5.3. Описание модели

Блок «Задание скорости» (ЧПУ) формирует напряжение задания скорости для движения стола в относительных величинах, в зависимости от положения рабочего органа St. Схема блока представлена на рис. 5.7.

Рис. 5.7. Блок «Задание скорости»

Значение координаты меняется в пределах от –315 до 315 мм, т.е. на максимальное перемещение стола (630 мм) с учётом пути на торможение со скорости быстрого хода (5 мм). Скорость задаётся для удобства в мм/мин, а после задания преобразуется в относительную величину путём деления на базу (ω₀).

Входная величина – положение стола в абсолютных единицах, поэтому значение положения в дальнейших блоках модели должно быть переведено в миллиметры умножением на базу пути S_б = 73,53 мм.

Блок «Двигатель» (рис. 5.8) реализует двигатель вместе со всей механической частью (якорь и винт передачи) привода с учетом его электромагнитной и механической инерционности.

Механическая инерционность учитывается механической постоянной якорной цепи, электрическая инерционность – электромагнитной постоянной. Электромагнитная постоянная двигателя Т_Я принимается равной 0,2 мс.

Механическая постоянная двигателя, с,

где J_Σ – суммарный момент инерции винта и ротора двигателя, кг/м².

Механическая постоянная учитывает инерционность не только ротора двигателя, но и инерцию винта.

Рис. 5.8. Блок «Двигатель»

Блок «Преобразователь» представлен на рис. 5.9, он реализует функцию

,

где τ – время запаздывания преобразователя, равное периоду ШИМ регулирования, с;

Т_ф – постоянная времени фильтра, стоящего на входе преобразователя, для подавления помех, по общепромышленной методике равна,

.

ЭДС преобразователя ограничена максимальным значением выходного напряжения в относительных единицах, от –4,26 до +4,26.

Рис. 5.9. Блок «Преобразователь»

Блок «Задатчик интенсивности» (рис. 5.10) предназначен для формирования необходимого темпа нарастания напряжения задания, для ограничения ускорения двигателя.

Рис. 5.10. Структурная схема блока «Задатчик интенсивности»

Блок «Регулятора скорости» представлен на рис. 5.11, предназначен для регулировки скорости двигателя, и реализует функцию вида

,

где k_РС – коэффициент регулятора скорости, равный отношению Т₁ к Т₂ .

Рис. 5.11. Блок «Регулятора скорости»

С выхода регулятора скорости подаётся задание на регулятор тока, которое необходимо ограничить на уровне, соответствующем пределу прочности винта для динамического усилия (в относительных единицах), но с учётом обеспечения двигателем максимального усилия подачи на столе. Ограничение задано с помощью блока Limit на уровне 0,23I_к.з равном 1,6I_ном.

Блок «Регулятор тока» (рис. 5.12), выполняет функцию ограничения и формирования необходимой диаграммы тока и реализует функцию

,

где T₃ и T₄ – коэффициенты регулятора тока.

На вход регулятора тока подается сигнал, равный разности сигналов U_РС и U_ДТ в относительных единицах, на выходе формируется задание для преобразователя.

Рис. 5.12. Блок «Регулятор тока»

Блок «Передача» содержит элемент с упругостью (рис. 5.13), на вход подаётся разность скоростей: двигателя и рабочего органа, и через жёсткость передачи получается упругая сила, обусловленная закруткой винта.

Рис. 5.13. Блок «Передача»

Значение жёсткости системы передача – стол – инструмент – станина, считают примерно в два раза ниже, чем жёсткость передачи.

Жёсткость считается в относительных единицах:

,

где С – жёсткость винта, принимают С = 420 Н/мкм,

.

Учитывается вязкость передачи – процент потерь или коэффициент затухания.

Блок «Инструмент», описывающий движение стола с заготовкой, их инертность и потери на трение механических частей представлен на рис. 5.14.

Все значения сил трения записаны в относительных единицах, масса стола с деталью приведена к моменту инерции двигателя, кг/м²,

,

где M – масса стола с деталью, кг.

Значение скорости S_t переведено в абсолютные единицы (мм).

Рис. 5.14. Блок «Инструмент»

Блок «Задание силы резания» (рис. 5.15) формирует участки нарастания, спада и пульсаций силы резания, также её зависимость от скорости подачи. Составляющая силы трения при фрезеровке тоже задаётся через данный блок.

Формируется нарастание и спад силы резания в зависимости от врезания или выхода фрезы из детали и задаёт нарастание числа зубьев в работе от 0 до 10. Скважность, обусловленную пульсациями зубьев, обеспечивает синусоидальная функция, частота которой равна частоте пульсаций зубьев относительно детали ω­_z, рад/с

,

где n – частота вращения фрезы, об/мин;

Z – число зубьев фрезы.

Картой задания силы резания от положения стола сформирована с помощью нелинейной функции MAP, листинг которой представлен ниже:

Сила резания прямо пропорционально зависит от скорости подачи s_z^0,75. Эту зависимость перемножают с ранее сформированной кривой силы резания и со значением силы резания, приходящейся на один зуб.

Рис. 5.15. Блок «Задание силы резания»

Use.map

-315 0

-300 0

-299.5 0

-297.98 1

-295.39 2

-291.65 3

-286.6 4

-280.0 5

-271.41 6

-260.0 7

-243.59 8

-200 9

205 9

205.5 8

207.02 7

209.61 6

213.35 5

218.4 4

225.0 3

233.59 2

245 1

261.41 0

305 -1

315 0

Полученная функция будет зависеть от положения и скорости стола, что соответствует реальным условиям,

.