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

 

Изобретение относится к автоматизации научных исследований механических систем и может быть использовано в системах автоматизированного проектирования привода, двигателей и узлов их крепления к бабкам двухбабочного шлифовального станка. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет моделирования крепления бабки шпинделя . Цель достигается введением в устройство дополнительных сумматоров, интеграторов, датчика скорости, усилителя мощности и электромагнитного вибратора. При работе устройства по сигналам, пропорциональным координате вращения ротора и развиваемому моменту проектируемого двигателя, а также с учетом массы двигателя, с помощью вычислительного блока с учетом колебаний бабки формируется сигнал, эквивалентный влиянию такого двигателя , прикрепленного через упруговязкую связь к бабке, как реакция влияния двигателя, которая реализуется с помощью электромагнитного вибратора, Изменением коэффициентов в вычислительном блоке моделируются параметры узла крепления. Также может быть осуществлено моделирование влияния и узла крепления двигателя второго шпинделя. 1 ил. (Л

,СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕО )УБЛИК (5)) 4 С 06 С 7/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ь р

931„r,r.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) )18093) (21) 4082405/24-24 (22} 01 .07.86 а (46) 15,11.88. Бюл. К - 42 (71) Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (72) И.Й.Скучас и А,В.Жвирблис (53) 681,333(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 11 80931, кл. Г 06 Г 7/48, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИВОДА КООРДИНАТНО-П)ЛИФОВАЛЬНОГО СТАНКА (57) Изобретение относится к автоматизации научных исследований механических систем и может быть использовано в системах автоматизированного проектирования привода, двигателей и узлов их крепления к бабкам двухбабочного шлифовального станка. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства за счет

ÄÄSUÄÄ 3437884 А 2 моделирования крепления бабки шпинделя. Цель достигается введением в устройство дополнительных сумматоров, интеграторов, датчика скорости, усилителя мощности и электромагнитного вибратора. При работе устройства по сигналам, пропорциональным координате вращения ротора и развиваемому моменту проектируемого двигателя, а так. же с учетом массы двигателя, с помощью вычислительного блока с учетом. колебаний бабки формируется сигнал, эквивалентный влиянию такого двигателя, прикрепленного через упруговязкую связь к бабке, как реакция влияния двигателя, которая реализуется с

Е0 помощью электромагнитного вибратора. ь

Изменением коэффициентов в вычислительном блоке моделируются параметры уела крепления. Такие покет быть осуществлено моделирование влияния и

\ узла крепления двигателя второго шпинделя. 1 ил.

771зобретент(е ОтноГится к автомат((За!(И>7 Г(атгг(НЫХ 77С(ПЕДОНЯН7!й 7(ЕХЯНИ

ЧЕ К(7Х Сиг.тЕМ И МОЖЕТ бЫТЬ И-.гтОЛЬЗОвано R Гистемях (lвтомятизировлнного

JJ J1P Е К T7 ITT A В Л 1(тг Я T i Ii T; 77 P TI (I 7 В ИГ Я Т Е77 Е 7.

Их тгэ iinj-T К баб.(PIÌ,(Jвт7кбабот".НО r О

ljj.7THAp J-.I=.льного р танка.

Пел",. и-Jp J)ne TP JTè(! — 1-: wc;jl-:=TTPHTjp

>7>тг>7777717,">НЯ 77 ° i7777>(вГ) 3 ;Лг(11A ГТ&>T за Гт(ет

7>г>7!г.-7777Г>г>влн777! кое леч - и бабки TI Ti>г!н—

"- -.Отpwp ппГJJ(. тявпplTO т7стгойст-RA .7717>т yP jl P ПИОО г>Л HH q Г ТЯ ТИ71Е Г К1(Х И

7777!тльлтгюГ-, тлх «gpj>л1(тГ.>>7>Г тттк поинт >тл >1 .т

7(A 7177777(Л т!7Р77>ПИФГ ВЛ Пг 7(т Г > Г ТД НКЛ +

УГ твой тво ppг(еp J>JT пвт7хбяб>от(н;-,77.

»(7777(>то. лпьнь177 Г тл J ol(1,. Aг> л б =>Tî"в"я Г>тв >Т pTÿ777> 2 . ЭЛЕКТA>p JJ нn7(ГНТЕЛ(з 3 НОГ > ""ИГ(ОГГ ТО7(Я РЕЬ(Е1!ЧУ(Г> ЛЕР Е>гтЯЧУ

Л С>1Е7>гт!(Е1!Нт>т(> С РО ТОРО>7 !!(Г(И7!7(ЕЛЯ

РД гтт Л Гт7((171 ТГ>Г>1 > 7 71J 7 P 7 1 ЯТ> г>Ь> я 1 >,„,г .7лгг(тели 1 2- 4 блок 15 71остpтс гт, > г >7 г(г>пвяжения ппеГ) бт>Я зов Ятель

"1 „

-..(г>1.7 TITP ".г>пР(ттив77 ИНЯ нРЯ>>1еь1„.<0 в IIB.

H7> ;, H7Iå. и образовлтель 17 скорости впагтег!.-77(потопа двиглтепЯ 3 гг! ИЯj(P 77m n 7>> бпок Р> !77г ЪфЕ>1ЕНт!ИО{ >Н >Ния

Гб-, тии ттт(ьгх =: >1б >777>7 г>ь>ттг(Гпг!Т>е>т ;н> !й

Ог--?--," 19 >jpjjpпирОВЛНИЛ МОМЕНтя ИНЕС-;.>7> г>Г>тоpp я>71ннггЕ17я H ЩИНОПЯ.> Л ..;и-,-;;Е ПОГЛЕПОВЯТЕЛт,HP СОЕПИНЕННЫЕ СУМм1Tpo ?О, пепньй вхоп которого соединен с ньггопом интегнлTO TH 9 блока 1.9, и .,торой — с выходом уГилителя 777 бпо-;„5

19 и 7ич е гратопь> 2 1 и .2 выход

7!ОС ПЕПНЕГО ИЗ КОТОВЫХ СОЕПИНЕН (, ТОЕть-тм вхопом суммятопа ?Р через с.>мматОО 23. л вг,(хоп инт г77атГ>7>а 21 -.етвертым входом сумматора 2О через л

Ст>7,гг."атон 2À, Ст7М>77ТОр 25. ВХОПЯМИ СОЕ,7777НР -".;! гй Г нт>гхо>781!И ст7Щ4ЯТ01>ов 20, 23 и >!j ",rp <77:.T Tpp ) г> IOJTTИОГти. 719л Рз котов(,r в1(ход сумма.тона 25 соединен

g нхо1>ом э11ектромагнитного нибратора (75

27 по>тв7м ой часть!(1 прикрепленного к б Яоке; а Г та Оном к напр а Бпя!Озим

28, пат=-.ик 29 Г(ко-..оГТН пр7(гкре ленный

К 7!ОПНт >(НОИ ЧЛ,СТИ Э7(ЕКТОг>МЯГН(г!ТHOГО нибра-ора. л, HJIT(oIT когорого непосрец- =Г7, ственно соединен Г вторым входом ".. 7м"

М Е-ТО 7>Л 2> (7 И 7.1Е 7>ЕЗ ИНТЕ Г77ЯТО О Т,>

i i

ВтООЬ1М ВХОДОМ Ст7М(ЯТОПЯ устройство работает след погляд Об5 ратзОм.

Станок 1 и Обраба ываемая деталь

2 н системе являт(>тГя реальным(!.

_#_pHP 7TT«QpJTЛН7г!7(7 TTOD B TJ Tае TC.R П7)ИВОД т т,е. двигатель пг>инодa и упру1яя сняз! (ежду роторлми (>7;!(1!деля и (тнигатепя узел квепления п>нигателя к бабке„

З.пекTpp!J=.игя>."-,.-(7т 3 поГтаянного тока с

7>77 г(т, Т г ° 7 -7(д т(Г \ CI l т(тт р 7173 jell!>j мех Ягг -!в (тм .;О 77у1 л т7в!готт 7,(A>jp Tl>H и не янляе гCA ".ТЛННг-й г!ЯГ THJ(J i(Pi iPÏ177>т7Е;.(Ой! ЧЛ(—

- привпдя. )1! с пом(7!»:,7> ременной 77ереля---и выдает -71.НОНре переме пение

В(>ТГ>7>т. (г->ИIJHP Jl>J Ä TJOPJTООПКОНЯПЬ>1ОЕ

ВХОПНОМУ Стт(Г Ja.IT 7. 7!ГСТУПЯ>»ПЕ>ГГ С ВЬП(Ода г(НТЕГрЛ-:ppя 8 „СИГ7(ЛЛ На JJIXp,p инте>.батона, 8 >7>опми71уется нет(>ен1-те>! ,>ти(1>(1>еренпипьно го уравнения, spIJPHHP">7!I, PгP У>7РУ Г1711 СИЯЭ=, 1-"еж>?"7 Рого>>ам>7

1>>г!77 1г>(елея ь мг>п . липт7ег(ого >!в! . ":: TÐ Jill

Г>-;„7,7 ".(7;Г q 77, (>..WAP Г Л Г>ЯP» r 77 .> тг.;НЕ

1 !

>,, — (Г, "с-...,(P -- (O =Г

1" г>>1 7 т ",! > г. —; (Ao т тл 77> >то о». 1те

ПЕЬ>Е!71ЕГИЕ TP>О ОПЯ У», ДЕЛЯ ГООТВЕТСТ Е>.-.Hp "„ !..", ° H (» — CT(A!>POT!.;i71он(то г!Ереме>!!ение ротГ7>а 1(опелируемого двигателя приНов Я:„

КО (тт(171(цИЕНТ, JI>ЗОПРППИО вал!,нмй жЕСтКОГТИ Пот7-. гой связи между роторами шпинпеля и мопелиоуемого пвигателя.

11омент сопротивления М . Hponop>4 i циГ> н аль н ы! 7 Б р я I(1е н I p o стОроны ро тО

РЛ. 7.7(ИНПЕПЯ7 ИЗМЕРЯЕТСЯ С ПОМО(ПЬК> ппеобразонатпя 16„ работл сщего. например, ня o:..нове тензопатчика. д>иксируащего величину скру((иван!!я !1отора электродвигателя 3. Сигнал с ныхопа г(реобпазователя 16 поступает на вход суммлтопа 5 через веговой коэФ(1>HD7 P7т" с Урйвнение (° ча пэ 7гие входы сумматора 5 попа(тГя ON» H I>I * пропорпионапъчые ((>„, -al 1>>„и a(y< .

Поэтому на входе сумматора 5 Аор>О(руФ ется сигнал., равный (»,, „а на его выХОП Е СИГ1>ЯЛ О,, КОТОР1 1И НОС Тт(ПЯЕТ ня вхоп интегрлторя 8. ня выходс коТрррТо формир;,7ется сигнал u),. поступаю>7(ий на вход э,пектроцвигателя 3. (>н тяк>1(е поступaет ня "н:хоп усилителя

1 2 . HB ныхОде кОтОрОго фопмирт7ется

Г(ИГНаЛ -О„, КОтОРЬгй ЧЕРЕЗ ВЕСОВОЙ

КОЭД(ъггП(ИЕНТ q, В КЯЧЕГТВЕ ГИГНЯЛЯ

-а, (, ПОСТ JRpT HB BHO Ст ММЯТОра 5, Чтобы реждение уравнения 1 ) происходило п»и еденным способом:, чл входы

Чд+а т(А Ч Р) = 2 М (2) 50 (3) 14378 сумматора 5 должны поступить сигналы, пропорциональные (р„ и а, р

Чтобы получить упомянутые гигналы необходимо решить дифференциальУ ,5 ное уравнение движения ротора двигателя, которое имеет вид где ф — ускорение углового переме- 10

А щения ротора регулируемого дв и ra тел я прив ода, MA — движущий момент моделируемого двигателя; с — весовой коэффициент; 15 а — коэффициент, пропорциональный жесткости упругой связи между роторами шпинделя и его моделируемого двигателя с учетом момента инерции ро- 20 тора длигателя, Для этого на вход сумматора 6 подается сигнал с выхода интегратора 8, пропорциональный величине п, через р Э весовой коэффициент а (уравнение 25 (2), а также — а р и с М . При этом на входе сумматора 6 формируется сигнал, равный ср<, а на его выходе— сигнал — ф . Сигнал с выхода сумматора

6 поступает на вход интегратора 9, 30 на выходе которого образуется сигнал фд, который поступает непосредственно на вход сумматора 5, а также на вход интегратора 11, на выходе которого формируется сигнал -happ Он пост j д5 пает через весовой коэффициент а на вход сумматора 6, а также на вход усилителя 13, на выходе которого формируется сигнал (p, который через весовой коэффициент а, поступает на 40 вход сумматора 5 и заканчивает формирование на его входе сигнал, пропорциональный с

Чтобы полйостью решить уравнение (2), необходимо формировать сигнал 45 с М, который может быть получен решением уравнения, связывающего статические и динамические характеристики моделируемого двигателя:

М +а rlA+a(qA- „) — О, I где ;д и lA — производная по времени и момент, развиваемый моделируемым двигателеем привода;

Ъ и ca — параметры статической характеристики двигателяь (0, — угловая скорость холостого хода двигателя;

aз — коэффициент, пропорциональный постоянной воемени моделируемого двигателя.

Для этого на вход сумматора 7 подается сигнал с выхода интегратора 9, пропорциональный (pA через весовой коэффициент Ь, а с выхода блока 15 постоянного напряжения подается напряжение, численно равное — Ъ(,. Кроме того, на вход сумматора 7 подается сигнал, пропорциональный à ÌA. Таким образом, на входе сумматора 7 формируется величина — I l, (урав«ение (3), а на выходе — сигнал Ил, который по— дается «а интегр-тор 10, с которого

«а вход усилителя I4, на выходе которого образуется сигнал Мд, поступающий через весовой коэффициент а> на вход сумматора 7, чем заканчивается формирование на его входе сигнала, пропорционального М, а также на вход сумматора 6 через весовой коэффициент с, где заканчивает формиро а»«е сигнала «а входе сумматора 6, пропорциональ«ого срд, Таким образом, изменением коэффициентов а,, а, а, с,, с„и д можно осуществить изменение параметров статической и динамической характерис тик моделируемого двигателя привода, его момента инерции и жесткости уп" ругой связи между роторами шпинделя и моделируемого двигателя, Так как электродвигатель 3 постоянного тока исполняет функции задания углового перемещения ротору шпинделя по сигналу с интегратора 8, т.е. q, которое зависит от величины заданного напряжения на выходе блока 15 постоянного напряжения величина Ь 0, по уравнению (3), а также от всех упомянутых параметров (а<, а, а, с<, с„ и Ь) и от момента сопротивления со стороны ротора шпинделя, поступающего с блока 16, то оно (угловое перемещение) зависит от процесса резания при обработке детали 2. Чтобы создать эффект изменения момента инерций ротора шпинделя преобразователем

17, измеряется скорость вращения электродвигателя 3. Сигнал с выхода преобразователя 17, пропорциональный упомянутой скорости, поступает на блок 18 дифференцирования, на вы1437884 ходе которого формируется сигнал, пропорционапьный ускорению движения ротора двигателя, а тем самым и шпинделя станка. Сигнал с выхода блока

В

18 поступает на вход сумматора 5 через заданный коэффициент К. Величина коэффициента К определяет величину

Vq=".» где(р — упомянутое ускорение;

К вЂ” добавочный момент инерции. Таким 10 образом, сигнал с выхода блока 18 суммируется с сигналом, поступаюшим с выхода преобразователя 16, и создает эффект изменения момента инерпии ротора шпинделя. 15

Для моделирования влияния проектируемого двигателя и его подвески на шлифавальную бабку сигналы с выхода интегратора 9и усилителя 14 блока 19, пропорциональные соответствен- 2п но координате перемещения ротора моделируемого двигателя и развиваемому моменту, поступают на первый и второй входы сумматора 20, С помощью послепавательной цепи: сумматор 20, интег- 25 раторы 21 и 22 и сумматор 23, а также с помашью сумматора 24 осуществляется решение уравнения вида шх+С(х †()+H(x-()=k,q„+К МА, (4) где m - общая масса двигателя моделируемого привода;

Н, С вЂ” соответственно коэффициенты трения и жесткости узла крепления модепируемаго двигателя к бабке;

k, k — коэффициенты, оценивающие усилия, возникающие от неравномерности вращения ротора и изменения момента вращения,40 действующие перпендикулярно аси шпинделя.

Для этого на вход сумматора 24 потупает сигнал с датчика 29 скорости

С перемещения бабки шпинделя в точке л6

1 крепления электромагнитного вибратора

27, а на второй вход сумматора 23 он же передается через интегратор 30.

Таким образом, на входе сумматора 20 формируются сигналы, пропорциональные б0

-(, -N>, х-(, х- g (уравнение (4).

Так как весовые коэффициенты суммато1с4 k2 С ра соответственно равны-Ill Ill Ill то, как следует из уравнения (4), m ! на его входе формируется сигнал, равный -х, а на выходе — сигнал х, на выходе интегратора 21 формируется сигнал -x, а на выходе инте грата ра 22 сигнал х. Таким образом, на вхады сумматора 25 поступают сиг .алы, прапаа1 циональные (х-() и (x-(),. Так как весовые коэффициенты усилителя 25 для сигналов (х-() и (x-, саатветственна равны С и Н, та на ега выходе формируется сигнал, который далее через усилитель 26 тока падается на вхац электромагнитного вибратором 27, прапор. циаьальный силе. передаваемой мацелируемым двигателем через упруга вязкий узел крепления к бабке с параметрами С и Н, Эту силу, которая прапарционапьна сигналу, поступающему с вь -хода усилителя 26 тока, и создает электродинамичйский вибратор 27„ Таким образом, определяя ва время моделирования привода по полученным -.àðàметрам характеристику двигателя„ а так .е àz и z и задавая па справач— ным данным массу двигателя m, изменяя весовые коэффициенты сумматоров

20 и 25, можно произвольно менять параметры упруго вязкого крепления двигателя к бабке. Тем самым, наблюдая за процессом обработки детали, можно выбрать ега таким, чтобы ан максимальна соответствовал динамической системе станка в целом, а также каррегировать моделируемые параметры привода и момента инерции ротора шпинделя, чтобы система в целом обеспечивала наибольшую точность обработки„

Кроме того, наличие направляющих 28 обеспечивает возможность учитывать положение крепления двигателя к бабке и согласовать это с остальными параметрами °

Таким образом, с помощью устройства моделируется не только структура и параметры привода станка„ на и узел крепления двигателя к бабке, Аналогично с помощью устройства может быть смоделиравана влияние проектируемого двигателя на крутильные колебания бабки шпинделя и„ следовательно, на качество обработки двухшпиндельным станком. При этом аналогично рассмотренному принпипу формируется не сила, а момент,, пропорциональный моменту, создаваемому проектируемым двигателем, в отношении параметров С и Н, который падается на возбудитель крутильных колебаний вместо вибратора 27, 1437R94

ООГ.Т«и (:ед),))0й и Те гп:-,Т01ь. поГ перо)<;;т<льlln Cne7HViPEI)"I< < (7)-Un<

П<)оя )ЛЕНИЕ ВОЕ<;НОГО У:.ПИНИИ » точни;(ов колеб7н)п< п<)ипопов. увелиtlи " .То<г<0 сть Об)Я:)От к< с)) епл и «<х 1 Q

)7 )n <Остгйкогть Е<7 357..

Нп с пепв<) < и топ<И<< зк07хяю» ))етвеп0) ))<" Ла из n0Рет: Ilия того <. * "i;. То )а и< п(оп.! ",I

< е 7ь,<0)", )и(p -p pan<)n)) gnarl(7<<)цены и 1))ло<.<т и в" "1 .c;; t," )=Xn Д1-< ПЯТОГО т

Устпойстно для )!0(leпи1)овпнип с та- 1б

; -) <О)) 7 г ко rj кото))(i; n !".Оепинеч тпеть<)м т;копо .. Четвет)того С <По<ато<)а

0 ", л;< и;- )) <)< е е Г, н тем. что, )хе7ь)<) ()аск<и()ения !1)v

21) (.T2 пд«ТI \ ) а!

< ьр., Составитель В,Геча

Редактор М,Петрова Техреду A..Кравчук Короектор М.Васильева

5806,/50 тираж 704 По,(<пис <0е

BHVhfIIH Государственного комитета „CCP по депаи иэобретенчй и открытий

113035,. Москва, Ж-35„ Рауиская наб., д. 4./5

Заказ

П<)оипвопственно-полигра<)ическое предприятие, г, Ужгород. у ,л. Г1ооектиая„

Ра СГК<отоенны < об<) азо<<;<о<е, бы, I, осущеГтвлен< --.еоб .:.<-<п)<)атее моделиро-вание ппивопа и -".) I<5 кр .ппения I,))EI

;,à":."ò ..lI:< к nабке I)топо го тппинделя . ),;НГлцение у< т<)ойГ гва по эвон;,е.<

7 иче< пу н )<на<яlt -. <.кик кя;)ак е Ои, тик поивопа кооппинатно-)«ли<1)овал.,ного Гт<нка -о а=.т, (и. N 1 180<1 31. мо<п 0;.((., зп ."Счет )<опели-:)ованин;(репления бабки ",ц)7ин.-е па . Оно соне",))< :ит опь), н «ть<й и н<ес той сукн <пторы „посл повн-.спьна Гоегннен<<ь<е датчик ско".0I, с<-,EI-(елн )<окп<ости и эпектоома).—

НИТИ),<<< ВИ(ПВ О), )<Е)(аиис)ЕГyP„ С)з Язаннь<) с бабк;й <)<пкнпа)<я „на кото)<)й р<)(поло)(ен ватник <..-,(Оп()< ти, поиме«<

)inlXO7IiI тп а ). Е, )(E% Е Г)) а< 1 0<)а И i ЯЕТЬЕ го;-сипите."„я соел:El

r"-.F000 " l7i- По О К.-

К0 00 ) ° Г ЛЕН«НГН Г ПСПЛ<)<М В (Ого<< (епь)<0 <") и .;етве<) (ы)< входом четве<)то