Введение к работе
Актуальность теин. Современное промышленное производство должно ориентироваться на интенсивный путь развития, на повышение эффективности и качества в условиях намечающегося перехода нашей экономики на рыночные отношения. Одним из основных путей повышения эффективности промышленного производства является комплексная автоматизация на основе новейших достижений науки и техники, переход к безлюдной технологии изготовления промышленной продукции.
В таком видении вопроса, очень актуальным является создание конкурентоспособных лазерных технологических автоматов на базе бесфрикционных мехатронных модулей движения. Лазерная обработка материалов применяется в технологических процессах нового типа, обеспечивающих повышение производительности, надежности и качества, ато лазерная сварка, гравировка, прошивка отверстий и многое другое. Бесконтактная лазерная обработка (отсутствие силовой реакции инструмента) упрощает систему перемещения детали и создает идеальные условия для автоматизации процесса. Вместе с тем высокие требования к точности,многообразие технологических аспектов, архитектурная совместимость накладывают жесткие требования на комплектный электропривод лазерных технологических установок.
В диссертационной работе путем сопоставительного анализа специфики лазерной технологии, технических и функциональных возможностей бесфрикционкых модулей движения обосновано их применение в оборудовании для данной технологий.
Требования к таким показателям движения как точность траектор-ных перемещений и позиционирования, быстродействие, допустимий значения скоростей и ускорений, а также выбор механических и программных средств обеспечения.требуемых показателей, потребовало провести широкий спектр исследований.
В результате проведенной научно-технической работы был разработан и исследован удовлетворяющий требованиям лазерной технологии планарный электропривод, на базе которого были созданы лазерные технологические установки "Фотон-1" и "Фотон-г".
Целью диссертационной работы является обоснование и разработка новых технических средств и способов управления для расширенной адаптации бесфрикционного координатного электропривода к типовым задачам лазерной технологии.
Для достижения этой цели в работе били поставлены следующие задачи:
-
Сопоставительный анализ требований лазерных технологий, технических и функциональных возможностей бесфрикционных модулей движения.
-
Создание и опытно-проиьшленнад эксплуатация лазерного автомата для раскроя стальных листов, а также других листовых материалов ограниченных размеров для проверки и уточнения требований к базовому электроприводу лазерных установок и возможных специальных его модификаций.
-
Отбор и оценка конструктивных и технологических приемов, обеспечивающих различные уровни требований точности к числу степеней подвижности лазерной технологической установки.
-
Разработка встраиваемого датчика положения, стенда для его метрологической аттестации и рекомендации по его использованию в составе базового планерного электропривода.
-
Исследование режимов работы замкнутого пленарного електропривода и отбор рекомендуемых структур цифрового и цифро-аналогового управления.
-
Теоретические и экспериментальные исследования общего случая управления пленарным электроприводом с замыканием по координатам объекта обработки.
Методика исследований. Результаты работы получены на основании теоретических и экспериментальных методов исследования дискретного электропривода. Использованы методы графо-аналитического расчета и частотный метод для определения частотных показателей исследуемых систем. Теоретические результаты подтверждены экспериментально с привлечением современных средств вычислительной техники, на действующем опытном образце лазерной технологической установки "Фотон-1".
Научная новизна работы заключается в следующих результатах:
-
Выявлены существенные особенности лазерной технологии, на основании чего обоснована возможность и целесообразность использования в лазерных машинах бесфрикционных мехатронных модулей движения как в разомкнутых, так и в замкнутых структурах управления.
-
Разработан и предложен интегрируемый с якорем магнитореэис-торный датчик положения (МРДП), позволяющий отказаться от конструктивно сложной и дорогой внешней сенсорной части привода и снять гео-
метрические ограничения движения, налагаемые последней.
-
Разработана новая конструкция якоря планерного электропривода с интегрированным в нее МРДП, позволяющая повысить точность измеряемых положений якоря до приемлеиого (- 10 мкм) для лазерной технологии уровня.
-
Обоснована необходимость и предложены алгоритмические и аппаратные средства подавления угловых колебаний якоря и объекта обработки, возникающих из-за нарушения центральной симметрии в отсутствие жестких механических направляющих пленарного электропривода.
-
Выявлено экспериментально и обосновано теоретически, что при нарушении определенных массо-габаритных показателей обрабатываемого объекта и якоря двигателя система может вырождаться в двух-иассовув. Предложено ее математическое" описание и исследовано отрицательное влияние колебаний такой системы на точностные и динамические показатели привода. Предложены и разработаны в лабораторных условиях структуры управления, подавляющие эти колебания при одновременном использовании датчика положения и акселерометров с локальным замыканием системы по контролируемым координатам якоря и объекта обработки.
Практическая ценность и реализация результатов работы состоит в следующем:
-
Разработана и проверена в промышленном оборудовании новая базовая конструкция пленарного шагового электропривода встроенным МРДП. Созданный базовый электропривод и его модификации удовлетворяют требованиям типовых лазерных технологий я могут быть приняты в качестве основы для агрегатно-модульного построения различных лазерных автоматов.
-
Разработанный МРДП является лрицезионным встраиваемым прибором, обеспечивающим точность измерения положения до - 10 мвд линейных, планаркых и поворотных модулей движения. Этим обеспечивается использование координатных модулей движения в замкнутых структурах управления без ограничений в способах их агрегатирования между собой и без заметного увеличения стоимости.
-
Результаты диссертационной работы внедрены на электромеханическом заводе им. В.И. Лекиня при создании опытной серии лазерных
- б -
технологических установок для обработки листовых материалов ЛТУ-МРО-200/500.
4. Разработанные схемо-технические и конструктивные решения позволили значительно повысить точность, надежность и производительность пленарного электропривода лазерных установок.
Апробация работы. Научные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались:
на заседании кафедры АЭЛ, МЭИ (Москва, МЭИ, ноябрь I960 г.);
на научном семинаре МЭИ-ВШИ с демонстрацией автомата "МАЛК-2"на выставке научно-технического творчества молодежи в г. Лейпциге, октябрь 1989 г.
Публикации. Основное содержание работы нашло отражение в трех печатных работах и в одном изобретении.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 86-ти наименований и одного приложения. Основная часть работы содержит 95 страниц машинописного текста, 62 рисунка, 18 таблиц. Общий объем диссертации 175 страниц.
