Разработка гидромеханического привода с целью упрощения внутренних кинематических цепей металлорежущих станков

• Автор: Ванин, Василий Агафонович
• Шифр специальности: 05.02.03, 05.03.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 440 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1 Состояние вопроса и задачи исследования

1.1 Кинематическая связь с механическими звеньями во внутренних цепях станка

1.2 Кинематические связи с немеханическими связями во внутренних

цепях металлорежущих станков

1.2.1 Кинематические связи с электрической синхронизацией движения

1.2.2 Кинематические связи, создаваемые гидравлическими и электрическими двигателями
1.3 Кинематические связи во внутренних цепях станков на основе гидравлического шагового привода

1.3.1 Дискретные гидроприводы дозаторного типа

1.3.2 Дискретные гидроприводы с многопоршневыми двигателями

1.3.3 Дискретные шаговые гидроприводы с гидравлической редукцией
1.3.4 Дискретные шаговые гидроприводы с механической редукцией ша
2 Принципы построения и разработка гидромеханических связей на
основе шагового гидропривода
2.1 Предпосылки создания гидравлических связей во внутренних цепях
станков. Структура гидравлической связи на основе шагового гидропривода
2.2 Гидравлическая связь с двумя шаговыми гидродвигателями, управляемыми от единого генератора гидравлических импульсов
2.3 Г идравлическая связь с раздельным управлением исполнительных
шаговых гидродвигателей через гитару сменных колес
2.4 Г идравлическая связь с управлением от блоков торцовых гидро
распределителей
2.5 Гидравлическая связь с шаговым гидродвигателем, управляемым
струйной пневматической системой управления
Выводы
3 Теоретические исследования гидравлического шагового привода
3.1 Определение быстродействия золотникового распределителя с
торцовым распределением рабочей жидкости
3.2 Определение быстродействия шагового гидравлического двигателя
с механической редукцией шага
3.3 Быстродействие шагового гидравлического привода с учетом волновых процессов в магистралях
3.4 Динамика цепи обката с гидравлическим шаговым двигателом
Выводы
4 Исследование динамических характеристик гидравлического шагового привода
4.1 Построение фазового портрета гидравлического шагового привода
4.2 Фазовая плоскость динамических систем, описываемых уравнением с неоднородной правой частью
4.3 Аналитическое определение фазовых траекторий динамической
системы с ГШД
4.4 Расчет переходного процесса гидравлического шагового привода
Выводы
5 Исследование точности гидравлических связей на основе шагового
гидропривода во внутренних цепях металлорежущих станков
5.1 Общие вопросы методики расчета и анализа вариантов кинемати
ческих цепей
5.2 Основные погрешности типового звена кинематической цепи
5.3 Определение составляющих погрешностей звеньев в кинематиче
ских цепях
5.4 Определение действующих, приведенных и выходных погрешно
стей в кинематических цепях станков
5.5 Сравнительный анализ вариантов построения кинематической це
пи по критериям точности
Выводы
6 Экспериментальное исследование гидравлических связей на осно
ве шагового гидропривода С
6.1 Гидравлическая связь с двумя ГШД с управлением от механическо
го распределителя
6.2 Гидравлическая связь с раздельным управлением гидравлическими
шаговыми двигателями 1 о
6.3 Экспериментальное исследование гидравлической связи с блоком
торцовых распределителей
6.4 Экспериментальное проверка применения гидравлических связей
во внутренних цепях станков
6.5 Измерительная аппаратура зо
Выводы
7 Построение внутренних цепей металлорежущих станков по мо
дульному принципу на основе гидромеханического привода
7.1 Основы выбора рациональной структуры и компоновок кинемати
ческих цепей станков на основе шагового гидропривода
7.2 Применение гидравлических связей во внутренних цепях резьбо
обрабатывающих станков
7.3 Кинематическая структура зубодолбежных станков с гидравличе
скими связями во внутренних цепях
7.4 Гидравлические связи во внутренних целях зубофрезерных и зу
бошлифовальных станксз
7.5 Кинематические связи во внутренних цепях затыловочных станков
на основе гидравлического шагового привода
Литература
Приложения
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время перед машиностроением стоят задачи, принципиально отличающиеся от тех, которые решались на предыдущих этапах развития, когда техника даже одного и того же функционального назначения с однотипными аналогичными параметрами создавалась как индивидуализированная конструкция. Задачи ускорения научнотехнического прогресса предопределили необходимость появления новых методов построения техники, позволяющие уменьшить сроки проектирования, разработки, освоения, упростить и удешевить эксплуатацию.
Это обусловлено следующими причинами
резко изменилась структура производства
сократились сроки морального износа техники
значительно повысились требования к мобильности производства, его экономичности и производительности.
Перед станкостроением стоит задача выпускать станки, соответствующие конкретным производственным условиям заводовпотребителей, что обуславливает резкое увеличение номенклатуры станков, различающихся по своим размерным, функциональным и техническим характеристикам.
В этих условиях разработка, производство и эксплуатация технических систем. в основу которых положен принцип агрегатномодульного построения техники, становится одним из основных направлений развития машиностроения.
Актуальность


Вместе с тем требуются быстрые подводы исполнительных механизмов и их быстрые перебеги на скоростях до 4 ммин. В приводах на низких скоростях влияние смешанного трения может привести к появлению неустойчивого звена в контуре привода. Указанные особенности необходимо рассматривать наряду с обычными требованиями, которые предъявляются к следящим приводам станков с программным управлением. Электрогидравлические разомкнутые дискретные системы могут оказаться полезными в электроупраэляемых приводах подач с большим диапазоном регулирования, особенно а области низких скоростей. При использовании гидравлических шаговых двигателей в дискретных системах необходимо, чтобы величина перемещений исполнительного органа задавалась количеством импульсов, поданных на вход устройства. Примером может быть названа система управления шаговым гидродвигателем 7, , которая состоит из двух осевых золотников и струйномембранного привода. На рис. Если канал II неподвижного коллектора штока соединить с напорной магистралью, а канал IV со сливной магистралью, то поршень начнет перемещаться справа налево до тех пор. II и IV. При этом поршень сделает один шаг. Если затем соединить с напорной магистралью канал I и со сливной магистралью канал III, то поршень сместится на следующий шаг той же величины. Движение в обратную сторону совершается при попеременном подключении к напорной магистрали каналов III и IV и к сливной магистрали каналов I и II. Радиальные отверстия в самом поршне, сообщающие полость цилиндра с распределительным каналом выполнены сдвоенными. Это сделано для того, чтобы увеличить полезную площадь проходных сечений и сохранить малый диаметр отверстий, определяющих величину шага. Быстрый разгон двигателя обусловлен максимальной площадью проходных сечений в начале каждого шага. Однако завершение шага осуществляется замедленно. Управляет шаговым двигателем золотниковый дискретный гидроусилитель рис. Нижний золотник гидроусилителя выполняет функции реверсивного распределителя. Верхний золотник совершает колебательное движение, попеременно соединяя с напорной магистралью линии I и II и со сливной магистралью линии III и IV, либо наоборот в зависимости от положения нижнего золотника. Полный период колебаний составляет два управляющих импульса, которые определяют шаг двигателя. Привод золотников может быть электромагнитным либо струйномембранным. В дискретном гидроусилителе 7, в котором функции устройств распределения потоков жидкости выполняют шариковые клапаны рис. Потоки распределяются четырьмя шариковыми клапанами, управляемыми по каналам а, б. Рис. Гидравлический шаговый двигатель поступательного действия. Рис. Шариковые клапаны 3 и 4 могут подключить канал 5 к выходным магистралям I или II. Если управляющие сигналы а и б имеют вид смещенных на полпериода последовательностей прямоугольных импульсов давления со скважностью 2. I и II попеременно. На рис. Управляющий блок 1 управляет электромагнитами золотника реверса 2 и основного восьмикромочного золотника 3. В одном из положений золотника 3 масло от насоса поступает в полость дозатора нагнетания, а из другой его полости в напорную полость цилиндра. Сливная полость цилиндра подключается к дозатору слива, а тот, в свою очередь, соединяется с баком. Цилиндр делает шаг. Затем золотник 3 переключается в другое положение, при котором роли полостей дозатора меняются, и цилиндр делает следующий шаг. Недостатком этой схемы является технологическая сложность изготовления основного золотника 3. Описанные в литературе конструкции дискретных электрогидравлических сервомеханизмов , , 7, 4 не отличаются большим разнообразием, тем не менее область их применения непрерывно расширяется. Подобное устройства используются в системах управления технологическими линиями, в станках с числовым программным управлением, промышленных роботах и др. На рис. Дискретный разомкнутый привод выполнен на базе шагового дзигателя с цифровым шагом. Он представляет собой цилиндр 1 с набором свободно плавающих поршней 2, взаимосвязанных ограничителями хода 3.