ПОЗИЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОДАЧИ

ПОЗИЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОДАЧИ ДЛЯ МНОГОИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ МЕТАЛЛООБРАБОТКИ

Тенденцией в проектировании многоинструментальных металлорежущих станков является упрощение их кинематики и конст­рукции с одновременным оснащением рабочих движений автономными ЭП, которые кроме необходимых энергетических характеристик долж­ны обеспечить широкий диапазон технологических операций на станке. Это порождает необходимость анализа технологического процесса метал­лообработки во взаимосвязи со статическими и динамическими свой­ствами станочных ЭП.

Разработаны обобщенные математические модели техно­логических процессов механической обработки применительно к про­дольному точению, учитывающие силовые и стружкообразующие явле­ния процесса резания, упругое деформирование эквивалентной двухмассовой модели упругой системы механизма станка, затупление режущих инструментов, электромеханические и упругодиссипативные свойства ЭП подачи и главных движений.

Анализ влияния свойств ЭП на динамику технологического процес­са проводится для автономного канала управления подачей. Полагаем, что регулируемый ЭП подачи выполнен на постоянном токе и описыва­ется передаточными функциями соответственно по управляющему и возмущающему воздействиям:

formulas

Ку и Кв — коэффициенты передачи ЭП по управляющему и возмуща­ющему воздействиям; Fх — осевая составляющая силы резания; Тт и Тс — соответственно постоянные времени интегрирования контура тока и контура скорости.

Тогда уравнение для скорости продольной подачи суппорта в опера­торной форме будет иметь вид

f3

Уравнение для частоты вращения шпинделя ид главного движения станка в операторной форме

f4

где Fz — тангенциальная составляющая силы резания; W3 ш (р) — передаточная функция ЭП главного движения станка [1]. Электро­приводы главного движения и подачи обусловливают наличие в структу­ре математической модели процесса продольного точения внутренних положительной и отрицательной обратных связей по выходным коорди­натам процесса резания. При этом выходные координаты процесса ока­зываются инвариантными к динамическим свойствам электроприводов рабочих движений станка при выполнении условия

f5

где S0 — оборотная продольная подача; Кр — коэффициенты передачи процесса резания.

При реализации технологических операций продольного точения па­раметры процесса резания варьируют в широких пределах, что вызывает отклонения в движении выходных координат от заданных траекторий режущего инструмента, влияющих на геометрию и точность обработки деталей. В этой связи целесообразно проводить анализ чувствительно­сти модели процесса к изменению параметров электроприводов рабо­чих движений станка Кв, Tr, Т , которые присутствуют в структуре математической модели.

Влияние вариаций параметров ЭП продольной подачи на выходную координату процесса металлообработки удобно оценивать с помощью аппарата функций чувствительности. Авторами разработаны машинные алгоритмы логарифмических амплитудно-частотных функций чувстви­тельности процесса металлообработки. Анализ массива полученных рас­четных данных показывает, что влияние вариаций параметров Кв, Тс, Тт ЭП продольной подачи на выходную координату процесса точения слабее, чем влияние изменения технологических параметров процесса Kpj, KRi. Это указывает на техническую грубость рассматриваемой модели к вариации параметров ЭП продольной подачи, однако влияние это достаточное, чтобы им не пренебрегать при решении задачи синтеза сис­темы управления технологическим процессом и проектировании ЭП рабочих движений металлорежущих станков.

Рассмотренный математический аппарат учета влияния ЭП на точность металлообработки позволил синтезировать пятикоординатный позицион­ный ЭП рабочих и установочных перемещений суппортной группы много­инструментального токарного станка повышенной точности. Взаимное влияние автономных каналов ЭП через обрабатываемую деталь не учи­тывалось, поскольку, как показали натурные эксперименты, оно резко ослабляется кинематической схемой специализированного многоинстру­ментального станка и быстродействующей системой синхронизации ка­налов.

Автономные системы позиционирования выполнены на базе комп­лектных транзисторных ЭП серии ЭШИМ, а управление ими осуществле­но аппаратными средствами по принципу цифровой модели с обратными связями по положению режущего инструмента, контролируемого электрооптическими ротационными датчиками. В состав систем управления входят также цифровые устройства задания положения инструмента, синхронизации цифровой информации каналов задания и обратной свя­зи, устройства индикации.

Авторы: В.П. Курган, В.Н. Михелькевич, Ю.А. Чабанов