Повышение производительности мехатронных систем лазерной обработки на основе взаимосвязей контурной точности с программными параметрами движения и динамическими свойствами приводов

• Автор: Заруднев, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 05.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 147 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ НАУЧНОЙ ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ МЕХАТРОННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ
1.1. Актуальность задачи повышения производительности лазерных комплексов с мехатронными системами управления движением рабочих органов
1.2. Пути повышения производительности мехатронных комплексов лазерной резки при обеспечении точности исполнительных движений и совершенствовании законов управления
1.3. Цель и задачи исследования
1.4. Выводы по первой главе
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ МЕХАТРОННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ, ОРИЕНТИРОВАННОЙ НА ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ ТОЧНОСТИ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
2.1. Структура математической модели мехатронной системы, управления движением рабочего органа комплекса лазерной обработки
2.2. Математическая модель механических объектов управления в составе комплексов лазерной резки
2.3. Математическая модель исполнительной подсистемы в составе системы управления движением комплекса лазерной обработки
2.4. Редуцированная математическая модель исполнительной подсистемы, содержащей следящие приводы
и упругие механические передачи
2.5. Выводы по второй главе
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ЖЕЛАЕМОЙ ТРАЕКТОРИИ, КОНТУРНОЙ СКОРОСТИ И ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПРИВОДОВ НА ТОЧНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ РАБОЧЕГО ОРГАНА
В ОКРЕСТНОСТЯХ УЗЛОВЫХ ТОЧЕК ТРАЕКТОРИИ
3.1. Программная реализация компьютерной модели мехатронной системы управления комплекса лазерной резки для исследования контурной погрешности движений
рабочего органа в окрестностях узлов траектории
3.2. Выявление факторов, влияющих на значение максимальной контурной погрешности при движении
рабочего органа в окрестностях узлов траектории

3.3. Определение зависимости значения максимальной контурной погрешности движения рабочего органа в окрестностях узлов траектории от выявленных параметров
3.4. Выводы по третьей главе
ГЛАВА 4. НАЗНАЧЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЗАКОНА УПРАВЛЕНИЯ,
ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
ПРИ СОБЛЮДЕНИИ ТРЕБОВАНИЙ К ТОЧНОСТИ ДВИЖЕНИЙ
4.1. Идентификация динамических параметров мехатронной системы для использования в модели контурной погрешности
4.2. Назначение параметров желаемого закона движения рабочего органа с учётом технологических ограничений на желаемую контурную скорость и ускорение,
а также требований к контурной точности
4.3. Формирование управляющих воздействий
на следящие приводы мехатронной системы управления движением рабочего органа лазерного комплекса
4.4. Оценка прироста производительности лазерного комплекса с разработанным законом управления
мехатронной системой управления движением
4.5. Выводы по четвёртой главе
ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И ТОЧНОСТИ МЕХАТРОННОЙ СИСТЕМЫ ЛАЗЕРНОЙ РЕЗКИ
С РАЗРАБОТАННЫМ АЛГОРИТМОМ УПРАВЛЕНИЯ
5.1. Экспериментальная установка для исследования точности и производительности мехатронных
технологических систем лазерной обработки
5.2 Порядок проведения экспериментов
и основные результаты исследования системы
5.3. Выводы по пятой главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время на промышленных предприятиях малого и среднего бизнеса получили распространение компактные и относительно недорогие технологические комплексы лазерной резки. Их особенность состоит в том, что они реализуют движение рабочего органа (лазерной головки) по двум или трём координатам, содержат устройства управления на базе персональных компьютеров, комплектные исполнительные следящие приводы с бесконтактными двигателями постоянного тока и координатные столы, как правило, оснащённые механическими передачами на базе зубчатых ремней. Такие комплексы удобны в эксплуатации, поскольку их системы управления движением рабочих органов обладают открытой архитектурой и развивающимся программным обеспечением. Однако, такие комплексы имеют среднюю степень точности, обусловленной, прежде всего, упругостью механических передач.
Актуальной задачей является повышение производительности рассматриваемого класса лазерных комплексов при обеспечении требуемой гарантированной точности вырезаемых деталей. В качестве-критерия производительности рассматривается время выполнения программы движения рабочего органа лазерного комплекса. Минимизация времени обработки рассматривается при соблюдении технологических ограничений, наложенных на скорость и ускорение движения рабочего органа по желаемой траектории, то есть на максимальные допустимые значения контурной скорости и ускорения, обусловленные мощностью лазера, необходимостью снижения перегрузок, действующих на оптику рабочего органа, и ограниченными возможностями исполнительных приводов. Очевидно, что для повышения производительности скорость и ускорение движения рабочего органа на каждом сегменте траектории должны быть как можно больше, однако рост этих величин сдерживается их влиянием на

показывает, что интенсивность движений вдоль оси 2. невелика по сравнению с интенсивностью движений вдоль других осей. Точность выполнения технологической операции лазерной резки и производительность лазерного комплекса в основном определяется свойствами механизма и системы управления движением по этим двум координатам. Поэтому в данном исследовании рассматривается более простая двухкоординатная схема исполнительного механизма. Рассматриваемый в данной работе исполнительный механизм имеет прямоугольную кинематическую схему [29], изображенную на рис. 2.4, и совершает движения в плоскости ХОУ, расположенной горизонтально.

Рис. 2.4 Схема манипуляционного механизма в прямоугольной системе координат
Введём следующие обозначения: от, - масса первого звена, от2 -масса второго звена и установленного на нём рабочим органом. Звенья