Тольяттинский ГосударственныйУниверситет
Кафедра«Технология машиностроения»
Расчетно-графическаяработа по ТАУ
«Системаавтоматизации стабилизации уровня вибраций»Вариант3.1
Студент:Акберов Б.Р.
Группа:ТМ-404
Преподаватель:Гуляев В.А.Тольятти 2006
Содержание
1. Функциональная схема системы
2. Порядок работы системы
3. Структурная схема контура
4. Анализ устойчивости контура
5. Переходный процесс
6. Определение оптимальных частотработы контура
Список используемой литературы
1. Функциональнаясхема системы
/>
Рис. 1
1- датчик стабилизациикорпуса резцедержателя
2- корпус резцедержателя
3- искусственная база
4- дифференциальныйусилитель
5- задатчик начальногоположения
6- электромагнитныйпреобразователь
7- сервопривод
8- шток-поршень
9- поперечный суппортстанка
10- бесконтактный датчик
11- бесконтактный датчик
12- опора-призма
13- опорные поверхности
14- дифференциальныйусилитель
15- задатчик начальногоположения опорной призмы
16- электромагнитныйпреобразователь
17- сервопривод
18- бесконтактный датчик
19- дифференциальныйусилитель
20- задатчик глубинырезания
21- резец
22- электромагнитныйпреобразователь
23- сервопривод
2. Порядок работысистемы
На рис. 1 показана трехконтурная автоматическаясистема управления упругими перемещениями системы СПИД в процессе обработки.
Устройство работает следующим образом.
В процессе обработки работают три контураодновременно. Перед началом точения включается первый контур стабилизацииположения корпуса резцедержателя, при этом бесконтактный датчик 1, жесткозакрепленный на корпусе 2 относительно базы 3 (последняя устанавливается настанине станка и может быть сменной и регулируемой в радиальном направленииобрабатываемой детали), устанавливается с зазором Д1 относительноискусственной базы 3, и в случае перемещения корпуса резцедержателя 2 в плюсили минус относительно искусственной базы 3 датчик 1 выпадает электрический сигнал,пропорциональный величине перемещения корпуса резцедержателя с учетом знака надифференциальный усилитель 4, выполненный по мостовой схема, где этот сигналсравнивается с сигналом задатчика 5, усиливается и подается на электромагнитныйпреобразователь 6, последний распределяет рабочее давление в сервоприводе 7 итем самым перемещает корпус резцедержателя 2 относительно штока-поршня 8,который установлен в суппорте 9 базового станка, до тех пор, пока сигналрассогласования не станет равен нулю. В процессе резания, независимо от внешнихили внутренних возмущений, порождающих перемещение корпуса резцедержателя 2,контур управления стабилизирует его положение относительно искусственной базы 3по всей длине обрабатываемой детали. Стабилизация корпуса резцедержателя навсем пути его движения позволяет создать искусственную базу отсчета и измерениядля контуров стабилизации вершины резца и оси детали, исключая при этом всепогрешности, вносимые на базовом станке направляющими и ходовыми винтами.
Второй контур — стабилизации оси детали — перед процессом резания настраивается по эталоннойдетали с размером базовой поверхности равным номинальному (например,наибольшему предельному) диаметру обрабатываемой детали. При этом опора-призмадолжна быть установлена а положение, при котором ось эталонной детали с номинальнымдиаметром параллельна рабочей поверхности базы 3, а бесконтактные датчики 10 и11 устанавливаются при этом с начальными зазорами Д2 и Д3,первый — относительно базовой поверхности детали, а второй — относительнокорпуса резцедержателя 2, это положение датчиков будет соответствоватьноминальному диаметру обрабатываемой детали и параллельности оси детали крабочей поверхности искусственной базы 3. Постоянные составляющие сигналов датчика10, контролирующего положение базовой поверхности детали, и датчика 11,контролирующего положение опоры-призмы 12, сбалансированы при настройке поэталонной детали и их результирующий сигнал равен нулю. Опора-призма 12 своимиопорными поверхностями 13 (последние выполнены из материала с большимкоэффициентом демпфирования) контактирует с обработанной на предыдущихоперациях поверхностью детали. Если диаметр обрабатываемой детали меньшеноминального диаметра эталонной детали, то при установке в опору-призму еебазовая поверхность осветиться.
Датчик 10выдает сигнал (его постоянная составляющая пропорциональна перемещению),который поступает на дифференциальный усилитель 14. Дифференциальный усилитель14 усиливает сигнал с датчика 10 и подает на вход электромагнитного преобразователя16, который распределяет давление в рабочих полостях сервопривода 17,поршень-шток которого представляет одно целое с опорой-призмой. Опора-призма 12по команде усилителя 14 с помощью электромагнитного преобразователя 16 исервопривода 17 перемещается в направлении биссектрисы. При этом датчик 11начинает выдавать сигнал, меняющийся по мере перемещения опоры-призмы 12. При совмещениицентра обрабатываемой детали с центром эталонной детали сигналы с датчиков 10 и11 балансируются в усилителе 14, и результирующий сигнал становится равнымнулю, отработка постоянных составляющих сигналов с датчиков 10 и 11 прекращается.В случае биения обрабатываемой детали с датчика 10, регистрирующего это биение,выделяется переменная составляющая и преобразуется в электрический сигнал,который подается на усилитель 14, где усиливается и в фазе поступает напоследовательно включенные преобразователь 16, сервопривод 17. Последнийотрабатывает переменную составляющую этого сигнала, что приводит к колебаниямопоры-призмы 12 с частотой, амплитудой и фазой, равными колебаниямобрабатываемой детали. При этом первоначальный зазор датчика 10 сохраняется втечение каждого оборота детали, что приводит к стабилизации амплитуды относительноколебаний детали и опоры-призмы.
Работа второго контура — стабилизации осидетали- позволяет скомпенсировать перемещения оси обрабатываемой детали под действиемсил резания и свести к минимуму вибрации, возникающие в процессе обработки, атакже повысить виброустойчивость системы деталь — опоры.
Третий контур — стабилизации положения вершинырезца — работает следующим образом. Сигналы с датчика 10 контроля текущегоразмера (переменные составляющие) поступают на вход дифференциального усилителя19. Датчик 18 закрепленный на резце 21, устанавливается помощью задатчика 20относительно корпуса резцедержателя с начальным зазором Д4,что соответствует заданной глубине резания. В процессе резания, в случае отжимарезца или биения детали, появляются сигналы рассогласования на дифференциальномусилителе 19 по постоянной и переменной составляющим от датчиков 10 и 18.Усиленные сигналы с усилителя 20 поступают на вход электромагнитного преобразователя22 с учетом знака, последний распределяет давление в рабочих полостях сервопривода23 и перемещает резец 21 на величину пропорциональную отжиму резца (постояннаясоставляющая сигнала датчика 18), и на величину, пропорциональную амплитудебиения детали, но с обратным знаком.
Стабилизация положения вершины резца в статическом и динамическомсостоянии в процессе резания позволяет повысить точность обработки в продольноми поперечном сечениях детали.
Работатрехконтурной автоматической системы, встроенной в естественную систему СПИДбазового станка, позволяет исключить влияние износа и неточности изготовлениянаправляющих и ходовых винтов, свести к минимуму вибрации, возникающие впроцессе резания и передающиеся от внешних источников, а также повыситьвиброустойчивость системы СПИД, скомпенсировать влияние износа режущегоинструмента на точность обработки. Как показывают эксперименты, использованиепредлагаемого устройства на токарном станке 1А616 при обработке нежесткихдеталей позволяет повысить точность обработки в 10—12 раз в продольном ипоперечном сечениях, в зависимости от режимов резания, производительность в2—2,5 раза.
3. Структурная схемаконтура
На рис. 2 показанаструктурная схема первого контура САУ стабилизации уровня вибрации.
/>
Рис. 2
Передаточные функциизвеньев контура:
/>
4. Анализ устойчивостиконтура
Передаточная функция разомкнутогопервого контура:
/>
Выделяем вещественную имнимую части:
/>
Исходя из полученных зависимостей, строимхарактеристики контура: АФЧХ, ФЧХ и АЧХ.
АЧХ: />
ФЧХ: />
/>
/>
/>
Анализируя АФЧХ, приходимк выводу, что по критерию устойчивости Найквиста первый контур данной САУустойчив, т. к. годограф не пересекает отрезок вещественной оси (- ∞;-1).
5. Переходный процесс
Построим переходнуюхарактеристику контура:
/>
Из графика видно, что вданном случае переходная характеристика представляет собой колебательныйпроцесс.
Построим график разностизаданной и текущей функции А(t),учитывая, что
/>
/>
С помощью переходнойхарактеристики и графика A(t) определяем время быстродействиязвена. В данном случае оно равно времени, при котором h(t)=h(∞) + /– 5%.
Время быстродействиязвена: tб = 2,5 сек.
6. Определениеоптимальных частот работы контура
Для этого необходимопостроить АФЧХ для передаточной функции ошибки.
/>/>
Анализируя АФЧХ функцииошибки, определяем, что оптимальными частотами работы контура будут частоты,близкие к нулю.
Список используемой литературы
1. Капустин Н.М. Комплекснаяавтоматизация в машиностроении: Учебник для Вузов. «Академия», 2005.
2. Конспект лекций по теорииавтоматического управления.
3. Солодовников В.В. «Теорияавтоматического регулирования».