автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение точности гидрофицированных приводов подач станков с ЧПУ

Кшвський гкхштехтчний ¡нститут

Р Г 5 ОД

\ На правах рукопису

— ц и г: ¡ ( (оо,

з /и-н ¡„, УДК 621.914.4

001.В91.573

Сален ко Олександр Федорович

ПЩВИЩЕННЯ ТОЧНОСТ! ГЩР0Ф1К0ВАНИХ ПРИВ0Д1В ПОДАЧ ВЕРСТАТ1В ЗЧПУ

Спец!альн1стъ 05.03.01

процеси механ1чноТ та фЬико-техшчноТ обробки, верстати та 1нструмент

Автореферат дисертацП на здобуття вченого ступеня кандидата техкЛчних наук

КиТ в 1994

Дисерташя е рукописом.

Робота виконана в КиТвському пол'I техн "шному 1нститут!.

Науковий кер]вник: доктор техн'шних наук, професор

академ!к Академ!У ¡нженерних наук УкраУни В.Б.Струтинський

Науков! консультанта: кандидат техн¡чних наук

A.Н.Гуржий

кандидат техн1чних наук

B.Н.Гейчук

0ф!ц"1йн] опоненти: доктор техн'шних наук, професор

Захист дисертацП' вЦбудеться 19 грудня 1994 р. о 15:00 на зас'шнш Спешал'1зовано'! Ради К 068.14.15. КиУвського по-л'1техн'1чного ¡нституту за адресою: 252056, м. КиУв - 56, пр. Перемоги, 37, корпус N 19, ауд. 340.

3 дисерташею можна ознайомитися в 616л ¡отец! КиУвського пол!"техн¡чного Iнституту.

Автореферат роз1сланий _19 листопада_ 1994 р.

Вчений секретар х

Спец!ал!зованоУ Р

1.В.Петко

кандидат техн!чних наук, доцент О.Ф.Луговський

Пров¡дна установа:

Державне конструкторське бюро верстатобудування (м. КиТв)

к.т.н., доцент

В.В.Романенко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальность. Розвитог. економ!ки Украши гальмуеться розри-ванням економ!чних \зв'язк"1в, втратою партнер1в, трудношами тор-говоТ д!яльносп .Особливо в1'дчуваеться пад!ння виробництва складного високоточного верстатнбго обладнання з ЧПУ. За думкою пров1-дних Фах1вц1в шдприемств, зниження ц!ни на верстати з ЧПУ та п!-двищення над1йност! 'IX робота могло б значно поширити попит на останш. У цьому випадку використання г!дроф!кованих привод!в подач зам!сть слшуючих електромехашчних, дозволить одержати значний виграш у соб!вартост'| верстата. Однак невисока точшсть г1дропривод!в, особливо, без зворотшх зв'язк1в по координат! у зовн1шньому контур!, стримуе Тх широке розповсюдження. Таким чином, створення зазначених привод!в подач шдвищеноТ точност! та стаб!льност! випрацювання перемщень без суттсвого ускладнення конструкцП е актуальною задачою.

Лосл'1 дження, виконан! в робот!, безпосередньо зв'язаш з науково-досл!дними работами кафедри КВ та М КП1.

Метою дисертац!йноТ роботи е шдвищення точност! та стаб!ль~ ност! в!дпрацювання перемщень приводами подач верстав в з ЧПУ, оснащених електрог!дравл1чним шдсилювачем з н!йним виконуючим пристроем (ЕГПЛП), без зовшшнього зворотнього зв'язка по координат! робочого органа.

Для реал!зац| 1 мети було розв'язано ряд питань, з яких на захист виносяться наступи!: 1) результата теоретичного та експе-риментального досл!джень зазначених привод!в подач; 2) математичн! модел! • вказаного приводу та процесу виникнення помилки оброблювального проф!лю; 3) метод '1дентиф'1кацП' пцсистеми приводу подач верстата, да мае пдрошдсилювач; 4) метод динам!чноТ компенсацп помилок вшворення заданого проф!лю при виконанн! контурноТ обробки; 5) конструктивна виконання силового л!н!иного пдротшндра з плаваючими опорами, що може

використовуватися у приводах тдвищенноТ точност1.

1

Загальна методика доел! джень.Теоретичн! дослиження базують-ся на використанн! системного шдходу до розгляду складних техш-чних систем, основних положень та метод!в математичного моделю-вання динам!чних об'ект!в та процесс. При моделюванш поведшк! ЕГПЛП був обраний структурно-елементний п!дх!д з використання! ряду метод!в теорп коливань, теорп р'1 зання та теор! 1 автоматичного регулювання. Результат« моделювання обумовлювали подаль-ш! дослиження та вибор шляху вдосконалення приводу.

Експериментальн! дослиження проводилися на фрезерних .верстатах мод. ЛТ260МФЗ з використанням метод!в визначення точност! та виконання иентифкацП' системи, а також на ун! версальному пдравл!чному стеши. Результата експериментн оброблювалися з допомогою метод!в математичноТ статистики.

Наукова новизна робота. Створена математична модель привод: подач, яка враховуе практично вс1 фактори, що суттево впливают] на як'!сть роботи приводу. Отримала подальше вдосконалення модел; утворення помилки витворення контуру на оброблювальшй заготц . Виконан! теоретичн 1 та експериментальн! дослиження дозволили визначити пр!оритетн! напрямки вдосконалення електрогиравл1чни привод!в з лшйними силовими пристроями - запропонований нови метод динам! чноТ компенсацП' помилки витворення. Для лившценн точност! математичноТ модел! запропонований вдосконалений мето !дентиф1кац'Г1 шдсистеми приводу подач.

Практична значимость та реал!зац!я результат!в роботи Виконан! експериментальн! та теоретичн1 досл!дження привод! подач з метою' визначення Кх точност'1 та стаб!льност'1 роботи Нам!чен! шляхи подальшого вдосконалення вказаних привод!в для ш двищення ,точн!стних показтшв. Розроблена уточнена математичн модель приводу подач з електропдравл!чним писилювачем та лМй ним силовим пристросм, що може використовуватися в рамках пакет САПР. Вдосконалена модель утворення помилки витворення заданог контуру на оброблювальн!й заго^вцЬ Розроблений метод ¡дентиф! кац!Т шдсистеми приводу подач з електрог'иравл]чним п!д

2

силювачем, що суттево шдвищуе точн!сть вказаних моделей. За-пропонований новий метод компенсацП' помилок вшворення заданих перемщень приводами подач з ЕГПЛП без зовншнього зворотнього зв'язка по координат!Л

Реал1зац1я робота. Результата роботи у вигляд| рекомендац!й по ш'двищенню точносп та стаб1"льност1 роботи привод!в подач впроваджен!' на Льв!вському завод! фрезерних версталв, м. Льв!в, Св!тловодському комбIнат! твердих сплав!в, м. Свтоводськ;■ пакет приоадних програм по моделюванню повед!нки сликуючого електропдравл1чного приводу переданий Науково-дослиному ¡нсти-туту вагонобудування, м. Кременчук; теоретичн! положения та программ розробки впровадженI в учбовий процес кафедри технолог]"! машинобудування КременчуцькоТ ф!лП' Харк1вського Державного пол!~ техшчного ун"1верситету, м. Кременчук та в/дображеш у 15 друко-ваних роботах.

Апробац!я роботи. Основш результата роботи розглянут! на: м1жнародн!й науково-техшчшй конференц!Т "Наука, техника, технология ...", 1993 р., м. Харк1в; двох м!жнародних науково-тех-шчних конференциях "1нтерпартнер" 1993 та 1994 рр., м. Алушта; трьох науково-техн'шних конферешиях АСПГП 1992, 1993, 1994 рр., м. КиТв; двох республ!канських науково-техшчних конференц!ях "Автоматизашя та Д1агностика в машинобудуванн!1992 та 1993 рр., м. Луцьк; шжнародн!й науково-методичм'й конференцП' "Автоматизация конструювання та проектування ...", м. Сумм, 1994 р. науково-техш'чтй конференцП' молодих вчених та спец!ал!ст{в КрФХДПУ, м. Кременчук, 1994 р.

Публ!кацП'. За результатами роботи опубл!ковано 15 друко-ваних праць, у тому числ1 учбовий посЛбник [13]. Одержано також патент СНД на винах!д [11].

Структура та обсяг роботи. Дисерташя складаеться з вступу, п'яти розл!л!в, висновмв та додатку. М!стить: 147 стор. машинописного тексту, 34 малюнка, 18 таблиць, 16 графшв та список 1нформац)йних лжерел обсягом 134 на!м.

3

ОСНОВНИЙ- 3MICT РОБОТИ

У першому розд!л! роботи • приведен! результата патентно-"шформац!иного поиуку та огляд л!тературних джерел по зазначеним питаниям. Надаш також результати експертного опитування, що переслцувало мету визначення пр1оритетних фактор!в, суттево впливаючих на точн!сть та стаб!льн!сть в'1 дпрацювання перем!щень приводами подач з ЕГПЛП.

Встановлено, . що серед дагатьох конструкц!й р!зних шдсилюючих пристроТв для позиц!ювання та вислшування перем!-щень з електричним задаючим перетворювачем (поступового або обер-тового типу) в конструкшях привод!в подач металор!зальних верс-тат!в найбмыи доц'иьне використання пдравл!чних сл!дкуючих писилювач1в, ягл характеризуються загальнов!домими перевагами: високим коефшентом шдсилення, достатньою жорстк1стк>, чутлив1стю та !н. Знайдено також ряд прототип!в, що в1др'!зняються в!д типових б'1льш високою точн1стю та жорстк!стю.

Однак анал!з в!тчизняни'х та закордонних публ! кац1й засв!дчив, що у зв'язку з вдосконалюванням систем програмного управлтня, основна увага в план! забезпечення показник!в точност! прид!ляеться саме розробкам алгоритм!в управлшня приводами, методам компенсац!й помилок. При цьому конструкц!я приводу залишаеться практично незкйнною.

У шй же глав! виконаний анал1з с.кладових помилки в'1дтворення заданого перем!щення, визначен! найб!льш впливов! фактори. Для п!двищення достов"1 рност'1 априорно"! ¡нформац'п проведене експертне опитування, за результатами якого зроблен)" наступи! висновки.

Иайб!льш сильний вплив на точн!сть в!дпрацювання перемщень' приводами подач з пдрошдсилювачами у верстатшй систем! та на стаб^ьшсть в!дпрацювання мають в!днесен! до першоУ групи наступи! фактори: зм!нн!сть сил р!зання та процеси, що перет'1-кають при виконанн'| обробки; нестал¡сть сил тертя при рус"! робо-

чого органу; стушнь демпфування робочого органу та спотворення задаючого к¡нематичного ланцюга.

Но друго'1 . групи вЦнесеш фактори, що характеризуют нестал 1сть роботи г! дрошдсилювача, впадання в автоколивання внасл!док неправильного вибору параметр!в г ¡дрошдсилювача; пружшсть з'еднуючих г I дрол I н I й; нелМйность характеристик золотникового розшшльника; несиметричшсть його характеристик; перех!дн! процеси в електропдравл!чному перетворювач!, в задаю-чому кроковому двигун!. Сл1д зазначити, що по деяким факторам опитан! спец!ал1сти не мають сшльноТ думки (це пIдтверджуе норма льне розпод'мення Тх думок).

До останньоТ групи в[днесен1 так!" фактори, що за думкою експерпв, впливають на роботу г! дроф кованого приводу подач не-значно 1 являються шумовим фоном. Ш фактори характеризуют сили кулон!вського тертя в самому розподиьнику та в задаючому К1-нематичному ланцюгу; зм1'ну модуля пружньост! р!дини при п!~ двищенн'1 темпера тури внасл!док розчинення пов!тря; перетки робочоТ р1дини в уш!льненнях; пульсацп тиску та витрати станцП' живлення; зовш шн1 коливання, шо передаються через базов! вузли верстата до елемент!в привод!в подач. Однак велика к! лысеть заз-начених фактор!в потребуе врахування Гх д!Т при плануванн! та проведенш експериментальних та теоретичних досл!джень.

Таким чином, внасл!док наявност1 багатьох фактор!в, що належать до некерованих або слабокерованих, доц!льно досл!дження привод!в подач з г!дроп!дсилювачами виконувати на математичн!й модел!, яка б враховувала наведен! фактори та адекватно описувала повед!нку реальних привод!в подач верстату.

У другому роздш виконаш теоретичн! дослшження привод! в подач вертикально-фрезерного верстату з ЕГПЛП, оснащеного системою ЧПУ типу Ж. Лосл!дження виконувалися на основ! експертного опитування I ставили своею метою ошнити меж! зм!ни параметр!в, що були визначен! експертами як пр1оритетно впливаюч'1 на точшеть та стаб1льн!сть в!дпрацювання заданих перемшень.

5

При цьому було проаналЬовано можливу зм'1ну сил тертя в направляючих хрестового столу та рухомого штндельного вузла, а та-кож в стикуючих елементах силового П'дроприводу, внасл]'док виникнення додаткових реакц1й в!д технолог¡чних похибок виготов-лення стикуючих вузл'1в та вшилень взаемного розташування при складанш. Оц!нка виникаючих сил тертя проводилася як при в!д-сутност! корисного навантаження, так \ з урахуванням сил ри зання. Бралося до уваги, що в процес! виготовлення елемент!в приводу та базових елемент!в верстата мають М1сце вшилення взаемного розташування огпрних поверхонь, спотворення форми та вихилення розм!р!в контактуючих деталей. Як правило, так! похиб-ки у виробничому пронес 1 передбачаються \ вс1 неточност! усува-ються при виконанн! складальних операц1й. Однак анал!з технолог¡~ чних процеЫв дов!в, що ряд конструктивна р!шень не може кошен-сувати ймов!рн! вихилення, що, в свою чергу викличе додатков'1 сили опору, котр! можуть суттево попршити показники робота приводу. Були постульован! емп5ричн! залежност! сил опору в!д координата розташування робочого органу на направляючих та вц швидкост! руху робочого органу, як! в загальному вигляд! являли • собою квадратичну та показову функцП' вшювино.

Таким чином, ¡снуюч! сили тертя в направляючих постають як . нелшГйш.

■ Проанал"1зовано також роботу задаючого К1нематичного ланцюга.

Встановлено, що внаслиок наявност! великоТ к'1лькост! нежор-стко з'еднаних М1ж собою елеменпв, як! становлять передаючу ланку м!ж задаючим кроковим двигуном та чутливим елементом пд-ророзпод1 льника, обертовий задаючий вплив буде передаватися з'| спотворенням. Останне буде обумовлюватися такими факторами: спот-воренням кроку гвинта; спотворенням внасл!док биття гвинта в опорах; спотворенням в1 д прогину В1с!. гвинта; спотворенням в! д деформашй в к"1 нематичному ланцюгу в! д позерхн! гвинта до плунжеру золотника; спотворенням в!д змщення точок контакту; випадко-вими спотвореннями В1Д наявност1 брудових часток на поверхн!

6

гвинта та контактуючих ролик!в.

При цьому фактичне перем!щення плунжеру буде визначатися математичною залежшстю як сума складових помилок, що у загально-му випадку е ймов!рностними величинами. Додатково залежшсть ми стить випадковий параметр, що враховуе нелШйшсть у вигляд! петл! пстерезису (з-за наявност1 люфту к!нематичного ланцюга).

У цьому ж розд!л1 розглядасться також питания оцтки запасу сталост!. Однак визначення параметр!в сталост! в!дпов!дно до методу А.А.Андронова та А.Г.Майера доводить, що шдсилювальний контур знаходиться в облает! стало! роботи.

Проведен! теоретичн! досл!дженя дозволили визначити напрями подальших експериментальних досл!джень та склали передумови для створення математичноТ модел! приводу з ЕГПЛП.

ТретШ розд!л виображае виконан! експериментальн! досл!дження. Проведено вивчення точност1 та стаб1льност! випрацювання заданих перемшень приводами подач верстата по трьом координатним в!сям. Досл!дження виконувалися на основ! стандартних методик, однак з одержанням статистичноТ виборки у кожшй точц! вим!р!в. П!сля статистичноТ обробки отриманих даних встановлено наступне.

Розс!яння значень помилки позицтвання по вс!х точках вим!р!в п!дкоряеться закону нормального розподмення. Помилка позиц1ювання на прямому та зворотньому рус! неодна ¡шва Л становить у середньому б = 18...25(+- 11)мкм на прямому та 8...13(+- 8)мкм на зворотньому рус!.

Перев!рка г!потези про випадков!сть виборки довела, що в систем! д!'ють зм!нн! в час! фактори, впливаюч! на точн!сть та стаб|'льн1сть позиц!говання.

Г'тотеза про однор!дн!сть дисперс"1й вим!р!в по кожн"1й координатн!й в!с! шдтверджуеться. Передумова однор!дност! дисперс!й та норкальност( розгкш лення даних дозволяе проведения подалыюго статистичного анал"1зу даних.

Анал!з графшв точност! позишювання для заданого напряму

7

руху та задано)' координатной' в 1 сI, а також виконання статистичних оц1нок св!дчить про те, що помилка позицмвання шдвищуеться при наближенн! до к 1 нц*1 в направляючих, причому для координата X помилка позицшвання на к1нцях практично однакова, а для ¡нших координатних вкей - вЦмтна. Найменша помилка позицшвання -посереди^ направляючих. Сл!д також зазначити, що граф!ки помилок прямого та зворотнього руху не е тотожшми (рис. 1).

ю о

-ю

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Рис. 1. Помилка позиц1ювання робочого органу верстата по координат! Y для прямого та зворотнього pyxiB.

Висунуто припущення, .що несиметричшсть отриманих значень помилок, шдвищення помилок позиц'1юзання у крайн!х положениях ру-хомого органу може бути викликано несиметричн1стю характеристик слiдкуючого гiдророзпод 1 льника, змжнктю сил опору, а також

8

задаючого к¡нематичного ланцюга.

Одночасне вим!рювання точност! повернення плунжеру розподмьника у р!вноважне становище дозволило встановити кореляшйний зв'язок mî ж цим параметром та ломилкою позицтвання. Однак коеф1ц1ент кореляцП", що в середньому дор!внюе к = 0.8, свЦчить про можлив! спотворення у силовому ланцюгу приводу.

Отримана також залежшсть сил тертя в направляючих BÎд

напряму руху та в!д координата робочого органу. Залежшсть змши

сили тертя в1д координати робочого органу може бути описана з

2

допомогою квадратичного р!вняння вигляду ах - Ьх + с, а в!д швидкост! руху - з допомогою степеневого: а + Ье ч*. {Остановлено, що Mi ж помилкою позицшвання робочого органу верстата та силою тертя ¡снуе т!сний кореляшйний зв'язок (кп=0.7б, к^О.85). Очевидно, що несиметричшсть сил тертя в направляючих при прямому та зворотньому pyci обумовлена реактивним нескомпенсованим моментом, що виникае у mïсц] з'еднання штоку силового лжШного приводу та робочого органу. Сшвставлення коефiцîснтîв кореляцП' для прямого та зворотнього руху дае шдставу стверджувати, що характеристика золотникового розподмьника не с симетричною.

Зняття статично'1 характеристики золотникових розпод!льник!в, що використовуються в приводах подач, пцтвердило припущення про порушення симетричност'1 uieï характеристики. Одночасно виявлеш ochobhî he^ÎHi fihogtî залежност! витрати робочо"! piдини в контурi навантаження ви змщення плунжеру при ф'1ксованих значениях перепад!'в тиску. Конструктивн! заходи дозволили уникнути зони нечутливост! 61 ля р1вноважного стану, однак викликали порушення теоретично!" статично!" характеристики при розузгодженнях +-500 мкм. Неоднаковкть витрат piдини при Др- 4 МПа для позитивного i негативного розузгодження склала 18...201.

Одержана ïнформац1я про стаб!льн!сть робота привод!в подач. Остановлено, що найбмьш стаб!льно приводи працюють через деякий час з початку роботи (t = 1... 1.5 год.) на протяз! 2...3 год. Дал! стабмынсть в1дпрацювання дещо зменшуеться (рис. 2).

Проведен! експериментальн'1 доЫдження подтвердили висунут! припущення та дозволили визначити параметри, котр! можуть бути використаш при моделюванш приводу.

Рис. 2. Стаб!льшсть позишюва'ння робочого органу як фуншя часу роботи.

У четвертому роздш надаються в 1 домоет] про моделювання привод!в . подач, вдосконалення модел1 виникнення помилки в!дтворення заданого контуру при сумкному випрацюванн! привод!в по взаемно перпендикулярним координатним в1сям, описаний запропонований метод 1дентиф:кац1Т шдсистеми приводу, а також приведен! результата встановлення меж адекватност! мат. моделI реальн!й систем'1. Розглянуто також досл!дження математичноУ мо-дел! та надаш результата цього дослЦження.

Лля математичного опису повед!нки приводу подач з ЕГПЛП складена розрахункова схема (рис. 3 ) по якШ розглядалася: динамка мехашчноТ задаючоТ шдсистеми приводу, що представлена у вигляд! трьохмасовоТ системи, з пружн!ми зв'язками та з нел!-

Шйностями у вигляд! граничного тертя в направляючих уох трьох мае, спотворення задаючого к!нематичного ланцюга як при Ух випадковому прояв1, лерехин! процеси в задаючому кроковому двигун!:

= о ;

61 д

2 (11

&$2

СхРЛ - + Ь12(0Д - °2} - КР~ С34< V V ~ Ь34( V V;

= 02; М = Г(о2> з1дп(о2)); с!1 тр.

V = о, * к

зад ' мех

dv

(31

= (с™ * (х - х ).+ Ь34 * (у - V ) - Р - Р )/т ;

х л4 зад р зад р трз дин пл'

(11 ' " Ур'

у ^коР (1)

X

Рис. 3. Розрахункова схема приводу подач верстата з ЕГПЛП.

11

де:

У>д, Од - кут поворота та кутова швидгЛсть вала задаючог електродвигуна;

<р2, 02 ~ кут повороту та кутова швидк!сть задаючого гвинта;

С12. Ь12, с34, Ь34 - значения коефш1ент!в пружност1 та демпфування в к¡нематичному ланцюгу управл!ння плунжером золотника; момент граничного тертя в шдшипниках; момент шерцП другоТ маси; г'1дродинам!чна сила опору в пдророзпод!льнику; передаюче сшввшюшення мехашзму; - теоретичн! величини зм!щення плунжеру золотника виносно гвинта та його швидгЛсть; зм1щення золотника та його швидгЛсть з урахуванн пружностей та демпфування в систем!;

М -

тр }2~

дин

Хзал' У

зад

V УР -

&

вшюсне змщення плунжеру золотника: & = х - х5;

динам1ка робочого органу - слл верстату .та силовий цилиш являють собою двомасову систему, причому в ц1й писистем1 с пруж н! й шддатлив! елементи, та в загальному випадку мають м!сц' люфти в з'еднаннях; в направляючих Д1ють нел!н1йн1 сили тертя залежш в1д швидкост1, корисного навантаження, координати мг сцезнаходження столу, а для поршню - ще й В1Д тиску робочоТ рг дини в кожнШ з порожний;

. (ш + ш4)— р (11

= Б * (р

пр

рд) - с45* (х5 - х4) - Ь45* (у£

с1х4

(11

=

ртРп = Г(у4'х4.ккор. ¿Р^дпЮ) ;

= с45*(х5 - Х4) + Ь45(у5 - у4) - Ртрс - Ркор(0;

¿Хп

61 причому:

V,

Ртрс - «^5,х5,Ркор,51дп(у5))

г

трп' ^трс ~ сили гРаничного тертя в направляючих поршню та столу;

:45,Ь45 - коефгц1снт жорсткост1 та демпфування штоку та

р1зьбоЕого з'еднання штоку з\ столом; ' - корисне навантаження.

кор ^

шамка гиравлЫних мапстралей, втрати тиску в.останшх, котр] залежать ви параметр]в трубопровод1в та ви швидкост! руху зобо!чоУ риини, пружшсть риини та пружшсть гиролЫй, 1ерет1чки риини через унпльнення в силовому г!дроцил!ндр! (зов--пшш та внутршн!), яги залежать головним чином ви перепаду гиску в порожнинах цшпндру;

с^ (СОх - 02) - Б * У4 -Фх "Фл) * Е

¿1

с!р2

<11

5 * На

((□з ~ 04) + 5 * у4 + Фх -Фпр) * Е( 5*Н2 ¿О..

Р* ~ Р/, = Ке * Ц, +1е*

Р? = I? * С] + I *

с. е з е

<11

о.. = о, - о.

•2 >

<и

о , = о3 -

пр ■

в яких:

0х> Оз. 64 ~ витрати риини через ни лини золотника; Р1> Рг _ тиск робочоТ риини за золотником; У4, У5 - швидкост1 руху поршню та робочого органу; х4, х5 - текуч! координата поршню та робочого органу;

тиски риини в правШ та л!в!й порожнинах цилтдру; модуль пружност"! риини;

пр'

Р Е

о

Б Н

Фх

V

Рл~

ф„ -

площа поршню силового цил!ндру; довжина порожнини силового цилиндру; внутршн! перет)'чки риини через унпльнення; зовншш перетки риини через унпльнення; 13

- коефЫент екв!валентного г!дравл!чного опору трубопровод!в;

1е - коеф']ц]ент 1нерц] йних втрат тиску в трубопроводах;

а також нелш!йн1сть та несиметричн'ють характеристик золотник вого пдророзподиьника, пульсацП' тиску та витрати нагштан р!дини в джерел! живлення - насосн!й станцП'; корисне навант ження на робочому орган! в процес! виконання обробки заготк яке с непост5йним та змшюеться з теч!ею часу.

Розв'язання системи диференц!йних р!внянь виконуеть чисельним методом послЦовного типу. Створена програма передбач. завдання управляючого впливу або у вигляд! масива вузл!в значе! швидкост! обертання вхиного ланцюга, або у вигляд!" залежност< зм!ни електричних параметр!в, що подаються на вх!д кроково1 двигуна. Можливе введения до десяти збурюючих вплив!в на кож! ланку динам!чноТ системи приводу.

3 метою точного визначення параметр ¡в динам"1чко1 систему запропонований метод ! дентиф!кац"11 п!дсистеми приводу подач ЕГПЛП. Йог о суть полягас у визначенн! з допомогою вим!рювальнр прилад|в значень зм!нних у час! параметр!в (координат швидкост 1 руху окремих елемент, перепаду тиск!в тошо> Отримаш залежност! вводяться у програму !дентиф!кац! 1,. допомогою якоТ методом посл!довних !терац!й визначаються динам !ч характеристики окремих ланок приводу (е., Ь., К., I. та т.).

V 1/ 1/

Розроблеш прилади для виконання Iдентиф!кац!Т, створен також аналогово-цифровий перетворювач для автоматичног визначення вим1рювальних параметр!в з допомогою ЕОМ.

Адекватшсть модел! перев1рялась з допомогою ¡нтегральни оц!нок, як! встановили максимальну помилку на останн!й ланц динам!чноТ системи Ы. Ствставлення результат!в моделювання (пе рем1щення робочого органу) з даними, отриманими в процесI ¡денти ф!кац!Т, наочно св!дчить про в!дпов1дн!сть розрахованих та реаль них значень (рис. 4 ).

0.2 0.4 0.6 0.8 I

Рис. 4. Приклад моделювання поведшки приводу при ¡мпульсно-пакетному вплив!.

Розроблена математична модель поведшки приводу подач з ЕГПЛП та врахування процеЫв, що переткають при фрезеруванн! дозволила вдосконалити модель виникнення помилок при' виконанн! контурно'!' обробки. Модель враховуе помилки вЦтворення заданого перемщення приводами подач при Тх сум!сному в1 дпрацюванн'1, дина-м!чну яккть несучоТ системи верстата, процеси, що перетають в зон! р!зання при виконанн! обробки, а також збурююч! впливи в!д-виконуючих лристроУв.

Досл1 дження, проведен"1 на математичнШ модел1 поведшки привод!в подач, дозволили отримати регрес!йне ртняння впливу р!зних факщмв на точность вг'дпрацювання перемшень робочим органом.

Обгрунтовано запропонований метод динам!чноУ компенсацП' помилки розузгодження на шдсилюк^'й ланц! та визначений алгоритм виконання корекц!У. - -

П'ятий розди присвячений пропозиц!ям по вдосконале? приводу подач з ЕГПЛП без зворотнього зовшшнього зв'язку координат i. Розглянут! шляхи розв'язання проблеми с використання л i н í йник датчик!в зворотнього зв'язку координат: (можливому встановленню обертових датчикi в положен перешкоджае нелш!йн] сть шдсилювача та його в!днос нежорстк'!сть). Базовому п!дприемству запропоновано зм!ни конструкцт окремих елеменп'в приводу, що мае зменшити ймов!р просторов! bíдхилення зтикуючих поверхонь при складанш i т самим усунути smíhhí сили тертя при pycí робочого органу.

Розглянутий вар1ант змжи конструкцП' задаючо, кi нематичного ланцюга, що може значно зменшити помилки переда1 керуючого впливу та дозволить запоб1гти появ! випадкових брудов: часток в самому ланцюгу. Розроблена нова конструкция силово1 лапйного приводу з плаваючими опорами та ступеневи! ущмьненнями, використання якого в приводах подач верста-дозволяе íctotho зменшити додатков! сили тертя, зв1вши Ух i 120...150 Н,усунути Ух нелМйшеть та шдвищити точн!сть позиц! ювання приводу 25...30L

Запропонований також метод динам!чноУ компенсацП' помилк витворення заданого перемшення, який може бути реал1зований допомогою системи ЦПУ класу CNC. Bi дпов1дно до цього методу, д мапстралей живлення силового г i дроприводу лриеднуються датчик тиску, що дозволять зд!йснити зворотн¡й зв'язок по навантаженнк При випрацюванн! перемшення або контурного руху система ЧПУ з розробленим алгоритмом виконуе опитування датчик i в через час At у BUnoBWHOCTi до задано Y швидкост'1 руху та ¡снуючог навантаження, зд1йснюе корекоию на реальне положения робочог органу по координатним в i сям. Проведене дослиження умо! виконання опитування датчик!в з метою усунення впливу збурюючи; шумових ефект1в, що можуть над!йти до системи ЧПУ в!д датчик!i тиску, визначений рат'ональний такт опитування датчик i в без вста-новлення зайвих переривних такт!в у робот! системи ЧПУ (Д1=50мс!

16

]ля шдвищення точноеri також передбачене попередне визначення юнетант залежностей корекцГ! шляхом обробки типових контур]в. Мдхилення заданого контуру в!д реального дозволяе визначити юнетанти кореш У для кожного з привод! в та виключити необх'1-1н1сть встановлення л1шйних датчика положения по кожшй з коор-рнатних вкей.

Експериментальш досл!дження, виконан! на доел¡джуваному зерстат!, шдтверджують дошльшеть таких пропозишй та довели, що при цьому помилка контурно"! обробки може бути зменшена до М).06 ...0.08 мм, що п!двищуе точшеть оброблювального контуру у середньому на 45...55L

ЗАГАЛЬН! ВИСНОВКИ ТА РЕЗУЛЬТАТ« Р0Б0ТИ

В дисерташУ в результат! роботи над багатоплановою проблемою шдвищення точност! та стаб!льност! випрацювання перемщень приводами подач з ЕГПЛП без зворотнього зв'язку по координат! створена основа для теоретико-експериментального розв'язання проблеми.

На п!дстав! загального анализу стану справ у га луз! розробок швих конструктивних р!шень привод! в подач шдтверджена дошльшеть використання таких тип!в привод¡в у металор¡зальних верстатах, зокрема, у фрезерних верстатах.

Лля теоретичного вивчення npoueciB, перет!каючих в системах привод!в при в!дпрацюванн! перем!щень, застосований метод математичного моделювання динам)ки складно'! техшчноУ системи, який дозволяе отримати картини повед!нки приводу в р!зних умовах та селективно вивчити вплив р!зних фактор¡в та конструктивних параметр!в та точн!стн! показники якост! привод!в.

Запропонована також вдосконалена модель виникнення помилок в!дтворення заданого контуру при одночасшй робот! двох привод'1в подач, яка дозволяе виконати анал!з повед!нки bcîcï верстатноУ системи п!д час проведения операц!й фрезерування.

17

Для п!двищення точност! математичноТ моделi запропонова! метод динам1чноТ i дентиф!кац5 Т niдсистеми приводу з ЕГПЛП, допомогою якого можна визначити з високою точшстю парамет динам!чноТ niдсистеми приводу подач.

Експериментально визначеш показники точностi стабиьност! роботи привод1в з ЕГПЛП, встановлений кореляцШь зв'язог. цих параметр! в з ¡ншими факторами та параметра верстата.

На основi теоретичних посилок розроблений силовий г i равличний л!н!йний привод зплаваючими опорами,запропонований v. тод динам{чноТ компенсацП" помилки в!дтворення заданого перем щення, який може бути реал!зований з допомогою системи ЧПУ кла CNC. Експериментальш дослдаення шдтвердили дошльшсть вик ристання такого методу.

Результата роботи впроваджеш у виробництво на базовому з вод!, а також в учбовий процес при читанн! курсi в ТиропривЦ г!дропневмоавтоматика" та "Математичне моделювання..." в Креме чуцьгЛй ф i л IY ХДПУ.

пу5л1щи по temí дисертацн

1. Федорец В.А., Струтинский В.Б., Саленко А.( Усовершенствование следящего гидропривода // Тезисы докладов научно-технической конференции АСПГП. - Киев, 1992 г.

2. Федорец В.А., Струтинский В.Б., Саленко А Л Повышение точности автоматического оборудования для выполнен! фрезерных работ // Тезисы докладов научн.-технич. конференщ "Автоматизация и диагностика в машиностроении". - Луцк, 1992 г.

3. Федорец В.А., Струтинский В.Б., Саленко А.Ф., Гейчук ВЛ Математическое моделирование электрогидравлических приводе станков с ЧПУ //Тезисы докладов 3 научно-технической конференщ* АСПГП. - Киев. 1993 г. -

4. Струтинский В.Б., Снисаренко В.Т., Г'ринчук B.C., Саленкс

18

А.Ф. Повышение точности станков с ЧПУ, оснащенных электрогидравлическими приводами. // Тезисы докладов международной научно-технической конференции "Компьютер: наука, техника, технология..д. - Харьков - Мишкольц, 1993 г.

- 5. Струтинский В.Б., Снисаренко В.Т., Гринчук B.C., Саленко А.Ф., Загорянский Г.Н. Математическое моделирование електрогидро-привода станков. // Тезисы докл. международной конференции "Интерпартнер - 93". Сборник "Резание и инструмент", № 48. Харьков. - 1993. .

6. Саленко А.Ф. Уточненная математическая модель гидропривода подач вертикально-фрезерного станка с ЧПУ. // Тезисы докл. международной конференции "Автоматизация и диагностика в машиностроении". - Луцк, 1995 г.

'/.Струтинський Б.Б., Федорець В.О., Саленко О.Ф., Ткаченко K.M. Cnociö компенеацП' спотворень привод!в подач верстат з ЧПУ, оснащених пдроп!дсилювачами. // Тези допов1дей 4 наук.-техшчн. конф. АСПГП. КиТв, 1994 р.

8/Струтинський В.Б., Федорець В.О., Саленко О.Ф.Математичне моделювання електропдравл!чного приводу подач верстикально-фрезерного верстата з ЧПУ. // Матер!али наук.-техшч. конфер. молодих вчених та спец!ал!ст!в КрФХЙПУ. - Кременчук, 1994 р.

9. Струтинський В.Б., Саленко О.Ф., Загорянський Г.М. Математичне моделювання г!дроф!кованих привод¡в подач. // Тези доп. м!жнар. наук.-метод. конференцп "Автоматизашя конструювання вироб!в ..." - Суми, 1994 р.

10. Струтинський В.Б., Саленко О.Ф., Загорянський Г.М. Использование математического моделирования при исследовании приводов подач фрезерного станка. // Тезисы-докл. международной конференции "Интерпартнер - 94". Сборник "Резание и инструмент", Харьков. - 1993.

11. Саленко А.Ф., Лукавенко В.П., Душинский В.В., Орлюк В.А. Патент СНГ № 1816241 от 1992 г. получ. прав.

12. Саленко А.Ф., Доценко В.Г., Малов С.С. Методические

19

указания по курсу ГПА и Г "Моделирование гидравлических станочш приспособлений". Кременчуг, 1993 г.

13. Саленко А.Ф., Доценко В.Г. Методические указания г курсу ГПА и Г для самостоятельной работы студентов. Кременчуг 1993 г.

14. Струтинський В.Б., Саленко О.Ф., Приходько В.1. Загорянський Г.М. Математичне моделювання електрог!дравл1чни привод1в верстат з ЧПУ. - Учбовий поЫбник для студент спец 12.01 та 12.02 по курсам "ГПА та Г" та "Математичн моделювання...". - Кременчук, 1994 р.

15. Саленко А.Ф., Педченко М.Н. а.с. № 1816688 "Захватно устройство". 1993 г.

lexandr Salenko Increase oF accuracy of CNC nasftlne-Tools Feed ydraullc Drives. Thesis for a Candidate of science's Technical) degree on speciality 05.03.01. The Kiev olitecnical Insitute, Kiev, 1994.

13 printed articles, 1 patent and 1 authore's certificate re being defended which include the results of theoretical and xperimental research of CNC Mashine-Tools Feed Hydraulic rives. It's determined, that it is possible to increase the ccuracy of cutting process using the developed double-acting ydraulic cylinder, and also by fulfilling the dynamic orrection of the drives.

Industrial promotion of the developments is carryed out, ata of it's efficiency are submitted.

Key words: CNC Hashine-Tools, Feed Hydraulic Drives, ccurasy.

аленко А.Ф. Повышение точности гидроФицированных приводов по-ач станков с ЧПУ. Дисертация на соискание ученой степени кан-идата технических наук по специальности 05.03.01. - Процессы еханической и Физико-технической обработки, станки и инстру-ент. Киевский политенический институт, Киев. 1994.

Защищается 13 печатных работ и 2 авторских свидетельства, оторые содержат результаты теоретического и экспериментально-о исследований гидрофицированных приводов подач станков с ЧПУ. становлено, что повысить точность отработки перемещений, в том исле совместных, можно с помощью разработанного гидропривода инейных перемещений, а также выполнением динамической коррек-ии приводов с помощью системы ЧПУ.

Осуществлено пронышленное внедрение разработок, приводят-я данные об его эффективности.

Ключевые слова: станки с ЧПУ, приводы подач, точность.