Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

Целью данного дипломного проекта является модернизация приводов подач вальцешлифовального станка фирмы WALDRIH SIEGEN модели WS11h.

Расчетно-пояснительная записка включает:

листов записки- ;

рисунков- ;

таблиц- .

Исходными данными к проектированию являются технические характеристики станка, технология обработки деталей, и документация по системам управления фирмы SIEMENS. В проекте проанализированы приводы продольной и поперечной подач, рассчитаны кинематические цепи подач, выбраны двигатели для их приводов, спроектированы структурные модели приводов и оценена их работа в динамике с помощью прикладного пакета SIAM, разработана СУ приводов подач на базе блоков и элементов фирмы SIEMENS, которая устанавливается взамен устаревшей релейно-контакторной СУ.

Также в дипломном проекте произведено технико-экономическое обоснование ( получен годовой экономический эффект, срок окупаемости системы, увеличена программа выпуска изделий и т. д. ), проанализированы условия труда и охрана окружающей среды, а также мероприятия по гражданской обороне.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в области автоматизации производства наметилось новое направление. На промышленных предприятиях накопилось большое количество оборудования, отработавшего свой ресурс и уже не обеспечивающего требуемых характеристик, оставаясь при этом работоспособным. Новое направление заключается в модернизации данного оборудования с целью приближения его характеристик к паспортным данным. Это может быть достигнуто следующими путями: снижение приведенного момента инерции механических частей приводов, установка высокомоментных электродвигателей, применение цифровой системы управления и т. д. Все эти пути взаимосвязаны и модернизация какого-либо узла требует предварительной оценки его влияния на характеристики объекта управления. Проведение подобного анализа невозможно без расчетной модели, где все узлы и процессы происходящие в системе имеют математическое описание (алгебраические и дифференциальные уравнения, передаточные функции и т. п.).

Для однозначного определения математического описания объекта управления необходим метод, позволяющий обеспечить точное измерение параметров объекта и провести их анализ. Выполнение этих функций может обеспечить ЭВМ с соответствующим программным обеспечением.

Задачей данного дипломного проекта является модернизация электрооборудования вальцешлифовального станка WS11h, моделирование реальных систем модернизированного электропривода подач станка и проведение анализа динамических характеристик после модернизации.

Модернизация включает в себя:

изменение кинематики приводов подач станка;

замена устаревших ДПТ на современные высокомоментные синхронные двигатели;

замена релейно-контакторной системы управления на современную СЧПУ включающую в себя: программируемый контроллер SIMATIC S7, блок ЧПУ SINUMERIK FM-NC, и глубокорегулируемый привод подач SIMODRIV 611A.

В результате проведенных исследований установлено, что применение высокомоменнтного синхронного привода позволяет существенно повысить качество динамических характеристик привода подач станка.

1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

НАЗНАЧЕНИЕ ВАЛЬЦЕШЛИФОВАЛЬНОГО СТАНКА WS11

Специализированный вальцешлифовальный станок Waldrich Siegen WS11h предназначен для шлифования наружных и цилиндрических, конических и торцевых поверхностей, а также для снижения шероховатости обрабатываемых деталей и получения точных размеров. В таблице 1.1 представлены основные технические характеристики вальцешлифовального станка WS11h.

На рисунке 1.1 показан общий вид оборудования вальцешлифовального станка WS11h.Станок имеет следующие основные узлы:1-планшайба; 2- задняя бабка; 3- люнеты; 4-станина заготовки;5- шпиндельная бабка; 6- ЭД привода главного движения;7- станина суппорта; 8- шлифовальная бабка; 9- ЭД привода шлифовального круга; 10- суппорт.

Обрабатываемая деталь устанавливается мостовым краном и закрепляется в кулачках планшайбы 1. Данные заготовки поджимаются центром задней бабки 2 и люнетом 3, которые установлены на направляющих станины заготовки 4 и имеют возможность перемещаться и закрепляться в зависимости от длинны обрабатываемой детали на требуемом расстоянии от шпиндельной бабки 5. Вращение планшайбы осуществляется от ЭД главного привода 6 посредством клиноременной передачи и жесткой муфты. На станине суппорта 7 установлена шлифовальная бабка 8 с ЭД привода вращения шлифовального круга 9 .

Шлифование бочкообразных поверхностей производится путем перемещения суппорта 10 вдоль заготовки, посредством включения привода продольной подачи, а шлифование конусных поверхностей путем перемещения суппорта 10 вдоль и поперек заготовки, включением соответственно продольной и поперечных подач.

Для снижения сил сопротивления движению под направляющие суппорта, в специальные профилированные карманы, под большим давлением, подается масло, которое приподнимает суппорт, образуя маслянную подушку толщиной в несколько микрометров. Таким образом удается значительно уменьшить коэффициент трения в направляющих.

Таблица 1.1- Технические характеристики вальцешлифовального станка WS11h

Параметры	Значения
Габариты деталей, мм: Диаметр Длина	2000 15000
Пределы частот вращения планшайбы, об/мин	400-1600
Пределы подач суппорта, мм/мин	20-3000
Скорость быстрых перемещений суппорта, мм/мин	6000
Перемещение суппорта, мм Продольное Поперечное	11500 1500
Мощность ЭД главного движения , кВт	88
Габаритные размеры станка, мм Длинна Ширина Высота	24000 5950 2500

АНАЛИЗ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ЭП ПОДАЧ

КИНЕМАТИКА ЭП ПРОДОЛЬНЫХ ПОДАЧ

ЭП продольных подач предназначен для продольного перемещения суппорта шлифовального круга вдоль направляющих станины суппорта. Перемещение суппорта осуществляется с помощью механизма продольной каретки.

Кинематическая схема привода продольных подач представлена на рисунке 1.2. Продольное перемещение суппорта осуществляется с помощью червячной передачи 8, 9, через 3-х ступенчатый редуктор от электродвигателя постоянного тока.

ЭД постоянного тока типа 1GS2167-3R.24 имеет следующие характеристики:

- частота вращения n=0.04-8-1200 об/мин;

- мощность N=6.2 кВт;

напряжение питания U=200 В;

потребляемый ток I=35.4 А;

Крутящий момент от ЭД передается на зубчатые колеса 1-5 , червячную передачу 8-9 и реечное колесо 10. Передаточное отношение редуктора определяется по формуле:

u=u1-3*u4-5*u8-9 ,

где u1-3=z3/z1=49/25=1.96; u4-5=z5/z4=71/36=1.97;u8-9=z9/z8=65/1=65.

Тогда u=1.96*1.97*65=251.

Рассчитаем скорость перемещений, по формуле, указанной в МУ[ ]:

V=S0*nДВ,

Где S0-подача продольного перемещения суппорта за 1об.эд.,мм/об, рассчитывается по формуле:

S=n10*2*r10,

где n10- частота вращения реечного колеса за 1об.эд.;

r10-радиус реечного колеса 10:r10=(M10*z10)/2=(5*40)/2=100мм,

где М10-модуль реечного колеса (М10=5).

За один оборот ЭД реечное колесо совершит:

1обэд*(z1/z2)*(z4/z5)*(z8/z9)=1обэд*(25/49)*(36/71)*(1/65)=0,004об;

Тогда: S=0.004*6.28*100=2.5мм/об=0,0025м/об

Определяем скорость рабочего и быстрого хода:

Скорость рабочего хода :

VРХ=S0*nНОМ=0.0025*1600=4м/мин=0.067м/сек.

Скорость быстрого хода:

VБХ=S0*nMAХ=0.0025*2400=6м/мин=0.1м/сек.

Приведенный момент инерции к валу ЭД рассматриваемой системы определяется исходя из того, что значение кинетической энергии всех движущихся элементов до и после приведения должна оставаться неизменной:

JПР=JДВ+J1+J6+JВ1+J2/u21-2+(J3+J4+JВ2)/(u21-2u22-3)-+(J5+J8+J7+JВ3)/(u21-2u22-3u24-5)+-+(J9+J10)/(u21-2u22-3u24-5*u28-9)+(Mсупп*v2)/w2ДВ,

где JДВ- момент инерции двигателя (JДВ=0.015кг*м2); JN- момент инерции зубчатых колес редуктора, рассчитываемых по формуле: JN=m*(D2+d2)/8,

где m- масса шестерни: m= *((D2-d2)/4)*H* ,

где Н-ширина шестерни, м; -плотность стали ( =7.85*103кг/м3),

D- наружный диаметр шестерни, м; d- внутренний диаметр шестерни, м.

Момент инерции вала рассчитывается по формуле:

JВ=*(D4/32)*l*,

где D- диаметр вала, м; l- длинна вала.

Расчет моментов инерций и масс зубчатых колес производится с помощью ЭВМ. Программа расчета представлена в приложении Результаты расчетов сведены в таблице 1.2.

В расчетах использованы габаритные размеры валов и зубчатых колес, приведенные на заводском сборочном чертеже коробки подач станка WS11h.

В соответствии с рассчитанными данными приведенный момент инерции равен:

JПР=0.015+0.05+0.0003+0.045+0.005+0.07/2.8+(0.012+0.004+0002/(2.82*0.72)+(0.077+0.00055+0.006+0.01)/(2.82*0.72*1.972)+4.75/(2.82*0.72*1.972*652)+(20000*0.0672)/167.42=0.123 кг*м2.

1.2.2 КИНЕМАТИКА ЭП ПОПЕРЕЧНЫХ ПОДАЧ

ЭП поперечных подач предназначен для поперечного перемещения суппорта шлифовального круга по направляющим суппорта.

Кинематическая схема привода поперечных подач представлена на рисунке 1.2

Поперечное перемещение суппорта осуществляется с помощью кинематической пары винт-гайка качения 7 ,через 4-х ступенчатый редуктор от ЭД постоянного тока продольной подачи, и 2-х ступенчатый редуктор от асинхронного ЭД мощностью N=2.2кВт; и частотой вращения n=680об/мин.

При приведении в зацепление конических зубчатых колес 7,11, через редуктор 1-5, крутящий момент от ЭД постоянного тока продольных подач передается на пару винт-гайка качения 7. Асинхронный ЭД служит для вспомогательного приведения ходового винта 7 и привода вспомогательного винта 6 , предназначенного для выборки люфтов, возникающих в зацеплении зубчатых колес. Крутящий момент от АД передается через редуктор 25-19 на ходовой винт 7 и винт 6.

Передача винт-гайка качения имеет ряд достоинств:

возможность полного устранения зазора в резьбе и создания натяга, обеспечивающего высокую осевую жесткость;

низкие потери на трение, КПД достигает ?=0.9;

почти полная независимость силы трения от скорости и очень малое трение покоя, что способствует обеспечению равномерности движения.

Передаточное отношение редуктора определяется по формуле:

u=u1-3*4-5*u7-11*u12-13*u16-17*u17-19,

где u=zn/zm-передаточное отношение зубчатых колес:

u1-3=1.96; u4-5=1.97; u7-11=1; u12-13=1.33; u16-17=1.48; u17-19=0.98.

Тогда u=1.96*1.97*1*1.33*1.48*0.98=7.45.

Рассчитаем скорость поперечной подачи, используя формулу:

V=S0*nДВ,

где Где S0-подача продольного перемещения суппорта за 1об.эд.,мм/об, рассчитывается по формуле:

S=n0*tХВ,

где n0-частота вращения реечного колеса за 1об.эд.;
tХВ - шаг ходового винта, tХВ =6мм.

За один оборот электродвигателя ходовой винт совершит:

1обэд*(z1/z2)*(z4/z5)*(z7/z11)*(z12/z13)*(z16/z17)*(z17/z19)=

1*(25/49)*(36/71)*(1/1)*(24/32)*(50/74)*(74/72)=0.13 оборотов.

Тогда S=0.13*6=0.78мм/об.

Определяем скорость рабочего и быстрого ходов.

Скорость рабочего хода:

VРХ=S*nНОМ=0.78*1600=1.25м/мин=0.02м/с.

Скорость быстрого хода:

VБХ=S*nУСК=0.78*2400=1.9м/мин=0.032м/с.

Приведенный момент инерции к валу ЭД рассматриваемой системы определяется исходя из того, что значение кинетической энергии всех движущихся элементов до и после приведения должна оставаться неизменной:

JПР=JДВ+J1+J6+JВ1+J2/u21-2+(J3+J4+JВ2)/(u21-2u22-)+(J5+J8+J7+JВ3)/(u21-3*u24-5)+(J11+J12+JВ4)/(u21-3*u24-5)+(J13+J16+J14+JВ5)/(u21-3*u24-5*u212-13)+(J27+J15)/(u21-3*u24-5*u212-13*u216-17)+(J22+J18+JВ6)/(u21-3*u24-5*u212-13*u216-17*u217-18)+(J19+J23+JВ7)/(u21-3*u24-5*u212-13*u216-17-*u217-18)+mСУПП*v2/w2,

где JДВ- момент инерции двигателя (JДВ=0.015кг*м2); JN- момент инерции зубчатых колес редуктора, рассчитываемых по формуле:

JN=m*(D2+d2)/8,

где m- масса шестерни: m= *((D2-d2)/4)*H* ,

где Н-ширина шестерни, м; -плотность стали ( =7.85*103кг/м3),

D- наружный диаметр шестерни, м; d- внутренний диаметр шестерни, м.

Момент инерции вала рассчитывается по формуле:

JВ=*(D4/32)*l*,

где D- диаметр вала, м; l- длинна вала.

Расчет моментов инерций и масс зубчатых колес производится с помощью ЭВМ. Программа расчета представлена в приложении

В расчетах использованы габаритные размеры валов и зубчатых колес, приведенные на заводском сборочном чертеже коробки подач станка WS11h.

В соответствии с рассчитанными данными приведенный момент инерции равен:

JПР=0.015+0.05+0.0003+0.045+0.005+0.07/2.82+(0.012+0.004+0.0002)/(2.82*0.72)+(0.077+0.00055+0.006+0.01)/(1.962*1.032)+(0.00035+0.0003+0.0012)/(1.962*1.032)+(0.002+0.02+0.015+0.005)/(1.962*1.032*1.332)+(0.07+0.08)/(1.962*1.032*1.332*1.482)+(0.04+0.016+0.06)/1.962*1.032*1.332*1.482*0.982)+(0.06+0.06+0.08)/1.962*1.032*1.32*1.4*0.982)+20000*0.022/1672=0.19кг*м2

Особенностью привода подач станка WS11h является то, что привод продольной и поперечной подач осуществляется от одного ЭД. Кинематическая цепь поперечной подачи включает в себя цепь продольных подач. Поэтому момент инерции ЭП поперечной подачи превышает момент инерции ЭП продольной подачи.

вальцешлифовальный станок электрический двигатель

ОПИСАНИЕ СУЩЕСТВУЮЩЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СТАНКА WS11h

Существующая система управления станка WS11h представляет собой релейно-контакторную систему фирмы SIEMENS, которая располагается в электрических шкафах рядом со станком и соединяется с ним кабелями.

Узел питания. Электрическая установка включается главным выключателем. Нажимом на кнопочный выключатель “Включение станка” включается управляющее напряжение. При подачи команды “Выключение станка” производится отключение и притормаживание привода шпиндельной бабки и привода коробки подач в то время, как шлифовальный двигатель не притормаживается и вращается по инерции до остановки. Управляющее напряжение может быть включено лишь в том случае, если все привода постоянного тока выключены. Отключение станка производится при следующих неполадках:

1) при дефекте в приводе шлифовального круга;

при дефекте в приводе шпиндельной бабки;

при дефекте в приводе коробки подач;

при выходе из строя вентиляции распределительного шкафа.

При вышеуказанных дефектах, а также при команде “Выключение станка” отключаются все привода, за исключением гидростатической смазки шлифовальных осей.

Узел привода шлифовального круга. Предварительное условие: при сигнале “Готовность к работе” для станка должна установится гидростатическая смазка шлифовальных осей. Включение производится посредством кнопочного выключателя. После установления возбуждения двигателя включается сетевой контактор, деблокируется регулятор и деблокируется заданное значение. Регулировка числа оборотов в диапазоне от 500 до 2000об/мин производится посредством потенциометра на панели управления. Питание якоря производится посредством блока силовых тиристоров GCOL-D 450/330 Mer S2. Регулировка числа оборотов в диапазоне возбуждения двигателя производится посредством тиристорного прибора GCO-D 175/8 Mer-1.

Шлифовальный двигатель отключается при следующих неполадках:

при прерывании воздушного потока в тиристорном блоке;

при слишком большом числе оборотов шлифовального круга посредством транзисторного реле;

при исчезновении тока возбуждения двигателя;

при срабатывании защитных выключателей блока управления и питания возбуждения.

Привод ускоренного перемещения включается посредством кнопочных выключателей “Подводить” и “Назад”. При команде “Выключение станка” и “Выключение шлифовального двигателя” посредством реле времени производится кратковременное переключение на “Назад”. Шлифовальный круг отходит при этом от обрабатываемой детали.

Узел пускового устройства. При помощи кнопки производится включение привода подачи с максимальным числом оборотов, если шлифовальный круг, шпиндельная бабка и насос охлаждающего средства включены. При соприкосновении шлифовального круга с валком производится отключение посредством электронного реле постоянного напряжения на добавочных полюсах шлифовального двигателя, одновременно включается коробка передач по направлению влево.

Узел привода шпиндельной бабки. Включение производится посредством кнопочного выключателя “Включение шпиндельной бабки” включается контактор возбуждения. После установки возбуждения двигателя срабатывает реле контроля тока возбуждения и включает сетевой контактор. Вследствие этого упраздняется блокировка реверса и деблокируется заданное значение. Регулировка числа оборотов в диапазоне от 180 до 1800об/мин производится посредством потенциомнтра. Питание якоря осуществляется от силового тиристорного блока GCOL-D 450/330 Mer 2. Регулировка числа оборотов в диапазоне возбуждения двигателя производится посредством тиристорного прибора GCO-E 175/8 Mer-1. При нажиме на кнопочный выключатель “Стоп” производится притормаживание двигателя до полной остановкипосредством реверсирования возбуждения и затем его отключение. Контроль останова осуществляется посредством реле нулевой скорости. Двигатель шпиндельной бабки отключается при следующих неполадках:

при срабатывании защитного термоконтакта в двигателе;

при срабатывании защитных выключателей двигателя на блоке управления и питании возбуждения;

при исчезновении возбуждения\ реле контроля тока возбуждения \.

Узел привода коробки подач (схема приведена на рисунке 1. ).

Электрическая схема узла привода коробки подач представленна на рисунке

Педварительное условие: при сигнале “Готовность к работе” для станка должна включится смазка направляющих станины, после установления давления масла деблокируется привод коробки подач. Включение производится посредством кнопочных выключателей “Вправо” или “Влево”. После срабатввания реле контроля тока возбуждения 7u10 и упразднения блокировки реверсора производится деблокировка заданного значения для малого числа оборотов. После выдержки времени посредством реле вреьени 7d22 производится переключение на установленное значение. Регулировка числа оборотов в диапазоне от 24 до 1200 об/мин производитсяпосредством потенциометра 7r30 через силовой тиристорный блок GCO-D 200/57 Mer 203 с полупериодной выпрямительной схемой со средней точкой. Переключение шлифовальных салазок производится конечными выключателями.

При нажиме на кнопочный выключатель “Стоп” двигатель электрически притормаживается с постоянным моментом до полного останова и затем отключается. Контроль останова производится посредством реле нулевой скорости 7u11.Привод отключается при следующих неполадках:

при срабатывании предохранительного контроля тиристорного блока;

при срабатывании защитных выключателей двигателя на блоке управления и питании возбуждения;

при исчезновении возбуждения двигателя \ реле контроля тока возбуждения 7u10 \.

Узел шлифования конусов. При команде “Включение шлифования конусов” в действие приводится муфта для шлифования конусов и растормаживается тормоз ускоренного перемещения в то время, как одновременно включается коробка подач. Функция “Шлифование конусов” блокируется ускоренным перемещением, смазкой поперечных направляющих и коробкой подач.

1.4 ОЦЕНКА СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ СТАНКА. ПУТИ МОДЕРНИЗАЦИИ И ЗАМЕНЫ УСТАРЕВШЕГО ОБОРУДОВАНИЯ

В настоящее время вальцешлифовальный станок модели WS11h, инв.№11217, 1975г. выпуска ,фирмы Waldrich Siegen не соответствует паспортным данным по нормам точности и оснащен устаревшей морально и физически СЧПУ, что обуславливает частые сбои системы ЧПУ и простои станка. Кроме того станок не обеспечивает шлифовку конусных шеек валков, отсутствует цифровая индикация, а также шероховатость поверхностей не соответствует принятым нормам.

В результате ревизии электрооборудования выявлены следующие недостатки: ДПТ и ТП SIMOREG электроприводов подач имеют износ до 85%, ремонту не подлежат по причине и снятия с производства; станок не снабжен системой ЧПУ, а система управления релейно-контакторного типа фирмы SIEMENS не работоспособна по причине износа контактов и отсутствия запчастей в следствии снятия с производства. Кроме того обнаружены многочисленные обрывы электрических кабелей вследствии старения и потери гибкости.

Чтобы устранить указанные недостатки и довести станок до паспортных данных по нормам точности необходимо произвести капремонт и модернизацию электрооборудования станка. Для сокращения сроков модернизации, упращения послеремонтного обслуживания модернизированной СУ целесообразно применение современного оборудования и програмного обеспечения, поставляемого на НКМЗ фирмой SIEMENS ( Германия).

Наиболее сложной задачей модернизации электрооборудования станка является задача обеспечения высокой точности работы ИМ. Решение этой задачи возможно путем принятия следующих мер:

сокращение кинематической цепи между ИМ и датчмком положения;

повышение разрешающей способности измерительных преобразователей;

выбор оптимальной структуры СУ ЭП;

обеспечение высокого быстродействия и вычислительной мощности микро-ЭВМ.

Необходимость снижения уровня шероховатости способствует ужесточению требований к ЭП по значению погрешностей в установившихся и переходных режимах при различных возмущающих воздействиях, по расширению диапазона регулирования, повышению равномерности движения, особенно под нагрузкой, по увеличению быстродействия при возмущению по нагрузке.

Требование роста производительности станка приводит к увеличению мощности и максимальной скорости привода главного движения; к повышению скорости быстрого хода приводов подач; увеличению максимальных рабочих подач; уменьшению времени разгона и торможения; позиционированию приводов подач; вспомогательных перемещений, а также времени на выполнение ремонтных и других вне цикловых работ [ ].

Для удовлетворения изложенных выше требований предполагается оснастить станок электроприводом подач SIMODRIVE 611A с высокомоментными сервомоторами переменного тока повышенной надежности фирмы SIEMENS. Предполагается также замена устаревшей СУ на более современную систему SINUMERIK FM-NC класса CNC. СЧПУ FM-NC базируется па программируемом контроллере SIEMENS SIMATIC S7 с повышенной надежностью работы, расширенной диагностикой и энергонезависимой памятью. Система работает со всем спектром современного программного обеспечения (ввод программ с дискет 3.5'') и легко переналаживается. Кроме того СЧПУ обеспечивает моделирование и диагностику технологического процесса.

Ремонтные работы на станке кроме всего прочего, предполагают замену изношенных гибких токоподводов к суппорту и задней бабке, вышедшей из строя электропроводки, кнопок управления сигнальных арматур и ламп на пультах и в шкафах управления, а также ремонт электроаппаратов (конечные выключатели, реле, вентиляторы, фильтры и др.).

Оборудование SIEMENS имеет высокую надежность, легко монтируется и обслуживается. Поэтому такой путь модернизации станка позволяет в кратчайшие сроки осуществить монтаж и наладку ремонтируемого и вновь устанавливаемого электрооборудования. Затраты на его приобретение быстро окупаются за счет роста производительности станка и повышения качества, а следовательно, отпускной цены выпускаемой продукции.

2 РАСЧЕТНО-КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

РАСЧЕТ ТРЕБУЕМОЙ МОЩНОСТИ И ВЫБОР ЭД ПОДАЧ

Для выбора мощности ЭД используем методику расчета, которая применяется на НКМЗ при конструировании ЭП подач станков, предложенную фирмой SIEMENS.

Фактическая мощность ЭД определяется по формуле:

Ррасч= ,

где nном- номинальная частота вращения ЭД, мин-1;

Мv- суммарный момент сопротивления перемещению, приведенный к валу двигателя, Нм.

Величина момента Мv рассчитывается по формуле:

Мv= ,

где Fv- тяговая сила, необходимая для преодоления сил полезного сопротивления, Н;

hs- шаг винта, принимаем hs=0.06м;

- КПД редуктора, равный 0.85.

Сила Fv определяется по формуле, приведенной в работе [ ]:

Fv=K п*Px+Fc,

где K п- коэффициент, учитывающий влияние опрокидывающего момента, который возникает вследствие несимметричного приложения силы подачи, для суппортов вальцешлифовальных станков с прямоугольными направляющими принимаем Кп=1.1;

Px- составляющая сила резания, действующая в направлении подачи, Н;

Fc- сила трения в направляющих, определяется по формулам, рекомендуемым нормалью станкостроения Н48-61 (см. [ ]). Для прямоугольных направляющих:

Fc= ( Pz+2*Py+Qc)*f,

где Qc- вес суппорта, Qc= mc*g=20000*9.84=196.2кН;

приведенный коэффициент трения, f=0.01;

Py, Pz- составляющие силы резания, Н, определяются по предложенным режимам резания базового ТП.

В приложении приведены технологические карты обработки прокатных валков типа С-Д х1950, которые обрабатывались на станке WS11h. Рассчитаем силы резания по формуле [ ]:

Px,y,z=10*Cp*tx*sy*vn*Kp,

где t- глубина резания, t=0.05мм;

s- подача, s=1.23мм/об;

Cp, x, y, n- постоянные коэффициенты и показатели степени для расчетных условий, которые соответственно равны: 339, 0.5, 0.55, 0.5(табл.22[ ]);

Kp- поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия обработки, Kp=1.1;

v- скорость резания, v=32м/мин.

Осевая сила резания составляет:

Px=10*339*0.050.5*1.230.5*320.5*1.1=5.2кН.

Тангенциальную Pz и радиальную Py составляющие силы резания определяем из соотношения:

Px: Py: Pz= 1: 0.4: 0.25,

отсюда Pz=2,1кН; Py=1,3кН.

Таким образом, необходимая тяговая сила составляет: Fv=1.1*5.2+(2.1+2*1.3+196.2)*0.01=7.7кН.

Момент сопротивления, приведенный к валу двигателя: Мv=7700*0.06/6.28*0.85=86.8Нм.

Рассчитанное значение момента используем для определения серии ЭД. По каталогу [ ] фирмы SIEMENS выбираем синхронный высокомоментный электродвигатель серии 1FT5 136 с номинальным вращающим моментом Мн=105Нм и частотой nн=1200об/мин.

Расчетное значение требуемой мощности ЭД:

Ррасч=86.8*1200/9550=10,6 кВт.

Принимаем ЭД типа 1FT5 136-OAA71 номинальной мощностью Рн=11кВт, технические данные которого приведены в таблице 2.1. На рисунке 2.1 представлены механические характеристики ЭД при различных режимах работы(s1,s3-60%; s2-25%).

Синхронный ЭД (СД) выбран в качестве приводного по следующим соображениям:

СД позволяет регулировать скорость в широком диапазоне при постоянном моменте, что требуется для электропривода подач;

перегрузочная способность СД мало чувствительна к понижению напряжения сети, что относится к числу его основных достоинств;

важной особенностью СД является возможность фиксации положения его ротора путем подключения обмоток фаз статора к источнику постоянного напряжения( кривая1, рисунок2.1). Путем переключения обмоток можно с высокой точностью задавать дискретные перемещения ротора, соответствующие определенному числу шагов. Таким образом в шаговом режиме СД способен отрабатывать перемещения задаваемые числом электрических импульсов, коммутировать перемещения задаваемые числом электрических импульсов, коммутатора путем подключения обмоток фаз статора к источнику постоянного напряжения ( кривая1, рисунок2.1). Путем переключения обмоток можно с высокой точностью задавать дискретные перемещения ротора, соответствующие определенному числу шагов. Таким образом, в шаговом режиме СД способен отрабатывать перемещения задаваемые числом электрических импульсов, коммутирующих токи статора в требуемой последовательности. Жесткая связь между числом шагов перемещения ротора и числом электрических импульсов является замечательным свойством этого двигателя, широко используемым в практике дискретного ЭП с цифровым управлением.[ ]

РАСЧЕТ ПЕРЕДАТОЧНОГО ЧИСЛА РЕДУКТОРА

Максимальная частота вращения выбранного СД ниже частоты вращения базового ДПТ, поэтому необходимо изменить передаточное число редуктора так, чтобы обеспечить скорость быстрых перемещений суппорта.

Требуемое передаточное число редуктора можно определить из формулы:

S0=hS/u,

отсюда u=hS/s0,

где hS- шаг передачи винт-гайка, мм;

S0- подача на 1 об ЭД, мм/об, определяется из формулы для скорости перемещения:

S0= v/nДВ.

Таким образом, чтобы обеспечить максимальную скорость рабочего хода vРХ=1250мм/мин при частоте вращения ЭД nдв=1900об/мин необходимо получить подачу не менее

S0=1250/1900=0.69 мм/об.

Тогда передаточное число редуктора поперечных подач:

u=6/0.69=8.7.

Так как редуктор продольных подач не изменяется, то передаточное отношение и скорости подач остаются неизменными.

Чтобы получить рассчитанное передаточное число редуктора поперечных подач устанавливается дополнительный редуктор передаточным числом u=5 и заменяются зубчатые колеса z1 48*3 и z2 50*3. Кинематика измененного привода представлена на рисунке 2.2. Рассчитаем фактические значения передаточного числа редуктора:

u=uред*u1-2*u3-4=5*z2/z1*z4/z3=5*50/48*40/24=8.67.

Определим фактическую скорость перемещений:

vрх=s0*nдв=hхв*nдв/u=6*1900/8,67=1248мм/мин=0.02м/с.

Таким образом, полученная скорость соответствует заданному значению.

Рассчитаем приведенный момент инерции ЭП с учетом изменившегося редуктора и двигателя. Расчет моментов инерции и масс зубчатых колес производим с помощью ПЭВМ. Результаты расчетов приведены в таблице 2.2. Программа вычислений представлена в приложении .

Таблица 2.2- Результаты расчетов масс и моментов инерции зубчатых колес

Обозначение	Масса m, кг	Момент инерции J,кг*м2
z1	2	0,002
z2	1,6	0,002
z3	3,5	0,0016
z4	9,8	0,06
z5	9,8	0,06
вал1	79,8	0,08
вал2	35,5	0,016

Приведенный момент инерции ЭП поперечных подач опреде-

ляется по формуле:

JПР=JРЕД+JДВ+J1+JВ1+(J2+J3+JВ2)/u2p*u21-2+(J4+JВ3)/u2p*u21-2

*u23-4+(J5+Jв4)/u2p*u21-2*u23-4+mc*v2px/w2max,

где Jдв- момент инерции ЭД, Jдв= 0.00718 кг*м2;

Jp- момент инерции редуктора, Jp=0.00035 кг*м2;

Vpx- скорость рабочего хода суппорта, Vpx=0.02м/с;

Wmax- максимальная скорость ЭД, Wmax= 188.4 c-1. Jпр=0.00718+0.00035+0.002+0.0014+(0.002+0.0016)/25*.1,042+(0.06+0.08)/25*1.042*.*1.662+(0.08+0.016)/25*1.042*1.662+20000*0.022/188.42=0.015кг*м2

Приведенный момент инерции привода продольных подач изменится за счет изменения Jдв=0.00718кг*м2 и Wmax.дв=188.4с-1.

С учетом изменений приведенный момент инерции равен:

Jпр=0.00718+0.07+20000*0.0782/188.42=0.08кг*м2.

Для динамического расчета принимается значение Jпр=0.08кг.

ПОСТРОЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ МОДЕЛИ ПРИВОДА

В качестве ЭП подач применяется глубоко регулируемый комплектный ЭП SIMODRIVE 611A. Структура ЭП SIMODRIVE 611A представлена на рисунке 2. . ЭП реализован в соответствии с частотно-токовым способом управления. Управление двигателем осуществляется путем задания в его статорной обмотке трехфазной системы токов, создающих в двигателе вращающееся магнитное поле, от взаимодействия которого с магнитным полем обмотки возбуждения, расположенной на роторе и подключенной к источнику постоянного тока, возникает вращающий электромагнитный момент.

Частота вращения ЭД определяется по формуле:

n=60*f/p,

где f- частота напряжения трехфазной сети, Гц;

р- число пар полюсов магнитного поля статора.

Регулирование частоты представляет собой технически сложную задачу, чем регулирование выпрямленного напряжения, и требует дополнительных ступеней преобразований энергии. ЭП SIMODRIVE 611A содержит ступень преобразования переменного тока в постоянный, и ступень инвертирования.

Функции управления и инвертирования совмещены в реверсивном преобразователе, выпрямленный ток которого изменяется с требуемой частотой с помощью СУ преобразователя. Канал управления частотой осуществляет непрерывное формирование частоты напряжения и тока.

Питание ЭП производится от трехфазной промышленной сети переменного тока с напряжением 380В и частотой 50Гц.

Преобразование постоянного напряжения в регулируемую по частоте и амплитуде трехфазную систему токов для питания синхронного двигателя осуществляется транзисторным инвертором

Источник постоянного напряжения (рисунок 2. ) состоит из блока силового выпрямителя ВС5, LC-фильтра; к сети переменного тока источник подключается через пускатель КЗ.

Выпрямитель на диодах V1…V6 для вторичного источника питания подключается к сети переменного тока через предохранители F1…F3 блока защиты. Такое включение обеспечивает начальный контроль работоспособности блоков управления без подключения силовой цепи инверторов, а также возможность отключение инверторов от сети переменного тока.

Для исключения бросков тока при включении пускателя КЗ конденсаторы С3…С116 в течении 4-7с заряжаются через контакты реле К1 и ограничительные резисторы R6…R8, а контакты пускателя К3.2…К3.4 замыкаются после отключения реле К1.

Конденсаторы С1, С2 фильтра выпрямителя вторичного источника питания и С3…С116 фильтра звена постоянного тока связаны через диоды V7- V8, что позволяет выравнивать напряжение на последовательно соедененных группах конденсаторов и обеспечить питание этого блока при снятии напряжения в сети переменного тока за счет энергии звена постоянного тока.

В аварийных режимах, связанных с замыканием выходных цепей инверторов на корпус, цепь тока замыкается через диоды V1… V4 и конденсатор С117 на время до срабатывания защиты по току инвертора.

Силовая часть инвертора выполнена по мостовой схеме на транзисторных переключателях тока, управление которыми осуществляется замкнутым по току нагрузки регулятором тока. Переключатели тока поочередно подключают вывод обмотки синхронного двигателя к положительному либо отрицательному полюсу звена постоянного тока.

Полумост содержит два силовых прерывателя с индивидуальными схемами управления U1 и U2 (рисунок 2. ). Каждый прерыватель содержит четыре параллельно включенных транзистора, которые управляются эммитерным током двух входных транзисторов того же типа.

Через диод V13 замыкается отрицательная обратная связь по напряжению насыщения, поэтому транзисторы прерывателей работают в активной области, что обеспечивает оптимальные показатели по быстродействию и тепловым потерям. Для ограничения импульсов обратного хода через возвратные диоды V24, V32 в схеме питания силовых ключей имеются магнитосвязанные дроссели L1.1 и L1.2 , шунтированные резисторами через развязывающие диоды V25, V33. При этом включение транзисторов V18, V23 происходит при отсутствии тока в дросселе L.1; скорость нарастания тока рассасывания заряда диода V32 ограничена индуктивностью. При отключении транзисторов ток, протекающий через диод V25, резистор R25 и конденсатор С6. Конденсатор С6 защищает транзисторы от перенапряжений, обусловленных индуктивностями соединительных проводников. Аналогичные процессы происходят при включении и отключении транзисторов V26... V31.

Управление состояниями ВКЛЮЧЕНО и ОТКЛЮЧЕНО прерывателей производится с помощью идентичных схем управления U1 и U2, которые состоят из последовательно включенных диодной оптопары V6, компаратора D1 и усилителя на транзисторах V8,V11,V12,V15...V17.

Диодная оптопара обеспечивает гальваническую развязку силовых цепей и цепей управления. На входе компаратора D1 для защиты от помех включены равные по сопротивлению резисторы R1...R4. При входном сигнале, большем напряжения смещения, на выходе D1:2 формируется сигнал положительной полярности, который через усилитель на транзисторах V8,V11,V12,V15...V17 открывает силовые транзисторы; при входных сигналах, меньших напряжения смещения транзистор V20...V23 заперты за счет обратного смещения перехода база-эммитер.

Для контроля состояния ВКЛЮЧЕНО и ОТКЛЮЧЕНО силовых транзисторов их коллекторы через диод V14, резистор R7 и светодиод V10 подключены к цепи 7В. Если силовые транзисторы находятся в состоянии ВКЛЮЧЕНО, по этой цепи протекает ток и вызывает свечение светодиода; при переключении транзистора с частотой работы инвертора яркость свечения уменьшается.

Напряжение плюс и минус 7В для питания схем управления получают двухполупериодным выпрямлением ( диоды V2...V5, конденсаторы С4,С5) переменного напряжения прямоугольной формы частотой 800Гц и амплитудой 15В.

Уровень выходного сигнала D1, достаточный для залания необходимого базового тока транзисторов V18...V20(V26...V31), формируется, если компаратор подключен к дополнительному источнику напряжения 8.5В(диод V1, конденсатор С1).

Для анализа основных особенностей динамики ЭП с синхронным двигателем используется линеризованная система уравнений, приведенная в работе[ ]. Полагая механические связи абсолютно жесткими можно описать динамические процессы синхронного ЭП следующей системой уравнений:

М= [ ( CЭМ/р)+]*( 0-)

M-MC=JПР*р*

0= 2**f1/рП,

где СЭМ- жесткость угловой характеристики ЭД;

- модуль жесткости асинхронной механической характеристики;

0- угловая скорость поля статора, с-1;

f1- управляющее воздействие,Гц;

рП- число пар полюсов;

МС- момент сопротивления, Нм;

JПР- приведенный момент инерции привода.

Структурная схема электромеханической системы с синхронным двигателем при допущениях представлена на рисунке 2. .

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2. - Структурная схема электромеханической системы

Канал управления частотой осуществляет непрерывное формирование частоты и тока. При непрерывном формировании синусоидальных напряжений или токов заданной частоты его можно считать практически безинерционным, т.е. ТП=0. Коэффициент передачи преобразователя принимается равным каталожному значению коэффициента усиления КП=30.

Анализируя структурную схему ( рисунок 2. ) можно установить, что при работе в синхронном режиме переходные процессы синхронного ЭП могут быть вызваны изменениями упругих воздействий и возмущениями в механической части. Управляющими воздействиями является напряжение на обмотках статора U1, частота f1 и пропорциональная ей угловая скорость поля 0. Возмущающим воздействием в механической части является момент сопротивления МС, вызванный технологическими причинами. В статическом режиме изменение нагрузки на валу двигателя не приводит к изменению скорости, т. к. Модуль статической жесткости равен .

Это справедливо лишь в пределах перегрузочной способности двигателя, определяемой угловой характеристикой ЭД М =f ( ЭЛ). Примерный вид угловой характеристики показан на рисунке 2. . Рассматривая ее, можно убедиться, что увеличение угла ЭЛ вызывает рост электромагнитного момента вначале зависимости близкой к линейной. При ЭЛ > 45 0 темп нарастания быстро снижается, и после достижения максимума ММАХ дальнейшее увеличение угла ЭЛ влечет за собой уменьшение момента ЭД.

В номинальном режиме, когда ЭД развивает номинальный момент МНОМ, угол ЭЛ обычно составляет ЭЛ .НОМ=20-30 0. Этим обстоятельством определяется перегрузочная способность СД, которая лежит в пределах =ММАХ/МНОМ= 2-3.

Электромагнитную жесткость угловой характеристики ЭД можно определить по формуле указанной в работе [ ]:

СЭМ = рН*МН / ЭЛ .НОМ,

где рН- число пар полюсов, рН = 1;

МН- номинальный вращающий момент ЭД, МН = 105Нм;

ЭЛ. НОМ- электрический угол отставания магнитного поля ротора от результирующего магнитного поля ЭД, рад.

ЭЛ. НОМ = 2**200/3600=0.35 рад.

Тогда СЭМ=105/0.35=300Нм.

Для упрощения динамического расчета , принимая во внимание особенности подключения ЭД, влияние демпферной обмотки, которая создает асинхронный момент, обеспечивающий затухание колебаний в системе не учитывается ( =0 ).

Построение расчетной модели привода с СД осуществляется на основе схемы, изображенной на рисунке 2. с учетом приведенных расчетов. Структурная модель модернизированного ЭП подач представленна на рисунке 2. .

Коэффициенты усиления РС и РТ принимаются по характеристикам настройки регуляторов, при этом коэффициент усиления РТ имеет заданное каталожное значение КРТ=7, а коэффициент усиления РС может изменяться в широких пределах. Принимается среднее значение КРС=50-60.

Коэффициенты ОС по скорости и току определяются экспериментально при следующих условиях: коэффициент КС подбирается так, чтобы максимальная скорость ЭД 0=198.8 с-1 соответствовала UЗ=10В; коэффициент КТ подбирается из условия ограничения пускового тока двигателя при максимальном задающем воздействии; ток не должен превышать пикового значения, указанного в характеристике ЭД.

2.4 ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕРНИЗИРОВАННОГО ЭП ПОДАЧ В ДИНАМИКЕ

Исследования системы модернизированного электропривода проводились в режимах рабочего хода и на быстрых перемещениях. Результаты моделирования переходных процессов по скорости и току двигателя представлены в таблицах 2.2 и 2.3.

Рассмотрим диаграмму привода при работе под нагрузкой. На рисунке 2. приведена диаграмма изменения момента сопротивления, моделирующая условия работы на рабочем ходу: пуск ЭД в холостую, ударное приложение нагрузки, работа под переменной нагрузкой и сброс нагрузки. Задающее воздействие на входе системы, соответствующее номинальной скорости ЭД wн=125.6с-1, остается постоянным и составляет UЗ=6В.

На рисунке 2.9 изображены графики переходных процессов по скорости и току ЭД, полученные с помощью программного пакета SIAM. Пуск ЭД осуществляется на холостом ходу, под действием момента сил сопротивления от сил трения МС=22Н*м. Время разгона до номинальной скорости wн=125.6с-1 составляет около 50 мс, перерегулирование по скорости 1.5%, то есть система имеет практически оптимальный по быстродействию характер переходного процесса. Пик тока, который неизбежен при быстром нарастании скорости, не превышает значения, ограниченного техническими возможностями ЭД: IMAX=121A<IПИК=165А(см.таблицу 2.1).

Для электропривода подач станков характерен скачкообразный наброс нагрузки и сброс нагрузки. Поэтому качество процессов управления должно оцениваться не только по условиям статической точности и характера переходного процесса при пуске, но и по поведению системы при видимом приложении возмущающего воздействия, то есть ударной нагрузке. Рассмотрим этот процесс при резком наброске нагрузки до номинального значения МН=105Нм. Наибольшее отклонение скорости от номинального значения ( динамическое падение скорости) ДИН=7с-1, достигается за время tДИН=7мс, то есть происходит очень быстрый скачок скорости, который сопровождается ростом тока ЭД. Далее идет процесс восстановления скорости, обуславливаемый действием ООС по скорости. Скорость, соответствуящая новому установившемуся режиму составляет =123.6с-1, то есть статическое падение скорости С=2с-1. Перерегулирование по скорости ДИН / С=7/2=3.5% не превышает принятого ограничения =20%, что говорит о достаточной жесткости механической характеристики ЭД. Время, прошедшее с момента приложения нагрузки до установления статической скорости tMAX=600мс. Этот показатель характеризует быстродействие системы по возмущающему воздействию и определяется действием ООС по току. Высокое быстродействие системы при резких перепадах возмущающего воздействия обеспечивает достаточно стабильное поддержание скорости привода близкой к номинальной. Это подтверждается данными, полученными при исследовании ЭП при перепадах и сбросе нагрузки( см.табл.2.2). Установившаяся скорость после сброса нагрузки =125.3с-1, то есть практически равна номинальной Н=125.6с-1.

Для исследования характера переходных процессов по току и скорости на быстрых перемещениях проводилось моделирование привода при разгоне до максимальной скорости МАХ=198.8с-1. Полученные графики ( рис. 2.10) подверждают ранее сделанный вывод о том, что данная система является оптимальной по быстродействию. Время разгона ЭД составляет около 40 мс. Высокое быстродействие обеспечивается экспоненциальным характером нарастания скорости, который позволяет получить заданную скорость с высокой точностью. Установившаяся скорость МАХ=198.8с-1 соответствует максимальной частоте вращения ЭД nМАХ=1900об/мин и стабильно поддерживается. Пик тока при пуске не превышает ограниченного значения и затухает по экспоненте до величины статического тока системы IC=22A.

Таким образом, можно сделать вывод, что данная система обладает высокими качествами по быстродействию, точности и стабильности поддержания скорости. Применение высокомоментного синхронного ЭД позволило повысить жесткость статической механической характеристики привода и заметно улучшить динамические характеристики привода, несмотря на рост приведенного момента инерции системы. Полученная система имеет астатизм третьего порядка, что дает возможность устранить ошибку по положению, а большой коэффициент передачи системы обеспечивает глубокое регулирование скорости, а следовательно широкий диапазон скоростей перемещения исполнительного механизма.

3 СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Назначение системы управления электроприводом станка. Задачи управления

Основными задачами управления для ЦСУ ЭП подач металлорежущего оборудования, и в частности, вальцешлифовального станка WS11h, являются обеспечение высокой точности системы, оптимизации режимов работы электрооборудования. Также ЦСУ предназначена выполнять функции 1)системы сопряжения ЭВМ с объектом управления, 2) силовых исполнительных устройств, непосредственно воздействующих на объект управления.

Система сопряжения, представляющая собой цифровой следящий ЭП служит для ввода в ЭВМ информации о состоянии объекта, для связи с системами контроля и устройствами представления информации оператору, а также может использоваться в качестве промежуточных средств связи ЭВМ с исполнительными органами станка. Также цифровой следящий ЭП в качестве системы сопряжения может использоваться как преобразователь цифра-вал.

Главной задачей системы числового управления станка является измерение и регулирование величины перемещений.

Отличительными особенностями цифровых автоматизированных ЭП являются высокое быстродействие и точность работы, высокая надежность работы, малая мощность потребления энергии , поддержание необходимой скорости перемещения исполнительного механизма на рабочих и быстрых подачах, а также увеличение стабильности работы оборудования и улучшение качества обработки изделей.

В качестве исполнительных двигателей в системах сопряжения предпочтительны управляемые асинхронные двигатели переменного тока малой мощности, а в качестве усилительно - преобразовательных устройств - полупроводниковые устройства (транзисторные и тиристорные).

Рисунок 3.1. - Обобщенная схема СУ объекта.

3.2.СЧПУ SINUMERIK FM-NC

3.2.1 Структура системы ЧПУ FM-NC

Система ЧПУ станка WS11h SINUMERIK FM-NC предназначена для контроля и управления движением суппорта (подачей), а именно измерения его положения, индикации, путевого регулирования (формирования задающего сигнала в зависимости от перемещения), обеспечение постоянной скорости подачи при постоянной и переменной нагрузке.

Структурная схема СУ станком представлена на рисунке 3.2. В состав СУ входят:

Программируемый контроллер SIMATIK S7-300, базирующийся на процессоре 315DP, с двумя дополнительными корзинами с модулями ввода-вывода;

Система ЧПУ SINUMERIK FM-NC с управлениями до 4-х координат и одновременно до 3-х;

Бортовой промышленный компьютер обработки технологических программ на базе PENTIUM 133MHz, 32МВ D-RAM;

Панель оператора 19” (26см) TFT жидкокристаллический экран;

Комплект модулей цифрового управления высокомоментными двигателями подач типа SIMODRIVE 611;

Преобразователь аналогового управления главным приводом типа SIMOREG;

Комплект инкрементных датчиков ротационного типа измерительной системы 5000мм/об для достижения точности отсчета не хуже 0,001мм;

Комплект высокомоментных сервомоторов безсчетного типа для приводов подач;

Комплект электронного оборудования для подключения к промышленной сети;

Комплект соединительных, сигнальных и силовых кабелей для связи системы ЧПУ с контроллером и электроприводами с разъемами и клеммниками для присоединения к электрооборудованию станка[8].

3.2.3 Формирование заданного значения числа оборотов двигателя

Основой перемещения на станке являются импульсы AIM (рисунок 3.3) из цифровой части системы. Каждому импульсу AIM соответствует перемещение на 2мк. Общее число импульсов означает общую величину перемещения, а их частота определяет скорость. Эти импульсы представляют собой канал заданных значений для перемещения.

Наряду с этим каналом существует канал фактических значений: это счетные импульсы, возникающие тогда, когда вектор потока в сельсин-датчике положения следует за движущейся катушкой. В этой связи части измерительного контура можно сначала рассматривать как своего рода угловой шаговый датчик, выдающий импульсы при движении сельсина. Цена этих импульсов 1мк. Их обозначают CMET (Clock Mebkreis Istewrt - часовой такт фактического значения измерительного контура).

В смесителе импульсов осуществляется сравнение AIM и CMET по ценам и знаку. Вследствие инерции привода и остатка импульсы CMET не смогут поступить так быстро, как импульсы AIM - возникает разность импульсов PUDI, постоянно учитываемая счетным регистром и преобразуемая в аналоговое заданное значение числа оборотов NSOL (Vз). Если с началом действия частоты AIM станок не сразу следует за заданной скоростью, то накапливается заданное значение числа оборотов. При достижении станком заданной скорости V устанавливается устойчивое состояние при рассогласовании, точно соответствующем разности импульсов PUDI. Когда цифровая часть, прибыв в точку цели, уже не выдаёт импульсов AIM, необходимо поступление такого количества CMET, которое привело к полному исчезновению PUDI. При этом рассогласование отрабатывается, заданное число оборотов убывает до нуля, станок прибывает в точку цели. Показанную на рисунке 3.4 характеристику, можно представить себе передвигаемой по цифровой части от отправной точки до точки цели. При этом начало характеристики представляет собой нарастание заданного числа оборотов, а конец - убывание.

Характеристика может быть более крутой или более пологой. При крутой характеристике определённой скорости V соответствует малое рассогласование,а при пологой характеристике той же скорости V соответствует большее рассогласование В (рисунок 3.5.).

Для формирования крутизны характеристики используют величину стабилизированного опорного напряжения REFE, с помощью которого можно установить отношение между рассогласованием PUDI и заданным числом оборотов NSOL (скоростью). При этом стремятся получить возможно наиболее крутую характеристику. Однако, крутизна характеристики не может быть произвольной. Она должна соответствовать динамическим свойствам привода и станка.

Крутизна характеристики является мерой так называемого усиления скорости Кv.

Описанные выше функции СУ SINUMERIK можно разделить на область измерения перемещений (контур фактических значений) и область путевого регулирования (контур управления положением). Устройство для измерения перемещений представляет собой автономный функциональный узел. Напряжение рассогласования Vf демодулируется и подается на преобразователь напряжения в частоту, импульсы которого fx подаются на цифровой генератор напряжения, где вырабатываются оба напряжения V (sin) и V (cos), которые непрерывно поворачивают направление поля в сельсине за направлением катушки и тем самым уменьшают напряжение рассогласования. Это устройство измерения перемещений представляет собой регулирующий контур (контур фактических значений) с очень высоким коэффициентом усилением скорости. Этим обеспечивается почти безинерционное следование фактического значения за перемещением на станке с отставанием не превышающем +200мк даже при наиболее высоких скоростях. Устройство для измерения перемещений может само по себе использоваться для индикации фактического значения. Этот контур фактических значений используется в качестве датчика для регулирования перемещений. Путевое регулирование (контур управления положением) должно образовывать разность S (PUDI) между серией импульсов заданного значения (AIM) и серией импульсов фактического значения (CMET) и преобразовать её в аналоговый сигнал (NSOL), образующий заданное значение для подчинённого регулятора числа оборотов.