WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

В ходе исследования выделены основные параметры, характеризующие процесс ЭЛС, определены их особенности и выявлены взаимосвязи между ними (Рис.3).

Рис. 3. Обобщенная схема взаимосвязей параметров ЭЛС Мощность луча определяется как произведение ускоряющего напряжения и силы тока луча, которая, в свою очередь, определяется силой тока эмиссии катода и величиной напряжения между катодом и прикатодным управляющим электродом (управляющего напряжения). В большинстве ЭЛП применяется термоэмиссионный катод, и сила тока эмиссии имеет нелинейную зависимость от его температуры, что является крайне неудобным для управления. Зависимость силы тока эмиссии от температуры катода в таких ЭЛП определяется уравнением Ричардсона:

b T IЭ = AT S e, (1) где:

Iэ – ток эмиссии;

T – температура катода;

S – эмитирующая площадь катода;

A, b – постоянные, зависящие от материала катода.

Помимо этого, процесс изменения температуры катода в значительной мере инерционен, что дополнительно затрудняет управление силой тока эмиссии. Ускоряющее напряжение также не подходит для управления мощностью луча, так как от величины данного напряжения зависит дальность пробега электронов.

Рис. 4. Схема ЭЛС Таким образом, температура катода, а также влияющие на ее величину параметры (ток подогревателя и напряжение между подогревателем и катодом) отнесены к контролируемым параметрам, а управление током луча реализовано при помощи изменения напряжения между катодом и управляющим электродом. Ускоряющее напряжение также отнесено к контролируемым параметрам.

Управление фокусировкой луча, определяющей его удельную мощность в месте контакта со свариваемыми изделиями, реализовано путем изменения силы тока фокусирующей системы, представляющей собой магнитную линзу, состоящую из электрической катушки, ось которой совпадает с осью луча.

Отклонение электронного луча осуществляется путем изменения сил токов двух составляющих отклоняющей системы, направленных вдоль оси абсцисс (Xi) и оси ординат (Yi) системы координат ЭЛП.

Таким образом, в результате исследования определены четыре управляемые и три контролируемые параметра ЭЛС. Управляемые параметры оформлены в виде электрических осей (Рис. 4) специализированной системы ЧПУ.

Третья глава посвящена разработке математической модели модуля управления ЭЛП.

Проведен анализ принципа работы модулей управления электродвигателями, а также возмущающие воздействия, приложенные к их компонентам. В соответствии с положениями ТАУ составлена их обобщенная функциональная схема (Рис. 5), в которой каждый элемент характеризуется собственной передаточной функцией:

WS(p) – контур положения;

Wv(p) – контур скорости;

WI(p) – контур тока (ускорения);

WУМ(p) – усилитель мощности;

WЭД(p) – электродвигатель;

WОС-S(p) – датчик положения;

WОС-v(p) – датчик скорости;

WОС-I(p) – датчик тока (ускорения).

Рис. 5. Обобщенная функциональная схема модуля управления электродвигателем Общую передаточную функцию модуля, построенного по данной схеме, можно представить в виде системы уравнений:

WУМ ( p) ( p) = WI ( p) WЭД ( p) WК -I 1+ WУМ ( p) WОС-I ( p) WК -I ( p) ( p) = Wv ( p) W -v К 1+ WК -I ( p) WОС-v ( p). (2) WК -v ( p) WК -S ( p) = WS ( p) 1+ WК -v ( p) WОС-S ( p) С учетом особенностей всех составляющих схемы, ее передаточную функцию можно записать в более подробном виде:

1 WУМ ( p) ( p) = KI WЭД ( p) WК -I TI p +1 1+ WУМ ( p) KОС-I 1 WК -I ( p) ( p) = Kv W -v К Tv p +1 1+ WК -I ( p) KОС-v p, (3) WК -v ( p) WК -S ( p) = KS 1+ WК -v ( p) KОС-S где:

KI – коэффициент усиления в контуре управления током;

TI – период интегрирования в контуре управления током;

Kv – коэффициент усиления в контуре управления скоростью;

Tv – период интегрирования в контуре управления скоростью;

KS – коэффициент усиления в контуре управления положением;

KОС-I – коэффициент усиления датчика обратной связи по току;

KОС-v – коэффициент усиления датчика обратной связи по скорости;

KОС-S – коэффициент усиления датчика обратной связи по положению.

В соответствии с требованиями к модулю управления ЭЛП, его алгоритм работы должен быть аналогичен алгоритму работы модулей управления электродвигателями. На основании этого положения разработана функциональная схема модуля управления ЭЛП (Рис. 6).

Рис. 6. Функциональная схема модуля управления ЭЛП Передаточная функция такого модуля имеет вид:

WУМ ( p) W ( p) = WS ( p) WЭЛП ( p), (4) 1+WУМ ( p) WОС -S ( p) где:

WS(p) – контур величины;

WУМ(p) – усилитель мощности;

WЭЛП(p) – ЭЛП;

WОС-S(p) – датчик величины.

С учетом выражений:

WS ( p) = KS, (5) WОС-S ( p) = KОС-S (6) – передаточную функцию модуля можно представить в следующем виде:

WУМ ( p) W ( p) = KS WЭЛП ( p), (7) 1+WУМ ( p) KОС-S где:

KS – коэффициент усиления в контуре управления величиной;

KОС-S – коэффициент усиления датчика обратной связи по величине Зона нечувствительности в отрицательной обратной связи предназначена для устранения эффекта «дребезга» датчика при малых амплитудах сигнала.

Особенностями такой схемы являются:

наличие только одной обратной связи – по управляемой величине, что связано с отсутствием возможности контроля производных управляющей величины первого и более высоких порядков;

возможность отключения обратной связи, обусловленная вероятным отсутствием датчиков обратной связи, связанным с отсутствием возможности или необходимости в измерении значения управляемого параметра.

Рис. 7. Конвейер обработки данных специализированной системы ЧПУ Четвертая глава посвящена созданию модуля управления ЭЛП и модуля ВКУ, а также способа их интеграции в специализированную систему ЧПУ.

В соответствии с разработанными функциональными схемами модуля управления ЭЛП и системы управления в целом, предложен алгоритм работы конвейера обработки данных специализированной системы ЧПУ (Рис. 7). Для коммутации модуля управления ЭЛП с блоком базовой системы ЧПУ использована универсальная промышленная шина PROFIBUS-DP, предназначенная также для связи с модулями управления электродвигателями.

Для аппаратной реализации модуля управления ЭЛП выбран быстродействующий контроллер SIMATIC FM 458-1 DP производства немецкой фирмы Siemens.

Согласование данного модуля с базовой системой ЧПУ происходит следующим образом. На основании мгновенных значений координат и типа интерполяции для каждой электрической оси программируемый логический контроллер, входящий в состав базовой системы ЧПУ, формирует телеграмму со специфическим заголовком, отличным от заголовков телеграмм, предназначенных для модулей управления электродвигателями. Далее данная телеграмма направляется на сетевой интерфейс и по шине PROFIBUS-DP передается в модуль управления ЭЛП. На основании ее содержания данный модуль формирует один из шести типов сигнала (Рис. 8):

фиксированное значение;

значение, полученное путем линейной интерполяции между двумя заданными;

значение, полученное путем круговой интерполяции между двумя заданными (параметры интерполяции задаются отдельно);

активация генератора сигнала типа «синусоида» с заданной частотой;

активация генератора сигнала типа «пила» с заданной частотой;

активация генератора сигнала ступенчатого типа с заданными частотой и количеством ступеней на период.

Рис. 8. Принцип работы модуля управления ЭЛП Дополнительно в рамках создания специализированной системы ЧПУ разработан модуль ВКУ высокой четкости – другой модуль, отличающий такую систему от аналогов, применяемых на механообрабатывающем технологическом оборудовании. ВКУ предназначено для определения координат стыка свариваемых деталей, а также может использоваться для визуального контроля качества сварного шва находящихся в вакуумной камере деталей.

Рис. 9. Принцип работы ВКУ Принцип работы ВКУ проиллюстрирован на Рис. 9. На канал оси абсцисс (Xi) отклоняющей системы ЭЛП подается сигнал формы «пила» с частотой fXi=3840 Гц, а на канал оси ординат (Yi) – сигнал ступенчатой формы с частотой fYi=10 Гц и количеством ступеней 768. Таким образом, обеспечивается построчное сканирование прямоугольного участка детали размером 102.4x76.8 мм с разрешением 0.2 мм и частотой 10 кадров в секунду. Само сканирование производится при малом токе электронного луча (0.5..1.0 мА), недостаточном для расплавления деталей.

Попадая на поверхность детали, электронный луч вызывает эмиссию вторичных электронов, улавливаемых коллектором электронов, установленным рядом с ЭЛП. На основании сигнала, поступающего с коллектора, формируется монохромное растровое изображение, транслируемое на дополнительный монитор, входящий в состав панели оператора.

Путем программного анализа данного изображения и выделения стыка свариваемых деталей, может осуществляться автоматическое определение координат стыка с последующей их записью в управляющую программу. Это позволяет реализовать составление управляющей программы (обучение системы ЧПУ) в автоматическом режиме.

ВКУ реализовано в виде отдельного канала. Для обеспечения получения и обработки системой сигнала с коллектора электронов задействован аналоговоцифровой преобразователь платы L-Card L783, установленной в слот PCI блока базовой системы ЧПУ.

В пятой главе рассмотрены результаты практического внедрения специализированной системы ЧПУ на установке «ЭЛУ-20АМ», используемой в опытном производстве ОАО «НИАТ».

В качестве образца для анализа результатов внедрения выбран экспериментальный лонжерон коробчатого типа, используемый в настоящее время в конструкции крыла разрабатываемых перспективных летательных аппаратов. Он представляет собой тонкостенную сварную конструкцию из титанового сплава ВТ-6 (Рис. 10).

Рис. 10. Экспериментальный лонжерон коробчатого типа Ввиду химических свойств титана, сварку экспериментального лонжерона коробчатого типа возможно производить только в защитной среде либо в вакууме – в противном случае сварной шов окажется загрязненным различными химическими соединениями титана и не будет обладать должными характеристиками.

По окончании изготовления тестовой партии экспериментальных лонжеронов коробчатого типа проведен сравнительный анализ результатов, полученных до и после внедрения специализированной системы ЧПУ, показавший, что:

реализована возможность поиска стыка свариваемых деталей и фиксирования его координат с высокой точностью в автоматическом режиме за счет применения нового ВКУ, обладающего высокой разрешающей способностью и малой восприимчивостью к внешним помехам, что позволило значительно ускорить процесс обучения системы ЧПУ, сократив тем самым время подготовки к сварке;

достигнута высокая точность фокусировки электронного луча на стыке свариваемых деталей и стабильность параметров технологического процесса ЭЛС за счет устранения влияния человеческого фактора на синхронизацию управления параметрами ЭЛП и взаимными перемещениями ЭЛП и свариваемых деталей, что позволило получить качественный сварной шов за один проход, повысив тем самым качество изготавливаемого изделия, а также сократив суммарное время обработки;

общее время обработки одной детали в ЭЛУ сократилось со 136 до 70 минут.

В заключении приводится описание возможных путей развития специализированной системы ЧПУ, а также вариантов ее применения, выходящих за рамки диссертационной работы.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 1. За счет создания и внедрения специализированной системы ЧПУ решена задача повышения эффективности применения ЭЛУ, включающая: повышение качества ЭЛС (уменьшение количества брака с 16% до 2% в сварных соединениях наибольшей сложности), сокращение времени на всех этапах цикла проведения ЭЛС в 1.52.5 раза, снижение себестоимости проведения работ по изготовлению деталей с помощью ЭЛС в 2-3 раза. Решение данной задачи имеет важное значение для авиационной промышленности.

2. Выявлены взаимосвязи между параметрами, управляющими процессом ЭЛС (электрические оси), и взаимными перемещениями свариваемых деталей и ЭЛП (геометрические оси), особенностью которых является то, что их использование в математической модели специализированной системы ЧПУ позволяет повысить точность синхронизации геометрических и электрических осей.

3. По совокупности результатов проведенных исследований разработана математическая модель специализированной системы ЧПУ, отличающаяся от традиционной модели наличием модуля управления ЭЛП для проведения сварки в вакууме и модуля ВКУ для осуществления наведения на стык свариваемых деталей. Построена схема программно-аппаратной реализации специализированной системы ЧПУ на базе открытой коммерческой системы управления класса PCNC.

4. Разработана функциональная модель модуля управления ЭЛП. Отличительной особенностью данного модуля является реализация следующих электрических осей:

ось тока луча, ось тока фокусировки луча, оси токов магнитных линз, отклоняющих луч по осям абсцисс и ординат системы координат пушки.

5. Разработана функциональная схема модуля ВКУ высокой четкости, особенностью которого является малая восприимчивость к внешним помехам, что позволило получить изображение стыка свариваемых деталей с малым зазором (менее 0.5 мм) и реализовать определение координат данного стыка в автоматическом режиме.

6. Технологической процесс ЭЛС экспериментальных образцов авиационных конструкций в опытном производстве ОАО «НИАТ» рекомендуется осуществлять на установке «ЭЛУ-20АМ» под управлением созданной специализированной системы ЧПУ.

7. Полученные теоретические и практические результаты исследований рекомендуется использовать в высших учебных заведениях при подготовке бакалавров, магистров, инженеров, а также научных кадров, в частности в учебной дисциплине «Структура и математическое обеспечение систем управления» кафедры «Компьютерные системы управления» ГОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН».

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Коваленко А.В. Виды сплайновой пятиосевой обработки деталей ракетных аппаратов на многокоординатных обрабатывающих центрах // Доклады XVII научно-технической конференции молодых ученых и специалистов – 5-9 декабря 2005, Королев. – Королев: РКК «Энергия», 2006. Том 2, С. 32-36.

2. Плихунов В.В., Шлесберг И.С., Коваленко А.В. Функциональные возможности систем ЧПУ и перспективы их применения на современном машиностроительном производстве // Авиационная промышленность. 2007. – №1. – С. 42-46.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»