Система автоматического управления скоростью резания при точении

Обработка механических деталей. Повышение точности токарной обработки. Сила и скорость резания при точении. Функциональная схема системы автоматического управления. Передаточные функции элементов, устойчивость и определение показателей качества САУ.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 27.02.2014
Размер файла 830,3 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Задание

1. Функциональная схема САУ

2. Передаточные функции элементов САУ

3. Структурная схема САУ

4. Устойчивость САУ

5. Переходная характеристика САУ

6. Определение показателей качества САУ

Выводы

Список литературы

Задание

Система автоматического управления скоростью резания при точении

На точность обработки при точении большое влияние оказывает сила резания, в частности, её составляющая Ру. Вследствие случайных колебаний припуска, твёрдости заготовки, затупления резца и других факторов сила резания при точении непостоянна, что приводит к изменению упругих деформаций технологической системы станка и образованию погрешностей обработки.

Значительно повысить точность токарной обработки можно за счёт стабилизации силы резания. Кроме того при обработке механических деталей без люнета для устранения погрешности, вызванной упругими деформациями, необходимо регулировать силу резания по определённому закону в зависимости от способа закрепления детали в месте точения. САУ скорость резания при точении предназначена для стабилизации либо изменения по введенному закону силы резания. Система автоматического резания при точении изображена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Система автоматического управления скоростью резания при точении

Обратываемая деталь 1 установлена в патроне 2 в заднем центре 3 токарного станка. В качестве двигателя 4 главного движения используется двигатель постоянного тока, для питания которого служит усилитель - преобразователь 5. Резец 6 установлен в тензометрическим динамометре 7 (типа УДМ-600), который связан с усилителем 8.

В качестве преобразователя силы может быть использован динамометр другого типа, например, магнитоупругий. Суппорт 9 станка получает продольную подачу от коробки передач 10 с автономным двигателем 11. В систему входит сравниваемое устройство 12.

САУ работает следующим образом. На вход сравнивающего устройства 12 подаётся сигнал UЗ, в определенном масштабе соответствующий требуемой силе резания (её составляющая РУ).

Известно, что

РУРУSУруtХруVnК.

где n - показатель степени - изменения зависимости от условной обработки 0>n>-0,35

Поэтому регулирование возможно только при n?-0,35.

Составляющая РУ силы резания воздействует на динамометр 7 и на его выходе появляется сигнал виде напряжения, пропорционального РУ. Этот сигнал через усилитель 8 поступает на другой вход сравнивающего устройства У который вырабатывает соответствующее напряжение питания двигателя 4. Скорость двигателя 4, а следовательно, и скорость резания, изменяется так, чтобы ошибкасистемы была минимальной. Таким образом, САУ за счёт управления по скорости резания автоматически осуществляет стабилизацию силы резания на заданном уровне.

Параметры динамики для электронного усилителя:

- постоянная времени ТЭУ=0,03с;

- коэффициент усиления КЭУ=180;

Параметры динамики для тиристорного усилителя-преобразователя:

- постоянная выхода ТТП=0с;

- коэффициент передачи КТП=60;

Параметры динамики для электронного двигателя постоянного тока:

- электромагнитная постоянная времени ТЯ=0с;

- электромеханическая постоянная двигателя ТМ=0,11с;

- коэффициент двигателя КД=2с-1;

Параметры динамики для редуктора:

- коэффициент передачи КР=0,5;

токарный резание автоматический точение

1. Функциональная схема САУ

В качествеобъекта управления САУ включает в себя процесс резания в замкнутой технологической системе станка.

Соединяя элементы САУ между собой, в соответствии с их функциональным назначением и схемой САУ окончательно получаем её функциональную схему, которая изображена на рисунке 2.

УП - усилитель-преобразователь;

ТП - тиристорный усилитель-преобразователь;

ЭДТП - электродвигатель постоянного тока;

ЭУС - эквивалентная упругая система станка;

ПС - преобразователь силы.

Рисунок 2 - Функциональная схема САУ

2. Передаточные функции элементов САУ

Следующим этапом является определение передаточных функций всех

звеньев САУ. Для этого воспользуемся уравнениями движения элементов, приведенными в методических указаниях.

1. Электронный усилитель описывается уравнением

Тэу+Uвых= КэуUвх

где Тэу - постоянная времени электронного усилителя;

Uвых - выходное напряжение, В;

Uвх - входное напряжение, В;

Кэу - коэффициент усиления.

Откуда передаточная функция:

=

Это звено соответствует апериодическому звену первого порядка.

2. Тиристорный усилитель-преобразователь описывается уравнением

ТТР=+UВЫХТРUВХ

где ТТР - постоянная выхода тиристорного преобразователя;

UВЫХ - выходное напряжение;

UВХ - входное напряжение;

КТП - коэффициент передачи (усиления)

Откуда передаточная функция:

W(р)=

Это звено соответствует апериодическому звену первого порядка.

3. Электронный двигатель постоянного тока описывается уравнением:

ТЯТМ

где ТЯ - электромагнитная постоянная времени;

ТМ - электромеханическая постоянная двигателя;

КД=

Ch - коэффициент пропорциональности между обратной ЭДС и угловой скоростью;

UД - напряжение якоря.

Откуда передаточная функция:

W(р)=

4. Редуктор описывается уравнением:

щВЫХРщВХ

где щВЫХ - угловая скорость выходного звена редуктора;

щВХ- угловая скорость входного звена редуктора;

КР - коэффициент передачи.

Откуда передаточная функция:

W(р)=КР=0,5

5. Эквивалентная упругая система станка описывается дифференциальным уравнением второго порядка

+

где що- собственная частота колебаний;

о - коэффициент затухания колебаний;

у- деформация упругой системы станка;

С - жёсткость упругой системы станка;

РВХ - входной силовой параметр.

Откуда передаточная функция:

W(р)=

6. Преобразователь силы описывается уравнением:

UВЫХП*РВХ

где UВЫХ - выходное напряжение;

КП - коэффициент передачи;

РВХ - входной силовой параметр.

Откуда передаточная функция:

W(р)=

7. Процесс резания описывается уравнением:

РУРУtХруSУруVnК

Откуда передаточная функция:

WПР==1,2

3. Структурная схема САУ

Зная передаточные функции всех звеньев системы автоматического управления и связи между ними, составим структурную схему, которая показана на рисунке 3.

Рисунок 3 - структурная схема САУ

4. Устойчивость САУ

Для определения устойчивости системы найдем передаточную функцию разомкнутой САУ. Передаточная функция разомкнутой САУ показана на рисунке 4.

Рисунок 4 - Передаточная функция разомкнутой САУ

Из анализа выражения передаточной функции разомкнутой САУ следует, что она не может быть представлена виде простых сомножителей. Поэтому определение устойчивости будем проводить по критерию Найквиста.

Подставим исходные данные в выражение передаточной функции разомкнутой системы:

WРАЗ(р)=

Выполнив алгебраические преобразования получим:

W(р)=

Раскрыв скобки, получим выражение передаточной функции виде отношения полиномов:

W(р)=

Найдём частотную передаточную функцию разомкнутой системы.

Частотная передаточная функция является комплексным числом, модуль которого равен отношению амплитуды выходной величины к амплитуде входной, а аргумент - сдвигу фаз выходной величины по отношению к входной.

modW(jщ)=ХВЫХ(jщ)/ХВХ(jщ)=W(р)/Р=jщ

Следовательно, частотная передаточная функция может быть получена из обычной передаточной функции Р= jщ, где j.

WЧАСТ(јщ)=

Помножив числитель и знаменатель, на число сопряжённое знаменателю учитывая, что комплексные числа умножаются по правилу умножения многочленов с заменой j2=-1.

Результаты расчётов занесем в таблицу.

Таблица - частотная передаточная функция разомкнутой системы

W

U[W]

V[W]

Re

Im

Знам

0

13,07903532

0

12,95377792

0

0,99042304

10

3,582818471

-5,078987216

22,61335506

-32,05658959

-6,311610608

20

-2,239526294

-2,694665742

51,65012674

-62,14699397

-23,06296956

12000

-1,30882E-05

-1,30882E-05

-4,66709E+12

-1,65299E+11

3,56588E+17

15000

-8,36899E-06

-2,37238E-07

-1,78174E+13

-5,05074E+11

2,12897E+18

20000

-4,7043E-06

-1,00051E-07

-1,0017E+14

-2,13042E+12

2,12933E+19

25000

-3,00979E-06

-5,12182E-08

-3,82225E+14

-6,5044E+12

1,26994E+20

30000

-2,08977E-06

-2,96377E-08

-1,14149E+15

-1,61889E+13

5,46228E+20

35000

-1,53518E-06

-1,8663E-08

-2,87867E+15

-3,49957E+13

1,87514E+21

50000

-7,52126E-07

-6,40095E-09

-2,44715E+16

-2,08264E+14

3,25364E+22

60000

-5,22287E-07

-3,70417E-09

-7,30742E+16

-5,18258E+14

1,39912E+23

70000

-3,83711E-07

-2,33263E-09

-1,8427E+17

-1,1202E+15

4,80231E+23

100000

-1,88011E-07

-8,00077E-10

-1,56632E+18

-6,66543E+15

8,33098E+24

По данным таблицы построим график АФЧХ (линия 1). График АФЧХ показан на рисунке 5.

Рисунок 5 - график АФЧХ разомкнутой системы

Проанализировав график АФЧХ разомкнутой системы, видим, что данная САУ является устойчивой, так как график не охватывает точку с координатами (-1;0), как показано на рисунке 6.

Рисунок 6 - График АФЧХ разомкнутой системы

5. Переходная характеристика САУ

Для построения переходной функции определим передаточную функцию замкнутой САУ.

После преобразования получим:

Поставим исходные данные и выполнив необходимые алгебраические преобразования получим:

Помножив числитель и знаменатель полученного выражения на число, сопряжённое знаменателю, используя правило перемножения комплексных чисел, получим окончательное выражение частотной передаточной функции замкнутой системы.

Для определения частотной передаточной функции замкнутой системы подставим

Для построения переходной характеристики замкнутой САУ методом вещественных частотных трапецеидальных необходимо построить график вещественной части передаточной функции замкнутой системы в функции от частоты при изменении последней от 0 до +?.

На рисунке 7 представлен график вещественной части частотной передаточной функции замкнутой системы и функции от частоты. Данные для построения графика вещественной части передаточной функции замкнутой системы указаны в таблице. Таблица - Данные для построения графика вещественной части передаточной функции замкнутой системы

W

P[w]

числитель

знаменатель

0

1414,852525

6,30181E+15

4,45404E+12

20

1441,933512

6,30062E+15

4,36956E+12

300

1895,967381

6,03307E+15

3,18206E+12

500

2346,269046

5,55532E+15

2,36772E+12

1000

3071,069637

3,31583E+15

1,0797E+12

1100

2467,92246

2,68878E+15

1,08949E+12

1200

1612,4208

2,002E+15

1,24161E+12

1300

802,9246214

1,25551E+15

1,56367E+12

1400

215,419994

4,49291E+14

2,08565E+12

1500

-146,7070107

-4,16643E+14

2,83997E+12

1700

-448,7336758

-2,32767E+15

5,1872E+12

1900

-502,389738

-4,47758E+15

8,91255E+12

2000

-494,9855725

-5,64211E+15

1,13985E+13

2400

-409,4047123

-1,08974E+16

2,66178E+13

2800

-323,4182886

-1,71083E+16

5,28983E+13

3000

-288,080856

-2,0572E+16

7,14105E+13

5000

-113,0621967

-6,83477E+16

6,04514E+14

7000

-59,1166113

-1,40011E+17

2,36839E+15

10000

-29,38564653

-2,92296E+17

9,9469E+15

Рисунок 7 - График вещественной части передаточной функции замкнутой системы

Полученную линию следует заменить прямыми и составить из них трапеции таким образом, чтобы при сложении ординат всех трапеций получился исходный график. В результате получаем

Рисунок 8.

Рисунок 9

Таблица

h

t

H*h

h

t

H*h

h

t

H*h

h

t

H*h

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0,5

0,25

0,0005

888,83

0,14

0,001

-230

0,255

2E-04

-127,5

0,24

8E-05

-70,8

1

0,48

0,0009

1706

0,31

0,002

-517

0,49

3E-04

-245

0,461

0,0002

-136,6

1,5

0,69

0,0014

2455

0,45

0,004

-749

0,706

4E-04

-353

0,665

0,0003

-196,2

2

0,86

0,0019

3067,9

0,57

0,005

-954

878

6E-04

-439

0,833

0,0003

-245,7

2,5

0,99

0,0023

3530,2

674

0,006

-1124

1,01

7E-04

-505

0,967

0,0004

-295,3

3

1,08

0,0028

3877,9

0,76

0,007

-1259

1,1

9E-04

-550

1,061

0,0005

-313

3,5

1,13

0,0033

4057,1

0,78

0,008

-1306

1,145

0,001

-572,5

1,115

0,0006

-328,9

4

1,15

0,0037

4128,8

0,86

0,009

-1429

1,158

0,001

-579

1,142

0,0007

-336,9

4,5

1,14

0,0042

4078,6

0,88

0,01

-1473

1,138

0,001

-569

1,138

0,0007

-335,7

5

1,12

0,0047

4121,6

0,9

0,012

-1495

1,007

0,002

-503,5

1,118

0,0008

-329,8

5,5

1,08

0,0051

3881,5

0,9

0,013

-1501

1,07

0,002

-535

1,092

0,0009

-322,1

6

1,04

0,0056

3716,6

0,9

0,014

-1508

1,021

0,002

-510,5

1,051

0,001

-310

6,5

1

0,0061

3587,6

0,9

0,015

-1508

0,982

0,002

-491

1,018

0,0011

-300,3

7

0,98

0,0065

3494,4

0,9

0,016

-1508

0,957

0,002

-478,5

0,993

0,0011

-292,9

7,5

0,96

0,007

3433,5

0,91

0,018

-1513

0,944

0,002

-472

0,974

0,0012

-287,3

8

951

0,0075

3408,4

0,91

0,019

-1518

0,941

0,002

-470,5

0,966

0,0013

-285

8,5

0,95

0,0079

3401,2

918

0,02

-1531

0,944

0,003

-472

0,966

0,0014

-285

9

0,96

0,0084

3440,6

0,94

0,021

-1571

0,951

0,003

-475,5

0,97

0,0015

-286,2

9,5

0,97

0,0089

3483,7

0,93

0,022

-1555

0,96

0,003

-480

0,975

0,0016

-287,6

10

0,99

0,0093

3530,2

0,94

0,023

-1566

0,993

0,003

-496,5

0,982

0,0016

-289,7

10,5

0,96

0,0098

3426,3

0,95

0,025

-1578

1,007

0,003

-503,5

0,987

0,0017

-291,2

11

1

0,0102

3591,2

0,95

0,026

-1580

1,014

0,003

-507

0,993

0,0018

-292,9

11,5

1,01

0,0107

3605,5

0,95

0,027

-1583

1,017

0,003

-508,5

0,997

0,0019

-294,1

12

1,01

0,0112

3605,5

0,95

0,028

-1585

1,018

0,004

-509

0,997

0,002

-294,1

12,5

1,01

0,0117

3605,5

0,92

0,029

-1531

1,019

0,004

-509,5

0,997

0,002

-294,1

Каждая функция характеризуется высотой Н, частотой излома щп и

частотой среза щс. Кроме того, трапеция имеет определенный коэффициент наклона ч= щп/ щс. Все необходимые расчёты сведены в таблицу.

Таблица для нахождения коэффициента наклона

тропеция

H

Wп

Х

OABC

3584

1071

571

0,53

OKN

-1668

429

0

0

ONML

-500

3429

2000

0,58

OFRP

-295

6111

3000

0,49

По коэффициенту наклона трапеции для неё может быть найдена h-функция, т.е. функция времени.

При построении h-функций, соответствующих трапециям, ординаты табличных значений следует умножить на высоту соответствующей трапеции (так как h-функции рассчитаны для единичных трапеций) и изменить масштаб времени в соответствии с формулой

t=

данные расчётов приведены в таблице.

Просуммировав построенные графики получаем искомую кривую переходного процесса. Эти построения выполнены на рисунке 10, а все необходимые расчёты сведены в таблицу.

Рисунок 10 - Построение графиков переходной характеристики САУ

6. Определение показателей качества САУ

Анализ построенной кривой переходного процесса показывает, что САУ стабилизируется на уровне Рy=1286,Н при подаче на вход единичного ступенчатого сигнала.

Время регулирования составляет 0,0068 секунды.

Допускаемая ошибка е составляет 3-5% от установившегося.

е=64,3,Н

отклонение регулируемой величины от установившегося режима 2е не должно превышать допустимых пределов е.

2е=190,48,Н

То есть более чем в 2 раза превышает допустимые пределы.

Перерегулирование - Дhmax (выброс) представляет собой максимальное отклонение регулируемой величины от установившегося значения.

Дhmax=hmax- hуст=2667-1286=1381,Н

Наряду с Дhmax используют относительное перерегулирование у

у=

в качестве оптимального допускают относительное перерегулирование в пределах 20-30%.

Запас устойчивости по амплитуде ДА=0,99999,В

Выводы

По полученным характеристикам можно сделать вывод о непригодности данной САУ к качественной работе по ряду причин:

- легко выходит из установившегося состояния;

- отклонение регулируемой величины от установившегося режима более чем в 2 раза превышает допустимые нормы;

- относительное перерегулирование 107% при оптимально допустимом 20-30%.

Для повышения качества, уменьшения передачи колебательности следует уменьшить коэффициент передачи всей САУ, а также увеличить коэффициент деформации о в эквивалентной упругой системе станка. Более радикальное улучшение качества без ухудшения чувствительности системы может быть получено за счёт введения корректирующих устройств, меняющих структурную схему САУ.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Конструктивная и функциональная схемы системы автоматического регулирования, предназначенной для стабилизации силы резания при фрезеровании за счет управления приводом подач. Анализ устойчивости, качества и точности САУ. Синтез корректирующего устройства.

    курсовая работа [871,4 K], добавлен 30.04.2011

  • Расчет режима резания при точении аналитическим методом для заданных условий обработки: размер заготовки, обоснование инструмента, выбор оборудования. Стойкость режущего инструмента и сила резания при резьбонарезании. Срезаемый слой при нарезании резьбы.

    контрольная работа [3,7 M], добавлен 25.06.2014

  • Роль теплоотвода из зоны резания на температуру резания. Обработка титановых сплавов лезвийным и абразивным инструментом. Определение главных действительных углов и периода стойкости токарного резца. Рациональный режим резания при точении и сверлении.

    контрольная работа [1,9 M], добавлен 08.02.2011

  • Методика расчета скорости резания при обтачивании и растачивании резцами из твердых сплавов, при нарезании резьбы метчиком, поправочные коэффициенты. Допустимая скорость резания при сверлении, ее повышение за счет улучшения геометрии режущей части.

    презентация [432,5 K], добавлен 29.09.2013

  • Титановые сплавы - материалы, плохо поддающиеся обработке резанием. Общие сведения о существующих титановых сплавах. Уровни механических свойств. Выбор инструментальных материалов для токарной обработки титановых сплавов. Нанесение износостойких покрытий.

    автореферат [1,3 M], добавлен 27.06.2013

  • Определение элементов, силы, мощности и скорости резания, основного времени. Расчет и назначение режимов резания при точении, сверлении, зенкеровании, развертывании, фрезеровании, зубонарезании, протягивании, шлифовании табличным и аналитическим методами.

    методичка [193,5 K], добавлен 06.01.2011

  • Основные понятия и положения теории резания материалов. Общая схема и система резания. Движение резания и его элементы. Строгальные, долбежные и протяжные виды обработки. Комбинированные виды обработки и оптимизация функционирования системы резания.

    курс лекций [2,1 M], добавлен 20.02.2010

  • Этапы анализа процесса резания как объекта управления. Определение структуры основного контура системы. Разработка структурной схемы САР. Анализ устойчивости скорректированной системы. Построение адаптивной системы управления процессом резания.

    курсовая работа [626,1 K], добавлен 14.11.2010

  • Система автоматического управления (САУ) длиной дуги плавильного агрегата. Передаточные функции САУ. Заключение о качестве работы замкнутой системы. Достижение требуемых показателей качества в процессе корректирования САУ. Оценка качества работы системы.

    курсовая работа [1021,0 K], добавлен 11.03.2013

  • Характеристика и анализ достоинств и недостатков методик финишной обработки длинных валов. Сущность и схема комбинированной обработки длинного вала. Способы оптимизации режимов резания при точении нежестких валов, разработка ее математической модели.

    научная работа [467,2 K], добавлен 20.10.2009

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.