Описание автоматизированного стенда стр


Скачать 294.19 Kb.
НазваниеОписание автоматизированного стенда стр
страница1/2
Дата публикации19.05.2013
Размер294.19 Kb.
ТипРеферат
userdocs.ru > Информатика > Реферат
  1   2


Содержание

Введение………………………………………………………………...…2 стр.

Описание автоматизированного стенда……………………………….…4 стр.

Математические основы системы диагностики…………………………8 стр.

Структура программы…………………………………………...………13 стр.

Результат работы программы………………………………………...…14 стр.

Текст программы…………………………………………………………20 стр.

Вывод…………………………………………………………………..…25 стр.

Список литературы………………………………………………………26 стр.

Введение
Развитие и совершенствование маши­ностроения связаны с его автоматизацией, созданием робототехнических комплек­сов, обработки заготовок, построенных на основе гибких производственных систем (ГПС). Гибкие производственные системы оснащаются современными станками с числовым программным управлением (ЧПУ) или управляемыми от ЭВМ, обес­печивающих функционирование ГПС в целом.

Одна из актуальных задач машино­строения - дальнейшее развитие, совер­шенствование и разработка новых технологических методов обработки заготовок деталей машин, применение новых конст­рукционных материалов и повышение качества обработки деталей. Особое вни­мание уделяется чистовым и отделочным технологическим методам обработки, объ­ем которых в общей трудоемкости обработки деталей постоянно возрастает.

Обработка металлов резанием - процесс срезания режущим инструментом с поверхности заготовки слоя металла в виде стружки для получения необходимых геометрической формы, точности разме­ров, взаиморасположения и шероховато­сти поверхностей детали. Чтобы срезать с заготовки слой металла, необходимо ре­жущему инструменту и заготовке сооб­щать относительные движения. Инстру­мент и заготовку устанавливают и закреп­ляют в рабочих органах станков, обеспечивающих эти относительные движения: в шпинделе, на столе, в револьверной головке. Движения рабочих органов станков подразделяют на движения резания, уста­новочные и вспомогательные. Движения, которые обеспечивают срезание с заготов­ки слоя металла или вызывают изменение состояния обработанной поверхности за­готовки, называют движениями резания. К ним относят главное движение резания и движение подачи.

За главное (Dr) движение резания принимают движение, определяющее ск­рость деформирования материала и отделения стружки, за движение подачи (Ds) -движение, обеспечивающее врезание ре­жущей кромки инструмента в материал заготовки. Эти движения могут быть не­прерывными или прерывистыми

Одним из факторов влияющих на изготовление деталей заданного качества является обеспечение формообразующих движений инструмента относительно обрабатываемой детали. В свою очередь важным источником формирования отклонений исполнительных движений от заданных при получистовом/чистовом значении, является погрешность при изготовлении и сборки узлов приводов станков, а также качество сопряжения элементов привода главного движения (ПГД) и привода подач (ПП). В связи с вышесказанным задача диагностики качества сопряжений МРС вообще и качество сопряжений элементов ПП по характеристикам неравномерности исполнительных движений является актуальной.

Исследования в области динамики металлорежущих станков (МРС) показали, что источники формирования нестабильности координат формообразующих движений инструмента относительно детали многообразны. Однако эти источники можно считать аддитивными, т.е. статистически несвязанными, все эти источники имеют, как правило, кинематическое или силовое происхождение. Необходимо обратить внимание на то обстоятельство, что примерно 94% факторов, влияющих на такой показатель качества поверхности, как среднеарифметическое отклонение профиля, связаны со скоростью движения привода подач ПП. В частотной области можно выделить 4 группы источника неопределенности формообразования.

Первая группа лежит в диапазоне от 5 до 15 Гц. Этот тип неопределенности компенсируется с помощью систем управления, а также корректировки устава координат в положении инструмента в пространстве. Исследования в этом частотном диапазоне проведены достаточно полно и в основном определены улучшением системы управления приводом. Полоса пропускания современных систем управления приводов до 15 Гц.

Второй частотный диапазон (ЧД) от 20-30 Гц до 200-500 Гц этот ЧД определяется возмущениями, обусловленными конструктивными особенностями приводов станков. Диапазон за пределами полосы пропускания системы привода и поэтому не может управляться с помощью регуляторов. Этот ЧД наиболее полно отражается в характеристиках качества изготовляемых деталей. Диагностика процессов протекающих в данном ЧД наименее проработана на сегодняшний день.

Третий ЧД заключен в пределы от 500-800 Гц до 10-15 кГц. В этом ЧД проявляются особенности динамики процесса резанья. Он обусловлен многими физико-механическими процессами, сопровождающими обработку детали на МРС. Это факторы переменности сопротивления движению резца, обусловленные периодичностью формирования поверхности. Факторы срыва нароста, так же процессы периодического колебания площади контакта стружки с плоскостью поверхности инструмента. Также проявляются автоколебания режущего инструмента, обусловленные потерей устойчивости процесса резанья и формирования устойчивых предельных циклов. Неопределенность формообразующих движений инструмента в этом частотном диапазоне достаточно полно изучена.

Четвертый ЧД определяется областью микро акустической эмиссии выше 20-30 кГц и практически неограничен. Связан с течением материала его разрушением, вторичным упрочнением, фазовыми превращениями и т.д. Одним из наиболее эффективных направлений в решении данной задачи состоит в создании систем диагностики основанных на:

  1. совершенствовании методики и средств получения достоверной информации протекания процессов сопротивления функционирования станка и непосредственно динамических особенностей данного станка;

  2. использовании современных технических средств обработки собранной информации, основанных на применении специализированных микропроцессоров и электронных систем;

  3. создание более гибких математических алгоритмов и программирования микропроцессорных систем;

  4. внедрения новых методик проведения приемо-сдаточных испытаний. МРС основанных на применении выше перечисленных положений и позволяющие получать необходимые динамические характеристики испытываемого станка;


^ Описание автоматизированного стенда
Технические характеристики станка.

Для выявления источников кинематических и силовых возмущений, обусловленных несовершенством характера сопряжения элементов привода, необходимо получить функцию неравномерности исполнительных движений.

Функцию неравномерности перемещения можно получить, используя в качестве источников первичной информации фотоэлектрический датчик круговых перемещений, установленный на ходовом винте привода станка.

Обратная величина периода импульса, поступающего с датчика, соответствует скорости подачи суппорта на заданной дискрете перемещения.

Задачу измерения периодов прямоугольных импульсов можно решить, используя ЭВМ, которая программно с известной частотой обращается к порту интерфейса, на который поступают прямоугольные импульсы от датчика и подсчитывает количество таких обращений за период одного импульса. Количество обращений в виде числа записывается в память. Подобным образом измеряется каждый импульс.

Необходимо отметить то обстоятельство, что обратная связь не охватывает конечное звено кинематической цепи (суппорт), т.к. датчик стоит на ходовом винте или шпинделе. Однако правомерность такого подхода обоснована в ряде известных работ.

Механическая часть стенда.

В качестве стационарной механической части автоматизированного стенда используется токарный станок с числовым программным управлением УТ16Ф3.

Габариты станка:

– длина, мм

3200

– ширина, мм

1180

– высота, мм

1680

Основные технические характеристики станка:

– наибольшая длина обрабатываемого изделия, мм

630

– наибольший диаметр обрабатываемого изделия, мм

200


Подачи рабочие:

– продольные, мм/мин

10...1200

– поперечные, мм/мин

10….600

Подачи ускоренные:




– продольные, мм/мин

1800

– поперечные, мм/мин

1200

Количество программируемых координат:

2

– координата "Z"

продольное перемещение

– координата "X"

поперечное перемещение

Величина коррекции:




– по координате "Z", мм

49,995

– по координате "Х", мм

49,995

Дискретность ввода коррекции:




– по координате "Z", мм

0,005

– по координате "Х", мм

0,005

Скорость перемещения суппорта в рабочем режиме задается программой, а при наладках управляется крестовым переключателем и имеет фиксированные скорости - нормальную и ускоренную.

Способ регулирования: бесступенчатый по программе.

Суппорт:




– высота резца, устанавливаемого в резцедержатель, мм

20

– наибольшее перемещение по координате "Z", мм

630

– наибольшее перемещение по координате "X", мм

130

Станок предназначен для обработки детали сложной конфигурации в замкнутом полуавтоматическом цикле, а также для нарезания крепёжной резьбы.

Область применения – мелкосерийное производство.



На рисунке 1 изображена упрощённая схема автоматизированного комплекса для исследования качества сопряжения элементов привода продольных подач токарного станка УТ16Ф3, состоящая из:

шпинделя, вращение которого осуществляется от высокомоментного электродвигателя постоянного тока М1, суппорта, приводимого в движение посредствам винтовой передачи и электродвигателем М2. ЧПУ осуществляет управление работой электродвигателей М1 и М2. Через датчики углового перемещения снимается информация о положениях шпинделя и суппорта, которая затем поступает для обработки в ЭВМ, с помощью программного обеспечения.

Пр1 – первое программное средство (написанное на Assembler), считывает информацию, поступающую на вход цифровой платы с датчика (находится в файле данных на HDD). При первом полном вращении ходового винта суппорт проезжает 6 мм.

За один оборот датчик генерирует 1250 импульсов, таким образом, мы можем контролировать перемещение на 1/1250 оборота, 1250 импульсов ~ 6 мм – проехал суппорт.

ЧПУ считает количество импульсов, но импульсы приходят с разным периодом. Вся информация о неравномерности перемещения дописана в вариации периодов импульсов.

Числовое программное управление (ЧПУ) обеспечивает система Луч2Т.

В качестве датчика обратной связи использовался преобразователь измерительный круговых перемещений (ПИКП), модели ВЕ-51В, предназначенный для преобразования кругового перемещения элемента привода фрезерного или токарного металлорежущих станков с ЧПУ в электрический сигнал, содержащий информацию о величине и направлении этого перемещения. В соответствие с инструкцией по эксплуатации, ПИКП ВЕ-51В установлен на ходовом винте привода продольных подач по посадке Ø до упора в торец и зажат цанговым кольцом. Первичные сигналы sinφ и cosφ генерируемые датчиком в процессе эксплуатации, преобразуются с помощью формирователей импульсов в прямоугольные сигналы, амплитуда и форма которых не зависит от изменения амплитуды синусоиды в определенных пределах. Каждому периоду синусоидального сигнала соответствует один период выходного прямоугольного сигнала.



Технические характеристики ПИКП ВЕ-51В:




Количество выходных сигналов:

– основных сигналов I и II каналов (прямой и инверсный)

6

4

– сигналы начала отсчета III канала (прямой и инверсный)

2

– форма выходных сигналов

прямоугольные

– фазовый угол между сигналами I и II каналов, град.

0; 90; 180; 270

– отклонение фазовых углов, %

±10

– скважность сигналов,

2 ±10 %

– нижний уровень сигналов, В (при загрузке 1кОм ±10%),не более

0,4

– верхний уровень сигналов, В

6±20%

– активная длительность фронта и среза, мкс

1±20%

Количество периодов за один оборот вала (дискретность ПИКП):

– сигналов I и II каналов

1000; 1024; 1250; 2500; 4000

– сигнала III канала

1

– максимальная частота вращения вала об/мин

600

– максимальная частота формирования импульсов, кГц

50

– допускаемая систематическая погрешность в пределах




3600 угла поворота

1'

– дополнительная погрешность за счет




нестабильности работы в течение 16 ч.

0,5'

– сходимость показаний

0,5'

Привод подач состоит из электрического двигателя постоянного тока с бесступенчатым регулированием числа оборотов в диапазоне от 10 до 4000 об/мин шестерёнчатого редуктора с лимитированным мёртвым ходом и шариковой пары. Скорость перемещения суппорта в рабочем режиме задается програмно,а при наладках управляется крестовым переключателем и имеет фиксированные скорости – нормальную и ускоренную. ЧПУ (числовое программное управление) обеспечивает система «Луч 2т».

Аппаратная часть включает в себя персональный компьютер типа ЭВМ РС 486 и выше интерфейс ввода вывода аналого-цифровой информации модель L1210M и датчик угловых перемещений.

L1210M – использует встроенный процессор цифровой обработки сигналов ADSP-2105, максимальная частота аналого-цифрового преобразования по одному каналу с одновременным БПФ или цифровой фильтрацией (низкочастотный фильтр Батерворта 10-го порядка) – 100 кГц, количество каналов – аналоговых 16,цифровых 16, разрядность 12 бит (производство МП «РИКО», г.Москва).

Интерфейс используется для:

- преобразования аналоговых сигналов с датчиков 1-6 и вибромолотка 10 в цифровую последовательность для дальнейшего компьютерного цифрового анализа;

- измерения интервалов, длительностей или периодов двоичной последовательности с импульсных фотоэлектрических датчиков обратной связи.

Технические характеристики интерфейса L1210M:




Адресное пространство:

– порты ввода/вывода


16

– базовый адрес

300 Hex

Контроллер прерываний

– № канала прерываний

IRQ10 – IRQ11

Контроллер прямого доступа к памяти (ПДП)




– № канала ПДП ввода

DRQ5

– № канала ПДП вывода

DRQ6

Независимый ввод и вывод по каналам ПДП




АЦП




– разрядность

12 бит

– максимальная частота преобразования

100 кГц

– количество каналов (дифференциальных)

16


^ Математические основы системы диагностики.
Для получения необходимых сведений о качестве сопряжения элементов привода, необходимо провести математический анализ скоростей. Так как данная величина является случайной (стохастический процесс), то в основу почти всех способов обработки заложены вероятностные методы. Причем следует учесть что если считать начальное местоположение суппорта случайной величиной то в данном процессе будут выполнятся все условия предъявляемые к стационарным процессам, а следовательно его можно считать таковым.

Разберём более подробно формулы и законы используемые при исследовании выше перечисленного процесса.

Математическое ожидание называется средним значением, а также центром распределения



(2.0)

где М(Х) – математическое ожидание случайной величины Х;

xk- значение k-го элемента;

pk- вероятность k-го элемента;

В нашем случае этот параметр равен средней величине скорости за все измерения, и по нему можно судить о соответствие заданной и реальной скорости. В программе этот параметр вычисляется с помощью встроенной функции mean(x).

Дисперсией (или рассеянием) случайной величины Х называется математическое ожидание квадрата её отклонения Х – М(Х)




(2.1)



(2.2)

Средним квадратичным отклонением (или стандартным отклонением) σ(Х) случайной величины Х называется корень квадратный из её дисперсии



(2.3)

Так как шероховатость поверхности зависит от стабильности движения суппорта, то дисперсия с достаточной точностью может ее характеризовать. Подобный метод оценки качества поверхности во время обработки очень удобен и прост.

Анализ временных рядов предполагает, что данные содержат систематическую составляющую (обычно включающую несколько компонент) и случайный шум (ошибку), который затрудняет обнаружение регулярных компонент. Большинство методов исследования временных рядов включает различные способы фильтрации шума, позволяющие увидеть регулярную составляющую более отчетливо.

Большинство регулярных составляющих временных рядов принадлежит к двум классам: они являются либо трендом, либо периодической составляющей. Тренд представляет собой общую систематическую линейную или нелинейную компоненту, которая может изменяться во времени. Периодическая составляющая - это повторяющаяся компонента. Оба эти вида регулярных компонент часто присутствуют в ряде одновременно.

Не существует "автоматического" способа обнаружения тренда в временном ряде. Однако если тренд является монотонным (устойчиво возрастает или устойчиво убывает), то анализировать такой ряд обычно нетрудно. Если временные ряды содержат значительную ошибку, то первым шагом выделения тренда является сглаживание. Сглаживание всегда включает некоторый способ локального усреднения данных, при котором несистематические компоненты взаимно погашают друг друга. Самый общий метод сглаживания - скользящее среднее, в котором каждый член ряда заменяется простым или взвешенным средним n соседних членов, где n - ширина "окна". Вместо среднего можно использовать медиану значений, попавших в окно. Основное преимущество медианного сглаживания, в сравнении со сглаживанием скользящим средним, состоит в том, что результаты становятся более устойчивыми к выбросам (имеющимся внутри окна). Таким образом, если в данных имеются выбросы (связанные, например, с ошибками измерений), то сглаживание медианой обычно приводит к более гладким или, по крайней мере, более "надежным" кривым, по сравнению со скользящим средним с тем же самым окном. Основной недостаток медианного сглаживания в том, что при отсутствии явных выбросов, он приводит к более "зубчатым" кривым (чем сглаживание скользящим средним) и не позволяет использовать веса.

Относительно реже, когда ошибка измерения очень большая, используется метод сглаживания методом наименьших квадратов, взвешенных относительно расстояния или метод отрицательного экспоненциально взвешенного сглаживания. Все эти методы отфильтровывают шум и преобразуют данные в относительно гладкую кривую. Многие монотонные временные ряды можно хорошо приблизить линейной функцией. Если же имеется явная монотонная нелинейная компонента, то данные вначале следует преобразовать, чтобы устранить нелинейность. Обычно для этого используют логарифмическое, экспоненциальное или (менее часто) полиномиальное преобразование данных.

Периодическая зависимость представляет собой другой общий тип компонент временного ряда. В общем, периодическая зависимость может быть формально определена как корреляционная зависимость порядка k между каждым i-м элементом ряда и (i-k)-м элементом (Kendall, 1976). Ее можно измерить с помощью автокорреляции (т.е. корреляции между самими членами ряда); k обычно называют лагом (иногда используют эквивалентные термины: сдвиг, запаздывание). Если ошибка измерения не слишком большая, то сезонность можно определить визуально, рассматривая поведение членов ряда через каждые k временных единиц.

Автокорреляционная коррелограмма.

Периодические составляющие временного ряда могут быть найдены с помощью коррелограммы. Коррелограмма (автокоррелограмма) показывает численно и графически автокорреляционную функцию (AКФ), иными словами коэффициенты автокорреляции (и их стандартные ошибки) для последовательности лагов из определенного диапазона (например, от 1 до 30).

Корреляционная функция это начальный момент двух значений случайно взятых функции x(t) и x(t1) в моменты времени t и t1 носит название корреляционной (автокорреляционной) функции. Для стационарного стохастического процесса ее можно вычислить по формуле:



(2.4)

где: R(x,)- автокорреляционная функция;

 – сдвиг равный разнице t2 и t1.

На коррелограмме обычно отмечается диапазон в размере двух стандартных ошибок на каждом лаге, однако обычно величина автокорреляции более интересна, чем ее надежность, потому что интерес в основном представляют очень сильные автокорреляции. Исследование коррелограмм. При изучении коррелограмм следует помнить, что автокорреляции последовательных лагов формально зависимы между собой. Рассмотрим следующий пример. Если первый член ряда тесно связан со вторым, а второй с третьим, то первый элемент должен также каким-то образом зависеть от третьего и т.д. Это приводит к тому, что периодическая зависимость может существенно измениться после удаления автокорреляций первого порядка, т.е. после взятия разности с лагом 1.

Синхронное и синфазное усреднение исходного массива. Так как источники которые влияют на отклонение скорости от заданной делятся на две группы динамические и кинематические, а для определения качества сопряжения узлов нас интересуют только те, что связаны с дефектами самого станка, а не с внешними негативными факторами, то есть кинематические возмущения, то предлагается алгоритм синхронного и синфазного усреднения исходного массива, который будет выделять необходимую для нас информацию. Данный алгоритм работает по принципу цифрового фильтра. По полученной отфильтрованной информации можно делать выводы об источниках кинематических отклонений в приводе продольной подачи станка. Вычисления проводятся по следующей формуле:




(2.5)

где: X() – информационная последовательность отклонений минутной подачи;

X(j) – синфазно синхронное усреднение реализации;

N – количество полных оборотов;

j – индекс шага пространственной реализации,

i – передаточное отношение между периодами вращения,

n – количество дискрет периода вращения,

 - дискрета периода вращения ротора датчика.

Спектральный анализ. Спектр – это представление зависимости частот периодического сигнала. Колебательные периодические явления характеризуются тем, что через определенный промежуток времени, называемый периодом T, значение периодической величины возвращается к своему прежнему значению, что можно записать в следующем виде:



(2.6)

Простейшей периодической функцией является синусоидальная:



(2.7)

где w – частота, связанная с периодом соотношением w=2ω/T.

Спектральный анализ сигнала позволяет выделить в периодическом сигнале, в соответствии с его Фурье-представлением соотношение амплитуда-частота.



Рисунок 2.1 – Сигнал и его Фурье-представление

Как известно из математики, "гладкую" периодическую функцию можно представить в виде суммы периодических синусоидальных функций кратного периода:



(2.8)

Для определения коэффициентов Ak используется метод Эйлера–Фурье, состоящий в интегрировании заданной функции в промежутке [-p,+p].

Прямое и обратное преобразование Фурье. Базовой операцией, выполняемой над последовательностями отсчетов, является прямое и обратное преобразования Фурье, которое позволяет осуществить перенос сигнала из амплитудно-временной области в представление амплитуда-частота и обратно.

Цифровыми методами данную операцию можно выполнить на основе прямого преобразования Фурье, позволяющего произвольную периодическую непрерывную функцию x(t) представить в виде:



(2.9)

Обратное преобразование:



(2.10)

При выполнении данного преобразования цифровыми методами интегрирование по всему диапазону заменяется суммированием – обычной для вычислительной техники операцией.

Дискретный аналог, то есть дискретное преобразование Фурье, аналогичное (2.9) и (2.10), имеет вид:



(2.11)



(2.12)

Производя обычную замену экспоненциального члена WN=e–2(i/N, получаем эквивалентные выражения:



(2.13)



(2.14)

Приемы, позволяющие сократить объемы требуемых вычислений, известны как быстрое преобразование Фурье – БПФ. Сущность метода заключается в том, что при суммировании некоторого ограниченного временного интервала отсчетов в силу периодичности последовательность N точек может быть выражена через подпоследовательность N/2 точек, причем процедура может быть применена рекурсивно.
  1   2

Похожие:

Описание автоматизированного стенда стр iconЗадание по обществознанию
Придумать и нарисовать собственный герб (или герб семьи) (стр. 173 задание №3), написать к нему пояснение. Для выполнения задания...
Описание автоматизированного стенда стр iconМетодические указания содержат краткие теоретические сведения по...
Исследование освещенности рабочих мест: методические указания к лабораторной работе / Лустгартен Т. Ю., Видзон Е. З., Румянцев С....
Описание автоматизированного стенда стр iconМетодика спбгмту 5 стр. Расчётный метод в основе программы «mast»...
Трёхмерное моделирование конструкции в программном комплексе Creo Parametric [Pro Engineer] – 22 стр
Описание автоматизированного стенда стр iconOverview стр. 1 стр. 2 Разд. 1 стр. 3 Разд. 2 стр. 4 Разд. 3 Sheet 1: стр. 1

Описание автоматизированного стенда стр iconПлан I. Юридические лица: понятие, сущность, признаки стр. II. Место...
Место жительства граждан. Безвестное отсутствие. Объявление гражданина умершим стр
Описание автоматизированного стенда стр iconСодержание: I. Основные положения стр
Права и обязанности подписчиков стр
Описание автоматизированного стенда стр iconР а в а ин в алидов памятка
Вступление стр. Как устанавливается инвалидность стр
Описание автоматизированного стенда стр iconПравила приема 41 стр
Организация и сопровождение деятельности органов студенческого самоуправления 25 стр
Описание автоматизированного стенда стр iconЕсли продукция вычеркнута из документов заказа стр
Как стать Представителем/ Координатором стр
Описание автоматизированного стенда стр iconТехническое обеспечение автоматизированного рабочего места

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
userdocs.ru
Главная страница