LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Технологія металів. Машинобуд. → Адаптивна електромеханічна система керування робочими рухами фрезерного верстата

УДК 62-52:621.9.06
В.А. Водічев, д-р техн. наук
АДАПТИВНА ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНА СИСТЕМА КЕРУВАННЯ РОБОЧИМИ
РУХАМИ ФРЕЗЕРНОГО ВЕРСТАТА
Розглянуто електромеханічну систему автоматичного керування електроприводами
головного руху і руху подачі фрезерного верстата для підвищення ефективності процесу
обробки. Наведено результати дослідження системи на моделі.
Рассмотрена
электромеханическая
система
автоматического
управления
электроприводами главного движения и движения подачи фрезерного станка для
повышения эффективности процесса обработки. Приведены результаты исследования
системы на модели.
The electromechanical system of automatic control system of feed and main motion electric
drives of milling machine for increasing efficiency of machining process is considered. The results
of mathematical modelling of the system are presented.
У
машинобудуванні

більшість
пристроєм, що забезпечує автоматичне
деталей, що необхідні для виробництва
обчислення поточного значення
машин, виготовляють на металообробних
коефіцієнта
верстатах. Від продуктивності верстатів, їх
передачі процесу обробки [1]. Більшу
питомого енергоспоживання, собівартості
продуктивність обробки і менше питоме
обробки залежить конкурентоспроможність
енергоспоживання верстатів забезпечують
продукції машинобудівної промисловості в
системи з взаємозв’язаним керуванням
цілому. Значення показників ефективності у
головним рухом і рухом подачі [2]. У таких
процесі обробки змінюються під дією
системах при стабілізації потужності різання
збурень, основними з яких є зміни величини
крім зміни коефіцієнта передачі об’єкта
припуску,
що
знімається,
твердості
керування відбувається також і зміна його
заготівки, що обробляється, і стану
сталої часу. Проте питанням розробки
інструмента. [4]. Для
підвищення
спостережних пристроїв для адаптивних
ефективності
обробки
застосовуються
електромеханічних
систем
керування
електромеханічні
системи
керування
робочими рухами верстатів в цих умовах їх
робочими рухами верстатів, які автоматично
роботи в літературі уваги не приділено.
змінюють швидкості головного руху і подачі
Метою даної роботи є розробка і
при зміні умов обробки [1, 4].
дослідження на моделі роботи адаптивної
У
більшості

таких
систем
електромеханічної
системи
керування
здійснюється
стабілізація
потужності
головним рухом і рухом подачі фрезерного
обробки при керуванні тільки одним
верстата зі спостережним пристроєм, що
робочим рухом подачі верстата [4]. Для цих
враховує зміни як коефіцієнта передачі
систем характерна робота під впливом
процесу обробки, так і його сталої часу.
параметричних збурень, оскільки зміна під
До складу системи (рис. 1) входять такі
час обробки величини припуску, що
елементи: виконавчий пристрій ВП, яким у
знімається, обумовлює зміну коефіцієнта
металообробному верстаті є електроприводи
передачі об’єкта керування в широких
головного руху ЕПГ і подачі ЕПП з
межах. В таких умовах найліпші статичні і
відповідними механічними передачами з
динамічні характеристики забезпечують
коефіцієнтами Кпмг, Кпмп; регулятор Р, який
адаптивні
системи
з
параметричним
містить блок ділення з обмежувачем
зворотним
зв’язком
і
спостережним
вихідного сигналу і ланку з коефіцієнтом
© Водічев В.А., 2005
19
передачі Кs, що забезпечує узгодження
СП обчислює в процесі обробки
швидкостей ЕПГ і ЕПП; об’єкт керування
поточне значення коефіцієнта передачі
ОК і спостережний пристрій СП.
ланки, що містить ЕПГ і ОК. На входи СП
Р
ВП
u
u
щ
зп
кг
г
n
ЕПГ
Кпмг
uкп
щ
S
u
Кs
ЕПП
К
пз
пмп
ОК
z
tp
nz S
P'z
P
z
1
z
К
u
дп
дп
Т р 1
п +
Т
р +1
дп
1
_
u1
u2
u3

К
К
дш
ш
Т р +1
1
К1
Кдшn
60/Т1
СП
Кш1
Рис. 1. Структурна схема системи стабілізації потужності обробки
До складу ОК входять, процес обробки
надходять сигнали від датчиків кутової
і датчик потужності обробки з коефіцієнтом
швидкості двигуна головного руху uш і
Кдп і сталою часу Тдп. В усталеному режимі
потужності різання uдп.
залежність потужності різання P'z від
Сигнали, які діють у спостережному
керуючих дій, якими є частоти обертання
пристрої,
описуються
виразами
в
фрези п і швидкість подачі S, і збурень,
операторній формі
основним з яких є зміна глибини обробки tp,
є нелінійною і визначається емпіричними
формулами [3, 4]. Коефіцієнт передачі ОК
змінюється під впливом як керуючих дій, так
T р
і збурень. У динамічних режимах процес
u ( р )
1
=
u ( р )
1
дп
,
обробки представляють інерційною ланкою
Т р +
1
1
зі сталою часу Тп, значення якої змінюється
60Kдш
Т p
п
=
=
залежно від частоти обертання фрези [4]:
u ( р )
u ( p )
u ( р ) ,
2
T К n 1
T p
дп
+
1
дш
1
1
u ( р )
60
дп
Т =
u
=
+
+
3( p )
u2( p )
1
u ( р )К1,
п
.
(1)
n
Т
+
1 р
1
20
де Кдш – коефіцієнт передачі датчика частоти
максимального значення подачі на зуб фрези
обертання шпинделя, Кдш= КшКш1,
Sz припустимого за умовами міцності
Кш - коефіцієнт передачі датчика кутової
інструмента чи кінематичних ланцюгів
швидкості двигуна головного руху,
привода головного руху, забезпечення
Кш1= р /30Кпмг, Т1 – стала часу аперіодичної
необхідної точності обробки на верстаті з
ланки.
відомою жорсткістю системи „заготівка-
Встановивши
коефіцієнт
передачі
прилад”. Для цього коефіцієнт передачі
К1=Тдп /Т1, отримаємо передаточну функцію
ланки узгодження обирається відповідно до
частини СП у вигляді
співвідношення
u ( p )
(Т + Т
)р + 1
3
п
дп
=
,
u ( p )
Т р +1
30Кепг КпмгS z
z
дп
1
К =
S
,
К
К

епп
пмп
де стала часу Тп змінюється в функції
частоти обертання фрези відповідно до
де Кепп – коефіцієнт передачі електропривода
виразу (1).
подачі; z –кількість зубів фрези.
Вихідний
сигнал
спостережного
Рівень
максимальних
значень
пристрою
швидкостей робочих рухів відповідає рівню
u ( р )
(Т + Т
)р +1 u ( р )
насичення нелінійної ланки у складі
u ( р )
3
п
дп
дп
=
=

пз
регулятора.
u ( р )
(Т р +1)
K (р )
ш
1
ш
г
Дослідження
роботи
розглянутої
Враховуючи, що
системи стабілізації потужності обробки з
взаємозв’язаним управлінням швидкістю
(р )К
К К
u ( р )
г
пмг
п
дп
=
подачі і частоти обертання фрези проведено
дп
,
(Т р +1)(Т р +1)
на моделі, що складена у середовищі Simu-
п
дп
link програмного пакету Matlab відповідно
а коефіцієнт передачі ЕПГ К
до структурної схеми, яка наведена на рис.1.
епг=1/Кш,
вихідний сигнал СП у процесі обробки
Моделювання виконане для випадку фрезе-
рування у стальній заготівці пазу зі змінним
профілем дисковою пазовою фрезою при
К
К
К К
+
+
епг
пмг
п
дп [( Т
Т

п
дп
]1
u ( р ) =
.
заданому значенні потужності обробки P
пз
zз=
( Т р + 1)( Т р + 1)( Т р + 1)
1
п
дп
5,5 кВт. Коефіцієнти і показники степеня у
емпіричних формулах для розрахунку поту-
Тобто СП забезпечує в процесі роботи
жності обробки для відповідного інструмен-
системи визначення коефіцієнта передачі
та і оброблюваного мат