Details

Дипломная работа посвящена расчёту и конструированию следящего гидравлического привода горизонтального перемещения суппорта фрезерного станка с ЧПУ. Актуальность обеспечена преимуществами гидропривода: упрощением кинематики, снижением металлоёмкости, повышением точности, надёжности и гибкости производства. Цель — разработка привода, точно отрабатывающего сигналы ЧПУ при переменной нагрузке; движение суппорта горизонтальное, сила тяжести не учитывается. Сравнительный анализ ручного, электрического, пневматического и гидравлического приводов показал преимущества объёмного следящего гидропривода: плавное бесступенчатое регулирование скорости и усилия, высокую перегрузочную способность, малую инерционность, самозащиту от перегрузок. Для преобразования вращения гидромотора в возвратно-поступательное движение рассмотрены кривошипно-шатунный, кулачковый, реечный и винтовой механизмы; по точности останова и закону движения выбран шарико-винтовая передача (ШВП). Силовыми элементами служат аксиально-поршневые насос и гидромотор. Следящий привод построен по замкнутому контуру с обратной связью и гидроусилителем «сопло–заслонка» для снижения усилия на золотнике. Разработана принципиальная гидравлическая схема, включающая насосную установку, фильтры, обратный клапан, распределитель, гидромотор, предохранительные и редукционные клапаны, КИП. Проведены статический и динамический расчёты: построены статические характеристики, функциональная и структурно-динамическая схемы, получены передаточные функции, выполнены анализ устойчивости и оценка качества переходного процесса, синтезирована коррекция для обеспечения требуемых запасов устойчивости и быстродействия. Информационные технологии: моделирование переходных процессов, построение ЛАЧХ и ЛФЧХ, синтез коррекции выполнены в MATLAB. Использовались облачные базы стандартов и каталоги гидрооборудования. Текстовая документация оформлялась с помощью офисных пакетов; облачные сервисы применялись для хранения и совместного доступа.

The thesis deals with the design and calculation of a servo hydraulic drive for the horizontal carriage feed of a CNC milling machine. The relevance is due to the advantages of hydraulic systems: simplified kinematics, reduced metal consumption, improved accuracy, reliability, and production flexibility. The aim is to develop a drive accurately following CNC commands under variable load; only horizontal carriage motion is considered, so gravity is excluded. A comparative analysis of manual, electric, pneumatic, and hydraulic drives revealed the benefits of a servo volumetric hydraulic drive: smooth stepless speed and force control, high overload capacity, low inertia, and inherent overload protection. To convert the hydraulic motor rotation into linear motion, crank, cam, rack‑and‑pinion, and screw mechanisms were examined; based on stopping accuracy and the required motion law, a ball‑screw transmission was selected. Axial‑piston pump and motor serve as power elements. The servo drive is built as a closed feedback loop with a flapper‑nozzle amplifier to reduce spool force. A hydraulic circuit was developed, comprising a pump unit, filters, check valve, directional control valve, hydraulic motor, pressure relief and reducing valves, and instrumentation. Static and dynamic calculations were performed: static characteristics, functional and structural‑dynamic schemes were built, transfer functions derived, stability and transient quality analysed, and a corrective device synthesised to ensure the required stability margins and response speed. Information technologies: MATLAB was used for transient simulation, Bode plot construction, and correction synthesis. Cloud standards databases and hydraulic component catalogs were employed. Text documentation was prepared with office suites; cloud services provided storage and shared access.