Расчет электромеханических устройств систем контроля

 

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

 

Изучить устройство и принцип работы электромеханических устройств систем контроля, получить навыки расчета и оценки их рабочих параметров.

 

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

 

1. Изучить теоретический материал по устройству и принципам работы электромеханических устройств систем контроля.

2. Ознакомится с методикой расчета рабочих характеристик электромеханических устройств систем контроля.

 

3. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

 

Современное производство характеризуется автоматизацией основных и вспомогательных операций технологического оборудования, в том числе операций контроля. Это реализуется при совместной работе электрических и механических устройств в активном процессе функционирования всей производственной системы.

Рассмотрим процесс функционирования электромеханической системы на примере магнитострикционного привода, применение которого сочетает признаки методов вибрационной обработки с наложением высокочастотных колебании инструменту и методов контроля изменения силы резания P по синусоидальному закону, где циклическая частота ω = 2π f (f =0 - 20000Гц):

P(t) = P_cp + p∙ sinω t. (8.1)

Эффективность метода вибрационной обработки достигается при изменении угла α в плоскости резания инструмента по синусоидальному закону:

sinα _е = sin²i + cos²i·sinα;. (8.2)

Из (8.2) очевидно, что он увеличивается до эффективного значения α _е, изменяясь непрерывно за счет угла i, образующегося при вибрации:

i = π /2 – arctg (V_p/4af). (8.3)

Вибрации обеспечиваются магнитострикционным приводом (рис. 1), в котором возбуждаемые генератором 1 электромагнитные колебания усиливаются сервоусилителем 2 и, поступая в распределитель питания 3 подаются в никелевый магнитостриктор 4, укрепленный на поршне гидроцилиндра 6 станка. Магнитостриктором синусоидальные электроколебания преобразуются в механические и сообщаются оправке 7 инструмента. Данные о цикличности вибраций поступают от датчика движения 5 в усилитель 2 и генератор 1, который корректирует их амплитуду и частоту. Колебания передаются заготовке через цангу 9 (рис.1) приспособления, посредством штока гидроцилиндра 11 и преобразуются из синусоидальных в механические магнитостриктором 10, функционирующем только при зажиме заготовки. При этом сила зажима выражаемая N = f [Q(t)] (8.4) где Q(t) – сила сжатия цанги, изменяется по синусоидальному закону:

Q(t) = Q _cp + q∙ sinω t (8.5)

Как следует из (5), величина Q(t) увеличивается. Возрастающая вначале амплитуда колебаний заготовки уменьшается по мере возрастания усилия зажима цанги, колебания прекращаются, и по сигналу датчика 12 магнитостриктор 10 отключается. Интенсивное чередование колебаний и изменения Q(t) обеспечивает однородное распределение нагрузки, отсутствие зазоров и постоянное пятно контакта при зажиме, что позволяет сократить влияние случайной составляющей погрешности базирования ε _б на точность обработки, положения заготовки при ее установке. Магнитопривод 8 (рис. 2) подводится в зону обработки манипулятором с целью удаления скоплений стружки и работает одновременно с магнитостриктором 4 (рис.1). С завершением обработки магнитостриктор 4 отключается и магнитопривод отводится в зону скопления стружки. Так как он работает в зоне обработки, вблизи инструмента, то важно определить его геометрические параметры. Стальной магнитопровод 1, (рис.2) намагничиваясь в магнитном поле обмотки 3, притягивает стружку с силой Fм, большей веса стружки Р:

Fм = В²∙ S/2> P (8.6)

где В – магнитная индукция, Тл; S – площадь сечения полюса, м².

Отсутствие зазоров между катушкой 2 и магнитопроводом L делает магнитный поток (Ф = В∙ S) максимальным, а сопротивление минимальным. Конструкция помещается в цоколь изолятора 4. Вес стружки Р определяется характеристиками детали:

Р = М_стр∙ g; g = 9, 8 м/с². (8.7)

Используя выражение (8.6) определяем закон изменения В, преобразовав его получаем следующее равенство:

(8.8)

где μ ₀ = 4π ∙ 10 ^–7 Гн/м; I – сила тока, А; N – число витков; l – длина обмотки, м.

Используя (8.8) определяем выражение для S, необходимое для определения диаметра отверстия катушки d под магнитопровод:

(8.9)

где Кз – коэффициент запаса (Кз=1, 5-2, 0).

Проведенные исследования позволяют заключить, что использование предложенных устройств в рамках единой электромеханической системы позволяет в условиях производства организовать многоцикловой режим работы оборудования. Это возможно благодаря последовательной организации работы каждого из устройств системы, процессов контроля т.к. весь процесс функционирования подчинен единым законам синусоидальных зависимостей (8.1) и (8.5), что обеспечивает простоту настройки и регулировки оборудования.

Совместное применение каждого из предложенных устройств позволяет автоматизировать работу оборудования. Повысить точность и качество обработки поверхностей обрабатываемых изделий. Достичь необходимой точности установки изделий; Увеличить производительность обработки деталей, за счет сокращения объемов ручного труда и применения автоматического цикла функционирования автоматизированных устройств совместно с системой контроля и управления оборудованием.

 

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

4.1. Изучить теоретический материал.

4.2. Ознакомиться с методикой расчета электромеханических устройств.

4.3. Получить задание на выполнение работы (см. табл. 8.1)

4.4. Выполнить расчет показателей электромеханических устройств, используя формулы (8.1-8.9).

 

Таблица 8.1

 

Данные	Варианты
U (В)
I (А)	1, 1	1, 2	1, 3	1, 8	2, 0	2, 2	2, 5	3, 1	3, 3	3, 6
Мстр (кг)	0, 30	0, 35	0, 40	0, 45	0, 50	0, 55	0, 60	0, 65	0, 70	0, 75
l (м)	0, 15	0, 22	0, 35	0, 45	0, 55	0, 65	0, 63	0, 53	0, 45	0, 37
N (витков)

 

Данные	Варианты
U (В)
I (А)	1, 8	1, 25	1, 12	1, 38	1, 35	1, 25	1, 38	3, 5	3, 2	5, 3
Мстр (кг)	0, 80	0, 85	0, 90	0, 95	0, 19	0, 15	0, 17	0, 15	0, 2	0, 3
l (м)	0, 91	0, 26	0, 63	0, 64	0, 75	0, 67	0, 66	0, 85	0, 82	0, 93
N (витков)

 

5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

 

Отчет должен содержать:

5.1. Расчеты, выполненные в последовательности, соответствующей общему порядку выполнения работы.

5.2. Оценку данных, полученных в результате расчетов.

 

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

6.1. Назовите параметры, характеризующие электромагнитные устройства.

6.2. Какое устройство характеризует применение явления магнитострикции.

6.3. Каким законом характеризуется изменение магнитной индукции.

6.4. Охарактеризуйте силовую характеристику магнитопривода.

6.5. Охарактеризуйте понятие «синусоидальные электроколебания».

6.6. Поясните принцип работы магнитопривода.

6.7. Приведите рекомендации для повышения эффективности работы устройств на основе явления магнитострикции.