблем по улучшению динамических характеристик станков внесён зарубежными исследователями: Г. Шлезингером, Ф. Кенигсбергом, И. Тлусты.

Динамические погрешности положения инструмента в рабочем пространстве станка имеют крайне сложную природу возникновения, и зачастую носят случайный характер. В условиях работ по развитию нанотехнологий этот вид по­грешностей приобретает особое значение, поэтому данная диссертационная работа актуальна и своевременна.

Работа выполнена в рамках федеральной государственной программы «Развитие точного машиностроения и станкостроения».

Предметом исследования является влияние динамики САУ линейными интерполирующими координатами и САУ устройством автоматической смены инструмента (УАСИ) на точность положения инструмента в рабочем пространстве станка и эксплуатационную надёжность по точности.

Объектом исследования является формирование алгоритмов управления траекториями перемещений подвижных органов линейных интерполирующих координат и руки механизма смены инструмента, которые обеспечивают требуемую величину динамической ошибки положения инструмента в рабочем пространстве станка.

Цель настоящей работы.

Структурное представление процесса формирования динамической погрешности положения инструмента в рабочем пространстве станка.

Разработка управляющих алгоритмов для САУ линейными интерполирующими координатами и УАСИ, которые обеспечивают заданную динамическую ошибку положения инструмента в рабочем пространстве и требуемую долговечность станка по точности.

Для достижения цели, поставленной в работе, необходимо решить следующие задачи:

  1. Представление каждой линейной интерполирующей координаты (автономного сепаратного канала) в виде математической модели, которая учитывает упруго-диссипативные процессы во время перемещения подвижного органа, реализует формирование собственной помехи линейной интерполирующей координаты и реакцию подвижного органа на внешние силовые возмущающие воздействия.
  2. Представление УАСИ как источника возмущающих воздействий на подвижные органы линейных интерполирующих координат X, Y, Z.
  3. Моделирование формирования динамической погрешности положения инструмента в рабочем пространстве станка от взаимовлияния линейных интерполирующих координат и воздействия на последние УАСИ.
  4. Разработка критериев формирования ошибки положения инструмента в рабочем пространстве станка от траекторий перемещения подвижных узлов формообразующих линейных интерполирующих координат при отработке линейной и круговой видов интерполяций.
  5. Разработка системы управления электроприводом механизма смены инструмента, которая минимизирует возмущающие воздействия и повышает эксплуатационную надёжность станка.

Методы исследования: теоретические исследования базируются на методах теории автоматического управления, классической механики, линейной алгебры, теорий вероятности и математической статистики. Вопросы анализа и синтеза систем управления решались методами дифференциального и интегрального исчисления, компьютерного моделирования, численными методами.

Метод экспериментального исследования на стенде-станке использовался для получения исходных данных, проведения и уточнения результатов теоретического анализа.

Научная новизна работы заключается в следующем:

Диссертационная работа расширяет и углубляет теоретические представления о формировании статических и динамических погрешностей положения инструмента в рабочем пространстве станка, которые определяют качество обработки деталей.

В диссертации получены следующие основные результаты, отличающиеся научной новизной:

  1. Разработана модель формирования статической и динамической ошибки в воспроизведении заданной траектории движения инструмента, отличающаяся от известных, учётом взаимовлияния САУ линейными интерполирующими координатами.
  2. Впервые разработана модель формирования составляющей возмущающего воздействия от технологической операции автоматической смены инструмента. Указанная модель позволяет синтезировать и оценить эффективность САУ устройством автоматической смены инструмента, обеспечивающей плавность перемещения руки механизма смены инструмента и исключающей механические нагрузки на элементы станка.
  3. Определены предельные технологические параметры обрабатывающего центра при реализации лезвийных и шлифовальных технологических операций, обеспечивающие заданную динамическую ошибку положения инструмента в рабочем пространстве станка.
  4. Впервые разработаны критерии формирования ошибки положения инструмента в рабочем пространстве станка от траекторий перемещения подвижных узлов формообразующих линейных интерполирующих координат при отработке линейной и круговой видов интерполяций.
  5. Разработаны алгоритмы управления САУ линейными интерполирующими координатами и устройством автоматической смены инструмента, которые обеспечивают требуемую точность, а также эксплуатационную надёжность обрабатывающего центра. Указанные алгоритмы отличаются от известных учётом взаимовлияния линейных интерполирующих координат и УАСИ через несущие элементы обрабатывающего центра.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

  • создана компьютерная модель, которая позволяет оценить влияние параметров САУ линейными интерполирующими координатами станка, а также его конструкции на точность воспроизведения заданного закона движения.
  • определены технологические параметры для разработки САУ устройством автоматичной смены инструмента.
  • результаты работы использовались при разработке управляющих алгоритмов обрабатывающим центром 2440СМФ4 на предприятии ЗАО «Стан-Самара» (Акт использования в практике инженерного проекта в работе на предприятии ЗАО «Стан-Самара».)

Реализация результатов работы. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены:

  • на обрабатывающем центре 2440СФ4, выпускаемом ЗАО «Стан-Самара»;
  • в технических проектах САУ одностоечных координатно-расточных станков класса точности С.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

  1. Международная научно-техническая конференция, Тольятти – 2006г.
  2. Тринадцатая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов, Москва – 2007 г.
  3. XV-ая Международная научно-техническая конференция «Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика», Харьков – 2008.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ, в том числе 3 из них – в журналах, рекомендованных ВАК РФ (журнал СТИН №10-2009 и сборник серии «Технические науки» СамГТУ №2(22) – 2008, СамГТУ №1(23) – 2009), 3 публикации – в трудах и материалах всероссийских и международных научно-технических конференций.

На защиту выносятся основные научные положения:

  1. Математические модели и структурное представление процесса формирования статической и динамической погрешности положения инструмента в рабочем пространстве станка при воспроизведении линейными интерполирующими координатами заданной траектории.
  2. Математическая модель формирования возмущающего воздействия от технологической операции автоматической смены инструмента.
  3. Методика определения предельных технологических параметров обрабатывающего центра при реализации лезвийных и шлифовальных технологических операций, обеспечивающих заданную динамическую ошибку положения инструмента в рабочем пространстве станка.
  4. Критерии формирования ошибки положения инструмента в рабочем пространстве станка от траекторий перемещения подвижных узлов формообразующих линейных интерполирующих координат при отработке линейной и круговой видов интерполяций.
  5. Алгоритмы управления САУ линейными интерполирующими координатами и механизмом смены инструмента.

Структура и объём работы:

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 52 наименований и приложения. Основной текст работы изложен на 206 страницах, диссертация содержит: 95 рисунков, 11 таблиц, 1 приложение, библиографический список на 5 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ работы

Во введении в краткой форме изложены актуальность проведённого исследования; научная новизна; практическая значимость диссертационной работы; перечень задач, решаемых в диссертации; приводятся основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе показана роль прецизионных многооперационных станков (обрабатывающих центров) в автоматизации технологических процессов серийного и мелкосерийного производства с учётом особенностей развития российского станкостроения. Представлены анализ природы возникновения и классификация ошибок положения режущего инструмента в рабочем пространстве станка.

Формулируются цели и задачи исследования.

Во второй главе разработана математическая модель формирования погрешности положения инструмента в рабочем пространстве станка.

Первый этап синтеза математической модели формирования погрешности положения инструмента в рабочем пространстве станка состоит в представлении каждой линейной интерполирующей координаты обрабатывающего центра в виде автономного сепаратного канала, который учитывает как упругие, инерционные и диссипативные процессы в серводвигателе, а также передаточных и исполнительного механизмов, так и свойства системы автоматического управления положением исполнительного подвижного узла.

Описание упруго-диссипативных процессов линейной интерполирующей координаты удобно представить в виде расчётной схемы.

Рисунок 1

Для линейной интерполирующей координаты X упомянутая выше расчётная схема (см. рисунок 1) представлена в виде последовательной цепи четырёх упруго-диссипативных и трёх инерци­онных элементов, причём C1X, C2X и Д1X, Д2X – крутильная жёсткость и коэффи­циент демпфирования соединительной муфты и винта, соответственно; C3X, C4X и Д3X, Д4X – линейная жёсткость и коэффициент демпфирования шариковинто­вой пары (ШВП) и упорного подшипника со стыками; mX – масса рабочего органа (со­вместно с массой обрабатываемой заготовки); FТР X – сила трения в направляю­щих; – силовое возмущающее воздействие от перемещения стола; JДВ X, JВ X – момент инерции ротора серводвигателя и винта; iВГ X – коэффи­циент передачи винт-гайка.

С использованием вышеуказанной расчётной схемы и основного уравнения движения электропривода получим систему операторных уравнений (1), описывающую динамические процессы механической части линейной интерполирующей координаты X:

. (1)

В системе операторных уравнений (1) введены следующие обозначения: – коэффициент, связывающий вращающий момент винта с усилием подачи; – угол скручивания соединительной муфты; – угол скручивания ходового винта; – упругая осевая деформация ходового винта – упругая осевая деформация упорного подшипника со стыками.

, (2)

где , , .

Передаточная функция (2) по управляющему воздействию синхронного серводвигателя с постоянными магнитами синтезирована с применением известной модели обобщенного двухфазного синхронного серводвигателя.

В (2) введены следующие обозначения: m1 – число фаз статора серводвигателя, Zn – число пар полюсов, J – приведённый к валу серводвигателя момент инерции; Mс – момент сил сопротивления; , причём L1 – индуктивность статорной обмотки, R1 – активное сопротивление статорной обмотки; – частота вращения магнитного поля; – частота вращения ротора; – потокосцепление, создаваемое постоянными магнитами на роторе; , – потокосцепления, создаваемые статорными обмотками; K11 – коэффициент передачи серводвигателя по управляющему воздействию.

Таким образом, математическая модель автономного сепаратного канала линейной интерполирующей координаты X синтезирована на основе методики синтеза САУ по идеологии систем подчинённого регулирования, системы операторных уравнений (1) и передаточной функции (2).

Методика синтеза математической модели автономного сепаратного канала линейной интерполирующей координаты Y имеет полную аналогию с методикой синтеза математической модели автономного сепаратного канала линейной интерполирующей координаты X.

Рисунок 2

Расчётная схема линейной интерполирующей координаты Z, изображена на рисунке 2, в которой введены обозначения: C1Z, C2Z и Д1Z, Д2Z – крутильная жёсткость и коэффи­циент демпфирования соединительной муфты и винта, соответственно; C3Z, C4Z и Д3Z, Д4Z – линейная жёсткость и коэффициент демпфирования шариковинто­вой пары и упорного подшипника со стыками; , – линейная жёсткость и коэффициент демпфирования противовеса; mZ – масса рабочего органа (шпиндельной бабки); mП – масса противовеса; FВ Z – сила подачи шпиндельной бабки; FТР Z – сила трения в направляю­щих; – силовое возмущающее воздействие от перемещения шпиндельной бабки; JДВ Z, JВ Z – момент инерции ротора серводвигателя и винта.

Динамические процессы механической части линейной интерполирующей координаты Z описываются системой операторных уравнений (3), в которой: – коэффициент, связывающий вращающий момент винта с усилием подачи; – угол скручивания соединительной муфты; – угол скручивания ходового винта; – упругая осевая деформация ходового винта – упругая осевая деформация упорного подшипника со стыками.

. (3)

Влияние противовеса, разгружающего по массе шпиндельную бабку, на динамические показатели линейной интерполирующей координаты Z, отражено системой операторных уравнений (4):

. (4)



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.