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

Синхронизация в системе ЧПУ геометрических и электрических осей электронно-лучевой установки с целью повышения эффективности сварки авиационных конструкций Коваленко Артем Валерьевич

Синхронизация в системе ЧПУ геометрических и электрических осей электронно-лучевой установки с целью повышения эффективности сварки авиационных конструкций
<
Синхронизация в системе ЧПУ геометрических и электрических осей электронно-лучевой установки с целью повышения эффективности сварки авиационных конструкций Синхронизация в системе ЧПУ геометрических и электрических осей электронно-лучевой установки с целью повышения эффективности сварки авиационных конструкций Синхронизация в системе ЧПУ геометрических и электрических осей электронно-лучевой установки с целью повышения эффективности сварки авиационных конструкций Синхронизация в системе ЧПУ геометрических и электрических осей электронно-лучевой установки с целью повышения эффективности сварки авиационных конструкций Синхронизация в системе ЧПУ геометрических и электрических осей электронно-лучевой установки с целью повышения эффективности сварки авиационных конструкций Синхронизация в системе ЧПУ геометрических и электрических осей электронно-лучевой установки с целью повышения эффективности сварки авиационных конструкций Синхронизация в системе ЧПУ геометрических и электрических осей электронно-лучевой установки с целью повышения эффективности сварки авиационных конструкций Синхронизация в системе ЧПУ геометрических и электрических осей электронно-лучевой установки с целью повышения эффективности сварки авиационных конструкций Синхронизация в системе ЧПУ геометрических и электрических осей электронно-лучевой установки с целью повышения эффективности сварки авиационных конструкций Синхронизация в системе ЧПУ геометрических и электрических осей электронно-лучевой установки с целью повышения эффективности сварки авиационных конструкций Синхронизация в системе ЧПУ геометрических и электрических осей электронно-лучевой установки с целью повышения эффективности сварки авиационных конструкций Синхронизация в системе ЧПУ геометрических и электрических осей электронно-лучевой установки с целью повышения эффективности сварки авиационных конструкций
>

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

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

Коваленко Артем Валерьевич. Синхронизация в системе ЧПУ геометрических и электрических осей электронно-лучевой установки с целью повышения эффективности сварки авиационных конструкций : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.06, 05.07.02 / Коваленко Артем Валерьевич; [Место защиты: Моск. гос. технол. ун-т "Станкин"].- Москва, 2009.- 120 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/1787

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Анализ построения современных систем управления на базе ЧПУ и ПЛК. Постановка задачи 11

1.1. ПЛК как базовое средство автоматизации производственного процесса 11

1.2. Обобщенная схема системы ЧПУ. Модули управления электродвигателями как часть системы управления 14

1.3. Обзор современных систем ЧПУ ведущих производителей. Их особенности, преимущества и недостатки 19

1.4. Пути повышения производительности и качества обработки на ЭЛУ 36

Постановка задачи 45

Глава 2. Исследование процесса сварки в вакууме с позиции управления и автоматизации 47

2.1. Физические основы сварки 47

2.2. Анализ основных исполнительных органов ЭЛУ с позиции управления. Выявление управляемых параметров 53

Краткие выводы по главе 56

Глава 3. Построение математической модели специализированной системы ЧПУ 58

3.1. Анализ системы ЧПУ с позиции теории автоматического управления 58

3.2. Построение и анализ математической модели механического исполнительного органа системы ЧПУ 62

3.3. Построение математической модели электрического исполнительного органа системы ЧПУ 78

3.4. Формирование функциональной схемы специализированной системы ЧПУ 81

Краткие выводы по главе 82

Глава 4. Расширение возможностей системы ЧПУ за счет разработки модуля управления ЭЛП 85

4.1. Анализ функциональной схемы установки электроннолучевой сварки «ЭЛУ-20А» 85

4.2. Разработка специализированной системы ЧПУ для модернизации установки «ЭЛУ-20А» 89

4.3. Анализ результатов применения специализированной системы ЧПУ на установке «ЭЛУ-20АМ» 96

Краткие выводы по главе 98

Глава 5. Совершенствование технологии обработки экспериментального лонжерона крыла путем применения специализированной системы ЧПУ 100

5.1. Особенности изготовления экспериментального лонжерона крыла 100

5.2. Влияние специализированной системы ЧПУ на технологию сварки экспериментального лонжерона крыла 103

Краткие выводы по главе 106

Заключение 108

Общие выводы по работе 109

Литература 111

Введение к работе

Авиационная промышленность — одна из ведущих и самых высокотехнологичных машиностроительных отраслей в мире. Требования, предъявляемые к технологическим процессам и реализующему их технологическому оборудованию, являются одними из самых высоких в машиностроении и продолжают расти с каждым годом по мере развития технического прогресса. Авиационная промышленность использует практически все виды технологических процессов и технологического оборудования, применяемых в машиностроении [1]. В данной работе рассматривается технологическое оборудование, реализующее процесс электронно-лучевой сварки (ЭЛС) элементов авиационных конструкций. Данный тип оборудования присутствует на каждом предприятии, выпускающем авиационную технику, так как позволяет производить сварку практически всех металлических конструкционных материалов, в том числе титановых сплавов [2].

По мере совершенствования и усложнения конструкции летательных аппаратов, совершенствовались и усложнялись технологические процессы и реализующее их технологическое оборудование, а также появлялись новые виды процессов и оборудования. С целью повышения производительности технологий и оборудования, а также качества изготавливаемых на нем деталей, стали разрабатываться различные системы управления и автоматизации производственных процессов. С развитием вычислительной техники появилась возможность создания системы числового программного управления (ЧПУ), являющейся в настоящее время основой автоматизации современного производства [3].

В настоящее время система ЧПУ располагает полным набором

функциональных возможностей для автоматизации процесса обработки,

позволяя тем самым практически полностью исключить человеческий

фактор из процесса управления.

Применение системы ЧПУ дало возможность появлению принципиально нового структурного технологического образования на производстве —. гибкой производственной ячейки (ГПЯ) и его дальнейшего развития - гибкой производственной линии (ГПЛ) [4-6].

Исторически сложилось [7], что системы ЧПУ появились в результате эволюции систем управления механробрабатывающих станков, и производители долгое время продолжали совершенствовать функциональные возможности по управлению взаимными перемещениями инструмента и заготовки. Этому способствовало большое численное превосходство (порядка 80%) механробрабатывающих станков над другими видами технологического оборудования. По этой причине системы ЧПУ были функционально ориентированы на механообрабатывающее оборудование и создавались, в первую очередь, для этого типа оборудования.

Ведущими зарубежными изготовителями систем ЧПУ произведена революция в области автоматизации производства в период 60-80 г.г. прошлого века, значительно поднявшая производительность труда и качество выпускаемых продуктов на таких производствах, а также открывшая новые возможности управлении предприятием [8,9]. Системы ЧПУ отечественного производства, выпущенные в конце прошлого — начале этого века, хотя и уступают по надежности и функциональным возможностям продукции ведущих мировых производителей, выигрывают по цене, обеспечивая при этом необходимую точность и, соответт ственно, качество обработки деталей.

Воздействия на заготовку, применяемые в технологическом оборудовании, разнообразны. Они могут носить электрическую, магнитную, электромагнитную, химическую и, в том числе, механическую природу. Взаимное перемещение органа, реализующего технологическое воздействие, и обрабатываемой заготовки осуществляется при помощи геометрических осей.

Оси, реализующие перемещения, в дальнейшем будем называть

геометрическими осями. Под геометрической станочной осью в данном случае понимается параметр, значение которого соответствует положет нию определенного исполнительного органа станка и является его управляющей величиной.

Кроме геометрических, необходимо рассмотреть оси, реализующие различное технологическое воздействие на обрабатываемую заготовку, например: механическое, электронное, электронно-ионное, фот-тонное, тепловое, магнитное, электрическое, электромагнитное, звуковое и др. воздействия. Примерами технологической реализации такого воздействия являются; электронно-лучевая и лазерная сварка, пайка, ионногвакуумное нанесение покрытия, обработка токами высокой частоты, ультразвуком и т.п. Такие оси будем называть электрическими осями, так как они реализуют управление обработкой посредством изменения амплитуды и формы для напряжения и тока.

В отличие от механообрабатывающего технологического оборудования, установки электронно-лучевой сварки и пайки, лазерной сварки и полировки, ионно-вакуумного нанесения покрытия не имеют типового решения по части управления. Существующие образцы систем управления российского производства для данных видов оборудования (в дальнейшем будем называть такое оборудование комбинированным) являются узкоспециализированными и разрабатываются под каждую технологическую установку индивидуально. Большинство из них построены на базе 1МВ-совместимых персональных компьютеров (ПК) и не обеспечивают достаточной автоматизации производственного процесса, так как являются децентрализованными, то есть, разделены на две частично или полностью независимые системы: для управления геометрическими и электрическими осями. При этом большую часть технологических операций, в том числе синхронизацию управления данными осями, оператор вынужден выполнять в ручном режиме.

Помимо этого, большинство систем управления таким технологи-

ческим оборудованием не поддерживает выполнение управляющих программ, написанных на едином стандартизированном языке ISO-7bit (именуемым языком G-команд) [10], что значительно снижает удобство работы, усложняет подбор и обучение персонала: операторам и программистам-технологам необходимо дополнительно изучать нестандартные языки для написания управляющих программ.

Решением проблемы несовместимости систем управления геометрическими и электрическими осями может стать разработка специализированной системы ЧПУ, позволяющей синхронно управлять геометрическими и электрическими осями, используя при этом управляющие программы, написанные на едином стандартизированном языке. Это также позволит облегчить и ускорить подготовку специалистов для работы на таком оборудовании, обеспечит значительное повышение его производительности и качества обрабатываемых на нем деталей.

На основании вышесказанного, тема диссертационной работы является актуальной при непрерывно растущей потребности в современном комбинированном технологическом оборудовании, в условиях отсутствия на рынке (в первую очередь, российском) не только серийно выпускающихся современных систем управления для него, но даже выработанной единой концепции построения таких систем.

В основу данной диссертационной работы положены результаты научно-исследовательских работ, выполненных в ОАО «Национальный институт авиационных технологий» («НИАТ») по разработке системы управления установкой электронно-лучевой сварки «ЭЛУ-20АМ».

Целью данной диссертационной работы является повышение производительности технологического процесса и качества ЭЛС элементов авиационных конструкций путем применения специализированной системы ЧПУ, позволяющей синхронно управлять геометрическими и электрическими осями.

Научная новизна работы определяется полученными в ней сле-

дующими результатами:

на основании выявленных взаимосвязей разработан метод синхронизации управления параметрами электронного луча (электрические оси) и взаимными перемещениями свариваемых деталей и ЭЛП (геометрические оси) в рамках одной системы ЧПУ, значительно повышающий производительность ЭЛУ и обеспечивающий высокое качество изделий, получаемых методом ЭЛС;

построена математическая модель специализированной системы ЧПУ, основанной на открытой коммерческой системе управления класса PCNC, реализующая синхронное управление геометрическими и электрическими осями;

разработана функциональная модель модуля управления ЭЛП, что позволяет в рамках одной специализированной системы ЧПУ управлять электронным лучом;

разработана функциональная схема видеоконтрольного устройства (ВКУ) высокой четкости, характеризующегося малой восприимчивостью к внешним помехам и позволяющего с высокой точностью реализовать функцию определения координат стыка свариваемых деталей в автоматическом режиме.

Практическая значимость работы состоит в разработке методики построения специализированной системы ЧПУ, предназначенной для синхронного управления геометрическими и электрическими осями ЭЛУ, что позволяет повысить эффективность сварки авиационных конструкций.

Основные положения работы опубликованы в 5 печатных работах, докладывались на 2 научно-технических и научно-практических конференциях.

ПЛК как базовое средство автоматизации производственного процесса

Значительная часть технологического оборудования не требует реализации сложных ресурсоемких функций (таких как сплайновая интерполяция и пятиосевая трансформация [11,12,74,75]), а потому требования, предъявляемые им к системе управления, невысоки. Как правило, они сводятся к необходимости циклического выполнения определенного набора действий и отработки внештатных ситуаций. Для управления таким оборудованием используют программируемые логические контроллеры (ПЛК) [13].

ПЛК представляют собой промышленную модификацию контроллера и ориентированы на решение вспомогательных технологических задач.

Центральным процессором большинства ПЛК является так называемый RISC-процессор (Reduced Instruction Set Computing) [14], то есть процессор, обладающий ограниченным набором команд, ориентированным на решение определенного узкого круга задач.

Набора функций, предоставляемого ПЛК, недостаточно для управления механообрабатывающим станком или аналогичным ему по сложности технологическим оборудованием, но его вполне хватает для обеспечения работы любого несложного (намоточный станок, установка волновой пайки, т.п.) и вспомогательного (конвейер, манипулятор, т.п.) оборудования. При этом ПЛК также контролирует правильность выполнения каждой операции (например, прохождения заготовки по конвейеру или наличие детали в захвате манипулятора) и следит за отсутствием сбоев в работе оборудования. ПЛК гораздо дешевле любой системы ЧПУ. Это — наиболее доступное средство автоматизации производственного процесса среди существующих в настоящее время. ПЛК построен по модульному принципу (Рис. 1.1) [15,16], что позволяет гибко конфигурировать основанную на нем систему управления под решение конкретной задачи.

Ядро ПЛК, содержащее центральный процессор, оперативное (ОЗУ) и постоянное (ПЗУ) запоминающие устройства, обычно оформлено в виде отдельного модуля, называемого процессорным. При помощи специальной шины к процессорному модулю могут быть подключены периферийные модули, предназначенные для связи с другими устройствами. Набор периферийных модулей обычно включает: модули аналоговых входов и выходов, модули цифровых входов и выходов, релейные модули, интерфейсные модули, предназначенные для связи с другими вычислительными устройствами или станциями распределенной периферии [17]. В зависимости от модификации ПЛК, станции распределенной периферии могут подключаться непосредственно к процессорному модулю посредством универсальной промышленной шины, например, PROFIBUS-DP.

Для составления программ ПЛК обычно используется специализированный язык программирования STEP (Standard for the Exchange of Product Model Data) [18]. Рядом ведущих производителей ПЛК разработан графический способ представления программ [19,20], упрощающий процесс их составления и делающий его более наглядным. Благодаря такому подходу процесс разработки программы ПЛК не требует от исполнителя наличия навыков системного программирования, а потому данную задачу может решать специалист из другой области, например, электронщик. Недостатком этого решения является повышенная ресур-соемкость программ, так как каждый графический элемент такого представления, как правило, включает от одной до нескольких десятков команд процессора.

Хотя структурой самого ПЛК не предусмотрено наличие какого- -либо человеко-машинного интерфейса [21,22], для реализации задачи управления могут использоваться так называемые панели оператора.

Панель оператора - самостоятельное устройство, подключаемое к ПЛК посредством промышленной шины (например, PROFIBUS-DP) и реализующее функции ввода/вывода информации. Зачастую в ее основе лежит IBM-совместимый ПК в промышленном исполнении или специализированный контроллер.

В связи с расширением номенклатуры технологического оборудования и ростом предъявляемых к нему требований, стали появляться новые функциональные модули и модификации ПЛК, отличающиеся от базовых наличием специализированных функций, таких как высокочастотное управление перемещением или обработка специфических сигналов.

Как уже было отмечено, функциональных возможностей ПЛК недостаточно для выполнения ряда операций, производимых наиболее сложным технологическим оборудованием - например, механообраба-тывающими станками или ЭЛУ. Такие задачи требуют большей вычислительной мощности, обеспечить которую способны только системы ЧПУ.

Анализ основных исполнительных органов ЭЛУ с позиции управления. Выявление управляемых параметров

Однако возмущающему воздействию подвержен аппаратный блок, содержащий перечисленные программные алгоритмы. При этом на процесс регулирования оказывают влияние только возмущения, действующие на его входы и выходы. Как правило, это - электромагнитные помехи.

Остальные звенья привода реализованы аппаратно (усилитель мощности, электродвигатель, датчики обратной связи) и также подвержены возмущающему воздействию.

Возмущения, действующие на усилитель мощности и электродвигатель, суммируются с ошибкой рассогласования и компенсируются благодаря наличию ООС. Наиболее негативно на процесс регулирования влияют возмущающие воздействия, приложенные к датчикам обратной связи. Попадая в контур обратной связи, они интерпретируются системой как ошибка рассогласования, заставляя при этом систему компенсировать несуществующую ошибку.

Методов борьбы с такими явлениями может быть несколько [66]: подавление нежелательного воздействия, добавление к подверженному воздействию звену компенсирующего элемента, введение фильтра в контур управления [69]. Первый метод не позволяет полностью устранить возмущающее воздействие, однако может защитить сразу от нескольких нежелательных факторов. Второй метод пригоден только в частных случаях, когда нежелательное воздействие носит систематический характер и поддается количественному и качественному измерению. Третий метод наиболее универсален, так как может предохранить от непредусмотренных воздействий, хотя также как и первый, не дает полной защиты.

Стоит отметить, что возмущающие воздействия - не единственный фактор, искажающий характеристику системы. Помимо них, крайне негативно на САУ действуют различные нелинейности, обусловленные погрешностями изготовления компонентов и их сборки, например, люфты в механических соединениях или «дребезг» датчиков обратной связи. Отделить влияние таких факторов от паразитических возмущающих воздействий очень сложно.

Наиболее негативным влияние паразитических возмущающих воздействий оказывается в случае установки датчиков обратной связи на последнем звене - при этом в контур управления нежелательные воздействия попадают в искаженном виде, что обусловлено наличием люфтов в механических соединениях и неабсолютной жесткостью элементов конструкции.

По совокупности данных рассуждений, для устранения влияния нежелательных факторов целесообразно ввести в следящий контур привода несколько дополнительных элементов. Введение непосредственно после датчика в контур ООС фильтра и элемента, обладающего зоной нечувствительности, позволит одновременно устранить влияния «дребезга» датчика и значительно снизить искажение приложенных к нему возмущающих воздействий.

Так как форма воздействия нежелательных факторов имеет произвольный, подчас импульсный, характер, а предложенная мера не позволяет полностью устранить их влияние, в дифференцирующем контуре могут возникнуть резкие скачки сигнала. С целью недопущения этого перед дифференцирующими звеньями необходимо также ввести фильтрующие элементы. В этом случае функциональная схема модуля управления электродвигателем принимает вид (Рис. 3.15). Стоит отметить, что все введенные фильтрующие элементы являются программными, следо- вательно, не подвержены возмущающим воздействиям. Это позволит корректировать или даже коренным образом изменять их передаточные функции, гибко подстраивая таким образом под конкретные условия. Хотя такая схема не гарантирует полного избавления ото всех нежелательных воздействий, она позволяет их ослабить в мере, достаточной для достижения точности, требуемой в современном машиностроительном производстве. Несмотря на то, что приведенная схема обеспечивает управление любыми существующими электродвигателями, а также некоторыми другими механическими исполнительными элементами, она не позволяет управлять устройствами с иным принципом работы, в первую очередь, реализующими электрические оси.

Построение и анализ математической модели механического исполнительного органа системы ЧПУ

Экспериментальный лонжерон крыла (Рис. 5.1) разработан как альтернатива существующим конструкциям с целью применения на проектируемых в настоящее время летательных аппаратах.

До настоящего времени большинство лонжеронов крыла являлось сборной конструкцией, содержащей от нескольких десятков до нескольких сотен элементов, изготовленных из титанового сплава или композитного материала.

В настоящее время предложено заменить сборочные операции сварочными, уменьшив тем самым количество деталей и сократив время на изготовления одного лонжерона, что особенно актуально в условиях крупносерийного и массового производства. В этом случае количество составных частей лонжерона сокращается до трех: верхней полки, гофрированной стенки и нижней полки (Рис. 5.2). Предложенная конструкция не уступает по весовой отдаче (отношению расчетной нагрузки к массе) конкурентным вариантам из композитных материалов [73], но при этом оказывается более технологичной. При изготовлении тестовых экземпляров экспериментального лонжерона крыла в опытном производстве ОАО «НИАТ» все сварочные операции было решено производить на ЭЛУ, в качестве которой первоначально использовалась немодернизированная «ЭЛУ-20А». Причинами такого решения явились следующие преимущества ЭЛС над остальными видами сварки (лазерной, аргонно-дуговой) [60]: ? малые размеры сварочной ванны, а потому меньшая площадь литой зоны сварных швов; ? высокая точность сварной конструкции; ? высокие физико-механические свойства сварного соединения; ? большие скорости нагрева и охлаждения материала, что позво 101 ляет получить максимальную химическую чистоту сварного шва; наличие возможности объективного контроля сварного соединения. Виды сварки материала в твердой фазе (например, диффузионная) не рассматривались, так как в условиях серийного производства они менее предпочтительны по причине большей стоимости и меньшей производительности оборудования. В качестве материала для изготовления всех трех частей экспериментального лонжерона крыла выбран один из наиболее распространенных титановых сплавов - ВТ6. Данный сплав является высокотехнологичным, заготовки из него допускают сварку любым способом, но при ЭЛС прочность получаемого сварного шва примерно равна прочности остальной детали. Процесс сварки экспериментального лонжерона крыла выглядит следующим образом. Составные части лонжерона, зафиксированные сборочным приспособлением (Рис. 5.3), устанавливаются в вакуумной камере установки «ЭЛУ-20А» горизонтально вдоль оси абсцисс, перпендикулярно оси ЭЛЛ. В процессе сварки рабочее движение осуществляется только вдоль оси абсцисс с постоянной скоростью, в то время как электронный луч производит разогрев стыка полки и гофрированной стенки, меняя свой угол отклонения и фокусировку. Расчетная траектория движения электронного луча не всегда совпадала со стыком из-за погрешности изготовления, сборки и установки свариваемых деталей. Поэтому было решено использовать функцию обучения системы ЧПУ для сварки каждого конкретного экземпляра экспериментального лонжерона крыла. Оно заключается в сканировании стыка по всей длине и записи фактических его координат в управляющую программу. 5.2. Влияние специализированной системы ЧПУ на технологию сварки экспериментального лонжерона крыла Производить обучение в автоматическом режиме на немодер-низированной установке «ЭЛУ-20А» не удавалось из-за высокого уровня помех, создаваемых другим цеховым оборудованием, и низкой помехозащищенности ВКУ. Кроме этого, в некоторых местах стык был слишком плотным, и программа распознавания не могла определить его координаты из-за низкой разрешающей способности ВКУ. В результате оператор был вынужден проводить процедуру обучения системы ЧПУ в ручном режиме, что допускается в случае опытного и единичного производства, но неприемлемо при серийном производстве. устаревшей системы управления, обладающей низкой помехозащищенностью и не обеспечивающеи полной синхронизации геометрических и электрических осей, приводило к возникновению во время сварки различных дефектов, наиболее распространенными среди которых были: неполное проплавление материала (непровар, Рис. 5.4) и прожог сварного шва (Рис. 5.5). По этой причине бракованные образцы приходилось обрабатывать повторно, устраняя дефекты при помощи ручной аргонно-дуговой сварки. Это дополнительно увеличивало время изготовления каждого экземпляра экспериментального лонжерона крыла и снижало производительность оборудования.

По окончании модернизации установки «ЭЛУ-20А» и внедрения на ней специализированной системы ЧПУ, большинство причин, вызывающих дефекты формирования сварного шва, были устранены (Рис. 5.6).

Разработка специализированной системы ЧПУ для модернизации установки «ЭЛУ-20А»

Результаты внедрения специализированной системы ЧПУ на установке «ЭЛУ-20АМ», используемой в опытном производстве ОАО «НИАТ», а также проведенные на ней испытания по сварке экспериментального лонжерона коробчатого типа позволяют сделать следующие выводы: 1. За счет устранения влияния человеческого фактора на синхронизации изменения параметров электронного луча и перемещения свариваемых заготовок относительно ЭЛП удалось добиться высокого качества сварного шва, выполняемого за один проход. 2. Повышение качества сварного шва позволило отказаться от ряда технологических операций, направленных на устранение возникавших ранее дефектов формирования сварного шва (непроваров, пор и т.п.), что, в свою очередь, значительно сократило трудоемкость сварочных операций. 3. Применение нового ВКУ, обладающего большим разрешением и высокой помехозащищенностью, позволило выполнять операцию обучения системы ЧПУ в автоматическом режиме, что значительно сократило время на подготовку к сварочным операциям и их трудоемкость, а также повысило производительность ЭЛУ в целом. 4. Задача повышения производительности технологического процесса и повышения качества ЭЛС элементов авиационных конструкций полностью решена. Стоит отметить, что разработанная в данной диссертационной работе специализированная система ЧПУ пригодна также для использования в ряде других установок, применяемых в настоящее время на предприятиях авиационной промышленности. Ее модульная конструкция позволяет наращивать функциональные возможности системы, что делает возможным ее применение на находящихся в разработке перспективных моделях ЭЛУ. Разработанный модуль управления ЭЛП обладает техническими характеристиками и функциональными возможностями, являющимися избыточными применительно к поставленной задаче. Это дает основания утверждать о пригодности его применения в ряде других задач по разработке и модернизации систем управления для комбинированного технологического оборудования. Однако функций, реализованных в модуле управления ЭЛП, может оказаться недостаточно для управления отличными от ЭЛП исполнительными элементами, реализующими электрические оси. С этой целью должно быть проведено дополнительное исследование, выходящее за рамки темы данной диссертационной работы. Разработанная математическая модель и реализованная на ее базе система управления технологическим процессом ЭЛС в сочетании с набором предложенных алгоритмов и методик по ее настройке, а также результатами практического внедрения на установке «ЭЛУ-20АМ» позволяют сделать следующие выводы по работе: 1. За счет создания и внедрения специализированной системы ЧПУ решена задача повышения эффективности применения ЭЛУ, включающая: повышение качества ЭЛС (уменьшение количества брака с 16% до 2% в сварных соединениях наибольшей сложности), сокращение времени на всех этапах цикла проведения ЭЛС в 1.5-2.5 раза, снижение себестоимости проведения работ по изготовлению деталей с помощью ЭЛС в 2-3 раза. Решение данной задачи имеет важное значение для авиационной промышленности. 2. Выявлены взаимосвязи между параметрами, управляющими процессом ЭЛС (электрические оси), и взаимными перемещениями свариваемых деталей и ЭЛП (геометрические оси), особенностью которых является то, что их использование в математической модели специализированной системы ЧПУ позволяет повысить точность синхронизации геометрических и электрических осей. 3. По совокупности результатов проведенных исследований разработана математическая модель специализированной системы ЧПУ, отличающаяся от традиционной модели наличием модуля управления ЭЛП для проведения сварки в вакууме и модуля ВКУ для осуществления наведения на стык свариваемых деталей. Построена схема программно-аппаратной реализации специализированной системы ЧПУ на базе открытой коммерческой системы управления класса PCNC. 4. Разработана функциональная модель модуля управления ЭЛП. Отличительной особенностью данного модуля является реализация следующих электрических осей: ось тока луча, ось тока фокусировки луча, оси токов магнитных линз, отклоняющих луч по осям абсцисс и ординат системы координат пушки. 5. Разработана функциональная схема модуля ВКУ высокой четкости, особенностью которого является малая восприимчивость к внешним помехам, что позволило получить изображение стыка свариваемых деталей с малым зазором (менее 0.5 мм) и реализовать определение координат данного стыка в автоматическом режиме. 6. Технологической процесс ЭЛС экспериментальных образцов авиационных конструкций в опытном производстве ОАО «НИАТ» рекомендуется осуществлять на установке «ЭЛУ-20АМ» под управлением созданной специализированной системы ЧПУ. 7. Полученные теоретические и практические результаты исследований рекомендуется использовать в высших учебных заведениях при подготовке бакалавров, магистров, инженеров, а также научных кадров, в частности в учебной дисциплине «Структура и математическое обеспечение систем управления» кафедры «Компьютерные системы управления» ГОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН».

Похожие диссертации на Синхронизация в системе ЧПУ геометрических и электрических осей электронно-лучевой установки с целью повышения эффективности сварки авиационных конструкций