Система автоматического управления скоростью резания при точении

Передаточная функция разомкнутой САУ ПКТУ. КП 0317. 000 с графиками.cdw

Отдельно А3.cdw

Структурная схнма САУ ПКТУ. КП 0317. 000.cdw

Чертеж1.cdw

Обрабатываемая деталь
Тирристорный усилитель-преобразователь
Тензометрический динамометр
Автономный двигатель
Сравнивающее устройство

Курсач.docx

Обработка резанием в современном машиностроительном производстве остается важнейшим технологическим методом обеспечения все повышающихся требований к точности и качеству деталей машин. При этом как методы обработки так и режущий инструмент и технологическая оснастка постоянно совершенствуются. Все это предъявляет повышенные требования к знаниям современного состояния металлообработки и умения эти знания применить на практике при проектировании технологических процессов для его обеспечения. Практические навыки эффективного применения металлорежущего инструмента оборудования и процессов металлообработки необходимы любому специалисту работающему с техникой. Эти знания и умения необходимы и при ремонте различных механизмов и устройств и для реализации новых разработок независимо от масштабов производства: высокоавтоматизированного крупного машиностроительного предприятия или частной ремонтной мастерской из нескольких человек.
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.
Умение разделять САУ на основные функциональные схемы способствует ясности представлений о физических процессах происходящих в системе и имеет большое значение для дальнейшего исследования и расчета систем.
Цель и задача курсового проектирования
Главная цель работы – повысить производительность и качество обработки плоских поверхностей деталей машин за счет выбора рациональных параметров обработки; разработать математическую модель оптимизации режимов резания при растачивании.
Задачи курсового проекта:
- правильно построить функциональную схему заданной системы автоматического управления;
- правильно выделить типовые динамические звенья;
- построить структурную схему системы автоматического управления с определением видосоединения типовых динамических звеньев;
- определить передаточные функции всех элементов системы автоматического управления;
- определение устойчивость заданной системы автоматического управления.
- при необходимости провести коррекцию параметров с целью достижения устойчивости системы автоматического управления.
- определение переходную характеристику замкнутой системы автоматического управления методом вещественных частотных трапециидальных характеристик или другим методом.
- провести анализ системы автоматического управления по полученным характеристикам и сделать выводы.
Задание на курсовой проект
Данная тема курсового проекта была выбрана с целью модернизации операции резания при точении и большей ее автоматизации с целью минимизации контакта человека (оператора) для уменьшения брака на производстве. В данном курсовом проекте необходимо изучить будет систему автоматического управления скоростью резания при точении произвести расчёт и анализ системы.
1.Система автоматического управления скоростью резания при точении
На точность обработки при точении большое влияние оказывает сила резания в частности ее составляющая . Вследствие случайных колебаний припуска твердости заготовки затупления резца и других факторов сила резания при точении непостоянна что приводит к изменению упругих деформаций технологической системы станка и образованию погрешности обработки. Значительно повысить точность обработки можно за счет стабилизации силы резания. Кроме того при обработке механических деталей без люнета для устранения погрешности вызванной упругими деформациями необходимо регулировать силу резания по определенному закону в зависимости от способов закрепления детали в месте точения. САУ скоростью резания при точении предназначена для стабилизации либо изменения по введенному закону силы резания.
Конструктивная схема системы автоматического управления
Обрабатываемая деталь 1 установлена в патроне 2 в заднем центре 3 токарного станка. В качестве двигателя 4 главного движения (М) используется двигатель постоянного тока для питания которого служит усилитель-преобразователь 5. Резец 6 установлен в тензометрическом динамометре 7 (типа УДМ-600) который связан с усилителем 8. В качестве преобразователя силы может быть использован динамометр другого типа например магнитоупругий. Суппорт 9 станка получает продольную подачу от коробки передач 10 с автономным двигателем 11. В систему входит сравнивающее устройство 12. В качестве объекта управления САУ включает в себя процесс резания в замкнутой технологической системе станка.
Рис. 1 Система автоматического управления скоростью резания при точении
САУ работает следующим образом. На вход сравнивающего устройства 12 подается сигнал в определенном масштабе соответствующий требуемой силе резания (ее составляющая ).
n – показатель степени – изменяется в зависимости от условий обработки 0>n>-0.35. Поэтому регулирование возможно только при n=0 и наиболее эффективно при
Составляющая силы резания воздействует на динамометр 7 и на его выходе появляется сигнал в виде напряжения пропорционального . Этот сигнал через усилитель 8 поступает на другой вход сравнивающего устройства 12. Ошибка с устройства 12 поступает на вход усилителя – преобразователя 5 который вырабатывает соответствующее напряжение питания двигателя 4. Скорость двигателя 4 а следовательно и скорость резания изменяется так чтобы ошибка системы была минимальной. Таким образом САУ за счет управления по скорости резания автоматически осуществляет стабилизацию силы резания на заданном уровне.
Заданные параметры элементов САУ
Дифференциальные уравнения и передаточные функции звеньев
Параметры дифференциального уравнения
2.Функциональная схема системы автоматического управления (САУ)
В качествеобъекта управления САУ включает в себя процесс резания в замкнутой технологической системе станка.
Соединяя элементы САУ между собой в соответствии с их функциональным назначением и схемой САУ окончательно получаем её функциональную схему.
УП – усилитель-преобразователь;
ТР– тиристорный усилитель-преобразователь;
ЭДТП – электродвигатель постоянного тока;
ЭУС – эквивалентная упругая система станка;
ПС – преобразователь силы.
Рис.2 Функциональная схема системы автоматического управления (САУ)
3.Передаточная функция элементов системы автоматического управления (САУ)
Следующим этапом является определение передаточных функций всех звеньев системы автоматического управления (САУ). Для этого воспользуемся уравнениями движения элементов.
Электронный усилитель описывается уравнением
- постоянная времени электронного усилителя;
- выходное напряжение В;
- входное напряжение В;
- коэффициент усиления.
Получим передаточную функцию:
Это звено соответствует апериодическому звену первого порядка.
Тиристорный усилитель-преобразователь описывается уравнением
- постоянная выхода тиристорного преобразователя;
- выходное напряжение;
- входное напряжение;
- коэффициент передачи (усилия)
Электродвигатель постоянного тока описывается уравнением:
- электромагнитная постоянная времени;
- электромеханическая постоянная времени;
- коэффициент пропорциональности между обратной ЭДС и угловой скоростью;
Редуктор описывается уравнением:
- угловая скорость выходного звена редуктора;
- угловая скорость входного звена редуктора;
- коэффициент передачи.
Эквивалентная упругая система станка описывается дифференциальным уравнением второго порядка:
- собственная частота колебаний;
- коэффициент затухания колебаний;
- деформация упругой системы станка;
- жёсткость упругой системы станка;
- входной силовой параметр.
Преобразователь силы описывается уравнением:
- коэффициент передачи;
Процесс резания описывается уравнением:
- силовой параметр процесса резания;
- постоянная времени стружкообразования;
- регулируемый параметр процесса;
- коэффициент пропорциональности.
Таким образом правая часть уравнения представляет собой линеаризованную зависимость силового параметра от регулируемого параметра в окрестности установившегося значения параметров процесса.
Так при точении для определения правой части в случае если следует воспользоваться формулой зависимости резания металла:
4.Структурная схема системы автоматического управления (САУ)
Зная передаточные функции всех звеньев системы автоматического управления и связи между ними составим структурную схему системы автоматического управления.
Рис.3 Структурная схема системы автоматического управления (САУ)
5.Определить передаточную функцию разомкнутой системы автоматического управления (САУ)
Чтобы определить устойчивость системы необходимо определить передаточную функцию разомкнутой системы автоматического управления. Передаточная функция разомкнутой системы автоматического управления показана на рисунке.
Рис.4 Передаточная функция разомкнутой системы автоматического управления (САУ)
Проанализировав выражение передаточной функции разомкнутой системы автоматического управления (САУ) получили что система не может быть представлена в виде простых сомножителей. Исходя из этого определение критерия устойчивости будет определятся по критерию Найквиста.
Подставим исходные данные в выражение передаточной функции разомкнутой системы:
Выполнив алгебраическое преобразование получим:
Раскрыв скобки получим выражение передаточной функции в виде отношения полиномов:
Найдем частотную передаточную функцию разомкнутой системы.
Частотная передаточная функция является комплексным числом модуль которого равен отношению амплитуды выходной величины к амплитуде входной а аргумент – сдвига фаз выходной величины по отношению к входной.
Следовательно частотная передаточная функция может быть получена из обычной передаточной функции где
Умножив числитель и знаменатель на число сопряженное знаменателю учитывая что комплексные числа умножаются по правилу умножения многочленов с заменой .
Полученные результаты расчетов занесем в таблицу.
Частотная передаточная функция разомкнутой системы
По данным таблицы построим график АФЧХ (линия 1). График АФЧХ показан на рисунке ниже.
Рис.5 График АФЧХ разомкнутой системы
Проанализировав график АФЧХ разомкнутой системы видим что данная система автоматического управления (САУ) является устойчивой так как график график не охватывает точку с координатами (-1;0) как показано на рисунке ниже.
Рис.6 График АФЧХ разомкнутой системы
Переходная характеристика системы автоматического управления (САУ)
Для построения переходной функции определим передаточную функцию замкнутой САУ.
После преобразования получим:
Поставим исходные данные и выполнив необходимые алгебраические преобразования получим:
Помножив числитель и знаменатель полученного выражения на число сопряженное знаменателю используя правило перемножения комплексных чисел получим окончательное выражение частотной передаточной функции замкнутой системы.
Для определения частотной передаточной функции замкнутой системы подставим
Для построения переходной характеристики замкнутой системы автоматического управления (САУ) методом вещественных частотных трапецеидальных необходимо построить график вещественной части передаточной функции замкнутой системы в функции от частоты при изменении последней от +0 до +.
Данные для построения графика вещественной части передаточной функции замкнутой системы указаны в таблице.
Данные для построения графика вещественной части передаточной функции замкнутой системы.
Рис.7 График вещественной части передаточной функции замкнутой системы.
Полученную линию следует заменить прямыми и составить из них трапеции таким образом чтобы при сложении ординат всех трапеций получился исходный график. В результате чего мы получим
Данные для построения графика переходной характеристики системы автоматического управления САУ
Каждая функция характеризуется новой Н частотой излома и частотой среза . Кроме того трапеция имеет определенный коэффициент наклона . Все необходимые расчеты сведены в таблице.
Таблица для нахождения коэффициента наклона
По коэффициенту наклона трапеции для нее может быть найдена h-функция т.е. функция времени.
При построении h-функций соответствующих трапециям ординаты табличных значений следует умножить на высоту соответствующей трапеции (так как h-функция рассчитана для единичной трапеции) и изменить масштаб времени в соответствии с формулой:
данные расчетов приведены в таблице №3
Рис. 9 График переходной характеристики системы автоматического управления (САУ)
Проанализировав построенные графики получаем искомую кривую переходного процесса. Эти построения выполнены на (Рис.9) а все необходимые расчеты занесены в таблице №3.
Определение показателей качества системы автоматического управления (САУ)
Анализ построенной кривой переходного процесса показывает что система автоматического управления (САУ) стабилизируется на уровне Н при подаче на вход единичного ступенчатого сигнала.
Время регулирования составляет – 00068 секунды.
Допускаемая ошибка составляет (от 3 до 5%) от установившегося.
Отклонение регулируемой величины от устранившегося режима не должно превышать допустимых пределов .
Тесть более чем в 2 раза превышает допустимые пределы.
Перерегулирование - (выброс) представляет собой максимальное отклонение регулируемой величины от установившегося значения.
Наравне с используют относительное перерегулирование
В качестве оптимального допустимого относительного перерегулирования допускают в пределах от 20 до 30%.
Запас устойчивости по амплитуде В.
По полученным характеристикам можно сделать вывод о непригодности данной системы автоматического регулирования (САУ) к качественной работе по ряду причин:
легко выходит из установившегося состояния;
отклонение регулируемой величины от установившегося режима более чем в 2 раза превышает допустимые нормы;
относительное перерегулирование 107% при оптимальном допустимом 20-30%.
Для повышения качества уменьшение передачи колебательной следует уменьшить коэффициент передачи всей системы автоматического управления (САУ) а также увеличить коэффициент деформации в эквивалентной упругой системе станка. Более радикальное улучшение качества без ухудшения чувствительности системы может быть получено за счет введения корректирующих устройств меняющих структурную схему системы автоматического управления (САУ).
Цель и задача курсового проектирования . 5
Задание на курсовой проект 5
1.Система автоматического управления скоростью резания при точении 6
2.Функциональная схема системы автоматического управления (САУ) 8
3.Передаточная функция элементов системы автоматического управления (САУ) 9
4.Структурная схема системы автоматического управления (САУ) 12
5.Определим передаточную функцию разомкнутой системы автоматического управления (САУ) 13
Переходная характеристика системы автоматического управления (САУ) 16
Определение показателей качества системы автоматического управления (САУ) 21
Список литературы 23
Курсовой проект на тему: «Рассчитать и проанализировать систему автоматического управления скоростью резания при точении»
Руководитель: Копелиович В.Н.
Курсовой проект состоит из пояснительной записки и графической части.
Графическая часть выполнена на одном листе формата А1 и включает блок форматасуществующей технологии структурная схема автоматизации функциональная схема автоматизации передаточная функция разомкнутой системы автоматического управления и конструктивная схема системы автоматического управления.
Пояснительно записка включает в себя: введение задание на курсовой проект вариант задания переходная характеристика определение показателей качества.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКИ РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
БРЯНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ
по МДК 04.01 «Теоритические основы разработки и моделирования несложных систем автоматизации с учетом специфики технологических процессов»
Студент гр. 42АТП-15

График.cdw

Чертеж2 Функциональная схема автоматизации.cdw

УП - усилитель-преобразователь;
ТР - тиристорный усилитель-преобразователь;
ЭДТП - электродвигатель постоянного тока;
ЭУС - эквивалентная упругая система станка;
ПС - преобразователь силы.

График2.cdw