Введение к работе
Диссертационная работа посвящена разработке системы автоматического управления движением и позиционированием шпиндельной бабки (ШБ) одностоечного координатно-расточного станка, перемещающейся на вертикальных направляющих, при её динамической разгрузке. Это позволяет расширить технологические возможности станка, повысить его производительность и заявленные показатели качества обработки детали.
Актуальность темы. Станкоинструментальная промышленность относится к числу базовых отраслей промышленности России и во многом определяет уровень развития страны. Неблагоприятные экономические условия в 90-х гг. существенно снизили спрос на отечественную продукцию и затормозили развитие отрасли. Однако современное состояние экономики требовало возрождения станкостроения, обновления и глубокой модернизации станочного парка, в том числе и прецизионных станков. Создание новых инструментов, новых материалов потребовали разработки новых или глубокой модернизации существующих станков, обеспечивающих заявленную точность и высокую производительность, которые соответствуют международным стандартам. Работа выполнена в рамках федеральной государственной программы «Развитие точного машиностроения и станкостроения».
Предметом исследования данной работы является движение, позиционирование ШБ на вертикальных направляющих. Объектом исследования является процесс динамической разгрузки ШБ при гармоническом задающем сигнале с переменной частотой в заданном диапазоне.
Цель настоящей работы заключается в разработке САУ динамической разгрузкой шпиндельной бабки координатно-расточного станка, позволяющей реализовать систему осцилляцией ШБ в заданном диапазоне частот и осуществить технологическую операцию тонкого шлифования. Это дает возможность расширить технологические возможности станка, повысить его производительность и точность обработки.
Для достижения цели, поставленной в работе, необходимо решить следующие задачи:
-
Исследовать помехи, влияющие на точность воспроизведения заданного движения ШБ.
-
Провести аналитическую идентификацию движения ШБ при разгрузке с помощью противовеса и разработать её структурную схему.
-
Разработать компьютерную модель САУ движением шпиндельной бабки в режиме осцилляции с противовесом, проанализировать усилия, возникающие в узлах станка, и точность воспроизведения заданной траектории.
-
Синтезировать САУ динамической разгрузкой ШБ, обеспечивающей заявленную точность в воспроизведении движения.
-
На основе теоретических и экспериментальных исследований разработать опытно-промышленную САУ многооперационного КРС.
Методы исследования: теоретические исследования базируются на методах 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:
-
Впервые разработаны математическая и компьютерная модели электромеханической системы динамической разгрузки шпиндельной бабки координатно-расточного станка.
-
Проведена идентификация процесса перемещения шпиндельной бабки на вертикальных направляющих как объекта системы автоматического управления, отличающейся от известных учетом контура её динамической разгрузки.
-
Синтезирована структура системы автоматического управления движением шпиндельной бабки многооперационного координатно-расточного станка, отличающейся от известных учетом взаимовлияния контура движения и позиционирования шпиндельной бабки и контура управления её динамической разгрузки.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
На основе проведенных исследований разработана инженерная методика расчета взаимосвязанных САУ движением и позиционированием шпиндельной бабки и её динамической разгрузки, обеспечивающих точность воспроизведения движения ШБ на вертикальных направляющих многооперационного координатно-расточного станка, что позволяет на этапе проектирования создавать современные САУ прецизионными металлорежущими станками. (Акт использования в практике инженерного проекта в работе на предприятии ЗАО «Стан-Самара».)
Реализация результатов работы. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены:
– на станке 2440СФ4, выпускаемом ЗАО «Стан-Самара»
– в технических проектах САУ разгрузкой для КРС класса точности С.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на следующих конференциях:
1. Всероссийской научно-технической конференции «Компьютерная интеграция производства и ИПИ технологии», г. Оренбург, 2005.
2. Международной научно-технической конференции «Автоматизация технологических процессов и производственный контроль», г. Тольятти, 2006.
3. 13-й международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», г. Москва, 2007.
4. Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы автоматизированного электропривода», г. Харьков, 2008.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 2 из них – в журналах, рекомендованных ВАК РФ (журнал СТИН №11-2008 и сборник серии «Технические науки», СамГТУ №2(22) – 2008), 7 публикаций – в трудах и материалах всероссийских и международных научно-технических конференций.
На защиту выносятся основные научные положения:
-
Математическая модель процесса перемещения шпиндельной бабки на вертикальных направляющих при её динамической разгрузке.
-
Алгоритм управления и синтез системы автоматического управления перемещением шпиндельной бабки многооперационного станка высокой точности, обеспечивающий высокую производительность как при лезвийной обработке, так и при шлифовании.
-
Структурно-параметрический синтез системы автоматического управления движением ШБ, оснащенной системой динамической разгрузки.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 64 наименований и приложения. Основной текст работы изложен на 113 страницах, диссертация содержит: 53 рисунка, 2 таблицы, 1 приложение, библиографический список на 6 страницах.
