Система автоматического управления скоростью резания на фрезерном станке

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования РФ

Уфимский государственный авиационный технический университет

Кумертауский филиал

Курсовая работа

По основам автоматического управления

Система автоматического управления скоростью резания на фрезерном станке

Вариант 52

Кумертау, 2004 г.

Содержание

1. ВВЕДЕНИЕ.

2. ИСХОДНАЯ СХЕМА САУ И ЕЕ ОПИСАНИЕ.

3. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА САУ.

4. СОСТАВЛЕНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ САУ.

4.1 Определение передаточных функций элементов САУ.

4.2 Структурная схема САУ.

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ САУ.

5.1 Определение общей передаточной функции САУ.

5.2 Определение выражений для расчета импульсной, переходной и частотной характеристик САУ.

5.3 Определение устойчивости и показателей качества по переходной характеристике.

5.4 Определение устойчивости по корням и полюсам системы.

5.5 Определение устойчивости по критерию Гурвица-Рауса.

5.6 Определение устойчивости методом логарифмических характеристик.

5.7 Определение устойчивости по АФЧХ САУ.

6. ВЫВОДЫ.

7. ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА.

1. ВВЕДЕНИЕ

Автоматизация, как облегчение труда человека, необходима не только на производстве. Так, внедрение новейших систем глобального позиционирования значительно облегчает труд лётчиков как самолётной, так и вертолётной техники. Системы автопилота позволяют управлять машиной на значительном участке пути, что избавляет человека от продолжительной монотонной работы, что в свою очередь значительно повышает безопасность перелётов. Огромное значение системы автоматизированного управления имеют в современных боевых действиях, так как человек ввиду своей физической ограниченности и хрупкости просто не в состоянии провести через себя необходимое для выживания количество информации. Современные боевые вертолёты и самолёты оснащены системами управления такого уровня, что они самостоятельно находят и идентифицируют противника, дают эту информацию пилоту, которому остаётся только нажать на спусковой крючок…

Основой деятельности любого предприятия, цеха, участка, и т.п. является производственный процесс, под которым понимают организованную совокупность взаимосвязанных трудовых и технологических процессов, при реализации которых исходные материалы и полуфабрикаты превращаются в законченные изделия. Производственный процесс машиностроительного предприятия включает получение заготовок, различные виды их обработки (термическую, механическую, химическую и д.р.), контроль качества, транспортирование, хранение, сборку машины, испытание, регулировку, окраску, отделку и упаковку.

Части производственного процесса, представляющие собой последовательность целенаправленных действий по получению из исходных материалов конечного продукта с требуемыми свойствами, называют технологическим процессом.

В применении к любому производственному процессу степень автоматизации характеризуется частичным или полным освобождением человека от непосредственного выполнения функций управления производственными процессами и передачей этих функций автоматическим устройствам. Автоматическими называют устройства, которые управляют различными процессами и контролируют их без непосредственного участия человека. При этом не только освобождается труд человека, но и повышается скорость и точность выполнения операций, значительно возрастает производительность и улучшаются условия труда, а также возможна сравнительно быстрая окупаемость первоначальных затрат за счёт снижения эксплуатационных расходов и повышения объёма и качества выпускаемой продукции.

Совокупность операций любого производственного процесса условно можно разбить на две рабочие группы: рабочие операции и операции управления.

Рабочие операции - это действия, необходимые непосредственно для выполнения процесса в соответствии с природой и законами определяющих ход процесса. Например, процесс обработки деталей на станке состоит из рабочих операций: закрепление заготовки, подача резца, снятие стружки и др. Для достижения цели процесса рабочие операции должны организовываться и направляться действиями другого рода - операциями управления. Так, при изготовлении детали на станке совершаются следующие операции управления: своевременное отключение и включение станка, поддержание заданного числа оборотов заготовки, целенаправленное изменение скорости, направления перемещения резца и др. Совокупность операция управления образует процесс управления.

Полную или частичную замену операторов машинами и механизмами в рабочих операциях, выполняемых вручную, называют механизацией. При комплексной механизации вручную осуществляется только то, что связано с затратами усилий на управление машинами. При механизации за человеком сохраняются функции организации и управления.

Автоматизация - процесс совершенствования производства, характеризуемый прежде всего уменьшением потока информации от человека к машине и повышением самостоятельности различных уровней и звеньев управления.

Современные станки как средства автоматизации - это сложные технологические системы, состоящие из большого числа технических агрегатов, приводов различного типа, приспособлений, измерительных и решающих устройств. Это оборудование является основой функционирования самых разных производственных систем.

Совершенствование технологии и повышение производительности труда во всех отраслях народного хозяйства относятся к важнейшим задачам технического прогресса нового общества. Решение этих задач возможно лишь при внедрении систем автоматического регулирования и управления как отдельными объектами и процессами, так и производством, отраслью и всем народным хозяйством в целом. Поэтому изучение основ автоматического регулирования в управлении предусматривается в настоящее время при подготовке студентов практически всех инженерных специальностей.

2. ИСХОДНАЯ СХЕМА САУ И ЕЕ ОПИСАНИЕ

Фрезерный станок с ЧПУ предназначен для обработки сложных различных поверхностей деталей машин. Точность и производительность станков с ЧПУ определяется точностью и быстродействием приводов подачи формообразующих движений. Для повышения точности обработки (или при той же точности для повышения производительности) применяют замкнутые системы автоматического управления приводом подач.

Рисунок 1. Принципиальная схема САУ.

Деталь 1 устанавливается на столе 2, которому сообщается движение подачи в двух взаимно перпендикулярных направлениях для формирования фрезой 3 требуемой формы паза (см. вид А). На рисунке показан только один привод стола 2. Он состоит из приводного двигателя 4 постоянного тока с тахогенератором 5, редуктора 6 и винта 7. Кроме того, в систему автоматического управления входят также преобразователь перемещения 8, сравнивающие устройства 9 и 10, усилитель 11 и тиристорный преобразователь 12.

САУ работает следующим образом. Сигнал, вырабатываемый системой ЧПУ, через цифро-аналоговый преобразователь (на схеме не показан) в виде напряжения UЗ поступает на вход сравнивающего устройства 9. На другой вход сравнивающего устройства 9 поступает сигнал U0 преобразователя перемещения 8. Напряжение Uб ошибки через усилитель 11 поступает на вход сравнивающего устройства 10. На другой вход сравнивающего устройства 10 поступает напряжение, вырабатываемое тахогенератором 5. Таким образом, напряжение на входе тиристорного преобразователя 12 определяет скорость вращения двигателя 4, а следовательно, и величину подачи стола 2.

Система автоматического управления приводом подачи сообщает столу 2 и детали 1 движение по одной из управляемых координат в соответствии с напряжением UЗ задания. Аналогичным образом работает привод подачи по другой координате. В результате сложного движения детали 1 фрезой 3 формируется требуемый контур.

В качестве объекта управления в САУ приводом входят процесс резания и замкнутая технологическая система станка. Коэффициенты типовых динамических звеньев:

3. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА САУ

Функциональная схема отображает функциональные связи в системе управления. Составляется на основе описания работы САУ. Составим функциональную САУ на основе п 2.

Схема 1 Функциональная схема САУ.

Размещено на http://www.allbest.ru/

В функциональную схему вошли следующие элементы:

· Электронный усилитель;

· Тиристорный усилитель преобразователь;

· Электродвигатель постоянного тока;

· Механический редуктор;

· Процесс резания;

· Преобразователь перемещения.

Эти элементы описываются следующими типовыми динамическими звеньями:

· Усилительное звено (безынерционное);

· Апериодическое звено I порядка;

· Апериодическое звено II порядка.

4. СОСТАВЛЕНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ САУ

Структурная схема системы автоматического управления отражает связь между элементами и информацию о передаточной функции. По ней всегда можно определить временные и частотные характеристики.

Для составления структурной схемы данной САУ необходимо вывести передаточные функции всех типовых динамических звеньев, присутствующих в ней. На типовые динамические звенья САУ подразделяется по типу дифференциального уравнения, описывающего данное элементарное звено.

4.1 Определение передаточных функций элементов САУ

В данной системе управления есть четыре типовых динамических звена. Определим их передаточные функции в общем виде и подставим исходные данные. Результаты расчета приведены ниже.

1. Апериодическое звено I порядка.

, где

ТТП - постоянная выхода тиристорного преобразователя;

UВЫХ - выходное напряжения;

UВХ - входное напряжение;

КТП - коэффициент передачи;

Расчет передаточной характеристики:

2. Апериодическое звено II порядка.

, где

ТЯ - электромагнитная постоянная времени якоря;

ТМ - электромеханическая постоянная двигателя;

W - угловая скорость; выходная величина;

Кg - величина, обратная коэффициенту пропорциональности между обратной ЭДС и угловой скоростью;

Ug - напряжение якоря. Входная величина.

Расчет передаточной характеристики:

3. Усилительное (безынерциальное)звено.

Таблица 1. Типовые динамические звенья, используемые в данной САУ.