Устройство для моделирования статических и динамических характеристик привода координатно-шлифовального станка

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОBAWW СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИВОДА КООРДИНАТНОШШФОВАЛЬНОГО СТАНКА, содержащее двигатель постоянного тока, на валу которого установлен блок моделирования внешнего момента сопротивления привода, выполненный в виде преобразователя угла поворота в напряжение, первый, второй и третий интеграторы, первый сумматор, блок моделирования холостого хода привода, вьтолненный в виде источника постоянного напряжения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, выход которого соединен с входом первого интегратора , выход второго интегратора Подключен к управляющему входу двигателя постоянного тока, отличающееся тем, что, с целью повьпиения точности и расширения функциональных возможностей за счет учета моментов сопротивления от внешней нагрузкэ, в него введены два сумматора, четвертый интегратор , три усилителя и блок моделирования внешней нагрузки, состоящий 43 ременнЫ) передачи, соединенной с ротором шпинделя координатно-шлифовального станка, на выходном валу которого закреплен исполнительный механизм, выход преобразователя угпа поворота в напряжение подключен к первому входу второго сумматора , выход которого соединен с входом второго интегратора, выход которого через первый усилитель соединен с вторым входом сумматора и непосредственно соединен с первым входом третьего сумматора, выход которого подключен к входу третьего интегратора, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, с третьим входом второСО го сумматора и с входом четвертого эо интегратора, выход которого непосредственно подключен к второму входу третьего сумматора и через второй усилитель соединен с четвертым входом второго сумматора, выход первого интегратора через третий усилитель соединен с третьими входами первого и третьего сумматоров.

CQO3 CQENiTGHHX

OOOOCOÜ

РВМУ6ЛИН аа (51 щ С 06 G 7/48

%1

°

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССОР

ПЮ ДЕЛАМ ИЭ06РЕТЕНЙЙ И ОТНРЫТИЙ

Н CB TOP CtOCBIV CBOCCTCllbCTB V. (2,1) 3605240/24-24 (22) 14.06. 83 (46) 15.09.84. Бюл. 11- 34 (72) Г. Б. Лаэенас, В.В. Осташявичюс и И.Ю. С кучас (71) Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (53) 681. 333 (088. 8) .(56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 840963, кл. G 06 G 7/48, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР

В 864304, кл. G 06 G 7/48, 1979 (прототип). (54) (57). УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК ПРИВОДА КООРДИНАТНОИШФОВАЛЬНОГО СТАНКА, содержащее двигатель постоянного тока, на валу которого установлен блок моделирова ния внешнег о моме нт а с опр от ивл ения привода, выполненный в виде преобразователя угла поворота в напряжение, первый, второй и третий интеграторы, первый сумматор, блок моделирования холостого хода привода, выполненный в виде источника постоянного напряжения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, выход которого соединен с входом первого интегратора, выход второго интегратора подключен к управляюшему входу двигателя постоянного тока, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей за счет учета моментов сопротивления от внешней нагрузкй, в него введены два сумматора, четвертый интегратор, три усилителя и блок моделирования внешней нагрузки, состоящий чз ременной передачи, соединенной с ротором шпинделя координатно-шпифовального станка, на выходном ва" лу которого закреплен исполнительный механизм, выход преобразователя угла поворота в напряжение подключен к первому входу второго сумматора, выход которого соединен с входом второго интегратора, вы-ход которого через первый усилитель соединен с вторым входом сумматора и непосредственно соединен с первым входом третьего сумматора, выход которого подключен к входу третьего интегратора, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, с третьим входом второго сумматора и с входом четвертого интегратора, выход которого непосредственно подключен к второму входу третьего сумматора и через второй усилитель соединен с четвертым входом второго сумматора, выход первого интегратора через третий усилитель соединен с третьими входами первого и третьего сумматоров. 1113817 а

1О

25

35

50

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может бьггь применено для автоматизирован ного проектирования приводов коор- динатно-шлифовальных станков.

Известно устройство для полунатурного моделирования механических колебательных систем, содержащее возбудитель крутильных колебаний, датчик момента, закрепленные на валу машины, а также вычислительное устройство, моделирующее характерис тику асинхронного двигателя, к входу которого подключен выход момента, а выход подключен к входу возбудителя колебаний (ll .

Однако, так как от непрерывного вращательного движения звеньев привода планетарного движения координатно-шлифовального станка зависит процесс резания обрабатываемой поверхности детали, взаимосвязь моделируемого привода с машиной не может быть осуществлена с помощью возбудителя крутильных колебаний. Кроме .того, из-за того, что при резании проявляются различные физические процессы, в частности эффект нелинейной характеристики силы резания от скорости резания, в привод планетарного движения необходимо вводить дополнительные инерционные элементы, а также должна быть осуществлена возможность оценить влияние конструктивных свойств механизма привода на процесс обработки, что не позволяет осуществить используемое вычислительное устройство, т,е. известное устройство не может быть применено для полунатурного моделирования координатно-шпифоваль1 ного станка.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для моделирования статичес-j ких и динамических характеристик привода, содержащее двигатель постоянного тока, на валу которого установлен блок моделирования внешнего момента сопротивления привода, выполненный в виде преобразователя угла поворота в напряжение, первый, второй и третий интеграторы, первый сумматор, блок моделирования холостого хода привода, выполненный в виде источника постоянного напряжения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, выход которого соединен с входом первого интегратора, выход второFo интегратора подключсн к управляющему входу двигателя постоянного тока (2) .

Недостатки данного устройства обусловлены низкой точностью моделирования и ограниченными функциональными возможностями.

Цель изобретения — повышение точности и расширение функциональных воэможностей за счет учета моментов сопротивления от внешней нагрузки.

Поставленная цель достигается тем, что в .устройство, содержащее двигатель постоянного тока, на валу которого установлен блок моделирования внешнего момента сопротивления привода, выполненный в виде преобразователя угла поворота в напряжение, первый, второй и третий интеграторы, первый сумматор, блок моделирования холостого хода привода, выполненный в виде источника постоянного напряжения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, выход которого соединен с входом первого интегратора, выход второго интегратора подключен к управляющему входу двигателя постоянного тока, введены два сумматора, четвертый интегратор, три усилителя и блок моделирования внешней нагрузки, состоя- ° щий из ременной передачи, соединенной с. ротором шпинделя координатношпифовального станка, на выходном валу которого закреплен исполнительный механизм, выход преобразователя угла поворота в напряжение подключен к первому входу второго сумматора, выход которого соединен с входом второго интегратора, выход которого через первый усилитель соединен с вторым входом второго сумматора и непосредственно соединен с первым входом третьего сумматора, выход которого подключен к входу третьего интегратора, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, с третьим входом второго сумматора и с входом четвертого интегратора, выход которого непосредственно подключен к второму входу третьего сумматора и через второй усилитель соединен с четвертым входом второго суммато1113817 ра, выход первого интегратора через третий усилитель соединен с третьими входами первого и третьего

l сумматоров.

На чертеже изображено предлагае.мое устройство.

Устройство содержит координатношлифовальный станок 1, исполнительный механизм 2, двйгатель 3 постоянного тока, ременную передачу 4, 1О сумматоры 5, 6 и 7, интеграторы

8-11, усилители 12, 13 и 14, блок моделирования холостого хода привода, выполненный в виде источника

15 постоянного напряжения, блок мо- 15 делирования внешнего момента сопротивления привода, выполненный в . виде преобразователя 16 угла пово рота в напряжение.

Устройство работает следующим 20 образом.

Станок 1 и исполнительный механизм 2 в системе являются реальными, Моделированию подвергается привод планетарного движения, т.е. двигатель привода и упругая связь между роторами шпинделя и двигателя. №

Электродвигатель 3 постоянного тока служит только исполнительным механизмом полунатурной модели и ЗО не является составной частью моделируемой части привода. Он с помощью ременной передачи 4 задает угловое перемещение ротору шпинделя, пропорциональное входному сигналу, 35 поступающему с выхода интегратора

8. Сигнал на выходе интегратора 8 формируется решением дифференциального уравнения, моделирующего упругую связь между роторами шпинделя 4О и моделируемого двигателя привода, которое задается в виде ч

Момент сопротивления вращению

М, со стороны ротора шпинделя измеряется с помощью преобразователя

16, работающего, например, на основе тензодатчика, фиксирующего величину скручивания ротора двигателя 3.

Сигнал с выхода преобразователя

16 поступает на вход сумматора 5 через весовой коэффициент С „ (1), на другие входы сумматора 5 подаются сигналы, пропорциональные У ° а„ 1 1 и -а, д. Поэтому на входе сумматора 5 формируется сигнал, равный Ф, à Hà его выходе — Т, который поступает на вход интегратора 8, на выходе которого формируется сигнал Т, и на управляющий вход двигателя 3. Он также поступает на вход усилителя 12, на выходе которого формируется сигнал — Vp который через весовой коэффициент а.„ в качестве сигнала ал 1 поступает на вход сумматора 5 ° Чтобы, решение уравнения {1) происходило приведенным образом, на входы сумматора 5 должны поступить сигналы, пропорциональные, как указывалось, Уд и алтд.

Чтобы получить упомянутые сигналы, необходимо решить дифференциальное уравнение движения ротора двигателя, которое имеет вид

Уд+ а (, -У ) = С М,(2) где 1 — ускорение углового пере-. мещения ротора моделируемого двигателя привода, M< — движущий момент моделируемого двигателя;

С вЂ” весовой коэффициент, а — коэффициент, пропорциональный жесткости упругой связи между роторами шпинделя и моделируемого двигателя с учетом момента инерций ротора двигателя. гДе f1,, Р скорость и угловое перемещение ротора шпинделя соответственно, скорость и угловое пе- SO ремещение ротора моделируемого двигателя привода; коэффициент, пропорциональный жесткости упру- 55 гой связи между роторами шпинделя и модели. руемого двигателя .

Для этого на вход сумматора 6 подается сигнал с выхода интегратора

8, пропорциональный величине Тр через весовой коэффициент а, (2), а также -а Р и С,M*. При этом на входе сумматора 6 формируется сигнал, равный Ур,, à íà его выходе

Сигнал с выхода сумматора 6 поступает на вход интегратора 9, на выходе которого образуется сигнал д, который поступает непосредственно на вход сумматора 5, а также на

1113817 вход интегратора 11 на выходе которого формируется сигнал - Ф„ . Он поступает через весовой коэффициент а< на вход сумматора 6. Также он поступает на вход усилителя 13, на выходе которого формируется сигнал

Т4,. Он через весовой коэффициент а, поступает на вход сумматора 5 и заканчивает формирование на et o входе сигнал, пропорциональный . 10 Чтобы полностью решить уравнение (2), необходимо формирьвать сигнал С И, который может быть получен решением уравнения, связывающего статические и динамические характеристики моделируемого двигателя

1 д + АМ,у + В(д — оо) = Оз (3) где Йд. МЬ - производная по времени и момент, развиваемый моделируемым двигателем привода !

В,ы, — параметры статической характеристики двигателя ь> - угловая скорость холостого хода двигателя, а -.коэффициент, пропорциональный постоянной време- . ни моделируемого двигателя .

Для этого на вход сумматора 7 подается сигнал с выхода интегратора 9, сигнал, пропорциональный 1 д через весовой коэффициент Ь, а с выхода источника 15 постоянного напряжения подается напряжение, численно рав35 ное - В и4. Кроме того, на вход сумматора 7 подается сигнал, пропорциональный а МА. Таким образом, на входе сумматора 7 формируется вели,"

40 чина — М (3), а на выходе — сигнал

Ф

М . Он подается на интегратор 10, с которого ан поступает на вход усилителя 11, на выходе которого образуется сигнал М . Он поступает

45 через весовой коэффициент а5 на вход сумматора 7, чем заканчивает формирование на его. выходе сигнала, йроФ порционаньного М, а также на вход сумматора 6 через весовой коэффициент С, где заканчивает формирование сигнала на вхопе сумматора 6, пропорционального Тд .

Таким образом, изменением коэффициентов à, à, à,с,, с и 1 можно осуществить изменение параметров статической и динамической характеристики моделируемого двигателя привода, его момента инерций и жесткости упругой связи между роторами шпинделя и моделируемого двигателя.

Так как двигатель 3 постоянного тока исполняет функцию задания углового перемещения ротору шнинделя по сигналу с блока 8, т.е. f, которое зависит от величины заданного напряжения на выходе источника 12 постоянного напряжения (величина по уравнению 3), а также всех упомянутых.параметров (а„,. а, а4, с, с и о) и от момента сопротивления со стороны ротора шпинделя, поступающего с преобразователя 16, то оно (угловое перемещение) зависит и от процесса резания при обработке детали в исполнительном механизме 2.

Иэ этого видно что с помощью предлагаемого устройства возможно варьированне всеми динамическими параметрами привода и непосредственнык анализ взаимосвязи их с физическими процессами, возникающими в процессе резания, Так, например, можно выбрать динамические параметры привода, снижающие уровень автоколебаний при резании íà определенных скоростях вращения шпинделя. Они могут. быть также подобраны такими, что в заданном диапазоне скоростей обработки автоколебання совсем невозможны. Можно также согласовать параметры привода в процессе обработки, чтобы автоколебания не возникали при обработке деталей из выбранного материала.

По сравнению с прототипом станки, спроектированные с использованием предлагаемого устройства позволяют уменьшить волнистость обрабатываеик отверстий в 2-3 раза.

Предлагаемое устройство целесообразно применять для автоматизированного проектирования приводов координатно-шлифовальных станков, Составитель В Рыбин

Редактор М. Келемеш Texpep, И.Асталош

Корректор О. Луговая

Заказ бб21/41 Тираж 698

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1t3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/S

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4