Устройство для полунатурного моделирования червячного привода станка Советский патент 1989 года по МПК G06G7/48 

лотника 5 через блок 15 преобразования и усилитель 16о При работе устройства блоками моделирования червяка, червячного колеса и контакта между ними осутцествляется моделирование входных и выходных координат червяка и червячного колеса, а также

координат контакта взаимодействия червяка с червячным колесом, а весовым коэффициентом отдельных блоков при этом задаются динамические, кинематические и конструктивные параметры привода: жесткостей, коэффициента передачи и трения.

Изобретение относится к системам автоматизированного проектирования и может быть использовано в качестве лабораторного стенда при автоматизированном проектировании прецизионных шлифовальных станков. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет моделирования динамических, кинематических и конструктивных параметров червячного привода круглошлифовального прецизионного станка. Устройство для моделирования червячного привода, содержащее бабку 1 и шпиндель 2 круглошлифовальных станков 3, исполнительное устройство, выполненное в виде гидроцилиндра 4 с золотником 5, причем поршень 6 гидроцилиндра 4 прикреплен к бабке 1 через датчик 7 силы, а корпус - к неподвижному основанию, содержит также датчик 8 активного контроля, расположенный в зоне обработки изделия 9, и блоки моделирования червяка 10, червячного колеса 11, контакта червяк-червячное колесо 12 и контакта червячное колесо-червяк 13, причем к входу блока 10 подключен выход датчика 8, а к входу блока 11 - выход датчика 7 через блок преобразования 14, а выход блока 14 подключен к электромагниту золотника 5 через блок преобразования 15 и усилитель 16. При работе устройства блоками моделирование червяка, червячного колеса и контакта между ними осуществляется моделирование входных и выходных координат червяка и червячного колеса, а также координат контакта взаимодействия червяка с червячным колесом, а весовыми коэффициентами отдельных блоков при этом задаются динамические, кинематические и конструктивные параметры привода: жесткостей, коэффициента передачи и трения.

Изобретение относится к системам втоматизированного проектирования 5 может быть использовано в качесте лабораторного стенда при автоматизированном проектировании прецизионных шлифовальных станков.

Цель изобретения - расширение 20 функциональных возможностей путем учета динамических, кинематических и конструктивных параметров червячного привода круглошлифовального прецизионного станка.25

На фиг о приведена схема устройства; на фиг о 2 - динамическая модель.

Устройство содержит бабку I и шпиндель 2 круглошлифовального стан- jQ ка 3, исполнительный механизм, выполненный в виде гидроцилиндра 4 с золотником 5,, причем поршень 6 гидроцилиндра 4 прикреплен к бабке 1 через датчик 7 силыр в корпус - к неподвижному основанию, а также датчик 8 активного контроля, расположенный в зоне обработки изделия 9, и блоки моделирования червяка 10, червячного колеса 11, контакта чер- вяк - червячное колесо 12 и контакта червячное колесо - червяк 13, блок 14 преобразования силы в момент, блок 15 преобразования угловой скорости в линейную координату, усили тель 16 мощности, исполнительный механизм 17. Блок 10 моделирования содержит последовательно соединенные умножитель 18, первьм вход которого соединен с выходом датчика 8 активного контроля, а к второму входу подключен выход блока 19 регулируемого напряжения, интегросумматор 20, интегратор 21 и инвертор 22, выход которого соединен с другим входом интегросумматора. Блок 11 моделирования содержит последовательно сое- .диненные интегросумматор 23, интегратор 24 и инвертор 25, выход которого соединен с первым входом интегросумматора. 23, к второму входу которого подключен выход датчика -7 силы через блок 14 преобразования силы в момент, а выход интегросумматора 23 также через последовательно соединенные блок 15 преобразования угловой скорости в линейную и усилитель 16 мощности подключен к электромагниту 26 золотника 5. Блок 12 моделирования содержит последбватель но соединенные сумматор 27, первый 28 и второй 29 ш теграто ры и инвертор 30, выход которого подключен к второму входу сумматора 27, а также к третьему входу интегросукматора 20. Блок. 13 моделирования содержит последовательно соединенные усилитель 31, к входу которого подключен выход инвертора 30, а выход - к третьему входу интегросумматора 23 и сумматор 32, выход которого соединен с третьим входом су Ф5атора 27, а к второму и третьему входам подключены соответственно выходы сумматора 27 и инвертора 25„ Гидроцилиндр 4 с поршнем 6,.золотником 5 и электромагнитом 26 образуют исполнительный механизм 17„

Устройство работает следующим образом.

Блоки 10 - 13 моделирования по сигналам от датчиков 8 и 7, пропорциональным геометрическим размерам детали и силе реакций между модели™ руемым.приводом и бабкой станка, решают уравнения, которыми заменена формализованная часть станка, т.е. червячный привод, и выдают скорость углового перемещения червячного колеса которая через блок 15 преобразования преобразуется в скорость линейного перемещения, в свою очередь преобразуемую через усилитель 16 мощности и золотник 5 в координату перемещения поршня 6 гидроцилиндра (поскольку

гидроцилиндр с управлением от золотника является интегрирующим звеном) и тем самым перемещения бабки1 о Таким образом, изменение, весовых коэффициентов на входах блоков моделирования моделируются динамические, кинематические и конструктивные параметры привода и производится их выбор в зависимости от качества обработки Затем привод реализуется конструктивно Уравнения записываются п динамической модели фиг. 2, где 1ц, 1 - -моменты инерции червяка и чер- вйчного колеса соответственно; I, 1 - приведенные моменты инерции контактирующих элементов червяка и червячного колеса соответственно;

4 ij

С , К | - коэффициенты приведенных жесткости и демпфирования червяка и червячного колеса соответственно; М л,, ц - угловые координаты, соответственно на оси червяка, в зоне контакта элементов червяка и червячного колеса и на оси чер- вячного колеса; Мд - момент двигателя привода; М - момент со стороны нагрузки на редуктор; R - сила реакций в контакте При этом, рассматривая червяк в качестве ве- дущего звена привода и применяя принцип работы Даламбера, дифференциальные уравнения привода приобретают вид:

) + U; (Г)

CjcfK-l/KK) -М

н

де и - сигнал, характеризующий величину съема материала обрабатываемой детали; i - передаточное число редуктора;

L - коэффициент полезного действия передачи, выражаемый 1 + f tg i

ITd- f ент трения в контрольной паре; d- угол наклона витка зуба червяка).

Уравнение (1) решается по известым законам и принципам с помощью

как

(f - коэффици

10

25

О 222476

блока lOo С помощью умножителя 18, на первый вход которого поступает сигнал- с выхода.датчика а1 тивного контроля, пропорциональный величине съема обрабатываемой детали, а на второй вход - регулируемое напряжение с выхода блока 19, пропорциональное моменту, развиваемому двигателем моделируемого Т1ркзор,а формируется модулируемое управляющее воздействие на редуктор, которое определяет координату if на выходе интегратора 21, С .помощью блока 11 решается уравнение (2) движения червячного колеса по входному сигналу с выхода датчика 7 силы, пропорциональному силе реакций взаимодействия моделируемого привода с бабкой. Так как взаимодействие оси червячного колеса с бабкой осуществляется обычно парой винт-гайка, которая преоб- разует вращательное движение колеса в поступательное движение бабки с соотношением К, моделирование осуществляется блоком 14 преобразования силь: в момент, которьй может быть представлен усилителем с коэф15

20

О 35

45

50

55

фициентом передачи -,,На выходе инК

тегросумматора при этом образуется сигнал - Цц , которьй блоком 15 через коэффициент К преобразз ется в сигнал, пропорциональный скорости ли- нейной координаты перемещения бабки, и передается через усилитель 16 на вход электромагнита 26 золотника 5 и обеспечивает перемещение поршня 6 и бабки 1 на величину, определяемую параметрами моделируемого привода. Связьшающие уравнения (3) - (6) контактной пары решаются соответственно блоками 12 и 13.

Таким образом, изменением весовых коэффициентов на входах интег- росумматоров 20,23 и суммато.ров 27 и 32, усилителя 31 моделируются изменения моментов инерции элементов привода, жесткостей, коэффициента передачи и трения в контакте , характеризующие динамические, кинематические и конструктивные параметры червячного привода.

Формула изобретения

Устройство для полунатурного моделирования червячного привода станка, содержащее бабку и щпиндель

к|руглоишифовального станка, исполни т|ельный механизм, жестко прикрепленный к датчику силы, который неподвижно соединен с бабкой, и датчик активного контроля, расположенный зоне обрабатываемого изделия, тличающееся тем, что, целью расширения функциональных возможностей путем учета динамических, кинематических и конструктив- гык параметров червячного привода станка, оно содержит блок преобраования силы в момент, последова- т|ельно соединенные блок преобразования угловой скорости в линейную координату и усилитель мощности, Елок моделирования червяка, выпол- енный в виде последовательно сое- иненных источника регулируемого апряжения, умножителя, интегросум- атора, интегратора и инвертора, ыход которого соединен.с другим .1 ходом интегросумматора, блок оделирования червячного колеса, вы олненный в виде последовательно оединенных интегросумматора, ин- i-erpaTopa и инвертора, выход которого соединен с первым входом интег- )осумматора, блок моделирования контакта- червяк - колесо, выполненный :з виде последовательно соединенных сумматора, nepBoi o и второго интеграторов и инвертора, выход которог подключен к первому входу сумматора этого блока, к третьему входу интегросумматора блока моделирова- ия червякг, блок моделирования кон

5

5

0

0

5

такта колесо - червяк, выполненный в виде последовательно соединенных усилителя и сумматора, выход которого подключен к второму входу сумматора блока моделирования контакта червяк - колесо, выход интегратор.а блока моделирования червяка соединен с третьим входом сумматора блока моделирования контакта червяк - колесо, выход которого подключен, к второму входу сумматора блока моделирования контакта колесо - червяк, выход датчика активного контроля соединен с вторым входом умножителя блока моделирования червяка, выход датчика силы подключен к входу блока преобразования силы в момент, выход которого соединен с вторым входом интегросумматора блока ко- делирования червячного Колеса, выход которого подключен к входу блока преобразования угловой скорости в линейную координату, выход усилителя блока моделирования контакта колесо - червяк подключен к третьему входу интегросумматора блока моделирования червячного колеса, выход инвертора этого блока подключен к третьему входу сумматора блока мо-- делирования контакта колесо - червяк, выход усилителя мощности подключен к входу исполнительного механизма, выход инвертора блока моделирования контакта червяк - колесо соединен с входом усилителя блока моделирования контакта колесо - червяк.