Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Система автоматического управления обработки длинномерных осесимметричных деталей.
Рассмотренные САУ обработки стабилизировали ось обрабатываемой детали в зоне резания: длинномерные детали, когда дела , указанными методами обрабатывать нереально. Для обработки длинномерных валов разработан метод точения, при котором обрабатываемый вал имел равножесткость по всей длине. На рис.2.24 изображена многофункциональная система, иллюстрирующая новейший метод мехобработки, при котором снимают информацию о точностных параметрах обрабатываемой детали в продольном и поперечном направлениях и о уровне вибрации при резании при помощи датчиков 1, 10. Рис.2.24. САУ обработки длинномерных заготовок
При всем этом, используя совокупа одновременной работы 2-ух контуров управления, исключают отрицательное влияние динамической податливости нежесткой детали в процессе ее обработки. Для чего же в процессе резания регистрируют выходной сигнал датчика 1, агрессивно закрепленного на резце 2 и работающего на ультразвуковом принципе и выдающего информацию о текущем значении диаметра детали в плоскости, проходящей через вершину резца по нормали к обработанной поверхности детали на блок измерения поперечника 3, где текущее значение поперечника ассоциируют с задающим от задатчика 4 поперечником детали, а сигнал рассогласования подают на вход блока управления 5 положением резца для компенсации погрешности обработки, где происходит сопоставление сигналов задатчика 6 положения резца и блока измерения поперечника 3, и вырабатывается сигнал управления на электрогидропривод 7. При помощи крайнего и управляют положением, на котором закреплен резец 2. В случае конфигурации величины диаметров в плюс либо минус от наперед данного значения задатчиком положения вершины резца, также управляют по оси Y с учетом знака рассогласования сигнала управления. Изменение поперечника обрабатываемой детали безпрерывно измеряют в процессе резания и управляют положением вершины резца в функции сформированного сигнала блоком 8 с учетом знака рассогласования, что дозволяет стабилизировать поперечный размер детали. С целью минимизации уровня вибраций и стабилизации оси детали, на блок 8 управления, второго контура управления демпфированием, подают выходной сигнал с датчика 1 и задатчика 9 и определяют величину уровня вибраций детали, ассоциируют ее с допустимой величиной при помощи блока 8. Потом сформировывают сигнал управления демпфированием при помощи блока 14, который через коммутатор 12 заведует люнетами демпфирования 15. Сразу с учетом величины сигнала датчика 10, указывающего о месте нахождения резца вдоль детали, сформировывают сигнал блоком 11 управления равножесткостью, который через коммутатор 12 заведует гидролюнетом жесткости 13. Количество люнетов расстанавливают по длине обработки из условия равножесткости в функции соотношений длин и поперечников детали либо устанавливают люнеты в зонах пучностей распределения высших главных форм колебания детали. Самоцентрирующие гидролюнеты (СГЛ) 13 устанавливают опосля зоны обработки относительно обработанной поверхности, которые работают как равножесткие опоры. При всем этом, давление, подводимое к СЦЛ 13, обеспечивающих зажим детали, подают наибольшее из условия предельного пластического деформирования поверхностного слоя обрабатываемой детали, а на управляемых СЦЛ 15, устанавливаемых относительно необработанной на данном проходе поверхности и работающих в режиме демпфера, делают давление, обеспечивающее гашение (демпфирование) вибраций. При этом, по ходу передвижения резца вдоль детали, переключение СГЛ демпфирования 15, работающих в режиме демпферов, на режим равножестких опор (люнетов 13), создают при помощи коммутатора 12 в функции пути, пройденного резцом 2, регистрируемого датчиком 10. В начальном состоянии, перед действием резания все гидролюнеты 13 и 15 работают в режиме демпферов, не считая (работающих в режиме равножесткости), установленных у передней и задней бабок. Это условие выполняют с целью центрирования оси относительно оси центров станка, а опорные поверхности детали в местах установки последних люнетов предварительно протачивают. При всем этом торцы обрабатываемой детали выполняют плоскими, без центровочных отверстий, что дозволяет установленную деталь в люнетах не поджимать задним центром (у задней бабки) по оси детали, также зажимать в патроне либо устанавливать в твердый центр у передней бабки. Обычный метод крепления детали приводит к искривлению оси крайней и появлению остаточных напряжений в материале, которое усиливается под действием пластического деформирования во время обработки материала. К торцам детали подводят опоры 16 для предотвращения перемещения детали вдоль оси. При этом, рабочий орган крайних выполняют шарообразным с целью исключения радиального микроперемещения детали и сотворения неопределенного направления реакции в шаровых опорах. Опоры 16 контактируют с обработанными торцами детали без подготовительных осевых сил сжатия, что дозволяет разомкнуть силовой контур системы СПИЗ по оси детали и в то же время сделать ограничения перемещения детали в осевом направлении.
Это дозволяет базировать деталь по образующей поверхности детали, которая совпадает с измеряемой поверхностью, что приводит к повышению точности обработки и исключению технологической наследственности от критерий крепления. Рациональное место расположения твердые опор и опор-демпферов приводит к распределению добротности взаимосвязанных механических контуров, а следовательно, к улучшению диссипативных параметров контакта инструмент-деталь в зоне резания, последнее уменьшает циклическую нагруженность режущего клина, вызванную стремительными и медленными движениями, улучшает качество формообразования обрабатываемых поверхностей. Таковым образом, внедрение метода дозволяет вместе с увеличением точностных характеристик обработки, повысить эксплуатационные свойства обрабатываемой детали, понизить напряжение в готовых деталях, повысить динамическую устойчивость протекания технологического процесса в целом. САУ (рис.2.24) обустроены самоцентрирующими люнетами, позволяющим центрировать деталь в процессе обработки. Исполнительный механизм СЦЛ (рис.2.24, б) при резании работает последующим образом: при подаче рабочей силы в привод 1, плоский копир 2, соединенный со шток-поршнем привода 1, перемещается на деталь, а рабочие ролики, крайние выполнены сдвоенными со сферическими опорными поверхностями и имеют две степени свободы вращения, относительно своей оси 4 и оси поворота 5, зажимают либо разжимают деталь средством контакта роликов слежения 6 по рабочей поверхности плоского копира 2. Рабочая поверхность копира 2 выполнена по кривой, близкой к радиусу, и рассчитывается в зависимости от спектра поперечников обрабатываемой детали. Одна пара рабочих роликов 3 совместно с осями 4 и 5 размещена на корпусе плоского копира 2, а две остальные пары роликов 3 закреплены на рычагах 7. Поворот рычагов 7, на концах которых размещены рабочие ролики 3 и ролики скольжения 6, происходит относительно оси вращения 8, крайняя закреплена на корпусе люнета 9. Зажим детали рабочими роликами 3 осуществляется по твердой програмке от копира 2. Силовое замыкание роликов про исходит с усилением, пропорциональном силе, развиваемой приводом 1. С целью разгрузки роликов 3 и рычагов 7, также повышения динамических черт системы СПИЗ продольная ось корпуса люнета 9, совместно с приводом 1 повернута на угол a, который рассчитывается в функции геометрических параметров резца и обрабатываемой детали. При снятии резцом (рис.2.24, б) в зоне контактов роликов 3 с деталью их линейный контакт меняется, а при проходе резца через 1-ые сдвоенные пары рабочих роликов 3, ось вращения 4 поворачивается относительно оси 5 на угол j, который меняется в процессе съема сплава. Численное значение угла оси вращения меняется функции глубины резания и угла резания в плане. Опосля прохода резца вторых сдвоенных пар рабочих роликов 3 ось вращения 4 ворачивается в начальное положение. Плавный переход роликов с необработанной на данном проходе поверхности и обработанной на данном проходе поверхности, включал переходную поверхность, образующуюся в процессе съема сплава, осуществляется за счет сферического профиля сдвоенных роликов и всепостоянства уравновешивающих моментов. Одной из главный задач разработки САУ является создание исследовательских каналов, выявление исследовательских признаков в объекте, для данной работы - это изменение главных характеристик, характеризующих состояние и условия протекания процесса резания конкретно в процессе обработки. Разработан новейший способ автоматической диагностики критерий протекания процесса резания. Высокочастотные ультразвуковые зондирующие волны: возбуждают пьезоэлектрическим преобразователем на рабочей части инструмента в направлении подачи в пределах критического угла a1 = 30…450 (к примеру a1 = 360) по отношению к нормали, проведенной в плоскости резания для режущих инструментов с пластинками твердого сплава либо по отношению к перпендикуляру, проведенному к образующей обрабатываемой детали через вершину резца для режущих инструментов со сменными (трехгранными, четырехгранными и др.) пластинами. Как проявили 1-ые опыты по мехобработке с применением САУ, точность детали, приобретенная на станке не сохраняется в связи с проявлением релаксационных действий в течении первых 2…3 часов опосля обработки. С целью понижения уровня короблений - сохранения эксплуатационной точности был предложен новейший способ обработки, сущность которого - исключение влияния технологической наследственности, приобретенной на прошлых операциях и проходах. Согласно предложенному способу механической обработки нежестких деталей базирование крайних осуществляют в соосно расположенных по длине детали самоцентрирующихся гидравлических люнетах - СЦЛ 1, при этом перед началом обработки измеряют упругие реакции детали в СЦЛ 1 и устанавливают в их усилие зажима детали на 10 % превосходящим наивысшую величину измеренных реакций. Потом в процессе обработки изменяют величину подачи из условия сохранения неизменной различия меж радиальной составляющей силы резания и величиной измеренных упругих реакций заготовки. Необыкновенную трудность при мехобработке вызывают заготовки особо длинноватые, когда соотношение длин к их поперечнику равно либо больше 100. Тогда САУ действием обработки реализуется последующим образом. Предварительно, в зависимости от длины обрабатываемой детали, заднюю бабку станка устанавливают в требуемое положение на станине станка. Потом по обе стороны с противоположных сторон суппортов по длине заготовки устанавливают самоцентрирующиеся гидравлические люнеты СЦЛ для стабилизации оси по длине заготовки. При этом, расстояние между опорами выбирают из соотношения , обеспечивая условие равножесткости по всей длине заготовки. Деталь закрепляют в зажимных патронах 2 и 4 соответственно передней и задней бабок. Резцы соответственно устанавливают в резцедержателях суппортов подводят сначала и в конце заготовки и настраивают на нужный размер. Включают привод главенствующего движения и приводят деталь во вращение. Двухрезцовый метод обработки с применением САУ дозволяет уменьшить время обработки заготовки как минимум вдвое, прирастить производительность, получить при всем этом деталь с данными технологическими параметрами и точностными характеристиками, за счет оптимизации сил резания и поддерживания предельного упругого состояния поверхностного слоя по всей длине заготовки. Теоретические исследования проявили, что для длинномерных заготовок нужно управлять осевой силой. В неприятном случае возникает доп изгибающий момент и точность резко падает. Для устранения влияния осевой силы на процесс формирования геометрии детали была разработана САУ (рис.2.25) управления осевой силой сжатия. Рис.2.25. САУ осевыми усилиями
САУ точностью механической обработки длинномерных деталей осуществляется последующим образом: заготовку зажимают в патроне и поднимают задним динамометрическим узлом 2 с вмонтированном в него динамометрическим центром 3, один конец которого упирается в заготовку, а иной в гибкий элемент 4, его перемещение по оси X контролируется первым первичным преобразователем малых перемещений 5, крайний агрессивно закреплен на корпусе динамометрического заднего центра относительно упругого элемента 4 с исходным зазором D X. При удлинении заготовки за счет температурного расширения от процесса резания динамометрический центр перемещается по оси X и деформирует гибкий элемент 4, его деформация протарированная, через свои физико-механические свойства диагностирует осевое напряжение в заготовке в процессе резания. Деформация упругого элемента регистрирует первым первичным преобразователем 5. Принцип формирования полезного сигнала для угнетения мешающих причин, обусловленных температурно-силовыми деформациями вращающегося центра в плоскости YOZ, осуществляют методом регистрации статических и динамических составляющих деформаций соответственно первичным преобразователями вторым 6 и третьим 7, и дифференциальным усилителем 8, при помощи выходного сигнала которого измеряют коэффициент передачи первого масштабного усилителя 9 в функции конфигурации статической и динамической податливости заднего динамометрического центра 3 в указанной системе координат. Регистрируемые и перевоплощенные в электрические сигналы температурные деформации в направлении оси X первым первичным преобразователем 5, подают на 1-ый масштабный усилитель 9, в каком и происходит нормирование выходного сигнала первичного преобразователя 5, методом конфигурации его коэффициента передачи, таковым образом, сигнал на выходе первого масштабного усилителя 9, функционально связанного с осевыми температурными деформациями заготовки, заведует величиной осевой силы поджатия заготовки в данном спектре от задатчика осевых деформаций 10, т.е. данное осевое усилие поджатия задним центром сохраняется в течение всего процесса обработки независимо от геометрических характеристик заготовки и температурных режимов обработки. Заготовка, удлиняясь дополнительно, не нагружается осевой наружной силой температурного расширения. Сигнал с задатчика 10 и блока 9, сравниваясь в первой схеме сопоставления 11, и разностный сигнал, пропорциональный сигналу управления, поступает на усилитель мощности 12 и дальше на электрогидравлический привод 13, крайний перемещает динамометрический задний центр 2 относительно задней бабки 1 на величину, пропорциональную деформации заготовки от температурного удлинения, поддерживая тем данное задатчиком 10 усилие осевого прижатия заготовки. Сразу в функции сформированного сигнала управления, снимаемого с выхода первого масштабного усилителя 9, корректируют величину глубины резания с учетом температурных деформаций заготовки методом воздействия-изменения данного напряжения на выходе задатчика 17, привода корректировки глубины резания, через поочередно соединенные 2-ой масштабный усилитель 14, блок типа " зона нечувствительности" 15, старенькой схемы сопоставления 16. При этом величину корректирующего сигнала управления в процессе опции устройства, реализующего метод, осуществляют методом конфигурации коэффициента передачи второго масштабного усилителя 14, а величину зоны нечувствительности блока 8 выбирают таковой, чтоб сигнал управления на его выходе возник лишь опосля того, как температура заготовки конкретно в процессе обработки повысится на 15…20°С относительно температуры окружающей среды. Дальше сигнал управления - корректировки вершины резца с учетом температурного расширения заготовки с выхода 2-ой схемы сопоставления 16, поступает на вход третьего схемы сравнения 18, где сравнивается с сигналом обратной связи по положению резца от 4-ого первичного преобразователя 19, установленного на суппорте станка и разностный сигнал с выхода схемы сопоставления 18 поступает на вход второго усилителя мощности 20, а выход крайнего подключен к выходу электрогидропривода 21. Обеспечение указанных критерий с учетом стабилизации осевых деформаций силового контура задней бабки и корректировки глубины резания дозволяет стабилизировать глубину напряжения - деформированного состояния поверхностного слоя, получить детали с данной точностью обработки с учетом влияния температурных деформаций за счет компенсации крайних при точении, шлифовании, фрезеровании и т.д. Для маложестких деталей, поперечникы которых не превосходят 10 мм, а отношение длины к поперечнику больше 10, целенаправлено, как проявили опыты, в процессе резания прикладывать осевую растягивающую силу. Крайнее дозволяет уменьшить упругие прогибы детали не подвергать последнюю перегрузкам. При растяжении собственная частота детали растет на 10…20%, т.е. происходит смещение диапазона частот в сторону их возрастания и сразу уменьшаются амплитуды колебаний по подходящим формам. Импульсное приложение растягивающей силы приводит к уменьшению величины силы растяжения в 6…8 раз. Кратность частот импульсов растягивающей силы частоте вращения детали дозволяет получить резонансный режим работы. Внедрение переменной составляющей термо-ЭДС в качестве датчика амплитуды относительных колебаний дозволяет измерять их в труднодоступных зонах обработки (расточка, нарезание резьбы и т.д.) и осуществлять подобающую поднастройку процесса.
2. Если считать, что жесткость механической связи между 2-мя вращающимися массами бесконечно велика, то можно двухмассовую механическую модель представить в виде одномассовой. Тогда: , , , . Рис.9 Одномассовая механическая модель ЭП
Тогда система уравнений, описывающая двухмассовую механическую модель, сведётся к одному уравнению: (11) В этом уравнении левая часть может быть графически представлена в виде 2-х функций и , при этом, если строго следовать физическому смыслу этих функций, то - (статически-механическая характеристика ЭМП) будет располагаться в 1-м квадранте координатной плоскости, а функция , которая называется статическая механическая характеристика механизма, будет располагаться во 2-м квадранте. В этом случае нахождение точки статического равновесия, а именно равенства , окажется невозможным. Поэтому обе характеристики для удобства анализа располагают в одном квадранте, чаще во 2-м (см. рис.1). Тогда уравнение (11) будет иметь вид арифметического уравнения. При анализе механической части с помощью этого уравнения часто возникает проблема, связанная с недостатком каталожных данных о суммарном моменте инерции вращающихся частей, поэтому используют уравнение (11), записываемое в инженерных координатах. В уравнении (11): - момент инерции равен произведению массы на квадрат приведенного радиуса инерции: . Тогда уравнение (11) примет вид: Если представить: , где - приведенный диаметр инерции, а массу представить через силу тяжести и ускорение свободного падения , то уравнение примет вид: (12) Уравнения (11), (12) являются математическим описанием одномассовой механической модели, и называются, соответственно: (11) - уравнение движения в классических координатах (классическое, основное); (12) - уравнение движения в инженерных координатах. В уравнении (12) выражение принято называть маховым моментом.
1.3.1 Одномассовая механическая модель как объект управления (аналоговый вариант). Динамическая модель одномассовой механической системы в переменных «входы-выходы» Представим одномассовую модель механической системы в виде динамической модели в переменных «входы-выходы», имея в виду то, что система имеет следующее математические описание: . Запишем уравнение в операторной форме: . Водные и выходные переменные: Рис.10 Структурная схема одномассовой механической модели
Передаточная функция звена: .
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ. Уравнения, описывающие электромеханические преобразователи. Механические характеристики электромеханических преобразователей в различных режимах их работы. Электромеханические преобразователи как объект управления. Энергетические соотношения в электромеханических преобразованиях Под термином «электромеханический преобразователь» в дальнейшем будем подразумевать: - ДПТ с НВ – двигатель постоянного тока с независимым возбуждением; - АД – асинхронный двигатель; - СД – синхронный двигатель; - ДПТ ПВ - двигатель постоянного тока последовательного возбуждения.
1 Теоретические исследования проявили, что для длинномерных заготовок нужно управлять осевой силой. В неприятном случае возникает доп изгибающий момент и точность резко падает. Для устранения влияния осевой силы на процесс формирования геометрии детали была разработана САУ (рис.2.25) управления осевой силой сжатия. Рис.2.25. САУ осевыми усилиями
САУ точностью механической обработки длинномерных деталей осуществляется последующим образом: заготовку зажимают в патроне и поднимают задним динамометрическим узлом 2 с вмонтированном в него динамометрическим центром 3, один конец которого упирается в заготовку, а иной в гибкий элемент 4, его перемещение по оси X контролируется первым первичным преобразователем малых перемещений 5, крайний агрессивно закреплен на корпусе динамометрического заднего центра относительно упругого элемента 4 с исходным зазором D X. При удлинении заготовки за счет температурного расширения от процесса резания динамометрический центр перемещается по оси X и деформирует гибкий элемент 4, его деформация протарированная, через свои физико-механические свойства диагностирует осевое напряжение в заготовке в процессе резания. Деформация упругого элемента регистрирует первым первичным преобразователем 5. Принцип формирования полезного сигнала для угнетения мешающих причин, обусловленных температурно-силовыми деформациями вращающегося центра в плоскости YOZ, осуществляют методом регистрации статических и динамических составляющих деформаций соответственно первичным преобразователями вторым 6 и третьим 7, и дифференциальным усилителем 8, при помощи выходного сигнала которого измеряют коэффициент передачи первого масштабного усилителя 9 в функции конфигурации статической и динамической податливости заднего динамометрического центра 3 в указанной системе координат. Регистрируемые и перевоплощенные в электрические сигналы температурные деформации в направлении оси X первым первичным преобразователем 5, подают на 1-ый масштабный усилитель 9, в каком и происходит нормирование выходного сигнала первичного преобразователя 5, методом конфигурации его коэффициента передачи, таковым образом, сигнал на выходе первого масштабного усилителя 9, функционально связанного с осевыми температурными деформациями заготовки, заведует величиной осевой силы поджатия заготовки в данном спектре от задатчика осевых деформаций 10, т.е. данное осевое усилие поджатия задним центром сохраняется в течение всего процесса обработки независимо от геометрических характеристик заготовки и температурных режимов обработки. Заготовка, удлиняясь дополнительно, не нагружается осевой наружной силой температурного расширения. Сигнал с задатчика 10 и блока 9, сравниваясь в первой схеме сопоставления 11, и разностный сигнал, пропорциональный сигналу управления, поступает на усилитель мощности 12 и дальше на электрогидравлический привод 13, крайний перемещает динамометрический задний центр 2 относительно задней бабки 1 на величину, пропорциональную деформации заготовки от температурного удлинения, поддерживая тем данное задатчиком 10 усилие осевого прижатия заготовки. Сразу в функции сформированного сигнала управления, снимаемого с выхода первого масштабного усилителя 9, корректируют величину глубины резания с учетом температурных деформаций заготовки методом воздействия-изменения данного напряжения на выходе задатчика 17, привода корректировки глубины резания, через поочередно соединенные 2-ой масштабный усилитель 14, блок типа " зона нечувствительности" 15, старенькой схемы сопоставления 16. При этом величину корректирующего сигнала управления в процессе опции устройства, реализующего метод, осуществляют методом конфигурации коэффициента передачи второго масштабного усилителя 14, а величину зоны нечувствительности блока 8 выбирают таковой, чтоб сигнал управления на его выходе возник лишь опосля того, как температура заготовки конкретно в процессе обработки повысится на 15…20°С относительно температуры окружающей среды. Дальше сигнал управления - корректировки вершины резца с учетом температурного расширения заготовки с выхода 2-ой схемы сопоставления 16, поступает на вход третьего схемы сравнения 18, где сравнивается с сигналом обратной связи по положению резца от 4-ого первичного преобразователя 19, установленного на суппорте станка и разностный сигнал с выхода схемы сопоставления 18 поступает на вход второго усилителя мощности 20, а выход крайнего подключен к выходу электрогидропривода 21. Обеспечение указанных критерий с учетом стабилизации осевых деформаций силового контура задней бабки и корректировки глубины резания дозволяет стабилизировать глубину напряжения - деформированного состояния поверхностного слоя, получить детали с данной точностью обработки с учетом влияния температурных деформаций за счет компенсации крайних при точении, шлифовании, фрезеровании и т.д. Для маложестких деталей, поперечникы которых не превосходят 10 мм, а отношение длины к поперечнику больше 10, целенаправлено, как проявили опыты, в процессе резания прикладывать осевую растягивающую силу. Крайнее дозволяет уменьшить упругие прогибы детали не подвергать последнюю перегрузкам. При растяжении собственная частота детали растет на 10…20%, т.е. происходит смещение диапазона частот в сторону их возрастания и сразу уменьшаются амплитуды колебаний по подходящим формам. Импульсное приложение растягивающей силы приводит к уменьшению величины силы растяжения в 6…8 раз. Кратность частот импульсов растягивающей силы частоте вращения детали дозволяет получить резонансный режим работы. Внедрение переменной составляющей термо-ЭДС в качестве датчика амплитуды относительных колебаний дозволяет измерять их в труднодоступных зонах обработки (расточка, нарезание резьбы и т.д.) и осуществлять подобающую поднастройку процесса. 2 Дифференцирующее звено
Передаточная функция: Если входная и выходная величина одной размерности, то передаточную функцию обычно записывают в виде: , где Т – постоянная времени (в секундах). Дифференцирующее звено относится к идеальным звеньям (m> n). Уравнение звена: Выходная величина пропорциональна производной входной величины.
Статическая характеристика: yст =W(0)·xст= 0 В статическом режиме выходная величина всегда равна нулю (т.к. производная постоянной величины – ноль). Статическая характеристика совпадает с осью x.
Переходная функция:
Это дельта-импульс с площадью К. При постоянной входной величине выходная величина дифференцирующего звена равна нулю.
|