Cymhwyso system CNC aml-echel mewn peiriannu wyneb
Mae'r erthygl hon yn deillio'r matrics cyfieithu a'r matrics cylchdroi ar ffurf cyfesurynnau homogenaidd, ac yn modelu'n fathemategol y newidiadau safle ac agwedd ar unrhyw uniad o system cysylltu aml-echel. Adeiladwyd algorithm ffurflen adborth RTPA yn seiliedig ar gydrannau cymharydd, cydrannau cownter, a chydrannau generadur ar gyfer rheolaeth ymarferol mewn prosesau peiriannu system CNC cyswllt aml-echel, a dadansoddwyd dylanwad amlder samplu. Yn olaf, gan gymryd peiriannu efelychiad wyneb fel enghraifft ar gyfer ymchwil arbrofol, mae'r canlyniadau'n dangos, o dan reolaeth yr algorithm RTPA, y gall y system CNC cyswllt aml-echel gwblhau peiriannu wyneb yn effeithiol.
Geiriau allweddol: Cysylltedd aml-echel; system CNC; Peiriannu wyneb; Algorithm RTPA
Mae lefel integreiddio ac awtomeiddio yn y diwydiant gweithgynhyrchu wedi dod yn faen prawf pwysig ar gyfer mesur cryfder gwyddonol a thechnolegol gwlad. Mae Tsieina yn wlad weithgynhyrchu fawr, sy'n cwmpasu mwyafrif helaeth y categorïau prosesu mecanyddol yn y byd [1], lle mae technoleg CNC a systemau CNC yn chwarae rhan bwysig iawn. Ar gyfer gwahanol fathau o dasgau peiriannu cymhleth, dim ond technegau a dulliau peiriannu CNC gyda mwy o gysylltiad echel y gellir eu cwblhau'n fwy effeithlon. Felly, mae dyluniad systemau cysylltu aml-echel CNC a'r dulliau peiriannu CNC cyswllt aml-echel wedi dod yn gynnwys craidd ar gyfer barnu cystadleurwydd y diwydiant prosesu a gweithgynhyrchu mecanyddol [3]. Ar hyn o bryd, mae bwlch penodol rhwng Tsieina a lefel uwch y byd yn natblygiad 5- systemau CNC cyswllt echelin ac uwch a dulliau peiriannu CNC, sydd wedi dod yn broblem dagfa sy'n cyfyngu ar ddatblygiad dwfn prosesu mecanyddol Tsieina. diwydiant. Felly, mae'r erthygl hon yn cymryd system CNC cysylltu echel 5- fel y gwrthrych ymchwil, a thrwy ddadansoddi model mathemategol ac ymchwil proses reoli, mae'n darparu ei gymhwysiad penodol mewn peiriannu wyneb.
1. Model mathemategol ar gyfer ystum systemau CNC aml-echel
Mae'r allwedd i swyddogaeth reoli ac effaith peiriannu system CNC cyswllt aml-echel yn gorwedd yn y nodweddiad cywir o leoliad ac ystum, yn ogystal â chysylltiad deinamig rhesymol. Felly, mae'r erthygl hon yn gyntaf yn fathemategol yn modelu sefyllfa ac agwedd system CNC cysylltu aml-echel ar ffurf cyfesurynnau homogenaidd.
Mae cwblhau cyfres o gamau gweithredu mewn system peiriannu CNC cyswllt aml-echel yn cael ei amlygu fel effaith gronnus symudiadau cylchdro a throsiadol amrywiol uniadau ac echelinau mewn gofod tri dimensiwn. Felly, i ddisgrifio system CNC cyswllt aml-echel o safbwynt mathemategol, mae'n dibynnu ar nodweddu'r matrics cylchdro a'r matrics cyfieithu.
Os yw unrhyw bwynt A yn y gofod yn cael ei drawsnewid i safle pwynt A 'trwy gyfieithu, a'i fod yn cael ei gyfieithu'n unedau a, b, ac c ar yr echelinau cyfesurynnol x, y, a z, yna mae perthynas gyfieithu yn bodoli fel y dangosir yn y fformiwla (1).
Os yw unrhyw bwynt A yn y gofod yn cael ei drawsnewid i safle pwynt A 'trwy gylchdro, a'i ongl cylchdroi o amgylch z yw θ, Felly mae yna berthynas gylchdro fel y dangosir yn fformiwla (2).
Yn yr un modd, gellir cael y matricsau cylchdro o amgylch yr echelin-y ac echelin-x ar unrhyw adeg hefyd, yn ogystal â mynegiadau homogenaidd y ddau fatrics hyn. Trwy hyrwyddo'r dull hwn ymhellach, gellir cael matrics cylchdro ar gyfer unrhyw bwynt o amgylch unrhyw echel yn y gofod, a fydd hefyd yn cael ei amlygu fel cyfuniad o symudiad cylchdro o amgylch yr echelinau x, y, a z. Trwy gael matrics cyfieithu a matrics cylchdroi'r newid safle ar unrhyw adeg yn y gofod, gellir sefydlu model mathemategol o'r newid safle ar y pwynt hwnnw. Mae'r dull hwn hefyd yn berthnasol i unrhyw system gydlynu yn y gofod ac unrhyw wrthrych yn y gofod. Y broses beiriannu CNC cyswllt aml-echel yw effaith gyfuniad symudiadau trosiadol lluosog a symudiadau cylchdro o amgylch echelinau lluosog ar y pen gweithredu sy'n ymgymryd â'r dasg peiriannu.
Gan dybio bod trawsnewidiad safle effeithydd terfynol system gysylltu aml-echel yn cael ei ddangos yn Ffigur 1. Fel y dangosir yn Ffigur 1, cafodd effeithydd terfynol y system cysylltu aml-echel ddau drawsnewidiad, ac roedd un ohonynt yn gynnig cyfieithu ar hyd yr x a y echelinau, ac roedd y llall yn gylchdro 90 gradd o amgylch yr echelin z.
Ffigur 1 Trawsnewid lleoliad effeithydd terfynol system gysylltu aml-echel
Gellir gweld, gyda'r dull modelu uchod, y gellir disgrifio cyfuniad o fudiant trosiadol a chylchdro ar gyfer unrhyw uniad a gweithred mewn system cysylltu aml-echel.
2. Rheoli Proses System CNC Aml echel
Ar ôl gallu disgrifio system CNC cyswllt aml-echel trwy fodelau mathemategol, anhawster y broses CNC gyfan yw sut i sefydlu'r rhaglen CNC a galluogi'r system i gwblhau tasgau peiriannu yn ôl y llwybr sefydledig. Mae'r erthygl hon yn dylunio algorithm rheoli pwls gyda pherfformiad amser real da ar gyfer y broses beiriannu o systemau CNC cysylltu aml-echel, wedi'i dalfyrru fel algorithm RTPA (Algorithm pwls amser real).
Yn gyffredinol, mae'r broses o beiriannu CNC yn cael ei chyflawni a'i chwblhau trwy algorithmau rhyngosod, ac mae rheolaeth pob echelin mewn peiriannu CNC yn seiliedig ar guriad y modur stepper, sy'n gofyn am ffurfio perthynas gyfatebol rhwng y broses rhyngosod ac amseriad y genhedlaeth pwls. . Fodd bynnag, nid yw perfformiad amser real prosesau rhyngosod traddodiadol yn seiliedig ar amlder pwls yn ddelfrydol. Felly, mae'r erthygl hon yn dylunio algorithm cenhedlaeth pwls newydd gyda pherfformiad amser real gwell o safbwynt algorithm trawsnewid VF (amledd foltedd). Gall y dilyniant pwls a gynhyrchir gan yr algorithm hwn gyflawni rheolaeth fwy effeithiol ar systemau CNC cysylltu aml-echel.
Mae'r algorithm hwn yn defnyddio cydrannau cymharol, cydrannau cownter, a chydrannau generadur i gynhyrchu dilyniannau pwls ar y cyd gyda pherfformiad amser real da. Dangosir diagram sgematig yr algorithm yn Ffigur 2.
Ffigur 2 Diagram Bloc Egwyddor o Algorithm Rheoli RTPA ar gyfer System Gyswllt Aml Echel
Yn ôl Ffigur 2, gellir gweld bod dadleoli dyfais ar y cyd neu derfyn mewn system gysylltu aml-echel yn cael ei samplu a'i ddefnyddio fel mewnbwn ar gyfer yr algorithm RTPA, gydag amlder samplu f. Ar ôl mewnbynnu'r gwerth dadleoli a samplwyd, caiff ei gymharu â'r swm pwls cyfatebol a ffurfiwyd gan y rhifydd pwls ar y gangen adborth, ac mae'r gwahaniaeth rhwng y ddau yn cael ei gofnodi yn y generadur pwls fel sail dyfarniad ar gyfer cynhyrchu'r dilyniant pwls. Bydd y generadur pwls yn cynhyrchu dau allbwn, sef pwls ymlaen a pwls gwrthdro, sydd hefyd yn cyfateb i gylchdroi ymlaen a gwrthdroi'r modur stepiwr.
Mae penderfynu a yw generadur pwls yn cynhyrchu curiadau ymlaen neu wrthdroi yn dibynnu ar y gymhariaeth rhwng y gwall cronedig rhwng y canghennau mewnbwn ac adborth a'r gwerth trothwy a osodwyd. Mae'r rheolau cymharu fel a ganlyn. Rheol 1: Os yw swm y gwallau cronedig rhwng y canghennau mewnbwn ac adborth yn fwy na'r gwerth trothwy a osodwyd, mae'r generadur pwls yn cynhyrchu pwls ymlaen ac yn ei allbynnu. Rheol 2: Os yw swm y gwallau cronedig rhwng y canghennau mewnbwn ac adborth yn llai na'r gwrthwyneb i'r gwerth trothwy gosodedig, mae'r generadur pwls yn cynhyrchu pwls gwrthdro ac yn ei allbynnu.
Y paramedr allweddol sy'n pennu'r algorithm yn yr erthygl hon yw'r amledd samplu f cyn defnyddio dadleoli fel mewnbwn. Er mwyn pennu effaith amledd samplu f ar berfformiad yr algorithm RTPA, mae'r erthygl hon yn gosod yr amleddau samplu i 5 kHz a 20 kHz yn y drefn honno, ac yn plotio eu cromliniau ymateb dadleoli a chromliniau ymateb cyflymder. Dangosir y canlyniadau yn Ffigur 3.
Ffigur 3 Effaith amlder samplu ar berfformiad algorithm system cysylltu aml-echel
Mae ochr chwith Ffigur 3 (a) yn cynrychioli cromlin ymateb dadleoli'r algorithm RTPA ar amlder samplu o 5kHz, tra bod yr ochr dde yn cynrychioli cromlin ymateb dadleoli'r algorithm RTPA ar amlder samplu o 20kHz; Mae ochr chwith Ffigur 3 (b) yn cynrychioli cromlin ymateb cyflymder yr algorithm RTPA ar amledd samplu o 20kHz, tra bod yr ochr dde yn cynrychioli cromlin ymateb cyflymder yr algorithm RTPA ar amledd samplu o 20kHz.
O Ffigur 3 (a), gellir gweld po fwyaf yw'r amlder samplu a'r lleiaf yw'r cyfnod samplu, y cyflymaf yw cyflymder ymateb dadleoli'r algorithm RTPA. O gymharu'r ffigurau chwith a dde, gellir gweld, pan fo'r amlder samplu yn 5kHz, bod ymateb dadleoli'r algorithm RTPA yn cymryd 0.58s, a dim ond dadleoliad gwirioneddol y system cysylltu aml-echel y gellir ei wneud. cyfateb i'r dadleoli delfrydol; Pan fo'r amledd samplu yn 20kHz, ymateb dadleoli'r algorithm RTPA yw 0.16s, ac mae dadleoliad gwirioneddol y system cysylltu aml-echel yn cyfateb i'r dadleoliad delfrydol. Mae hyn yn dangos bod yr ymateb dadleoli ar amledd samplu o 20kHz 0.42s yn gyflymach na'r ymateb ar amledd samplu o 5kHz.
O Ffigur 3 (b), gellir gweld po fwyaf yw'r amlder samplu a'r lleiaf yw'r cyfnod samplu, y cyflymaf yw ymateb cromlin cyflymder yr algorithm RTPA. O gymharu'r graffiau chwith a dde, gellir gweld, pan fydd yr amlder samplu yn 5 kHz, bod ymateb cyflymder yr algorithm RTPA yn cymryd 0.5 eiliad ar gyfer cyflymder gwirioneddol y system cysylltu aml-echel i cyfateb i'r cyflymder delfrydol; Pan fo'r amlder samplu yn 20 kHz, ymateb cyflymder yr algorithm RTPA yw 0.13 eiliad, ac mae cyflymder gwirioneddol y system cysylltu aml-echel yn cyfateb i'r cyflymder delfrydol. Mae hyn yn dangos bod yr ymateb cyflymder ar amledd samplu o 20 kHz 0.37 eiliad yn gyflymach nag ar amledd samplu o 5 kHz.
3. Arbrawf efelychu peiriannu wyneb mewn system CNC aml-echel
Yn y gwaith blaenorol, cynhaliwyd modelu sefyllfa ac agwedd a dyluniad algorithm rheoli RTPA yn y drefn honno ar gyfer y system CNC cyswllt aml-echel, a phenderfynwyd strategaeth reoli effeithiol y system CNC cyswllt aml-echel trwy ddadansoddi dylanwad paramedrau allweddol. Nesaf, cynhelir arbrofion efelychu i wirio perfformiad rheoli algorithm RTPA y system cysylltu aml-echel a gynigir yn y papur hwn. Mae'r arbrawf efelychu yn dewis peiriannu arwyneb fel gwrthrych peiriannu y system CNC cysylltu aml-echel. Mae gan arwynebau crwm rywfaint o gymhlethdod mewn amrywiol unedau peiriannu ac mae angen algorithmau rheoli manwl gywir arnynt. Mae peiriannu'r arwyneb cyfan yn cael ei gwblhau trwy daflwybrau peiriannu cromlin parhaus. Dangosir canlyniadau efelychu'r arwyneb sydd i'w brosesu yn yr erthygl hon yn Ffigur 4.
Ffigur 4 Canlyniadau efelychu'r arwyneb i'w beiriannu yn yr erthygl hon
O Ffigur 4, gellir gweld bod yr arwyneb sydd i'w brosesu yn yr erthygl hon yn segment o arwyneb sy'n ffurfio lled echelinol yn y cyfeiriad x a lled rheiddiol yn y cyfeiriad-y, gyda radiws crymedd yr arwyneb wedi'i leoli yn y cyfeiriad echel z. Mae Ffigur 4 hefyd yn dangos lleoliad cychwynnol yr offeryn, sef y man cychwyn, ac mae'r gromlin gyfochrog ar yr wyneb yn nodi'r llwybr peiriannu o dan reolaeth yr algorithm RTPA.
Mae yna lawer o ddulliau peiriannu CNC ar gyfer arwynebau, megis dull llwybr peiriannu cynhyrchu paramedr sy'n seiliedig ar lwybr, dull llwybr peiriannu data trawsdoriadol sy'n seiliedig ar lwybr CC, a dull llwybr peiriannu trawsdoriadol yn seiliedig ar lwybr. Mae'r erthygl hon yn dewis y dull llwybr prosesu data adran yn seiliedig ar lwybr CC, ac yn ei gyfuno â thorri siâp Z i gwblhau'r prosesu. Yn ystod y broses beiriannu, dangosir effaith reoli'r cromliniau dadleoli a chyflymder a gafwyd gan yr algorithm RTPA yn y cyfarwyddiadau echelin-x, echel-y, ac echel-z yn Ffigur 5.
Ffigur 5 Effaith rheoli algorithm RTPA ar gromliniau dadleoli a chyflymder i dri chyfeiriad
O Ffigur 5 (a), gellir gweld bod yr algorithm RTPA yn ffurfio cromlin tonnau trionglog ar gyfer rheoli dadleoli yn y cyfeiriad echelin-x. Oherwydd cyfyngiadau tasgau prosesu, uchafswm dadleoliad yr algorithm RTPA i'r cyfeiriad echelin-x yw 0 mm, ac mae'r gwerth lleiaf yn agos at -150 mm. Cyfnod tonnau trionglog y gromlin ddadleoli yw 4.17 eiliad. Mae'r algorithm RTPA yn ffurfio cromlin tonnau sgwâr hirsgwar ar gyfer rheoli cyflymder yn y cyfeiriad echelin-x, ond mae rhywfaint o jitter oherwydd dylanwad y broses beiriannu. Mae cyflymder uchaf yr algorithm RTPA yn y cyfeiriad echelin-x yn agos at 80 mm/s, ac mae'r gwerth lleiaf yn agos at {{10}} mm/s. Cyfnod tonnau sgwâr hirsgwar y gromlin cyflymder yw 4.17 eiliad. O Ffigur 5 (b), gellir gweld bod yr algorithm RTPA yn ffurfio ffurf grwm o donnau cam wrth reoli dadleoli yn y cyfeiriad echelin-y. Oherwydd cyfyngiadau tasgau prosesu, uchafswm dadleoliad yr algorithm RTPA i'r cyfeiriad echelin-y yw 0 mm, ac mae'r gwerth lleiaf yn agos at y sefyllfa o -6 mm. Cyfnod ton cam y gromlin dadleoli yw 4.17 eiliad. Mae'r algorithm RTPA yn rheoli cyflymder yn y cyfeiriad echelin-y ar ffurf tonnau pwls. Cyflymder uchaf yr algorithm RTPA yn y cyfeiriad echelin-y yw 0 mm/s, a'r gwerth lleiaf yw -10 mm/s. Cyfnod tonnau sgwâr hirsgwar y gromlin cyflymder yw 4.17 eiliad.
O Ffigur 5 (c), gellir gweld bod yr algorithm RTPA yn ffurfio cromlin hanner ton sinusoidal ar gyfer rheoli dadleoli yn y cyfeiriad echel z. Oherwydd cyfyngiadau tasgau prosesu, mae gan algorithm RTPA uchafswm dadleoliad o 6.2 mm ac isafswm dadleoliad o 0 mm yn y cyfeiriad echelin z. Cyfnod hanner ton sin y gromlin ddadleoli yw 2.08 eiliad. Mae'r algorithm RTPA yn ffurfio cromlin tonnau llifio ar gyfer rheoli cyflymder yn y cyfeiriad echel-z. Mae cyflymder uchaf yr algorithm RTPA yn y cyfeiriad echelin z yn agos at 15 mm/s, ac mae'r gwerth lleiaf yn agos at -15 mm/s. Cyfnod tonnau sawtooth y gromlin cyflymder yw 2.08 eiliad.
4. Casgliad
Mae'r erthygl hon yn ymchwilio i system CNC cysylltu aml-echel. Yn gyntaf, ar ffurf cyfesurynnau homogenaidd, mae modelu mathemategol yn cael ei berfformio ar y sefyllfa a'r newidiadau agwedd ar unrhyw uniad o system gysylltu aml-echel, ac mae'r broses gynhyrchu matrics cyfieithu a matrics cylchdro yn deillio. Yn ail, lluniwyd algorithm ffurflen adborth RTPA yn seiliedig ar gydrannau cymharol, cydrannau cownter, a chydrannau generadur ar gyfer rheolaeth ymarferol mewn prosesau peiriannu system CNC cysylltu aml-echel, a dadansoddwyd dylanwad amlder samplu. Yn olaf, cynhaliwyd arbrawf dilysu gan ddefnyddio peiriannu efelychu arwyneb fel enghraifft, a dangosodd y canlyniadau arbrofol y gall y dull llwybr peiriannu data adran yn seiliedig ar lwybr CC a fabwysiadwyd yn y papur hwn, ynghyd â cherdded offeryn siâp Z, gwblhau'r peiriannu yn llwyddiannus. Yn y cyfamser, mae'r algorithm RTPA yn rheoli dadleoliad a chyflymder yn effeithiol ym mhob un o'r tri chyfeiriad echelin cydlynu.
