Мехатронний привод системи автоматичного керування положенням шпинделя

Реферат: UA 90629 U UA 90629 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до машинобудування, і може бути використана в системі автоматичного керування гідростатичними шпиндельними опорами металорізальних верстатів. Відомий електрогідравлічний привод керування положенням шпинделя на ГСО [Динамика гидропривода / [Садовский Б.Д., Кутузов В.К. и др.]; под ред. В.Н. Прокофьева. – М.: Машиностроение, 1972. - 292 с] містить регульований насос з приводним двигуном, гідромотор, навантажений статичним і інерційним навантаженнями, допоміжний лопатевий насос, що забезпечує підживлення робочих порожнин і живлення каскадів гідравлічного підсилювача і електромеханічний перетворювач, що впливає на перший каскад гідропідсилювача. Недоліком даного типу приводу є відсутність контуру зворотного зв'язку по параметру регулювання, що виключає можливість контролю вихідних параметрів і необхідної автоматичної корекції сигналу. Також, слід відмітити, що для переміщення золотника використано понижуючий редуктор, який ускладнює конструкцію і збільшує її габарити. Як найближчий аналог запропонованої корисної моделі вибрано привод [Пат. 90579 UA, МПК F15B 9/00. Електрогідравлічний привод керування зазором в гідростатичній опорі / Сахно Ю.О., Федориненко Д.Ю., Бойко С.В., Волик B.C.; заявник і патентовласник Чернігівський державний технологічний університет. - № а200810426; заявл. 15.08.2008; опубл. 11.05.2010, Бюл. № 9], який являє собою дискретну систему з регулятором релейного типу, що входить до аналогового пристрою. До недоліків релейних систем автоматичного керування слід віднести можливість виникнення автоколивань, що погіршують характеристики механічної частини системи. Нелінійність системи також обумовлена наявністю в зубчастій передачі люфту, який виникає через наявність гарантованого бічного зазору в спряжених зубцях шестірні і рейки та внаслідок наявності пружної деформації валів і зубчастої пари. Також встановлено, що перехідний процес електрогідравлічної системи автоматичного керування має коливальний характер зі значною тривалістю (до 30 с) та перерегулюванням. Основними джерелами коливань є гідроциліндр та пружина штока електромагнітного перетворювача. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення електрогідравлічної системи автоматичного керування шляхом введення цифрової системи автоматичного керування на основі програмованого мікроконтролера і крокового двигуна, що дозволяє підвищити надійність системи та зменшити час перехідного процесу регулювання. Суть удосконалення полягає в заміні електрогідравлічного приводу виконавчого механізму системи автоматичного керування на кроковий електродвигун з керуванням від мікропроцесорного пристрою. Суть запропонованих в корисній моделі удосконалень пояснюється кресленнями, на яких зображено: на фіг. 1 показано принципову схему мехатронної системи автоматичного керування положенням шпинделя, на фіг. 2 - функціональна схема керування кроковим двигуном, на фіг. 3 - функціональна схема мехатронної системи автоматичного керування. Мехатронний привод системи автоматичного керування положенням шпинделя працює наступним чином. Аналогові сигнали з безконтактних вимірювачів 1 (фіг. 1) після аналогоцифрового перетворювача 2 надходять до системи керування 3 мікропроцесорного пристрою (фіг. 2), що за програмою формує сигнали керування силовими ключами інвертора 4 (транзисторного комутатора), інвертор генерує напруги, які безпосередньо надходять на збудження фаз крокового двигуна 5. Кут повороту крокового двигуна (фіг. 3) пропорційний кількості електричних імпульсів, які надходять до нього від мікропроцесорного пристрою за програмою. На валу крокового двигуна жорстко закріплена шестірня 6, яка передає обертання зубчастому колесу 7 (фіг. 1), встановленому на різі хвостової частини гідростатичної втулки 8. При обертанні зазначеного зубчастого колеса гідростатична втулка 8 набуває осьового переміщення, тим самим змінюючи зазор  0 в опорних регульованих вузлах 10 шпинделя 9 (регульованих гідростатичних опорах). Таким чином, мікропроцесорний пристрій з кроковим двигуном безпосередньо за показниками безконтактних вимірювачів 1 здійснює регулювання величиною радіального зазору  0 . Початковими даними приведеного алгоритму керування є поточне значення зазору  0 та величина результуючого кута повороту КД . Зазначені параметри накопичуються протягом усього періоду роботи системи автоматичного керування, а при зупинці системи сумарне значення кута КДвикористовується для повернення крокового двигуна в початкове положення. Аналогові сигнали (напруги) з безконтактних вимірювачів 1 пропорційні зміщенням шпинделя 9 по координатних осях ОХ і OY відповідно, надходять на вхід мікроконтролера 3, оцифровуються і порівнюються з величиною max - максимальним значенням радіус-вектора (в полярній системі координат), що визначає положення осі шпинделя 9, при якому вихідна точність задовільна. Якщо 0  max , то в корегуванні немає необхідності, сигнали на кроковий 1 UA 90629 U двигун 5 не надходять (  0 - поточне значення радіус-вектора, що визначається за зміщеннями по координатних осях ОХ і OY). При виконанні умови 0  max результуюче значення  0 5 порівнюється з мінімально допустимою величиною статичного зазору min . Якщо 0  min , сигнал на двигун не надходить. В іншому випадку здійснюється дискретне корегування зазору в підшипнику на значення  , наприклад 5 мкм. На двигун надходить кількість імпульсів, необхідна для повороту крокового двигуна на кут КД , який, у свою чергу, пропорційний зміні зазору  . По закінченню процесу механічної обробки, а також за технологічною необхідністю, в алгоритмі керування передбачене повернення системи у вихідне положення, що відповідає реверсу зазору від значення  0 до max . У цьому випадку здійснюється безперервне 10 реверсивне обертання вала крокового двигуна на кут КД при   max  0 з урахуванням компенсації люфту в зубчастій передачі. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 1. Мехатронний привод системи автоматичного керування положенням шпинделя, встановленого на регульовані гідростатичні опори, який містить нерухому конічну втулку, гідростатичну втулку з різзю на хвостовій частині, зубчасте колесо, який відрізняється тим, що схема приводу містить кроковий двигун, який дозволяє повертати зубчасте колесо з урахуванням компенсації люфту в зубчастій передачі і мікропроцесорний пристрій керування, який збільшує швидкодію системи і виключає появу автоколивань. 2. Мехатронний привод системи автоматичного керування положенням шпинделя за п. 1, який відрізняється тим, що містить безконтактні вимірювачі, які не потребують підсилювальноперетворюючих пристроїв та мають можливість виводу вихідного сигналу як в аналоговій, так і цифровій формі. 3. Мехатронний привод системи автоматичного керування положенням шпинделя за п. 1, який відрізняється тим, що в алгоритмі керування передбачене повернення системи у вихідне положення, що відповідає реверсу зазору в регульованій гідростатичній опорі. 2 UA 90629 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3