Обрабатывающее оборудование нового поколения

ВВЕДЕНИЕ 3
1. Конструирование многоподвижных и многопоточных механизмов механообрабатывающего оборудования 5
1.1 Элементы соединений и самоустанавливаемость звеньев 5
1.2 Приводные пары и соединения 8
2. Кинематика многоподвижных и многопоточных механизмов 11
2.1 Решение прямой и обратной задач кинематики 11
2.2 Решение задачи о скоростях 12
3. Динамика многоподвижных и многопоточных механизмов 14
4. Приводы стержневых технологических машин 15
4.1 Общие сведения 15
4.2 Перспективные двигатели 15
5. Системы управления механообрабатывающим оборудованием с элементами искусственного интеллекта 17
5.1 Общие сведения 17
5.2 Средства контроля геометрических параметров поверхностей сложной формы 17
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 19
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 21

1.1 Элементы соединений и самоустанавливаемость звеньев
Для того чтобы удобнее было конструировать и особенно, осуществлять математическое описание динамических и кинематических процессов механизмы представляют в виде упрощенных образов, либо моделей. Эти механизмы называют еще в структурах динамическими и кинематическими схемами.
Первичными структурными единицами кинематических схем являются звенья: как правило, твердые тела и соединения данных твердых тел, то есть принявшие пары.
Чем проще представляют кинематические пары по сравнению с их конструктивными исполнениями, тем самым легче исследовать механизм, но тем дальше уходят от реального взаимодействия звеньев, от действительности. При всем этом необходимо понимать, что класс и изображение кинематической пары - это категории неоднозначные и условные. Необходимо довольно хорошо знать конструкцию соединения, чтобы безошибочно представить ее в виде кинематической пары.
...

1.2 Приводные пары и соединения
Приведенные пары и соединения по сравнению с кинематическими парами и соединениями могут позволить себе не только передавать, либо воспринимать силы (в направлении линий действия связей), но и способны воспроизводить движение в определенном направлении.2
В приводной паре и соединении между образующими эту пару и соединение звеньями осуществлено силовое замыкание, которое управляется.
Относительное движение звеньев, которые образуют кинематическую пару и соединение, осуществляется при помощи привода, который смонтирован на них.
Во вращательной приводной паре и соединении (Рисунок 1.2, а) передачу и двигатель располагают на одном из сопряженных звеньев: 1 либо 2, в частном случае одно из этих звеньев неподвижно, а выходное звено передачи соединяют с другим из звеньев. Кинематическая пара и соединение обозначена v‚- одноподвижная вращательная кинематическая пара и соединение.
На Рисунке 1.
...

2.1 Решение прямой и обратной задач кинематики
Обратная и прямая задачи кинематики для рассмотренных выше многопоточных и многоподвижных манипуляционных механизмов включает в себя определении зависимости между координатами механизма выходными и управляемыми. Математические зависимости позволяют сформировать управление исполнительными приводами для совершения движения выходного звена многопоточного и многоподвижного механизма по определенному закону (обратная задача кинематики), еще получить закон перемещения выходного звена многопоточного и многоподвижного механизма по известным движениям исполнительных приводов (прямая задача).3
В качестве выходного звена многопоточного и многоподвижного механизма принимается то звено, к которому прикрепляется объект манипулирования (Рисунок 2.1). Объектом манипулирования может быть, например, лучевой излучатель, датчик контроля поверхности, деталь, либо инструмент, являющийся обрабатываемым, и другие различные устройства.
...

2.2 Решение задачи о скоростях
Для многокоординатного механообрабатывающего оборудования нужно обеспечить скорости движения инструмента, которые требуются, относительно поверхности детали, которая в свою очередь подвергается обрабатыванию, при этом управляя скоростью движения исполнительных приводов. Во-первых, это скорость резания v ‚ при помощи которой осуществляется количество обрабатываемого материала, и подача - скорость относительного перемещения детали и инструментаv. Данные скорости имеют свое обозначение в зависимости от типа технологической операции. Примером служит токарная обработка, где скорость резания представляет собой линейную скорость вращения детали, а подача - это перемещение резца на один оборот обрабатываемой детали.
...

3. Динамика многоподвижных и многопоточных механизмов

Предметом исследования динамики подвижного стержневого многоподвижного и многопоточного механизма является математическое описание моментов и сил, которые действуют на данный механизм в виде уравнений движения, то есть изучение и создание динамической модели многоподвижного и многопоточного механизма. Вышеуказанные уравнения необходимы для синтеза законов управления, оценки качества конструкции механизма и решения задач динамики обратной и прямой.
Динамическая модель многоподвижного и многопоточного механизма может быть построена на основе известных законов механики лагранжевой и нютоновой. Итогом применения данных законов лагранжевой и ньютоновой механики являются .уравнения, которые связывают в сочленениях моменты и силы действующие с кинематическими характеристиками звеньев, а также с параметрами движения этих звеньев‚ такими как ускорения, скорости и координаты (линейные и угловые).
...

4.1 Общие сведения
Под приводом технологической машины понимают устройство, которое осуществляет преобразование полного задающего сигнала в линейное, либо круговое перемещение исполнительного органа.
Долгое время в технологических машинах часто не пользовались гидравлические приводы, обеспечивающие высокое быстродействие и точность, при оптимальных массогабаритных показателях. Тем не менее несколько существенных недостатков гидравлических приводов – это возможность загрязнения окружающей среды, сложность эксплуатации, необходимость использования гидростанции. Все это привело к тому, что в настоящее время гидравлические приводы повсеместно вытесняются электрическими приводами. Использование электрических приводов обеспечивает нижеуказанные основные преимущества:
• малые затраты на обслуживание при эксплуатации;
• высокий коэффициент полезного действия;
• отсутствие фактора загрязнения окружающей среды;
• невысокий уровень шума.

4.2 Перспективные двигатели
Характерной особенностью приводов стержневых технологических машин является отказ от редукторов с большим передаточным отношением, что приводит к использованию низкооборотных двигателей (до тысячи оборотов), ”необходимости отказа от среднеоборотных и высокооборотных двигателей.5
В старые времена в стержневых технологических машинах применялись, как правило, электрические двигатели постоянного тока: с возбуждением от постоянных магнитов. Такие электрические двигатели имеют высокие технические характеристики при относительно простых преобразователях. Но данные электрические двигатели требуют в процессе эксплуатации проведения профилактических работ периодически.
Для анализа характеристик электрических двигателей постоянного тока применяют различные математические модели, из которых самой удобной и наглядной для исследований является структурная схема, которая представлена на Рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 – Структурная схема ДПТ


5. Системы управления механообрабатывающим оборудованием с элементами искусственного интеллекта
5.1 Общие сведения
Главными требованиями к системам управления технологическими машинами, которые построены на подвижных стержневых механизмах, являются, во-первых, обеспечение технологических режимов для выполняемой операции, качества и точности получения поверхности при ее обработке и, во-вторых, выполнение указанных требований при наличии упругих деформаций исполнительных механизмов. Это возможно лишь при положении упругих перемещений звеньев манипуляторов и исполнительных механизмов, перемещения инструмента и изделия, при наличии геометрических размеров обрабатываемой поверхности и систем контроля технологических параметров.
...

4.1 Общие сведения
Под приводом технологической машины понимают устройство, которое осуществляет преобразование полного задающего сигнала в линейное, либо круговое перемещение исполнительного органа.
Долгое время в технологических машинах часто не пользовались гидравлические приводы, обеспечивающие высокое быстродействие и точность, при оптимальных массогабаритных показателях. Тем не менее несколько существенных недостатков гидравлических приводов – это возможность загрязнения окружающей среды, сложность эксплуатации, необходимость использования гидростанции. Все это привело к тому, что в настоящее время гидравлические приводы повсеместно вытесняются электрическими приводами. Использование электрических приводов обеспечивает нижеуказанные основные преимущества:
• малые затраты на обслуживание при эксплуатации;
• высокий коэффициент полезного действия;
• отсутствие фактора загрязнения окружающей среды;
• невысокий уровень шума.

5.2 Средства контроля геометрических параметров поверхностей сложной формы
В современное время поверхности сложной формы и изделия, к которым предъявляются высокие требования в отношении точности, контролируются при помощи специальных, либо универсальных измерительных средств, для которых характерно дискретное измерение положения отдельных сечений, либо точек контролируемых поверхностей. Как правило, такие измерительные приборы представляют сложные механические устройства, которые, используя щуп, двигают его от точки к точке и фиксируют абсолютное отклонение головки щупа от некоторой базовой точки. Кроме щупа применяется набор стержней. Универсальные устройства контроля, которые построены на данной основе, требуют хорошей защиты от вибраций и создания специальных механических конструкций. Обычно данные устройства сложны в эксплуатации, особенно при измерении расстояний между отверстиями, либо внутренних размеров.
...

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе проделанной работы выполнены все задачи для достижения поставленной цели: рассмотрены конструирование многоподвижных и многопоточных механизмов механообрабатывающего оборудования, кинематика многоподвижных и многопоточных механизмов, динамика многоподвижных и многопоточных механизмов, приводы стержневых технологических машин, а также системы управления механообрабатывающим оборудованием с элементами искусственного интеллекта.
...

1. Черпаков Б.И., Вереина Л.И. Технологическое оборудование машиностроительного производства. - Учебник для студентов учреждений среднего профессионального образования. — 6-е изд., стер. — М.: Академия, 2015. — 448 с.
2. Морозов В.В. Программирование обработки деталей на обрабатывающих центрах. - Владимир : Владимирский государственный университет, 2011. – 366 с.
3. Чуваков А.Б. Технология изготовления деталей на станках с ЧПУ. Производственное оборудование и основы программирования операций. - Нижний Новгород: НГТУ, 2011. - 279 с.
4. Крайнев А.Ф. Машиноведение на языке схем, рисунков, чертежей. Технологии, машины и оборудование. - Спектр, 2010. — 297 с.
5. Ширнин Ю.А., Якимович С.Б. и др. Технология и оборудование лесопромышленных производств. Справочные материалы. - Учебное пособие. — 2-е изд., без изм. — Йошкар-Ола: МарГТУ, 2002. — 252 с.
6. Афонин В.Л. и др. Обрабатывающее оборудование нового поколения. – Москва, 2001. – 256 с.