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

ОО 1 ОЗ ООВЕТСНИХСОВЧЛавнвзеиРВМУВЛИН ае (ш зсюС 06 С 7/48 ВОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССОРПЮ ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНйй И ОТНРЫТИЙ Н АВТОУСМОНУ СВЯВТВЪСТВУ.(56) 1. Авторское свидетельство СССРВ 840963, кл. С 06 С 7/48, 1979.2, Авторское свидетельство СССРВ 864304, кл. С 06 С 7/48, 1979(прототип),(54)(57). УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХХАРАКТЕРИСТИК ПРИВОДА КООРДИНАТНОИШФОВАЛЬНОГО СТАНКА, содержащеедвигатель постоянного тока, на валукоторого установлен блок моделирования внешнего момента сопротивления привода, выполненный в видепреобразователя угла поворота внапряжение, первый, второй и третий интеграторы, первый сумматор,блок моделирования холостого ходапривода, выполненный в виде источника постоянного напряжения, выходкоторого подключен к первому входупервого сумматора, выход которогосоединен с входом первого интегратора, выход второго интегратораподключен к управляюшему входу двигателя постоянного тока, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности и расширенияфункциональных возможностей за счетучета моментов сопротивления отвнешней нагрузкй, в него введеныдва сумматора, четвертый интегратор, три усилителя и блок моделирования внешней нагрузки, состоящийчз ременной передачи, соединеннойс ротором шпинделя координатно-шлифовального станка, на выходном ва"лу которого закреплен исполнительный механизм, выход преобразователя угла поворота в напряжение подключен к первому входу второго сумматора, выход которого соединенс входом второго интегратора, вы- .ход которого через первый усилительсоединен с вторым входои сумматора и непосредственно соединен с пер"вым входом третьего сумматора, выход которого подключен к входу тре"тьего интегратора, выход которогосоединен с вторым входом первогосумматора, с третьим входом второго сумматора и с входои четвертогоинтегратора, выход которого непосредственно подключен к второму входу третьего сумматора и через второй усилитель соединен с четвертымвходом второго суиматора, выходпервого интегратора через третийусилитель соединен с третьими входами первого и третьего сумматоров.1 О 25 ЗО 35 40 50 55 Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и можетбьггь применено для автоматизированного проектирования приводов коор-динатно-шлифовальных станков.Известно устройство для полунатурного моделирования механическихколебательных систем, содержащеевозбудитель крутильных колебаний,датчик момента, закрепленные на валу машины, а также вычислительноеустройство, моделирующее характерис"тику асинхронного двигателя, к входу которого подключен выход момента, а выход подключен к входу возбудителя колебаний11 .Однако, так как от непрерывноговращательного движения звеньев привода планетарного движения координатно-шлифовального станка зависит2процесс резания обрабатываемой поверхности детали, взаимосвязь моделируемого привода с машиной не может бьггь осуществлена с помощью возбудителя крутильных колебаний. Кроме .того, из-за того, что при резании проявляются различные физические процессы, в частности эффектнелинейной характеристики силы резания от скорости резания, в приводпланетарного движения необходимовводить дополнительные инерционныеэлементы, 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 можетбыть применено для полунатурногомоделирования координатно-шлифоваль 1ного станка,Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для моделирования статичес4ких и динамических характеристикпривода, содержащее двигатель постоянного тока, на валу которого установлен блок моделирования внешнего момента сопротивления привода,выполненный в виде преобразователяугла поворота в напряжение, первый,второй и третий интеграторы, первыйсумматор, блок моделирования холостого хода привода, выполненный в виде источника постоянного напряжения, выход которого подключен кпервому входу первого сумматора,выход которого соединен с входом первого интегратора, выход второго 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 сопротив. ления 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 координатношлифовального 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, выхбд первого интегратора через третий усилитель соединен стретьими входами первого и третьегосумматоров,На чертеже изображено предлагае.мое устройство.Устройство содержит координатношлифовальный станок 1, исполнительный механизм 2, двйгатель 3 постоянного тока, ременную передачу 4,1 Осумматоры 5, 6 и 7, интеграторы8-11, усилители 12, 13 и 14, блокмоделирования холостого хода привода, выполненный в виде источника15 постоянного напряжения, блок моделирования внешнего момента сопротивления привода, выполненный в, виде преобразователя 16 угла поворота в напряжение.Устройство работает следующим 20образом,Станок 1 и исполнительный механизм 2 в системе являются реальными,Моделированию подвергается приводпланетарного движения, т.е. двигатель привода и упругая связь междуроторами шпинделя и двигателя.Электродвигатель 3 постоянного тока служит только исподнительныммеханизмом полунатурной модели и 30не является составной частью моделируемой части привода. Он с помощьюременной передачи 4 задает угловоеперемещение ротору шпинделя, пропорциональное входному сигналу, 35поступающему с выхода интегратора8. Сигнал на выходе интегратора 8формируется решением дифференциального уравнения, моделирующего упругую связь между роторами шпинделя 40и моделируемого двигателя привода,которое задается в виде чУР- д ал(тр-РА) = СИ(11 45 4Иомент сопротивления вращению И, со стороны ротора шпинделя измеряется с помощью преобразователя 16, работающего, например, на осно" ве 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 Ула РР и -а,д, Поэтому на входе сумматора 5 формируется сигнал, равный т , а на его выходе - ТР, который поступает на вход интегратора 8, на выходе которого формируется сигнал УР, и на управляющий вход двигателя 3. Он также поступает на вход усилителя 12, на выходе которого формируется сигнал - УР, который через весовой коэффициент а. в качестве сигнала ал 1 Р посту" пает на вход сумматора 5. Чтобы, решение уравнения (1) происходило приведенным образом, на входы сумматора 5 должны поступить сигналы, пропорциональные, как указывалось, Рд и алтдЧтобы получить упомянутые сигналы, необходимо решить дифференциальное уравнение движения ротора двигателя, которое имеет вид 1 А+ а (ТА -У ) = С И,(2) где 1 А - ускорение углового перемещения ротора моделируемого двигателя привода,ИА - движущий момент моделируемого двигателя;С- весовой коэффициент,а - коэффициент, пропорциональный жесткости упругой связи между роторами шпинделя и моделируемого двигателя с учетом момента инерцийротора двигателя.где РР, Р 1Ь РАскорость и угловое перемещение ротора шпинделя соответственно, скорость и угловое пе ремещение ротора моделируемого двигателя привода;коэффициент, пропорциональный жесткости упру гой связи между роторами шпинделя и модели руемого двигателя . Для этого на вход сумматора 6 по" дается .сигнал с выхода интегратора 8, пропорциональный величине ТР через весовой коэффициент а, (2), а также -аРА и С,МА. При этом на вхо" де сумматора 6 формируется сигнал, равный УА , а на его выходеСигнал с выхода сумматора 6 поступает на вход интегратора 9, на выходе которого образуется сигнал 1 А, который поступает непосредственно на вход сумматора 5, а также навход интегратора 11, на выходе которого Формируется сигнал - Ф . Онпоступает через весовой коэффициента на вход сумматора 6, Также онпоступает на вход усилителя 13, на5выходе которого формируется сигналУ 4 Он через весовой коэффициента, поступает на вход сумматора 5и заканчивает формирование на еговходе сигнал, пропорциональный Ф .10Чтобы полностью решить уравнение (2), необходимо формирьватьсигнал СИ, который может быть получен решением уравнения, связываю"щего статические и динамическиехарактеристики моделируемого двигателяд + АМ, + В(д - био) = Оз (3)где Й, М - производная по времении момент, развиваемыймоделируемым двигателемприводамиб,ы, - параметры статическойхарактеристики двигателяЫо- угловая скорость холостого хода двигател,ав ,коэффициент, пропорциональный постоянной времени моделируемого двигателя.30Для этого на вход сумматора 7 подается сигнал с выхода интегратора 9,сигнал, пропорциональный 1 д черезвесовой коэффициент Ь, а с выходаисточника 15 постоянного напряженияподается напряжение, численно рав 35ное - о ь),. Кроме того, на входсумматора 7 подается сигнал, пропорциональный а М , Таким образом, навходе сумматора 7 формируется вели,"40чина - М (3), а на выходе - сигналФАМ . Он подается на интегратор 10,с которого ан поступает на входусилителя 11, на выходе которогообразуется сигнал М . Он поступает45через весовой коэффициент а 5 на входсумматора 7, чем заканчивает формирование на его. выходе сигнала, йроФпорционального И, а также на входсумматора 6 через весовой коэффициент С, где заканчивает формирование сигнала на вхопе сумматора 6,пропорционального Т,Таким образом, изменением коэффициентов а , а , а ,с с и о можно осуществить изменение параметров статической и динамической характеристики моделируемого двигателя привода, его моментаинерций и жесткости упругой связи между роторами шпинделя и моделируемого двигателя. Так как двигатель 3 постоянного тока исполняет функцию задания углового перемещения ротору шпинделя по сигналу с блока 8, т.е. У , которое зависит от величины заданного напряжения на выходе источника 12 постоянного напряжения (величина по уравнению 3), а также всех упомянутых.параметров (а а, а, 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,Из этого видно, что с помощью предлагаемого устройства возможно варьированне всеми динамическими параметрами привода и непосредственнык анализ взаимосвязиих с физическими процессами, возникающими в процессе резания, Так, например, можно выбрать динамические параметры привода, снижающие уровень автоколебаний при резании на 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 авто- колебания не возникали при обработке деталей из выбранного материала.По сравнению с прототипом станки, спроектированные с использованием предлагаемого устройства позволяют уменьшить волнистость обрабатываемых отверстий в 2-3 раза. Предлагаемое устройство целесообразно применять для автоматизированного проектирования приводов координатно-шлифовальных станков,Тираж 698осударственного комителам изобретений и отква, Ж, Раушская на СССРтий