Температура шпинделя с водяным охлаждением. Система охлаждения шпинделя как инструмент для компенсации температурной деформации станка. Критерии выбора шпинделей

01.03.2019

Или так ли страшен робот как им пугают

Хочу сразу обратить внимание на то, что роботизированная коробка, несмотря на схожесть в управлении, количество педалей и ручку селектора - совсем не автоматическая коробка с гидротрансформатором. Если для АКПП стояние на месте с включённой передачей - дело естественное (хотя тоже не очень то полезное), то для "робота" это кратчайший путь к различным проблемам и досрочной замене сцепления. Почему так? Потому что роботизированная КПП - это обычная механическая КПП с обычным сцеплением, только вместо водителя "нажимает" сцепление и переключает передачи автоматика. Эта автоматика внимательно следит за действиями водителя, но она не сам водитель, она не может знать, какое действие предпримет водитель в следующее мгновение, а поэтому всегда стремится быть готовой к любому допустимому развитию событий, и прежде всего это касается управлению сцеплением. Например: водитель с МКПП, когда готовится к началу движения, выключает сцепление (нажимает педаль) и включает первую передачу, далее он начинает отпускать сцепление и нажимает педаль "газа", причём делает это одновременно. А робот в этой ситуации выключает сцепление, включает передачу и "отпускает" сцепление до начала схватывания, в этой позиции робот ждёт реакции водителя. Как только водитель отпускает тормоз и нажимает на газ, робот продолжает включение сцепления и автомобиль начинает движение. Т.е. во время "стоянки" с включённой передачей сцепление пребывает в состоянии лёгкого скольжения, естественно греется, а частые и длительные "стоянки" сжигают сцепление "в хлам". Поэтому даже во время коротких остановок, ручку КПП надо переводить в положение "N" . Запомните это и научите этому своих женщин!

Устройство

Как было сказано выше, роботизированная КПП это та же механическая КПП с обычным сцеплением, только управление сцеплением и переключение передач осуществляет автоматика. Коробка передач действительно та же, что и на машинах с МКПП, пробовали менять - подходит.

Вот как выглядит "робот": сверху установлен сервопривод механизма переключений передач, состоящий из привода выбора и привода переключения, тяги которых соединены с механизмом переключения передач КПП. А рядом (на Civic это место под аккумулятором) в отдельном корпусе сервопривод сцепления с блоком управления (можно сказать, что мозги робота находятся в коленке левой ноги). Сервопривод сцепления объединён с главным цилиндром гидравлического привода сцепления. Рабочий цилиндр такой же, как и у сцепления с обычной МКПП.

Функциональная и электрическая схемы.

Модуль управления TCM и исполнительный элемент (сервопривод) сцепления объединены в одном блоке. У поршня главного цилиндра имеется датчик положения.

К модулю напрямую подсоединены привод выбора передачи (это тот, который двигает виртуальную ручку КПП слева направо) и привод переключения передач (это тот, который включает передачи движением виртуальной ручки вперёд и назад). Каждый из этих приводов оснащён датчиками направления и импульса вращения мотора (их можно увидеть на электрической схеме).

От блока управления двигателем(ECM) TCM напрямую получает сигналы о скорости автомобиля (VSSAMT), включении стартера (STS), состоянии стояночного тормоза (BKAWD), о запуске двигателя (WEN). TCM выдаёт в ECM разрешение на запуск двигателя (STEN).

Всё остальное взаимодействие осуществляется в цифровом виде по шине CAN:
- с блоком управления двигателем TCM (данные о нажатии педали тормоза, оборотах двигателя, нагрузке на двигатель т.д.);
- с блоком ABS/VSA ведётся двусторонний обмен данными (какими точно сказать не могу, но очевидно, что VSA прекращает работу при неисправности в трансмиссии, а в момент коррекции заноса или пробуксовки TCM получает запрет на переключение передач для избежания прерывания крутящего момента);
- с приборной панелью (индикаторы панели);
- с модулем управления переключением передач, он включает в себя ручку селектора режимов КПП и подрулевые клавиши выбора передач.
Для диагностики неисправностей TCM имеет прямой выход на диагностический разъём.

Хочу обратить внимание, что система не имеет датчика температуры сцепления. Перегрев сцепления (например код неисправности: P19E6 (164-1) Температура сцепления слишком высокая (более 300 °C)) вычисляется TCM по косвенным признакам.

Подробнее это всё можно увидеть на электрической схеме, хотя она наверное будет интересна разве что специалистам. Поэтому я выкладываю схему системы "i-shift" для Civic 5D 2007 модельного года в качестве справочного материала (что бы открыть схему в полном размере нужно кликнуть на эскиз) и перехожу к описанию функционирования "робота".

Функционирование

Принципы управления роботизированной КПП во многом схожи с управлением классической АКПП, но вместе с тем имеют некоторые особенности присущие именно механическим КПП.

При включении зажигания и нахождении ручки селектора в положении "N", "робот" делает жест знакомый каждому водителю - проверяет "нейтраль" в коробке передач. TCM приводит в действие привод выбора передачи и перемещает его поочерёдно в крайние положения. Если никакая передача не включена, то привод остаётся в нейтральном положении. Если включена передача, то задействуется привод включения передачи, передача выключается и снова проверяется "нейтраль".

При включении зажигания и нахождении ручки селектора в положении "A" или "R" никакие действия не производятся, пока селектор не будет переведён в положение "N". TCM блокирует включение стартера, если не нажата педаль тормоза, селектор не находится в положении "N", механизм переключения передач не установлен в нейтральное положение, в системе обнаружена неисправность не допускающая дальнейшую эксплуатацию трансмиссии. Если условия для запуска двигателя соблюдены, то TCM выдаёт в ECM сигнал разрешения на работу стартера STEN.

После запуска двигателя включение режимов движения осуществляется только при нажатой педали тормоза.

При включении режима "A" включается первая передача и далее, если не переходить на ручное управление переключениями передач, "робот" автоматически управляет сцеплением и переключает передачи.

В положении "R" соответственно включается задняя передача. При этом существует защита от случайного включения - задняя передача не включится, если автомобиль движется со скоростью больше 3 км/ч, даже при нажатой педали тормоза.

При трогании с места в горку, "роботу" нужно помочь стояночным тормозом - включить "ручник", отпустить педаль тормоза и плавно нажимая педаль "газа" отпустить "ручной тормоз". Не стоит пытаться быстро отпустить тормоз и резко нажать на "газ" - для сцепления это будет шоковая терапия, двигатель может заглохнуть, а автомобиль откатиться.

Принудительной блокировки трансмиссии, такой как "паркинг" в АКПП, у системы "i-shift" нет. Поэтому если автомобиль паркуется на уклоне, то перед тем как заглушить двигатель селектор нужно оставить в положении "A", тогда после остановки двигателя "робот" отпустит сцепление и в коробке передач останется включённой 1-я передача.

При включении режима "A" "робот" функционирует в режиме автоматического переключения передач. Основными критериями для выбора передач являются скорость автомобиля и положение дроссельной заслонки. Как видно из графиков: чем сильнее нажата педаль газа, тем позже происходят переключения на повышенные передачи (алгоритм такой же как и в АКПП).

Примерно такой же алгоритм для переключений на пониженные передачи при замедлении. На графиках видно, что чем сильнее нажата педаль газа, тем раньше происходят переключения на низшие передачи. Таким образом, если при движении с постоянной скоростью нажать сильнее на "газ", то наступают условия для переключения на пониженную передачу или даже на две. Например: машина движется со скоростью 60 км/ч (красная линия на графике), на 5-й передаче с открытием ДЗ около 40%. Нажимаем сильнее "газ" до 60% и попадаем в зону, где должна быть включена 4-я передача. А если нажать "тапку в пол" на 100%, то автоматически переключимся уже на 3-ю. Таким образом реализована функция так называемого "kick-down".

Если в положении "A" селектора режимов сдвинуть ручку вперёд (в положение "+") или назад (в положение "-"), или нажать подрулевые лепестки "+" или "-", TCM переходит в режим ручного управления переключениями передач и остаётся в этом режиме до тех пор, пока ручка селектора не будет переведена в положение "N", а затем снова включен режим "A".

В режиме ручного управления передачи переключаются по командам водителя, но во избежание повреждения трансмиссии или двигателя на переключения наложены ограничения, суть которых изложена на двух следующих диаграммах:

Если водитель пытается сделать переключение, которое в данных условиях движения недопустимо, переключение передачи не происходит.

Во избежании случайных переключений передач, учитывается продолжительность нажатия ручки или подрулевых лепестков - TCM игнорирует слишком частые включения. Если время переключения составляет меньше 110 мс (60 мс для ВКЛ, 50 мс для ВЫКЛ), раздается звуковой сигнал, и переключение передачи не выполняется.

Особенности работы привода переключения.

Как уже говорилось, привод переключения состоит из привода выбора передач (осуществляет поперечное движение кулисы) и привода включения передач (продольное движение кулисы) собранных в одном корпусе. Приводы представляют собой электромоторы с червячными редукторами и зубчатыми парами "колесо-шток". Штоки через шаровые шарниры соединены с тягами, которые соединены с механизмом переключения передач.

В приводах нет датчиков положения, но есть датчики направления вращения мотора и импульса вращения (знакомые многим датчики Холла). По этим датчикам определяются положения приводов и сопротивление, которое оказывают приводам механизм переключения передач.

TCM "помнит" крайние точки хода привода выбора (ход "слева-направо") и делит этот диапазон на 4 части. Привод включения работает "до упора", но при этом TCM должен учитывать сопротивление синхронизаторов и не реагировать на замедление электромотора до достижения точки включения передачи. Т.е. "робот" действует точно так же как и живой водитель - перемещает "виртуальную ручку КПП" в поперечном направлении по памяти, а в продольном до упора с учётом работы синхронизаторов. А раз так, то "роботу" так же как и человеку, необходимо обучение, в ходе которого он запомнит крайние положения приводов от которых будет координировать свою работу в дальейшем. Процедура обучения производится при помощи фирменной диагностической системы HDS, об этом будет рассказано ниже.

Особенности работы привода сцепления.

"Электронная нога" в своей работе ориентируется на датчик положения поршня. т.е. TCM всегда знает истинное положение привода главного цилиндра. Это необходимо для более "деликатного" управления сцеплением, в ходе которого "робот" сталкивается с двумя специфическими проблемами:

Первую проблему я описывал в предисловии - TCM не знает какое действие предпримет водитель в следующее мгновение, а значит действия привода должны следовать за действиями водителя, и он всегда будет в роли отстающего. "Робот" вынужден минимизировать это отставание, а значит при начале движения, остановке и иных манёврах, должен держать сцепление на грани "схватывания", что бы не тратить драгоценное время на свободный ход.

Вторая проблема: в процессе переключения передач разрывается связь двигателя с трансмиссией и прерывается крутящий момент, и это не контролируется водителем. К тому же "роботу" приходится вмешиваться в работу двигателя и в ходе переключения передач прикрывать дроссельную заслонку, что бы избежать "заброса оборотов", поскольку водитель продолжает нажимать на "газ". Всё это негативно сказывается на безопасности вождения, поэтому необходимо минимизировать время переключения и прерывание крутящего моментя. Для этого сцепление не должно выключаться полностью, а только до точки "схватывания" и оставаться с состоянии небольшой пробуксовки.

Для обеспечения такого "тонкого" управления привод должен быть точно настроен под сцепление, ведь любой водитель знает, что у каждой машины "своё" сцепление со своим характером и особенностями, которые к тому же склонны меняться со временем. Настройка привода производится во время обучения, в ходе которого TCM запоминает положение начала "схватывания" сцепления, а также коэффициент трения в промежуточных положениях. В дальнейшей работе TCM ориентируется на запомненные настройки и коррекцию настроек не производит. Это означает, что со временем качество переключений будет ухудшаться и потребуется визит к дилеру или в сервис, в котором имеется фирменная диагностическая система HDS, для выполнения обучения.

Обучение системы "i-shift".

Процедуры обучения TCM скомпонованы в две программы: "Программирование в статическом режиме " и "Программирование в динамическом режиме " и входят в состав диагностического комплекса HDS. В русскоязычной версии они называются "Обработка данных..." - это издержки машинного перевода. В дальнейшем я постараюсь давать более правильные названия, поэтому не надо удивляться различиям в тексте и на картинках.

Программирование в статическом режиме включает в себя:

5. Программирование положения включения сцепления 3.

Этот режим выполняется на месте, на полностью собранном и исправном автомобиле. В ходе обучения потребуется заводить двигатель. В течение всей процедуры зажигание должно быть включено, поэтому если нет уверенности в свежести аккумулятора, лучше сразу подключить зарядное устройство или резервный аккумулятор, что бы потом не повторять процедуру заново.

Программирование в динамическом режиме отличается от статического наличием ещё одного пункта, который выполняется на автомобиле в движении:
1. Программирование положений привода переключения передач.
2. Программирование положений синхронизации.
3. Программирование положения включения сцепления 1.
4. Программирование положения включения сцепления 2.
5. Программирование коэффициента трения сцепления.
6. Программирование положения включения сцепления 3.

Для выполнения обучения в движении необходимо, что бы HDS была установлена на мобильном компьютере с независимым источником питания.

После начала программы, она обязательно должна быть выполнена до конца, в противном случае TCM заблокирует запуск двигателя и движение на автомобиле будет невозможно!

Рассмотрим все процедуры поочерёдно (кликните на картинку, что бы открыть её в полном размере):

1. Программирование положений привода переключения передач.

Данная процедура выполняется при неработающем двигателе. Привод переключения передач проверяет нейтраль, затем поочередно включает передачи и TCM запоминает усилия на моторах привода для каждой передачи. Для этого сначала обрабатываются включения крайних ходов кулисы: сперва 1-я и 2-я, затем задняя, а потом средних ходов: 5-я и 6-я, 3-я и 4-я.

2. Программирование положений синхронизации.

Для выполнения этого этапа запускается двигатель. Автомобиль удерживается на месте стояночным и рабочим тормозом (если в ходе выполнения хоть один из тормозов будет выключен, процедура будет остановлена). После запуска двигателя привод переключения передач поочередно делает попытки включения передач движения вперёд: 6-ю, 5-ю, 4-ю, 3-ю, 2-ю и 1-ю, до упора в синхронизаторы (сопротивление синхронизаторов определяется по падению оборотов двигателя). TCM запоминает время необходимое на преодоление сопротивления синхронизаторов каждой передачи.

3. Программирование положения включения сцепления 1.

4. Программирование положения включения сцепления 2.

Обе эти процедуры так же выполняются при работающем двигателе и требуют внимания от оператора, т.к. по команде HDS необходимо быстро включать и выключать селектор передач. Автомобиль по прежнему удерживается на месте стояночным и рабочим тормозом. Далее по команде программы оператор включает селектор в положение "A" (на это программа отводит 5 секунд, но с учётом заторможенности интерфейса реально у оператора на переключение остаётся 2-3 секунды). Далее TCM выключает сцепление, включает передачу и начинает плавное включение сцепления до момента начала падения оборотов двигателя. Так определяется точка начала "схватывания" сцепления. "Положение включения сцепления 1" запоминается как предварительная настройка.

"Программирование положение включения сцепления 2" выполняется так же, но с большей точностью, для этого привод сцепления быстро подводится к точке "Включения сцепления 1", а затем медленно включает сцепление до момента заметного падения оборотов двигателя и эта точка запоминается.

5. Программирование коэффициента трения сцепления.

Эта процедура выполняется только в движении по дороге (вывешивать на подъёмнике бесполезно). Коробка передач должна успеть переключиться на все передачи прямого хода от 1-й до 6-й, для этого необходим ровный участок протяжённостью 400-500 м. (ну в крайнем случае метров 300, на меньшем участке не успеть разогнаться до 6-й передачи).

Во время поездки можно передачи переключать вручную, надо только делать паузы между передачами. Количество поездок не ограничивается, процедура будет закончена только после того как будут задействованы все шесть передач.

В ходе этой процедуры TCM измеряет и запоминает коэффициент трения сцепления по разнице скоростей двигателя и первичного вала КПП (она вычисляется из скорости автомобиля и передаточного числа) в определённом положении сцепления. Это положение заложено в характеристиках сцепления хранящихся в базе данных HDS для каждой модели автомобиля и очевидно отмерятся от точки положения сцепления "2".

6. Программирование положения включения сцепления 3.

Эта процедура завершает процесс обучения. При статическом программировании данный этап следует 5-м сразу за программированием положения включения сцепления 2. При динамическом программировании после программирования коэффициента трения HDS если необходимо осуществит охлаждение двигателя, что бы вентиляторы не включались во время выполнения процедуры.

Далее автомобиль так же удерживается стояночным и рабочим тормозом, по команде HDS оператор включает и выключает передачу, а TCM несколько раз плавно включает сцепление и запоминает среднее положение "схатывания". Данное положение считается наиболее точным положением начала включения сцепления.

После успешного выполнения последней процедуры ТС готово к движению. Если по каким либо причинам программа будет прервана, TCM заблокирует включение стартера и эксплуатация автомобиля будет невозможна. В этом случае можно попробовать повторить программу.

Если даже несколько попыток выполнения обучения закончились неудачей, то необходимо устранить неисправность препятствующую выполнению процедуры.

Невозможность выполения программирования коэффициента трения сцепления можно попытаться обойти путём выполнения программирования в статическом режиме, тогда "проблемная" процедура будет пропущена. В этом случае стоит задуматься о возможной необходимости замены сцепления, но хотя бы автомобиль будет готов "на ходу".

Если прерываются процедуры программирования положения сцепления, то можно попробовать чистку ДЗ с последующей "пропиской" - провалы холостого хода могут препятствовать корректному измерению положения включения сцепления.

Если и это не поможет, тогда нужно проверять привод сцепления, обратить внимание на состояние тормозной жидкости в приводе, возможно выполнить её замену и/или прокачку (удаление воздуха из привода).

Ну и наконец возможно проблема в самом сцеплении: оно изношено и нуждается в замене, или сцепление заменено, но неправильно собрано, или при замене сцепления применялись неподходящие детали.

Если программа останавливается на этапе программирования положений привода переключения передач или положения синхронизации, то для начала необходимо вручную установить кулисы механизма переключения передач в среднее положение - если привод включения был оставлен в положении включённой передачи, то при включении привода выбора его может заклинить и процедура будет остановлена. После установки механизмов в среднее положение желательно выполнить калибровку элекродвигателей привода переключений. Если это не поможет, то нужно произвести обслуживание привода переключения передач.

Обслуживание.

Какие мероприятия по обслуживанию "робота" следует проводить в рамках технического обслуживания?

1. Не забываем, что привод сцепления гидравлический и устроен точно так же как и тормозная система, поэтому там применяется тормозная жидкость.
По регламенту Honda для стран СНГ тормозная жидкость меняется через 36 месяцев независимо от пробега. И в приводе сцепления её тоже надо менять! Причём для этого нужна диагностическая система HDS, поэтому для выполнения данной процедуры придётся обращаться к дилерам или в сервис, где есть соответствующее оборудование. Почему то именно дилеры зачастую игнорируют привод сцепления - я с коллегами неоднократно наблюдал там тозмозную жидкость совершенно непотребного состояния при том, что в тормозной системе она была свежая, а владельцы машин заверяли, что предыдущее обслуживание проводилось только у дилеров (это вероятно из-за того, что в регламенте написано "Замена тормозной жидкости", но где именно не указано, а включать мозги похоже там не модно).

2. Трансмиссионное масло в КПП меняется точно так же как и в обычной МКПП - через 48-60 тыс км. в зависимости от условий эксплуатации.

Теперь о работах, которые не предусмотрены регламентом, но с них следует начинать при возникновении подозрений на некоректность работы "робота" (ествственно я исхожу их того, что все работы по регламенту выполнялись вовремя):

1. Обучение системы при помощи HDS. Предпосылками для этого являются: некорректная работа сцепления при трогании, рывки или кратковременные пробуксовки при переключениях передач. Это как правило помогает решить проблему, ведь в процессе работы сцепление изнашивается и настройки привода сцепления сбиваются, а обучение восстанавливает корректные настройки.

2. Обслуживание привода переключения передач, которое заключается в чистке и смазке шестерёнок и зубчатых штоков. Предпосылками для этого является обнаружение TCM неисправностей привода переключения передач например: P0780 (165-2) Неисправность системы переключения передач; P0919 (162-6) Истекло запрограммированное время нейтрального положения исполнительного механизма переключения передач. Неисправность вызвана заедаением штоков привода из-за накопления продуктов трения и высыхаия смазки. После сборки привода обязательно выполнение процедур калибровки привода и обучения системы.

Заключение.

Надеюсь, что после прочтения этой статьи система "i-shift" от Хонды не будет уже пугать своей нерпедсказуемостью.

В заключении хочу ещё раз акцентировать внимание на следующих особенностях "робота":

Крайне нежелательно стоять на месте с включённой передачей (режимы "A" или "R"). В городе нужно ехать примерно так: включил передачу - поехал, остановился на светофоре - выключил передачу, загорелся зелёный - включил передачу, поехал дальше; этим Вы продлите жизнь сцеплению.

Будет совершенно нелишним проводить обучение "робота" в профилактических целях присовокупив эту процедуру к плановому техническому обслуживанию автомобиля. Как часто? По моему субъективному мнению не реже раза в 45-50 тыс. км пробега или раз в два года. В зависимости от условий эксплуатации эту периодичность нужно корректировать. Например при постоянной езде по московским пробкам обучение лучше проводить каждый год.

Ну и в самом конце немного о диагностике. Как и любая электронная система, "i-shift" имеет собственную систему самодиагностики. При обнаружении неисправности у "робота" на приборной панели автомобиля загорается индикатор . В таком случае рекомендую не игнорировать это, а в кратчайшее время сделать диагностику. Если этого не сделать и не устранить неполадку, то следующая неисправность может привести к блокировке стартера и тогда до сервиса своим ходом Вы уже не доедете. Если индикатор неисправности загорелся после продолжительного толкания в пробке, остановитесь (так что бы не мешать другим участникам движения) и постойте на месте с ВЫКЛЮЧЕННОЙ передачей минут 15, двигатель при этом глушить не обязательно. Возможно TCM "заподозрил" перегрев сцепления.

Расшифровку кодов неисправностей можно найти в разделе "Документация":

Источник: Membrana.ru

Японцы объявили, что самый передовой человекоподобный робот на Земле обновился кардинально: дескать, это «all-new ASIMO» – совершенно новая машина целиком новой конструкции. И хотя внешне андроид остался всё тем же белым «космонавтом» с чёрным провалом вместо лица, нововведений действительно много.

Первым делом компания Honda Motor сообщает, что отныне вся хондовская робототехника от мала до велика носит единое коллективное имя – Honda Robotics.

Создание этого подразделения, очевидно, свидетельствует о возросшем интересе к роботам со стороны производителя автомобилей и мотоциклов. Honda Robotics будет не только продолжать исследования (к которым по большому счёту относится и ASIMO), но и «заниматься вопросами практического использования робототехники и её массового производства».

Итак, all-new ASIMO. Робот стал легче, быстрее и сильнее. По основным техническим характеристикам в сравнении с предшественником новичок легче на 6 кило и весит 48 кг.

Андроид получил прибавку в 23 степени свободы, и число таковых у ASIMO достигло 57. Плюс возросла скорость движения машины: 9 км/ч против прежних 6 км/ч. Но эти параметры всё же второстепенны, ибо главное, по словам японцев, что «ASIMO прошёл путь от автомата до автономной машины».

Honda объявила, что улучшила интеллект андроида. Теперь мозг машины собирает и «всесторонне оценивает» данные от многочисленных сенсоров, выполняющих функции зрительных и слуховых органов, а также воспринимающих тактильные ощущения.

Основываясь на оценке текущей ситуации в окружающей среде, реагируя на действия людей, ASIMO выбирает соответствующее поведение. Андроид может узнавать людей одновременно по лицу и голосу, а также распознавать голоса нескольких человек, говорящих наперебой.

Новый ASIMO умеет показывать жестами не только любовь. На снимке вверху он демонстрирует приветствие, знак на втором кадре означает «семья», а на нижнем – «язык жестов» (фото Honda Robotics).

Кроме того, ASIMO отныне способен на основе пространственного анализа предсказать направление, в котором человек пойдёт в течение ближайших секунд, и быстро найти пути обхода, чтобы избежать столкновения (фото Honda Robotics).

Рассказывая об улучшении физической формы робота, Honda указывает на укрепление ног и расширение диапазона их движений. Помимо обычных ходьбы и бега ASIMO отныне может бежать спиной, прыгать на одной ноге или на двух, гибко адаптироваться к изменяющимся ситуациям, чтобы, например, переходить на неровную поверхность, сохраняя равновесие (фото Honda Robotics).

Модернизировали андроиду и руки. Новые датчики в ладонях и пальцах позволяют ASIMO, к примеру, взять бутылку, открутить крышку и налить себе выпить (фото Honda Robotics).

Издание IEEE Spectrum шутливо называет «главное новшество» ASIMO – неизменно белый «космонавт» теперь будет выпускаться и с цветными вкраплениями (иллюстрация Honda Robotics).

Фрезерные станки осуществляют контактную механическую обработку резанием. Под действием сил резания острый клин инструмента (фрезы) отделяет частицы материала с образованием новой — обработанной — поверхности заготовки. Для преодоления межмолекулярного притяжения и отделения частиц материала необходимо приложить достаточно высокую энергию. Её генерирует шпиндель — главный силовой элемент фрезерного станка. Он предназначен для крепления режущего инструмента, передаче ему крутящего момента, а также перемещения над заготовкой в соответствии с программой обработки (маршрутом движения фрезы).

Конструктивно, шпиндель фрезерного станка представляет собой мощный асинхронный электродвигатель переменного тока. Вал электродвигателя установлен в радиально-упорных подшипниках — для компенсации воздействия осевых нагрузок при вертикальном движении фрезы, а также компенсации нагрузок в горизонтальной плоскости при движении инструмента вдоль маршрута обработки. Торец вала шпинделя имеет конус Морзе для установки цангового патрона. Последний служит для закрепления фрезы, предварительно установленной в цангу соответствующего диаметра.

Все узлы шпинделя объединены в едином неразборном корпусе со встроенной системой охлаждения. Для агрегатов небольшой мощности (до 500 Вт) в основном применятся система воздушного охлаждения. Более мощные шпинделя (от 1 кВт и выше) оснащены системой водяного охлаждения.

Жидкостная система охлаждения шпинделя

Любая жидкость (особенно вода) обладает гораздо большей теплоёмкостью, чем воздух. Поэтому для мощных шпинделей, нуждающихся в интенсивном теплоотводе, применяется жидкостная система охлаждения. Её конструкция представляет собой специальную «рубашку» (полости внутри корпуса шпинделя для прохождения жидкости), куда под давлением подаётся теплоноситель. Базовой охлаждающей жидкостью является вода, однако для предотвращения коррозии может использоваться тосол или иные смеси (см. ниже).

Наибольший нагрев при работе шпинделя испытывает обмотка асинхронного электродвигателя и подшипники вала. Именно их «обнимает» рубашка охлаждения — избытки тепла поглощаются циркулирующей жидкостью. Для подвода/отвода жидкости корпус шпинделя оснащён специальными штуцерами (по этому признаку легко отличить шпиндели с водяным охлаждением от «воздушных»). Штуцеры соединяется гибкими шлангами с жидкостным насосом и теплообменником. Ещё одним компонентом системы является ёмкость для хранения запаса жидкости. В некоторых системах охлаждения ёмкость также может играть роль теплообменника.

Конструктивные схемы теплообменников

Нормальным температурным режимом работы фрезерного станка с ЧПУ является нагрев шпинделя не выше 50 °С (на ощупь шпиндель должен быть горячим, но не обжигающим). В случае чрезмерного нагрева шпинделя (особенно при продолжительном фрезеровании на форсированных режимах), интенсивность теплообмена системы охлаждения приходится увеличивать.

Как отмечалось выше, простейшим теплообменником может являться ёмкость для хранения жидкости. Металлические стенки ёмкости достаточно хорошо рассеивают тепло нагретой воды. А в случае необходимости, эффективность такого пассивного радиатора можно повысить, обеспечив надёжный контакт металлической ёмкости с металлической же рамой фрезерного станка. Массивная рама обеспечит отличное рассеивание тепла нагретой жидкости, сливающейся из шпинделя в ёмкость.

Другой вариант теплообменника — трубчатый змеевик-радиатор от бытового холодильника. Для интенсификации теплоотвода змеевик также можно закрепить на металлической раме станка. Хорошим примером эффективной системы является конструкция, где в качестве теплообменника используется радиатор отопителя от автомобиля ВАЗ-2106. К нему следует приобрести электровентилятор подходящего диаметра (рассчитанный на питание от сети переменного тока, напряжением 220 В). Жидкостным насосом в такой системе будет являться аквариумная «помпа» (также рассчитанная на 220 В). Все компоненты системы охлаждения собираются в едином корпусе, обеспечивающем надёжное крепление агрегатов. Важным требованием к системе является её герметичность, поэтому монтаж компонентов и всех соединений нужно проводить очень тщательно.

Готовые решения

Хорошим вариантом организации системы охлаждения является использование готовых решений из смежных областей. Например, для фрезерных станков с относительно маломощными шпинделями (до 1 кВт) может применяться система охлаждения микропроцессора ПК. Такая система уже укомплектована жидкостным насосом (помпой), бачком для охлаждающей жидкости, радиатором со встроенным вентилятором и всем соединительными шлангами.

Ещё более эффективным средством будет использование специального чиллера для систем охлаждения лазерных станков. Чиллер представляет собой единый агрегат, содержащий трубчатый радиатор, вентиляторы обдува, электронные терморегуляторы и ёмкость для жидкости. Чиллер обладает высокой производительностью и позволяет гибко регулировать температуру охлаждающей жидкости. К единственному недостатку перечисленных систем можно отнести их высокую стоимость (по сравнению с самодельными решениями).

Виды охлаждающих жидкостей

Самой простой (и в большинстве случаев рекомендуемой производителями станков) доступной и дешёвой охлаждающей жидкостью является вода. Для исключения отложения осадка внутри каналов рубашки охлаждения шпинделя следует применять дистиллированную воду. Однако следует учитывать, что со временем в воде размножаются бактерии, и в системе охлаждения образуется слизь (в том числе и внутри шпинделя). В результате значительно снижается теплоотвод. Кроме того, даже дистиллированная вода вызывает коррозию металлических элементов шпинделя.

Для одновременной борьбы с коррозией и с микроорганизмами следует в качестве охлаждающей жидкости применять тосол (водный раствор этиленгликоля). При использовании герметичной системы охлаждения, испарение жидкости практически исключено, поэтому расходы на долив/замену тосола не потребуется. В принципе, можно использовать автомобильный антифриз (то же тосол, но с пакетом специальных присадок), но фирменная смесь будет дороже простого раствора этиленгликоля (спирта) в воде. Кроме того, ряд присадок фирменного антифриза образуют белёсый налёт на трубопроводах, что также снижает теплоотвод и затрудняет циркуляцию жидкости в системе охлаждения.

Следует помнить, что этиленгликоль является сильнейшим ядом! При эксплуатации системы охлаждения, заправленной тосолом или антифризом, необходимо соблюдать крайнюю осторожность!

Жидкостная система охлаждения шпинделя

Конструктивные схемы теплообменников

Готовые решения

Виды охлаждающих жидкостей

Использование температуры охлаждения шпинделя как инструмент для компенсации тепловой деформации станка

Компенсация температурных ошибок станков представляет собой относительно сложную задачу в настоящее время. Пользователи станков имеют очень высокие ожидания относительно качества обработки изделий, поэтому необходимо использовать все средства для улучшения точности обработки существующих машин. В статье рассматривается новый подход, который сочетает в себе стандартное измерение температуры станка и новое измерение температуры охлаждающей жидкости шпинделя. Затем с помощью уравнения полиномиальной регрессии произведем расчет компенсационной коррекции положения инструмента. Этот расчет не перегружает систему управления машины, так что дополнительно никаких внешних аппаратных средств или компьютеров не требуется. Подвод охлаждающей жидкости повышает точность станков во время многочасовой работы.

Ключевые слова: станкостроение, температурная компенсация.

Введение

С точки зрения измерения температуры, станки могут быть разделены на две группы. Первая группа состоит из так называемых интеллектуальных машин, в которых все необходимые датчики имплантируются непосредственно в машину на стадии производства. Шпиндель станка со встроенными датчиками температуры подшипников, обмотки моторов и т.д., является типичным представителем этой группы. Такие станки могут решать проблемы деформации ипользованием мехатронных методов. К сожалению, эти машины пока еще не очень распространены. Кроме того, они относительно дороги в производстве. Ко второй группе относятся обычные станки, которые имеют ограниченное число встроенных датчиков (около пяти). Эти датчики специально устанавливаются на раму станка. Шпинделя, как правило, не контролируются. Машины этого типа являются наиболее распространенными в настоящее время.

Обычные станки могут быть дооснащены дополнительными датчиками. Однако размещение датчиков может быть крайне проблематично. Проблемы могут быть следующими:

Датчик не может быть помещен непосредственно в источник тепла;
Датчик не может быть установлен необходимым образом из-за особенностей структуры станка, или размещенного на нем оборудования;
Датчик слишком большой для размещения на выбранном для измерения месте;
Датчик не может быть заглублен в металл;
Поверхность контакта между датчиком и корпусом недостаточна.

Пример монтажа датчиков показан на рис. 1.

Эти проблемы термического анализа хорошо наблюдаются в шпинделе. Как уже упоминалось, для этого невозможно разобрать шпиндель. Кроме того, шпиндель не предназначен для установки дополнительных элементов, благодаря своей очень сложной внутренней конструкции. В настоящее время наиболее широко применяется вариант, размещения необходимых датчиков на поворотной шпиндельной голове, так близко, как шпиндель может позволить. Другим вариантом является размещение датчиков на рубашку охлаждения шпинделя.

С точки зрения тепла образования тепла на станке, шпиндель является основным его источником, и его тепловая деформация — главная причина общей деформации станка. Этот эффект умножается, когда используется электрошпиндель с интегрированными обмотками. Повышенная деформация этого типа шпинделя вызвана типовой механической схемой размещения группы передних и задних подшипников и обмотки электродвигателя.

Эти три части шпинделя составляют основной источник тепла, но тепло передается также и в других местах шпинделя(смазочных и охлаждающих контурах, в установочной гильзе шпинделя и т.д.). Если датчики расположены на внешней поверхности установочной гильзы шпинделя, имеется относительно большая задержка по времени передачи тепла на выходе от источника тепла до температурных датчиков.. Эта задержка может отменить температурную компенсацию деформации станка. Датчики не реагируют, когда шпиндель (а также рама станка) уже деформированы от тепла. Точность резки ниже, чем ожидается. Усилия, чтобы устранить этот негативный эффект и есть основная проблема для инженеров и рабочих на станках. Новый подход к проблема заключается в использовании охлаждающей жидкости шпиндель в качестве носителя информацию о тепловом состоянии внутри шпинделя

Рис. 1: Пример датчика, установленного на шпинделе

Рис. 2: Контуры охлаждения шпинделя

Использование охлаждающей жидкости шпинделя.

Наша задача найти способ получения информации о внутреннем тепловом поведении шпинделя путем измерения температуры снаружи шпинделя. Единственным вариантом является использование охлаждающей жидкости шпинделя. Эта жидкость течет вокруг групп подшипников и вокруг обмотки электромотора (Рис. 2.). Таким образом отводится образовавшееся тепло от компонентов шпинделя. Если датчик температуры размещен в жидкости в рубашке охлаждения на выходе из шпинделя, он может определять условия внутри шпинделя. Преимущество этого измерения в скорости с которой жидкость передает информацию о температуре от подшипников к датчику. Это время передачи тепла короче времени, затраченного на прохождение тепла через массу материала, от подшипников к внешней поверхности шпинделя, где датчики стандартно размещены. Наши эксперименты доказывают, что реакция датчика на изменение температуры происходит гораздо быстрее (в случае жидкостного охлаждения шпинделя), чем других датчиков, установленных на раме станка.

Результаты приведены ниже ниже.

Мониторинг температурного поведения станка

Эксперименты, направленные на проверку нашей гипотезы были выполнены на 3-осевом обрабатывающем центре, оборудованном мотор-шпинделем DMU и линейными двигателями во всех тре осях. Этот станок имеет компоновку типа С, с самым распространенным типом рамы. Цель нашего проекта заключается в устранении тепловой деформации вертикальной оси Z., вызванный шпинделем. В целом деформацию станка контролировали в месте нахождения инструмента в направлении оси Z. Станок неоднократно нагревался вращением шпинделя. Анализ начался с холодного состояния, после этого станок был выключен за 48 часа до эксперимента. Таким образом, станок довели до комнатной температуры.

Затем станок был запущен, и шпиндель приводился в движение с постоянной скоростью вращения 7500 оборотов в минуту (50% Nmax).

Рис. 3: Температурное поведение MCFV 5050LN

Рис. 3. показывает, что тест проводился в течение приблизительно 10 часов. Этого достаточно, чтобы показать направление потока и количество тепла, протекающего от шпинделя к раме станка. Деформации этого типа тепловой нагрузки в Z направлении показаны на рис. 4. Первоначальная очень быстрая фаза нагрева вызвана самим шпиндель. Средняя фаза, между«50 мин» и «150 минут» представляет собой смесь влияний деформации шпинделя и колонны станка. На последнем этапе от «150 минут» деформация создается только на колонне.

Другая проблема в реализации компенсационного механизма для станка является ее стоимость.

Рис. 4: Деформации оси Z от нагрева шпинделя

Необходимо предложить решения, которые стоят недорого, но хорошо функционируют. Стандартным решением является многопрофильный регрессионный анализ. Даже без дополнительного оборудования, система управления станка не будет перегружена.

Мультикомпенсационная регрессия

Мультикомпенсации регрессия основана на принципе расчета результаты по нескольким входам. Это можно записать в виде уравнения:

Для лучшего обзора полного теплового поведения, машины, множество датчиков, устанавливается на раме станка и на шпинделе. Датчики выбираются для сравнительного анализа с помощью двух параметров:

Первым параметром является зависимость между увеличением деформации и повышением температуры в определенном месте. Вторым параметром является скорость реакции на изменение температуры в измеряемом месте. Предел реакции для этого эксперимента был установлен до 0,5 градуса. Были выбраны четыре датчика. 2 датчика установлены на шпиндель, один на колонне оси Z и на линейном двигателе оси Z. Датчики показаны в таблице 1, и их размещение обозначено на рис. 5. Данные о температуре для расчета правильной компенсации (уравнение 1) поступают в систему управления машины. Результат расчета по формуле 1, рассчитанный в данный момент времени цикла, представляет собой корректирующий сигнал для системы управления станка. Вместо характеристики временной деформации, используется характеристика температурной деформации для мультиноминальной компенсации. Процесс нагрева может меняться во времени, но с физической точки зрения изменение температуры является доминирующим для величины деформации.

Таблица 1: Датчики и время реакции

Рис. 5: Выбранное размещение датчиков

Рис. 6: Первое измерение тепловой деформации

В результате деформации уравнение для Z-оси от вычислений четырех датчиков, имеет следующий вид:

Это уравнение было выведено путем расчета изменения температуры и деформации в процессе первого температурного анализа станка (рис. 6). Расчет был проверен при следующем измерении, с другими начальными условиями. Станок был в различных начальных тепловых состояниях, с различной комнатной температурой. Кроме того, рама станкабыла в полу-теплом состоянии, из-за неполного охлаждения по сравнению с предыдущим рабочим днем. Процесс охлаждения происходил только ночью, что было недостаточно долго, для этого типа машины. Тепловую нагрузку шпиндель выдавал такую же, как в первом анализе.

Результаты компенсации

Остаточная деформация после компенсации показано на Рис. 7. Очевидно, что применяемая компенсация имеет положительное влияние. Улучшение можно увидеть в средней преходной фазе, где воздействия деформации шпинделя и деформации колонны противоположны. Это всегда затрудняет описание этой фазы, так как суперпозиция двух деформаций значительно на это влияет. Кроме этого, во время первого этапа, когда имеют место большие деформации шпинделя, мы может увидеть хорошее качество работы механизма компенсации.

Существует очень быстрый рост в деформации шпинделя. Мультиномиальная компенсация с измерением температуры охлаждающей жидкости шпинделя устраняет этот эффект в более короткие сроки, чем без компенсации.

Принцип расчета полиномиальной регрессии, совместно с небольшим количеством установленных датчиков, ограничивает скорость реакции на неожиданное изменения в поведении машины. Этот эффект можно видеть на рис. 6. во времени около «470 мин». Внезапный отказ системы охлаждения шпинделя вызывает деформацию. Механизм компенсации вступает в действие, но не в достаточной степени. Это связано с датчиками, которые включены в расчет компенсации. Для улучшения этого типа компенсации, для шпинделя необходим специальный мультиномиальный подход.

Рис. 7: остаточная деформация после компенсации

Заключение

Использование жидкостного охлаждения шпинделя DMG улучшает мультиноминальную регрессию механизма компенсации. Полученная остаточная деформация универсального обрабатывающего центра MCFV 5050LN, на оси Z, лучше, чем при стандартной регрессии. Расчет производился, используя только измерением рамы станка. Деформации могут быть устранены быстрее в критической первой фазе, так как эти вычисления получены с четырех датчиков: корпуса станка, шпинделя и охлаждающей жидкости. Реакция компенсации недостаточно быстрая для неожиданных событий, когда охлаждение отсутствует.

просмотров

Сохранить ВКонтакте

Устройство

Функциональная и электрическая схемы.

Функционирование

Особенности работы привода переключения.

Особенности работы привода сцепления.

Обучение системы "i-shift".

1. Программирование положений привода переключения передач.

2. Программирование положений синхронизации.

3. Программирование положения включения сцепления 1.

4. Программирование положения включения сцепления 2.

5. Программирование коэффициента трения сцепления.

6. Программирование положения включения сцепления 3.

Обслуживание.

Заключение.

Жидкостная система охлаждения шпинделя

Конструктивные схемы теплообменников

Готовые решения

Виды охлаждающих жидкостей

Жидкостная система охлаждения шпинделя

Конструктивные схемы теплообменников

Готовые решения

Виды охлаждающих жидкостей

Вам также может понравиться