Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии

Диссертационная работа:

Коваленко Артем Валерьевич. Синхронизация в системе ЧПУ геометрических и электрических осей электронно-лучевой установки с целью повышения эффективности сварки авиационных конструкций : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.06, 05.07.02 / Коваленко Артем Валерьевич; [Место защиты: Моск. гос. технол. ун-т "Станкин"].- Москва, 2009.- 120 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/1787

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Список сокращений 4

Введение 6

Глава 1. Анализ построения современных систем управления на

базе ЧПУ и ПЛК. Постановка задачи 11

  1. ПЛК как базовое средство автоматизации производственного процесса 11

  2. Обобщенная схема системы ЧПУ. Модули управления электродвигателями как часть системы управления 14

  3. Обзор современных систем ЧПУ ведущих производителей.

Их особенности, преимущества и недостатки 19

1.4. Пути повышения производительности и качества обработки
наЭЛУ 36

Постановка задачи 45

Глава 2. Исследование процесса сварки в вакууме с позиции
управления и автоматизации 47

  1. Физические основы сварки 47

  2. Анализ основных исполнительных органов ЭЛУ с позиции управления. Выявление управляемых параметров 53

Краткие выводы по главе 56

Глава 3. Построение математической модели специализированной
системы ЧПУ 58

  1. Анализ системы ЧПУ с позиции теории автоматического управления 58

  2. Построение и анализ математической модели механического исполнительного органа системы ЧПУ 62

  3. Построение математической модели электрического исполнительного органа системы ЧПУ 78

  4. Формирование функциональной схемы специализированной системы ЧПУ 81

Краткие выводы по главе 82

Глава 4. Расширение возможностей системы ЧПУ за счет

разработки модуля управления ЭЛП 85

  1. Анализ функциональной схемы установки электроннолучевой сварки «ЭЛУ-20А» 85

  2. Разработка специализированной системы ЧПУ для модернизации установки «ЭЛУ-20А» 89

  3. Анализ результатов применения специализированной системы ЧПУ на установке «ЭЛУ-20АМ» 96

Краткие выводы по главе 98

Глава 5. Совершенствование технологии обработки
экспериментального лонжерона крыла путем применения
специализированной системы ЧПУ 100

  1. Особенности изготовления экспериментального лонжерона крыла 100

  2. Влияние специализированной системы ЧПУ на технологию сварки экспериментального лонжерона крыла 103

Краткие выводы по главе 106

Заключение 108

Общие выводы по работе 109

Литература 111

Список сокращений

АЦП - аналогово-цифровой преобразователь

АЧХ - амплитудно-частотная характеристика

ВКУ - видеоконтрольное устройство

ГОСТ - государственный стандарт

ГПЛ - гибкая производственная линия

ГПЯ - гибкая производственная ячейка

ГРР - группа режимов работы

ЛАЧХ - логарифмическая амплитудно-частотная характеристика

ЛФЧХ - логарифмическая фазово-частотная характеристика

ОАО - открытое акционерное общество

ОЗУ - оперативное запоминающее устройство

ООС - отрицательная обратная связь

ОС - операционная система

ПЗУ - постоянное запоминающее устройство

ПК - персональный компьютер

ПЛК - программируемый логический контроллер

ПО - программное обеспечение

САР - система автоматического регулирования

САУ - система автоматического управления

ТАУ - теория автоматического управления

УМ - усилитель мощности

ФЧХ - фазово-частотная характеристика

ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь

ЧПУ - числовое программное управление

ЭЛП - электронно-лучевая пушка

ЭЛС - электронно-лучевая сварка

ЭЛУ - электронно-лучевая установка

API - Application Programming Interface

Введение к работе:

Авиационная промышленность — одна из ведущих и самых высокотехнологичных машиностроительных отраслей в мире. Требования, предъявляемые к технологическим процессам и реализующему их технологическому оборудованию, являются одними из самых высоких в машиностроении и продолжают расти с каждым годом по мере развития технического прогресса. Авиационная промышленность использует практически все виды технологических процессов и технологического оборудования, применяемых в машиностроении [1]. В данной работе рассматривается технологическое оборудование, реализующее процесс электронно-лучевой сварки (ЭЛС) элементов авиационных конструкций. Данный тип оборудования присутствует на каждом предприятии, выпускающем авиационную технику, так как позволяет производить сварку практически всех металлических конструкционных материалов, в том числе титановых сплавов [2].

По мере совершенствования и усложнения конструкции летательных аппаратов, совершенствовались и усложнялись технологические процессы и реализующее их технологическое оборудование, а также появлялись новые виды процессов и оборудования. С целью повышения производительности технологий и оборудования, а также качества изготавливаемых на нем деталей, стали разрабатываться различные системы управления и автоматизации производственных процессов. С развитием вычислительной техники появилась возможность создания системы числового программного управления (ЧПУ), являющейся в настоящее время основой автоматизации современного производства [3].

В настоящее время система ЧПУ располагает полным набором

функциональных возможностей для автоматизации процесса обработки,

позволяя тем самым практически полностью исключить человеческий

фактор из процесса управления.

Применение системы ЧПУ дало возможность появлению принципиально нового структурного технологического образования на производстве —. гибкой производственной ячейки (ГПЯ) и его дальнейшего развития - гибкой производственной линии (ГПЛ) [4-6].

Исторически сложилось [7], что системы ЧПУ появились в результате эволюции систем управления механробрабатывающих станков, и производители долгое время продолжали совершенствовать функциональные возможности по управлению взаимными перемещениями инструмента и заготовки. Этому способствовало большое численное превосходство (порядка 80%) механробрабатывающих станков над другими видами технологического оборудования. По этой причине системы ЧПУ были функционально ориентированы на механообрабатывающее оборудование и создавались, в первую очередь, для этого типа оборудования.

Ведущими зарубежными изготовителями систем ЧПУ произведена революция в области автоматизации производства в период 60-80 г.г. прошлого века, значительно поднявшая производительность труда и качество выпускаемых продуктов на таких производствах, а также открывшая новые возможности управлении предприятием [8,9]. Системы ЧПУ отечественного производства, выпущенные в конце прошлого — начале этого века, хотя и уступают по надежности и функциональным возможностям продукции ведущих мировых производителей, выигрывают по цене, обеспечивая при этом необходимую точность и, соответт ственно, качество обработки деталей.

Воздействия на заготовку, применяемые в технологическом оборудовании, разнообразны. Они могут носить электрическую, магнитную, электромагнитную, химическую и, в том числе, механическую природу. Взаимное перемещение органа, реализующего технологическое воздействие, и обрабатываемой заготовки осуществляется при помощи геометрических осей.

Оси, реализующие перемещения, в дальнейшем будем называть

геометрическими осями. Под геометрической станочной осью в данном случае понимается параметр, значение которого соответствует положет нию определенного исполнительного органа станка и является его управляющей величиной.

Кроме геометрических, необходимо рассмотреть оси, реализующие различное технологическое воздействие на обрабатываемую заготовку, например: механическое, электронное, электронно-ионное, фот-тонное, тепловое, магнитное, электрическое, электромагнитное, звуковое и др. воздействия. Примерами технологической реализации такого воздействия являются; электронно-лучевая и лазерная сварка, пайка, ионногвакуумное нанесение покрытия, обработка токами высокой частоты, ультразвуком и т.п. Такие оси будем называть электрическими осями, так как они реализуют управление обработкой посредством изменения амплитуды и формы для напряжения и тока.

В отличие от механообрабатывающего технологического оборудования, установки электронно-лучевой сварки и пайки, лазерной сварки и полировки, ионно-вакуумного нанесения покрытия не имеют типового решения по части управления. Существующие образцы систем управления российского производства для данных видов оборудования (в дальнейшем будем называть такое оборудование комбинированным) являются узкоспециализированными и разрабатываются под каждую технологическую установку индивидуально. Большинство из них построены на базе 1МВ-совместимых персональных компьютеров (ПК) и не обеспечивают достаточной автоматизации производственного процесса, так как являются децентрализованными, то есть, разделены на две частично или полностью независимые системы: для управления геометрическими и электрическими осями. При этом большую часть технологических операций, в том числе синхронизацию управления данными осями, оператор вынужден выполнять в ручном режиме.

Помимо этого, большинство систем управления таким технологи-

ческим оборудованием не поддерживает выполнение управляющих программ, написанных на едином стандартизированном языке ISO-7bit (именуемым языком G-команд) [10], что значительно снижает удобство работы, усложняет подбор и обучение персонала: операторам и программистам-технологам необходимо дополнительно изучать нестандартные языки для написания управляющих программ.

Решением проблемы несовместимости систем управления геометрическими и электрическими осями может стать разработка специализированной системы ЧПУ, позволяющей синхронно управлять геометрическими и электрическими осями, используя при этом управляющие программы, написанные на едином стандартизированном языке. Это также позволит облегчить и ускорить подготовку специалистов для работы на таком оборудовании, обеспечит значительное повышение его производительности и качества обрабатываемых на нем деталей.

На основании вышесказанного, тема диссертационной работы является актуальной при непрерывно растущей потребности в современном комбинированном технологическом оборудовании, в условиях отсутствия на рынке (в первую очередь, российском) не только серийно выпускающихся современных систем управления для него, но даже выработанной единой концепции построения таких систем.

В основу данной диссертационной работы положены результаты научно-исследовательских работ, выполненных в ОАО «Национальный институт авиационных технологий» («НИАТ») по разработке системы управления установкой электронно-лучевой сварки «ЭЛУ-20АМ».

Целью данной диссертационной работы является повышение производительности технологического процесса и качества ЭЛС элементов авиационных конструкций путем применения специализированной системы ЧПУ, позволяющей синхронно управлять геометрическими и электрическими осями.

Научная новизна работы определяется полученными в ней сле-

дующими результатами:

на основании выявленных взаимосвязей разработан метод синхронизации управления параметрами электронного луча (электрические оси) и взаимными перемещениями свариваемых деталей и ЭЛП (геометрические оси) в рамках одной системы ЧПУ, значительно повышающий производительность ЭЛУ и обеспечивающий высокое качество изделий, получаемых методом ЭЛС;

построена математическая модель специализированной системы ЧПУ, основанной на открытой коммерческой системе управления класса PCNC, реализующая синхронное управление геометрическими и электрическими осями;

разработана функциональная модель модуля управления ЭЛП, что позволяет в рамках одной специализированной системы ЧПУ управлять электронным лучом;

разработана функциональная схема видеоконтрольного устройства (ВКУ) высокой четкости, характеризующегося малой восприимчивостью к внешним помехам и позволяющего с высокой точностью реализовать функцию определения координат стыка свариваемых деталей в автоматическом режиме.

Практическая значимость работы состоит в разработке методики построения специализированной системы ЧПУ, предназначенной для синхронного управления геометрическими и электрическими осями ЭЛУ, что позволяет повысить эффективность сварки авиационных конструкций.

Основные положения работы опубликованы в 5 печатных работах, докладывались на 2 научно-технических и научно-практических конференциях.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net