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

,СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЦЕСНИХРЕСПУБЛИК А 19) (11) О 06 С 7/48 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН Ь ДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Каунасский политехнический институт им, Антанаса Снечкуса (72) И.Й,Скучас и А,В,Жвирблис (53) 681,333(088,8)(56) Авторское свидетельство СССР У 1180931, кл, 0 06 0 7/48, 1984, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИВОДА КООРДИНАТНО-ШЛИФОВАЛ НОГО СТАНКА(57) Изобретение относится к автоматизации научных исследований механических систем и может быть использо вано в системах автоматизированного проектирования привода, двигателей узлов их крепления к бабкам двухбабочного шлифовального станка. Цель изобретения - расширение функционал ных воэможностей устройства за счет моделирования крепления бабки шпинделя, Цель достигается введением вустройство дополнительных сумматоров,интеграторов, датчика скорости, усилителя мощности и электромагнитноговибратора. При работе устройства посигналам, 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 спомощью электромагнитного вибратора,Изменением коэффициентов в вычислительном блоке моделируются параметрыузла крепления. Также может быть осуществлено моделирование влияния иузла крепления двигателя второгошпинделя. 1 ил,тг 1 зобретент(е отноГттся к 8 втоьлатт(- В 8 ТТТТ Т 8 ТТТЕ ТТЬТТ( ТТ С ГТ РЦО В 8 Н И Т Т ТЛ Е Х 8 НИ -ЧЕг КТ(Х СИСТЕМ И МОжрт бЬПЬ ИГттОЛЬЭОВ 8 нО в системах 8 Втом 8 тиэирОВ 8 ннОГОПРО ЕК тТТГТГ)ВВ Т(ТТЯ ТТПТЛВОПЯ ЦВИГ 8.т(,ПЕТих тгэпов к баб,а(,ТвугбаботТтопоцт.пи(1 о Врлтного с танк а.Пепв иэобпетения - -:асщипритэ(ттлгтттг ттть ) наптт(ттх возюг(ТГ) Гтгтт за сч р7 тгуттр(тиГоврнття крргь(течття бабки тгттГн -:т".-ттРжР ППГЦГ.таВПЕТТО УСтГойСтВО ТПП ЫОТТЕ ИТОТТГТТТП Г(тГ(ГТР(Т(гкТТТ.ТГ.ГТел(усТРГКИХ ХЯТ;ВТ(тЕ.ЛИГ тнх ПОИВРЦВ. ПОГЛТТПТТТЯ тТО ТГТПТТФЛВЯ П" ТГ(Т Э Г т 8 НКгц,УГтоойство содержит цвухбабочный ТТ(ГТТТ(1 ТО.8 ПТЗИЧй Г та ЕОК 1,. 0 бЭ 8 б Л ГЬТл 8 . л п(т П, тяПТ, 2. ЭЛЕКтОПВТГатЕЛЬ 3 НОГ ттт ит0 го т О тг а ., В Р ме н н ук 3 и ер е ц 8 ч у,.е 1 л т Го Е Ттлт-ТР ТЬл 7(Ц С П 0 то ООМ (ТП ИН,Г(Е 7(Я грпттГгтлглгттотт(т, - Ияттатг)ьт Й.;гсттпгттл.,(ти 17-14, бТОК 1,р Гсто г пт ялр нття, ив ей б гла э Ов Я т рль" ттгт. нта ".гпротивпеттия Втуат(1 еыит( В нацтгт":,ЕттЕ. ПВРОб 1 аэоватЕЛЬ 17 ГКОрОС- тн Ваг(тРТ.:.Т( РОтщца,ПВЛГ 8 тЕПЯ 3 В НаТТ Т(РТТТГГъ гТ бПОК 1 РЛ ПТГГЬТТЕЛ ЕНТТТОГТВЯНГТТ Гб"ГГТТГТ ТТТ(ТТТ( Г:. 0 бЛТТГТТТ ВЬТТТТТГЛГлт Л.,Пь НТ Пбгггтт," 19 ьтоттрл 1 вованит( момента ь(т(ев ",ОгтотОЬта ПтПИНЦЕЛЯ И ПтИВОЦЯЯтакжа ПОГПЕЦОВатРЛт.но СОЕЦИНЕНИЫЕ СУММатоп О, ПРТтвьтй ВХОЦ КатОРОГО СОЕДИиен с Вьг:опом интегватора 9 б,пока 1,9,а ,торой -с Выходом усиитрля 1 А бпо-;519 и ти(Ргратооь 21 и 2. Вь(ходпоследнего т(э котооых соецинен Г трет:":тм Вт(ОПОм СУммлтогоа 2четеэ с 7 ммгл(ОО 23 а В"ц(ОП тгБтЕГтатОТа 21четврртым Входом сумматора 2 О чецез лЦст 7 фп,атор 2 А,. Суыл,ыатор 25 ВхоцамБ сое"пгтиечь(ттф Г Вт,ткопа(тт л 7 тл(Матогтовэул тглтлп:,ттрпт, эб ь(ОтттиОГти. теттрз Т(0 ТГГТ Тф ВТ ГОц Г,7 ТТ 1 Г т ТТ я5 лоЕГ(1 нрлС ВХОПОМ ЭТрхтвлоМЯцннтиОГО ВнбратООЯ Д 527 полтвттмой чаГ.тьТ( пвикреплрнногО кбяоке, а Гтатором - к направпяящим28, цаттлк 29 Гуко-.(ОГти прикрепленный К тОЦВт ь(НОй чаСтн ЭЛЕКтООМЯГНИтиОГО вибратора. а Выхоц которого непосред-:Гу,твенно Гоецинен Г Вторым Входом сум" МатОгуа 26 И т.тЕгтЕЭ гТНтЕГТ:тООгВтООЫМ ВХОДОМ С(7 жатОТа г:.устройство работает Гледуогкч обР 8 ЗОМ.Стенок 1 и Обрабаътваемая деталь2 В СИСТЕМЕ явця(ТтГя рЕЯЛЪИЫЬТИ.Яо цЕ ПгТОВ ЛНТГЩ ПОдВЕТТ ГЯЕ тс я ПТ)ИВОДРЬТ;0;ТУНатТ 7 ГТт(гл Ь(ОП(отИ И НР. ЯВЛЯРт"Го с т 8 Вь(гтг тТЯ Гьщ ь(оцр питт 7 р(ог ча ( -И ПРИВОЦЯ. й-; С ПОМО(ЦЬТТТ РЕМЕННОЙ ПЕрех(ятти Выдает угловое переметцение ВвтОЦУ ТТГЦ(ТНЦЕЛЯ л ПТОПСТПИО(ЯПЬТТОЕ В ХОПНОМу Г тГ (8 Лтг. Т 0 С утаЦЕ(Гу С ВЬГ(0 да интегратора 8 Сигт(ал на Выходе тти Р г,а От8 Р Д 0 гТ ын т туР т С Я т Ет Е Нт,т Е ь ,Плн(1 уфарРнц(ТЯ ПЬНО ГО уран НЕНТгя л МОПЕЛТИ РУИТЕГО Уг(Рту ГЦП СВЯЭЬ ЬРжПУ Ротоу)ЯМт(тгТТТЬТг;рпгт ,1; Ь(ОЦЕЛИЦт 7 РМОГГл ПВТГЯТЕПЯ г(;,г,гтпа тгот(теор оргтар; Г и В тг:тце,Р - (.Г, -"а(Р - . (7 - с гГ 3 У т " л г - . ОЦ "гт, т,( туптОВОЕ тЕ ц ЕЕ ту(-.,Е П 0 т 0 р Я т(ц гТ, деля Гоотвртст.:ено" (., и ( - ст(отость т. 7 гло:.Ое перемещение тотГта ь(оцрлируемого двигателя приводяя:ГО.,ИТЦЛИЕНТ, Т 1(ЗО ПОЛТИОНЯЛЬТьгй жРСТКОГтн Т 7 П(ггой связи между роторами шпинделя и моцелирус емого двигателя. МокЯнт сопротивления М, цропорТциоь 871 ьныТ( врящен 1 ж со стороны рото ра ВТпинпрпя, измеряется с помощью пцеобразоват я 16 работрлсщего. например, на основе тензоцатт(ика. дуиксирунщрго величину скру 1:иваня ротора электроцвигатрпя 3. Сигнал с ВыХОда ГрЕОбЯЭОВатЕля тл 6 ПОСтуцаЕт Навход с;гмулатотта 5 через веГовой коэФ(1 лцтлрнс 1 уравтен(е ( т 1 а цэчггтллВХОгы сумматоэа 5 плодаОтея си:нрлы. ПРОПОРЦтлОНЯПЪЧЫЕ (У , -ЯТ (3 И Я, О) . Поэтомгг на вхоце сУмматоца 5 АОРто(РУется сигнал равньй (у, а на его вы- ХОПЕ - СИГлт 8 Л - О,. КОтОРЬТй ПОСТУПЯЕТ на Вхоц интел рятора 8. н 8 выходе ко тОРОГО фОРыт(Р 7 ЕтСЯ СИГНВЛ а,. ПОСТУПЯЮЩИй На ВХОЦ ЭЛЕКТРОЦЗИГатРЦЯ 3, (1 н также поГтупает на Вход усилителя 12, На Вьгхоцр, КотОООГО фотМИруЕтся ГИГНаЛ -О, КОтОРЬгй ЧЕРЕЗ ВЕСОВОЙ тЭД(ъгПтРНт 8, В КЯЧЕСВЕ ГИГНЯЛЯ а ( эг пОст уттяхт ня вход сумматОра 5 е Чтобы рещение уравнения 1 1) происхо- ПИЛО ПРИВЕДЕННЫМ СПОСОбом, на ВхОНЫ т,е. цвигатрль пгтттвоца и упругая свяэ. МЕЖДУ РОтоц 8 МИ (г(ПН 1 ДЕЛЯ И РВНГатЕЛЯ учел (вепления двигателя к бабке ЭТЕгтцопвгГатв 1(тт 3 ПОСТОЯННОГО тОКа с Т(луг(, т, Г,ПТ,Т(0 Т(Ггл-,т(Т-,РПТ Т(РГ УР агТв14378 сумматора 5 должны поступить сигналы, пропорциональные с и а,срЧтобы получить упомянутые гигналы необходимо решить дифференциаль 9,5 ное уравнение движения ротора двигателя, которое имеет вид ср+ат(ср-ср )=с Мд,(2) 50(3) 4М+а Мд+Ь(сРд-Ыо) - ОУгде Мд и М - производная по времении момент, развиваемыймоделируемым двигателемпривода;Ъ и ы, - параметры статическойхарактеристики двигате- ляь где- ускорение углового перемедщения ротора регулируемогодвигателя привода;М - движущий момент моделируемого двигателя;с - весовой коэффициент; 15а - коэффициент, пропорциональный жесткости упругой связимежду роторами шпинделя иего моделируемого двигателяс учетом момента инерции ротора длигателя,Для этого на вход сумматора 6 подается сигнал с выхода интегратора 8,пропорциональный величине п , черезЭвесовой коэффициент а (уравнение 25(2), а также - а д и с М . При этомна входе сумматора 6 Формируется сигнал, равный сР , а на его выходе -сигнал - д . Сигнал с выхода сумматора6 поступает на вход интегратора 9, 30на выходе которого образуется сигналкоторый поступает непосредственно на вход сумматора 5, а также навход интегратора 11, на выходе которого формируется сигнал -с, Он посту пает через весовой коэффициент а навход сумматора 6, а также на входусилителя 13, на выходе которогоформируется сигнал со , который черезвесовой коэФАициент а, поступает на 40вход сумматора 5 и заканчивает Аормирование на его входе сигнал, пропорциональный сЧтобы полйостью решить уравнение(2), необходимо Аормироватьсигнал 45с М, который может быть получен решением уравнения, связывающего статические и динамические характеристики моделируемого двигателя:(д, - угловая скорость холостого хода двигателя;аз - коэффициент, пропорциональный постоянной воемени моделируемого двигателя.Для этого на вход сумматора 7 подается сигнал с выхода интегратора 9, пропорциональный с, через весовой коэффициент Ь, а с выхода блока 15постоянного напряжения подается напряжение, численно равное - ЬИ,. Кроме того, на вход сумматора 7 подаетсясигнал, пропорциональный а Мд. Такимобразом, на входе сумматора 7 Формируется величина - М (уравнение (3),а на выходе - сигнал Ил, который по -дается на интегратор 10, с которого на вход усилителя 14, 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 такжена вход сумматора 6 через весовой коэффициент с , где заканчивает формирование сигнала на входе сумматора 6, пропорционального сд,Таким образом, изменением коэффициентов а а, а, с си д можно осуществить изменение параметров статической и динамической характерцстик моделируемого двигателя привода,его момента инерции и жесткости уп"ругой связи между роторами шпинделяи моделируемого двигателя, Так какэлектродвигатель 3 постоянного токаисполняет функции задания угловогоперемещения ротору шпинделя по сигналу с интегратора 8, т,е,с, которое зависит от величины заданного напряжения на выходе блока 15 постоянного напряжения величина Ьа, 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 эфАект изменения момента инерций ротора шпинделя преобразователем 17, измеряется скорость вращения электродвигателя 3. Сигнал с выхода преобразователя 17, пропорциональный упомянутой скорости, поступает на блок 18 диАференцирования, на вы 1437884ходе которого Формируется сигнал, пропорционапьный ускорению движения ротора двигателя, а тем самым и шпинделя станка. Сигнал с выхода блокаБ 18 поступает на вход сумматора 5 через заданный коэффициент К. Величина коэффициента К определяет величину К=7, где(р - упомянутое ускорение; К - добавочный момент инерции, Таким 10 образам, сигнал с выхода блока 18 суммируется с сигналом, поступающим с выхода преобразователя 16, и создает эффект изменения момента инерпии ротора шпинделя. 15Для моделирования влияния проектируемого двигателя и его подвески на шлифавальную бабку сигналы с выхода интегратора 9 и усилителя 14 блока 19, пропорциональные соответствен но координате перемещения ротора моделируемого двигателя и развиваемому моменту, поступают на первый и второй входы сумматора 20, С помощью послепавательной цепи: сумматор 20, интег раторы 21 и 22 и сумматор 23, а также с помашью сумматора 24 осуществляется решение уравнения видашх+С(х-)+Н(х-)=К,д+КрА, (4)3 где ш - общая масса двигателя моделируемого привода;Н, С - соответственно коэффициентытрения и жесткости узла крепления модепируемаго двигателя к бабке;К 1 - коэффициенты, оценивающиеусилия, возникающие от неравномерности вращения ротораи изменения момента вращения,40действующие перпендикулярнооси шпинделя.Дпя этого на вход сумматора 24 поступает сигнал с датчика 29 скорости Рперемещения бабки шпинделя в точке а 5 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 50 -(, -М, х-, х-(уравнение (4). Так как весовые коэффициенты суммато 1 с 1 С ра соответственно равны ш е што, как следует из уравнения (4), 55 шна его входе формируется сигнал, равный -х, а на выходе - сигнал х, на выходе интегратора 21 Формируется сигнал -х, а на выходе интегратора 22 сигнал х, Таким образом, на входы сумматора 25 поступают сигналы, прапарциональные (х-) и (х-),. Так как весовые коэффициенты усилителя 25 для сигналов (х-) и (х-, соответственнано 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 электродинамический вибратор 27 Таким образом, определяя ва время моделирования привода по полученным параметрам характеристику двигателя а также а и с и задавая па справач - ным данным массу двигателя ш, изменяя весовые коэффициенты сукчатаров 20 и 25, можно произвольно менять параметры упруго вязкого крепления двигателя к бабке. Тем самым, наблюдая за процессом обработки детали, можно выбрать его таким, чтобы он 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 параметрамиТаким 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 подается на возбудитель крутильных колебаний вместо вибратора 27,)п(ЕРГтнле(10 1 РОб(.ее(пещеР е(опелцроВДН",ЕР ППИВОПа И .31 а КРЕППРНИЯ ЕВИгатпя к Одбке Втопого еппинделя.В)1 терлнение уГТВОйстна поэное 1.".РТ Г,тале(ТЕ ВЕ)одктиооялни 51 Гтае(ка е(Гкл)Ч(ТЬ ЕТРОЯВЛ РНИЕ В ОР,ЕЕНО 1 0 ВПИЯБ Н 5 Точникон колРб)янеее( приВОВОВ. дзеличит), точе(ость Обе)Я:)утки Г.ВРЕ)п 11 5 к ЕО 1)аботоГТ(Ф.(ость нн 357 фо)и:ламэобрет,ния Устпокстно для )10(ее.пеЕЕ)ОВПИ 151 ста 1 ИЧРГЕЕК и 1 ЕНВЬ(ЧР(КИК (Я;)акРО(С - Тик ппиййпа к 001)Гц 1 е 1 ате(0-ее(ли(Е)0 )ал 111)- - ;О,",:ае(ка по ант, (.з. 1 Е: 118 П.1.31,0 ", .11;1 Ч а 1) 51 Р Е Г Н ТЕМ, Что,ель О а с 1 11 Г) е 1 ил щ 151 к5101 Ил 11 ь 1 х ВОЗ мо)е(ногте)1 эд счет )10:Еее(оое)ане(51 к 1)еПЛЕ;и;( алки ЕтИ,10151. ОНО СОЕЕР)117 ПОГ ПР ПО)1: "Р ПЬ 110 Г ОЕ ПИ)1 а НН 1 Е 1(РТПС:)- ТЬ 111 Г Е.,Матон П Л 71)й И 11 РГ ТОН ИНТ Е ГРа21) го ( 1,115( О р а Ы.иси г.- т ь В,Геч Кравчук Оставиехоед ОРкторМ.Васильева Редактор М,Петр По,пе(се(ОРного комитета ГСГРний и открь)тийРауиская наб д, 4,/ 5896/5 еестненно-полигра(1)ическое предприятие, г, Ужгород. у,л. Проектная Пп о ТНРаж 706ВНИ(ПИ Государсте)епо (еелам иэобрет113035 Москва, Ж7 ОПМ 1 5)ТЬй( И ЕМСТО)1 СУЕ 11 ЕТОЕ)Ь ПоГл поз-Р; ьно Гоеги;1 ць)Р патцик се(о 1)ОГ 711 и СЕВЕЕ 501 ИЕТР ГРВТОР, ПОГ ЛЕЕ 10 Вате.-,т ьно с Ое пи не ц)д,)е Ге;уее 10(55 с уеемаТОР,;(.лп)17 Е;ЕЕ, МОЕ)ЕЕ 0 сти Н ЭЛРКТООМа; -нитнь)Д Вибпн Оп. е,(ае(е(чрГки с)з ВэанНЕ)(1 с бабк;й 11 Не(нпапяе 1 а кото ой р)и:поло)(ее( Ватник (Екйросте 1, поичем ВЬ 1 ХОПЕ 7) ЕТЕ Р 0 ИНТЕЕ 1 ВТРРа И ПРТВЕ ГО ЧГ 111 ИТР П 1 Г ) Р ПЧЕЕР 111)1 Г ООТЯР 7(В Р ННО С ПРТ)ВЬ)Е( И ВТОРЬМ ВКОЕХЯ)51 И ЧРТВЕВ 70 О Г 1.а "0)а ПЬЕКОЕП1)ЕГО ГО И)01,ЗЕ(0;а", 1)ЕСТ ГОСУЕ 51(атоба ВЬЕХОДКО ОПОГО ГЛРЛНЕН Г П" ОЗИМ ВКОПОМГ 111 МО) О и ЧРТВРЕ)ТЬЕЕ( ВХОПОМ ЧРТВЕРТО" 71-- 11Т