Повышение точности малых перемещений суппорта прецизионного станка применением комбинированного управления шаговым приводом с многоступенчатой фрикционной передачей

• Автор: Павлов, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 05.13.06, 05.02.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 140 с. : ил.

Введение.
1. Анализ современного уровня развития приводов подачи автоматизированных прецизионных станков

1.2. Анализ технических показателей современных металлорежущих станков

1.2. Анализ вариантов реализации приводов подачи.

1.3. Анализ методов повышения качества управления перемещениями рабочего органа автоматизированного прецизионного станка.

1.4.1 Остановка задачи исследования

2. Теоретические исследования параметров автоматизированного прецизионного привода подачи на основе фрикционной передачи.

2.1. Влияние трения на качество управления малыми перемещениями

2.1.1. Трение скольжения

2.1.2. Передача момента трением.

2.2. Моделирование взаимодействия сил, возникающих при работе многоступенчатой фрикционной передачи в автоматизированном прецизионном приводе.
2.2.1. Анализ взаимодействия сил в многоступенчатой фрикционной передаче
2.2.2. Моделирование взаимодействия сил в трехступенчатой фрикционной передаче
2.3. Анализ динамических параметров привода подачи автоматизированного прецизионного станка, построенного
на фрикционной передаче
2.3.1. Разработка алгоритма автоматизированного расчета
динамических параметров привода подачи прецизионного станка, построенного на фрикционной передаче.
2.3.2. Анализ динамических характеристик привода подачи прецизионного станка на основе трехступенчатой фрикционной передачи.
2.3.3. Оптимизация геометрических параметров роликов фрикционной передачи.
2.3.4. Разработка привода подачи автоматизированного прецизионного станка на основе четырехступенчатой фрикционной передачи.
2.3.5. Сравнение динамических параметров приводов подачи на основе фрикционной передачи и на основе шариковинтовой передачи.
2.3.6. Разработка нормального ряда 2, 4 и 6ступенчатых фрикционных передач
2.4. Неравномерность движения при малых скоростях.
2.4.1. Процессы при переходе от трения покоя к трению движения
2.4.2. Критическая скорость
2.5. Переходный процесс при импульсном входном воздействии
2.6. Выводы.
3. Алгоритм управления приводом, осуществляющим прецизионные перемещения рабочего органа автоматизированного станка.
3.1. Принцип управления с комбинированной схемой
3.2. Реализация схемы управления
3.2.1. Аппаратная часть
3.2.2. Программа для микроконтроллера
3.2.3. Интерфейс управления на ПК
3.3. Выводы.
4. Практическая реализация шагового привода с многоступенчатой фрикционной передачей в автоматизированном прецизионном станке
4.1. Исследование скольжения в приводе подачи с фрикционной
передачей.
4.1.1. Методика проведения эксперимента.
4.1.2. Анализ результатов исследования скольжения.
4.2. Исследование виброактивности шагового привода на прецизионном токарном станке ГПК5В
4.2.1. Методика проведения исследования виброактивности.
4.2.2. Анализ виброактивности шагового привода
4.3. Исследование динамических процессов в приводе при малых перемещениях
4.3.1. Структурная схема привода.
4.3.2. Переходный процесс
4.3.3. Погрешность позиционирования
4.4. Выводы.
Заключение.
Список литературы


Металлорежущий станок представляет собой систему, включающую датчики, вычислительные устройства и исполнительные органы. Ввиду несовершенства каждой из этих частей, возникает некоторая погрешность перемещения. Назовем точность указанных частей системы точностью измерительной, вычислительной и исполнительной соответственно. Измерительная точность зависит от параметров применяемых в системе типов датчиков. Данный вид точности можно повысить, применяя более совершенные измерительные устройства. Современная техника предлагает целый ряд датчиков различной природы и конструкции, точность измерения которых колеблется от долей миллиметра до нанометров. Обычно измерительные системы, имеющие высокую точность измерения перемещения, обладают малым диапазоном измерения. Бурное развитие микропроцессорных ЭВМ дает современной промышленности возможность использования контроллеров с достаточно высокими показателями точности и 6ыс1родействия. Использование современных микропроцессоров позволяет в реальном времени просчитывать огромные массивы данных практически любой разрядности, благодаря чему вычислительная точность гораздо выше других видов точности. Исполнительная точность эго точность обработки детали, которую может обеспечить исполнительная часть станка. Она зависит от параметров узлов, применяемых в исполнительной части станка, таких, как двигатель, редуктор. Здесь сильно сказывается люфт особенно в реверсивных приводах, скольжение, износ, потери на трение. Исполнительная точность обычно значительно ниже других видов точности. Рассмотрим гипотетическую ситуацию, возникающую в процессе осуществления позиционирования суппорта. Существует привод с датчиком обратной связи, обладающим разрешением 0,5 мкм, и исполнительной частью, обладающей дискретностью 5 мкм с погрешностью позиционирования 1 мкм. Датчик показывает, что рассогласование реального положения суппорта с требуемым составляет 4 мкм, система управления вырабатывает управляющее воздействие для осуществления перемещения на 4 мкм и подает его на исполнительную часть. Исполнительная часть не может выполнить это перемещение и осуществляет перемещение на величину 6 мкм. Возникают стохастические автоколебания амплитудой в несколько мкм вокруг точки позиционирования. Устранить подобные автоколебания можно путем указания допусковой зоны, при вхождении в которую точка позиционирования считается достигнутой и управление прекращается. В описанном случае такая зона составляет мкм вокруг точки позиционирования. Подобная ситуация возникает изза того, что, несмотря на наличие датчиков положения высокой точности, исполнительные механизмы, способные осуществить требуемое перемещение доступными средствами с высокими эксплуатационными параметрами, отсутствуют. Для повышения точности перемещений рабочего органа металлорежущего станка требуется разработать исполнительный механизм, способный осуществить перемещение на то малое значение, которое определяет управляющая часть. На сегодняшний день изготовлением металлорежущих станков во всем мире занимается более 2,5 тысяч фирм, из них более 0 в России , . Все эти станки различаются по размеру обрабатываемых деталей, по точности обработки, по степени автоматизации. Станки сверхвысокой точности так называемые прецизионные станки производят 0 фирм по всему миру и менее в России, среди которых Специальное Конструкторское Бюро Модуль г. Самара, Рязанский Станкостроительный Завод, Самарский Станкозавод. В табл. Среди точностных показателей, предложенных производителем, были выбраны показатели, соответствующие исполнительной точности. Для детального сравнения в табл. Прецизионные станки имеют весьма значительную цену. Это объясняется тем, что, для достижения заданной точности, промышленность использует новейшие технологические наукоемкие разработки. Например, в токарном модуле ТПАРМ применяются аэростатические направляющие, удерживающие суппорт с обрабатываемой деталью на расстоянии в несколько микрон от станины. Таблица 1. Модель производитель Макс. Таблица 1. Модель производитель Макс.