Теоретические основы, создание и исследование автоматизированных мехатронных модулей линейных и вращательных перемещений металлообрабатывающих станков

• Автор: Босинзон, Марк Аркадьевич
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 208 с. : ил

Основной текст - 198 с., в т.н.:
Рисунков - 49 Таблиц -
Список литературы, состоящий из - 108 наименований
СОДЕРЖАНИЕ

Введение.
Глава 1. Общетехнические и экономические аспекты создания
мехатронных модулей для металлообрабатывающих станков. 10 Глава 2. Теоретические основы оптимизации и исследование
динамических характеристик мехатронных модулей.
Г лава 3. Разработка методов исследования мехатронных модулей
как элементов взаимосвязных систем металлообработки.
Глава 4. Исследование влияния применения мехатронных модулей на
точность, производительность и др. показатели станков.
Глава 5. Экспериментальные исследования мехатронных модулей и
их внедрение.
Заключение.
Список литературы.
Оглавление.
Приложения
Введение

ВВЕДЕНИЕ

На основании прогноза и анализа развития станкостроения можно выделить следующие основные направления:
• качественное изменение конструкций металлорежущих станков (конструкции станков с параллельной кинематикой, гексаподные конструкции, конструкции типа “Box in a box” и др.);
• существенное повышение производительности и точности станков, реализация технологий скоростной обработки;
• широкая унификация станков, реализация принципов агрегатно-модульного конструирования.
Для решения вышеперечисленных задач наряду с совершенствованием технологии обработки, появлением новых режущих материалов, инструментов создаются принципиально новые мехатронные станочные узлы автоматизации на базе интеграции средств прецизионной механики, электроники, электротехники. Конструктивное объединение исполнительного и приводного элементов механизмов линейных и вращательных перемещений станков, реатизующих концепцию привода прямого действия “Direct Drive”, позволяет исключить промежуточные механические преобразователи и передачи, повысить точность, быстродействие, снизить потери. Наличие в данных конструкциях встроенных систем автоматического управления и датчиков контроля технологического процесса делает мехатронные узлы интеллектуальными автономными модулями, на базе которых могут создаваться конструкции самых перспективных металлообрабатывающих станков.
В настоящее время формируется и активно развивается во всем мире новая отрасль науки - мехатроника, базирующаяся на знаниях и достижениях в области механики, электроники, автоматики и информатики. Именно интеграция знаний в этих областях науки и техники позволила совершить качественный скачок в развитии техносферы, подойти к созданию принципиально новых видов и систем оборудования. Мехатроника, как отрасль
Введение

науки, посвящена анализу и выбору законов исполнительных движений машинных агрегатов с компьютерным управлением, а также синтезу таких агрегатов и машин на их основе. В научном плане, задача создания мехатронных узлов для металлорежущих станков состоит не в элементарном объединении механики, управления и электроники, а в создании методов формальнологического анализа. В первую очередь это относится к механической части мехатронных модулей. Создание и применение мехатронных модулей движения в металлорежущих станках принципиально меняет взгляд на конструирование станков, переводя их на системный уровень, учитывающий сложные взаимосвязи между проектированием, изготовлением, сборкой, отладкой эксплуатацией, ремонтом и утилизацией.
В [49] дается следующее определение мехатроники: “Мехатроника изучает синергетическое объединение узлов точной механики с электронными, электротехническими и компьютерными компонентами с целью проектирования и производства качественно новых модулей, систем, машин и комплексов машин с интеллектуальным управлением их функциональными движениями”. Из этого определения следует, что создание мехатронных узлов обеспечивает принципиально новый концептуальный подход к построению машин с качественно новыми характеристиками. Однако при создании объектно-ориентированных мехатронных модулей следует учитывать специфику конкретного объекта, в котором применяется модуль. Весь комплекс задач проектирования и технологии механической обработки на металлорежущем станке оказывает решающее влияние на конструкцию и систему управления мехатронным модулем движения станков. Поэтому можно говорить о конкретном классе мехатронных модулей движения для металлообрабатывающих станков. В данной работе рассматриваются следующие виды металлообрабатывающего оборудования: металлорежущие станки (расточно-фрезерные, токарные, зуборезные, шлифовальные), станки с электро-физическими методами обработки (эрозионные), станки для лазерной
Глава

ротор перемещается в сторону уменьшения магнитного сопротивления зазора, т.е. увеличения реактанса - индуктивности фазы Цв). Из-за отсутствия обмотки возбуждения или магнитов на роторе все двигатели с переменным магнитным сопротивлением в большинстве отечественных публикаций, в отличий от зарубежных, обычно называют реактивными, хотя ИД и СРД относятся к разным классам электрических машин [56, 23, 30]. В зарубежной технической литературе только ИД принято называть Switched Reluctance Motor - SRM (двигатель с переключаемым магнитным сопротивлением), а вентильный привод - SRD. В термине SRD подчеркивается специфика структуры и алгоритма управления инвертора в функции переменного магнитного сопротивления [92, 89]. Аналогом БДПТ является термин - Brushless DC Motor (BLDC), которым обозначаются все вентильные двигатели с возбужденным, т.е. активным ротором (СВД). В отечественной технической литературе ИД стали называть «вентильно -реактивной», «вентильно - индукторной» машиной - ВИМ и т.д., а ЭП с ИД - вентильно - индукторным приводом - ВИП, хотя индукторные двигатели могут быть использованы и для векторного управления. Соответственно, вентильный электропривод с СРД целесообразно именовать - «вентильно-реактивный привод - ВРП» [56, 23, 30].
Электромагнитный момент СРД и ИД зависит от магнитной несимметрии, которую принято выражать через отношение реактансов Xj,
где: со - частота питающего напряжения
Ьгі, - индуктивности, соответствующие согласованному (с!) и
рассогласованному (я) положению магнитных осей ротора и статора.
Современные СРД обычно изготавливаются на базе 2х и 3х фазных АД с распределенной обмоткой с синусоидальной МДС. Исключение беличьей клетки, необходимой только для пуска двигателя от сети, позволило увеличить К[(.
(1.2)