Регистрация / Вход
Прислать материал

14.586.21.0006

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.586.21.0006
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э.Баумана (национальный исследовательский университет)"
Название доклада
Создание научно-технологического задела в области построения интеллектуальных систем адаптивного управления процессом резания на металлорежущих станках с электрошпинделем.
Докладчик
Есов Валерий Балахметович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Cоздание научно-технического задела, ориентированного на разработку интеллектуальных систем адаптивного управления с комплектным электрошпинделем на магнитных подшипниках и позволяющего приступить к созданию и производству нового класса конкурентноспособных обрабатывающих комплексов и станков для высокопроизводительной лезвийной и абразивной обработки современных и перспективных конструкционных материалов
Актуальность и новизна исследования
В рамках тенденции комплексной механообработки требуются шпиндельные системы с расширенным спектром применения, обеспечиваемым возможностью смены параметров шпинделя во время процесса обработки. В настоящее время требуется адаптивный универсальный моторшпиндель, динамически управляемый для различных типов станков, за счёт чего можно достигнуть снижения времени переналадки и обойтись простой сменой инструмента, вместо замены шпинделя.
Такое решение, а именно преодоление существующих границ, достижимо только посредством концепции шпинделя, с активной системой управления опор ротора шпинделя.
Электромагнитные подшипники, являясь полностью мехатронной системой, за счет адаптивной электронной системы управления позволяют контролировать перемещения вала в радиальном зазоре, позиционировать ротор таким образом, чтобы вращение ротора происходило вокруг оси инерции, а также интеллектуальное электронное управление позволяет активно гасить нежелательные колебания шпинделя.
Описание исследования

С ростом требований промышленности, появлением новых конструкционных материалов и инструментов возникла необходимость создания нового поколения обрабатывающего оборудования и технологий механической обработки, в частности, шпиндельных узлов станков, в основном определяющих их точность и производительность. Одно из направлений развития в этой области связано с созданием высокоскоростных комплектных электрошпинделей с АМП. АМП является передовым мехатронным устройством, позволяющим удерживать ротор в магнитном поле в заданном подвешенном состоянии с высокой точностью позиционирования без механического контакта, что колоссально продлевает срок службы устройства, практически не требует технического обслуживания, обеспечивает высокую надежность оборудования, предоставляет широкие возможности мониторинга и инструменты диагностики, позволяет работать на высоких скоростях вращения, снижает уровень шума, позволяет сделать конструкцию более компактной. Вывешенное положение ротора в магнитном поле регулируется электронной системой управления, состоящей из датчиков перемещения, электронного управляющего устройства (регулятора) и усилителей мощности [1]. Соответствующим выбором закона управления обусловливается устойчивость вращения ротора, так же как необходимые жесткость и демпфирование [1, 2]. В этой связи разработка эффективного управления поведением ротора на магнитном подвесе является обязательным этапом создания шпиндельных узлов современного станкостроительного оборудования.

Решению этого вопроса сегодня уделено большое внимание. Отмечается, что существующие методы и средства реализации адаптивного управления не соответствуют современному развитию технологий механической обработки материалов и обрабатывающих комплексов, при этом указывается недостаточная надежность управления, ставится задача поиска путей повышения стабильности положения ротора в магнитном поле, необходимость проведения исследований по оптимизации корреляции между информацией от датчиков станка и параметрами процесса резания, увеличение точности позиционирования ротора повышение эффективности работы системы управления в целом.

Синергетическая теория управления, предложенная и разрабатываемая школой А.А. Колесникова, основывается на отличительной особенности нелинейных систем, для которых не сохраняет свою силу классический принцип суперпозиции, – иметь притягивающие инвариантные многообразия (аттракторы) в их фазовом пространстве. Однако идея синергетического подхода состоит не в поиске, а в преднамеренном введении этих притягивающих многообразий – аттракторов в фазовое пространство исследуемой динамической системы. Критерии и требования задачи управления формируются в виде системы инвариантов. Инварианты, входящие в структуру формируемого аттрактора, выступают как цель управления, т. е. на них обеспечивается выполнение заданной технологической задачи, и поддерживаются заданные соотношения, отражающие специфику управляемого объекта и характеризующие наиболее приятные режимы его функционирования. Стягивание траекторий движения замкнутой системы «объект-регулятор» обеспечивается соответствующими законами управления, которые преобразуют правые части системы дифференциальных уравнений модели объекта управления и становятся средствами направленной самоорганизации. Синтез синергетического регулятора состоит в поиске законов управления, которые переведут изображающую точку (ИТ) динамической системы из произвольного начального состояния (в некоторой допустимой области) сначала на введенное многообразие (или пересечение многообразий), а затем – в заданное состояние [3, 4, 5]. 

 

Результаты исследования

В данной работе рассмотрены различные алгоритмы управления и различные конструкции мехатронных систем.

Проанализирована конструкция шпинделя на электромагнитных опорах фирмы IBAG (Швейцария), произведен анализ и произведен расчет синергитической сисиетмы управления (основывается на отличительной особенности нелинейных систем, для которых не сохраняет свою силу классический принцип суперпозиции). Проведены численные эксперименты.

Проанализирована конструкция, произведен анализ и проведены эксперименты с шпиндельной системой с электромагнитным подвесом. Шпиндельная система выполнена на базе шпинделя фирмы Starrag(Швейцария). Проведены статические и динамические эксперименты. Рассмотрена возможность управления перемещением конечной точки инструмента по заданной траектории.

В результате реализации проекта получены расчетные зависимости для создания электрошпинделей для
металлообрабатывающего оборудования с электромагнитными магнитными подшипниками или подвесами. Разработана
документация и созданы стенд и адаптивная система управления электромагнитными подшипниками. Проведены
исследования, получены результаты экспериментов. Интерпретированы результаты исследований.

Практическая значимость исследования
Выполнение НИР позволит приступить к созданию и производству нового класса оборудования для высокопроизводительной
прецизионной обработки современных и перспективных материалов, в том числе наноструктурированных конструкционных
композитных материалов. Созданный в результате выполнении работ научно-технический задел будет способствовать повышению научно-технического потенциала отечественного станкостроения и усилению конкурентных позиций России в мировом сообществе
производителей и исследователей станкоинструментальной продукции.
Результаты научных исследований по проекту предназначены для научных, проектно-конструкторских, технологических и производственных организаций, занимающихся созданием и производством обрабатывающего оборудования и технологий для нужд высокотехнологичных отраслей приборо- и машиностроения, в том числе, оборонной, аэрокосмической и наноиндустрии.
Использование результатов исследований позволят приступить к созданию нового поколения обрабатывающего оборудования и технологий механической обработки современных и перспективных материалов, в том числе для автоматизированных и безлюдных производств.