Детали, имеющие сложную конфигурацию, составляют большую группу машиностроительных деталей. Это в первую очередь лопатки газовых и паровых турбин, энергетических стационарных и передвижных установок, газоперекачивающих станций, газотурбинных двигателей, лопасти водяных турбин, гребных винтов различного назначения, а также художественные изделия.
Технологическое оборудование, применяемое в настоящее время для механической обработки сложных поверхностей, это, как правило, обрабатывающие центры, оснащенные числовой системой управления, либо специализированные станки, выполняющие перемещение детали или инструмента по жесткой, не перестраиваемой траектории. Для выполнения операций по переноске заготовок и готовых деталей станки оснащаются специальными манипуляционными механизмами. Одним из недостатков процесса создания оборудования является традиционно принятая последовательность, когда первоначально конструируется механическая часть, затем для разработанной механики подбирается система управления, обеспечивающая требуемые законы перемещения и технологические режимы обработки. При этом получаем систему, у которой оптимально, но раздельно проектируемые части не всегда оказываются оптимальными в целом для всей системы.
Современная вычислительная техника, обладающая высоким быстродействием, позволяет по-новому подойти к созданию технологической машины. Система управления совместно с датчиками информации способна исправлять "недостатки" механической части технологической машины. Поэтому технологическую машину необходимо рассматривать как единую систему, включающую механическую часть,
(рис 9.1) Система управления низшего уровняМанипулятор детали осуществляет ее перемещение по заданным координатам RД, манипулятор инструмента перемещает инструмент по координатам RИ, в результате их взаимного перемещения выполняется обработка и
Первое применение стержневых замкнутых механизмов в qи: q1 и q2. Манипулятор перемещения обрабатываемой детали также представляет собой пятизвенник, расположенный в плоскости, перпендикулярной плоскости qд: q3, q4, q5 в плоскости пятизвенника и q6 - вращение изделия относительно оси, перпендикулярной плоскости пятизвенника.
(рис 9.2) Платформа СтюартаМеханизмы
(рис 9.3) Робот-станокДополнительные датчики и приводы не прибавляют интеллекта системе в целом, но существенно расширяют ее функциональные возможности. В последующих лекциях будет рассмотрено, что дает установка дополнительных датчиков и приводов.
Технологический процесс механической обработки рассматривается как подсистема (рис. 9.1), входом которой являются перемещения RД и RИ, а выходом - результат данных перемещений, сила резания Pрез.. Для механической обработки в качестве упрощенной модели может рассматриваться зависимость между скоростью перемещения инструмента относительно детали Vп и усилием резания Pрез.
Для оптимального управления технологической машиной как единой системой (рис. 9.1) необходимо задать критерии, характеризующие качество выполнения технологической операции. Такими критериями, например, для абразивной обработки являются шероховатость поверхности Rz, глубина прожигов поверхностного слоя обрабатываемой поверхности hп и максимальный съем материала в направлении перемещения инструмента относительно детали Qрез. (рис. 9.4, а). Исходным требованием к поверхности обработки является требование к шероховатости поверхности Rz и к возможным прижогам hп, что особенно критично при обработке титановых сплавов. Данные критерии определяются в большей степени скоростью относительного перемещения инструмента и обрабатываемой детали VП. При этом существуют ограничения скорости VП.min и VП.max, когда обеспечиваются допустимые hп.min и hп.max, Rz.min и Rz.max. Область ограничений по VП связана с ограничениями по силе резания Pрез.min и Pрез.max. Данные ограничения обусловлены упругими допустимыми деформациями, определяемыми данными силами, $$\varepsilon _{упр.min}$$ и $$\varepsilon _{упр.max}$$. Ограничение на Pрез. может быть определено также конструктивными допустимыми размерами, при которых наступало разрушение инструмента либо других конструкций станка.
Область $$D_{max} \in (P_{рез.min} \div P_{рез.max}, V_{П.min} \div V_{П.max})$$ накладывает ограничения на Pрез. и VП с целью обеспечения качества, точности и прочности конструкции. Однако в области Dmax существует область, в которой обеспечивается максимальный
(рис 9.4) На рисунке 9.4 Qрез. представляет поверхность 1, которая описывается уравнением (9.1). Так как Qрез. имеет максимум на границе зоны (2, рис. 9.4), то область D (рис. 9.4, б) является той областью изменения $$D \in (P_{рез.},V_{П})$$, где обеспечивается требуемое качество, точность и максимальная производительность.
На рисунке 9.4, б) приведены области изменения Pрез. и VП равные соответственно составляющим силы Pрез. и скорости Vп в направлении движения инструмента относительно детали и обеспечивающие требуемую шероховатость поверхности (Rz), глубину прижогов (hп) обрабатываемого поверхностного слоя и упругие допустимые деформации $$\varepsilon _{упр.}$$ от действия силы резания. Нахождение Pрез. и VП в области D дополнительно к требуемому качеству обеспечивает максимальный Qрез.max. Данная область ограничена погрешностью измерения Pрез. и Vп. Поэтому управление
Система управления
Для формирования траектории перемещения инструмента необходимо иметь описание обрабатываемой поверхности. Так, для описания поверхности пера лопаток турбин, задаваемых координатами опорных точек, используются в зависимости от требуемой точности либо
yд=A1zд2xд2+A2zд2xд+A3zдxд2+A4zд2+A5xд2+A6zдxд+A7zд+A8xд+A9, (9.2)
где коэффициенты Ak вычисляются через постоянные коэффициенты описываемого полинома. Полное представление сложной поверхности координатамиопорных точек, а также методика описания поверхности рассмотрены в лекции 11. Для автоматизированного программирования траектории перемещения инструмента по данным с чертежа обрабатываемой поверхности разработана применительно для IBM РС Система Автоматизированного Программирования (САП).
Управление qд и инструмента qи по информации о перемещении инструмента относительно детали (рис. 9.1).
При обработке поверхности программная траектория перемещения инструмента относительно обрабатываемого изделия для каждой i -й точки поверхности задается элементами матрицы [4 x 4]дAi, которая определяет положение режущей кромки инструмента в системе координат (X,Y,Z)д (рис. 9.5).
(рис 9.5) Для вывода уравнений кинематики и динамики механизмов используется аппарат однородных матриц и матричных преобразований, предложенных Ж.Денавитом и Р.Хартенбергом . Основой данного математического аппарата являются матрицы [4 x 4], описывающие преобразование координат из одной системы (k+1) в другую (k)

где

- подматрица (XYZ)k+1 относительно осей (XYZ)k ;
kRk+1=[xk+1yk+1zk+1]T - вектор, определяющий положение точки 0k+1 в системе координат XYZk ;
0T - подматрица преобразования перспективы;
1 - глобальный масштабирующий множитель.
Перемещение выходного звена (XYZ)д в неподвижной системе координат (XYZ)0, представляемой матрицей [4 x 4]OAд (рис. 9.3). Математически условие обработки поверхности состоит в обеспечении фундаментального матричного уравнения для каждой точки ( i -й) траектории движения инструмента относительно детали
0Ai(qи)=0Aд(qд)дAi,
которое преобразуется к виду
(0Aд(qд))-1*0Ai(qи)=дAi. (9.4)
Приравнивая три элемента 4-го столбца и три элемента, не принадлежащие одной строке и одному столбцу из 1-го, 2-го и 3-го столбца, в левой и правой частях уравнения (9.4), получим систему из шести уравнений
F(qи, qд)=U, (9.5)
которая является исходной системой и ее решение относительно qи и qд должно быть заложено в системе управления. Решение данного
Система оптического контроля геометрии поверхностей сложной формы, разработанная в НПО"Луч", предназначена для определения отклонений параметров обрабатываемой поверхности от заданных и отслеживания ее качества. Rпрог.. Система управления манипуляторами на основе Rпрог. формирует управляемые координаты на исполнительные приводы qи и qд и осуществляет управление приводами.
Проектирование технологических машин нового поколения для обработки сложных поверхностей включает следующие основные этапы:
(рис 9.6) Система управления манипуляторамиТехнологические машины, построенные на механизмах относительного манипулирования и оснащенные современными управляющими вычислительными системами, позволяют выполнять механическую обработку деталей со сложными поверхностями, имеют существенно меньшую металлоемкость в сравнении с оборудованием, применяемым в настоящее время для этих целей, позволяют одними и теми же механизмами выполнять транспортные и обрабатывающие операции.
Детали, имеющие сложную конфигурацию, составляют большую группу машиностроительных деталей. Это в первую очередь лопатки газовых и паровых турбин, энергетических стационарных и передвижных установок, газоперекачивающих станций, газотурбинных двигателей, лопасти водяных турбин, гребных винтов различного назначения, а также художественные изделия.
Технологическое оборудование, применяемое в настоящее время для механической обработки сложных поверхностей, это, как правило, обрабатывающие центры, оснащенные числовой системой управления, либо специализированные станки, выполняющие перемещение детали или инструмента по жесткой, не перестраиваемой траектории. Для выполнения операций по переноске заготовок и готовых деталей станки оснащаются специальными манипуляционными механизмами. Одним из недостатков процесса создания оборудования является традиционно принятая последовательность, когда первоначально конструируется механическая часть, затем для разработанной механики подбирается система управления, обеспечивающая требуемые законы перемещения и технологические режимы обработки. При этом получаем систему, у которой оптимально, но раздельно проектируемые части не всегда оказываются оптимальными в целом для всей системы.
Современная вычислительная техника, обладающая высоким быстродействием, позволяет по-новому подойти к созданию технологической машины. Система управления совместно с датчиками информации способна исправлять "недостатки" механической части технологической машины. Поэтому технологическую машину необходимо рассматривать как единую систему, включающую механическую часть,
(рис 9.1) Система управления низшего уровняМанипулятор детали осуществляет ее перемещение по заданным координатам RД, манипулятор инструмента перемещает инструмент по координатам RИ, в результате их взаимного перемещения выполняется обработка и
Первое применение стержневых замкнутых механизмов в qи: q1 и q2. Манипулятор перемещения обрабатываемой детали также представляет собой пятизвенник, расположенный в плоскости, перпендикулярной плоскости qд: q3, q4, q5 в плоскости пятизвенника и q6 - вращение изделия относительно оси, перпендикулярной плоскости пятизвенника.
(рис 9.2) Платформа СтюартаМеханизмы
(рис 9.3) Робот-станокДополнительные датчики и приводы не прибавляют интеллекта системе в целом, но существенно расширяют ее функциональные возможности. В последующих лекциях будет рассмотрено, что дает установка дополнительных датчиков и приводов.
Технологический процесс механической обработки рассматривается как подсистема (рис. 9.1), входом которой являются перемещения RД и RИ, а выходом - результат данных перемещений, сила резания Pрез.. Для механической обработки в качестве упрощенной модели может рассматриваться зависимость между скоростью перемещения инструмента относительно детали Vп и усилием резания Pрез.
Для оптимального управления технологической машиной как единой системой (рис. 9.1) необходимо задать критерии, характеризующие качество выполнения технологической операции. Такими критериями, например, для абразивной обработки являются шероховатость поверхности Rz, глубина прожигов поверхностного слоя обрабатываемой поверхности hп и максимальный съем материала в направлении перемещения инструмента относительно детали Qрез. (рис. 9.4, а). Исходным требованием к поверхности обработки является требование к шероховатости поверхности Rz и к возможным прижогам hп, что особенно критично при обработке титановых сплавов. Данные критерии определяются в большей степени скоростью относительного перемещения инструмента и обрабатываемой детали VП. При этом существуют ограничения скорости VП.min и VП.max, когда обеспечиваются допустимые hп.min и hп.max, Rz.min и Rz.max. Область ограничений по VП связана с ограничениями по силе резания Pрез.min и Pрез.max. Данные ограничения обусловлены упругими допустимыми деформациями, определяемыми данными силами, $$\varepsilon _{упр.min}$$ и $$\varepsilon _{упр.max}$$. Ограничение на Pрез. может быть определено также конструктивными допустимыми размерами, при которых наступало разрушение инструмента либо других конструкций станка.
Область $$D_{max} \in (P_{рез.min} \div P_{рез.max}, V_{П.min} \div V_{П.max})$$ накладывает ограничения на Pрез. и VП с целью обеспечения качества, точности и прочности конструкции. Однако в области Dmax существует область, в которой обеспечивается максимальный
(рис 9.4) На рисунке 9.4 Qрез. представляет поверхность 1, которая описывается уравнением (9.1). Так как Qрез. имеет максимум на границе зоны (2, рис. 9.4), то область D (рис. 9.4, б) является той областью изменения $$D \in (P_{рез.},V_{П})$$, где обеспечивается требуемое качество, точность и максимальная производительность.
На рисунке 9.4, б) приведены области изменения Pрез. и VП равные соответственно составляющим силы Pрез. и скорости Vп в направлении движения инструмента относительно детали и обеспечивающие требуемую шероховатость поверхности (Rz), глубину прижогов (hп) обрабатываемого поверхностного слоя и упругие допустимые деформации $$\varepsilon _{упр.}$$ от действия силы резания. Нахождение Pрез. и VП в области D дополнительно к требуемому качеству обеспечивает максимальный Qрез.max. Данная область ограничена погрешностью измерения Pрез. и Vп. Поэтому управление
Система управления
Для формирования траектории перемещения инструмента необходимо иметь описание обрабатываемой поверхности. Так, для описания поверхности пера лопаток турбин, задаваемых координатами опорных точек, используются в зависимости от требуемой точности либо
yд=A1zд2xд2+A2zд2xд+A3zдxд2+A4zд2+A5xд2+A6zдxд+A7zд+A8xд+A9, (9.2)
где коэффициенты Ak вычисляются через постоянные коэффициенты описываемого полинома. Полное представление сложной поверхности координатамиопорных точек, а также методика описания поверхности рассмотрены в лекции 11. Для автоматизированного программирования траектории перемещения инструмента по данным с чертежа обрабатываемой поверхности разработана применительно для IBM РС Система Автоматизированного Программирования (САП).
Управление qд и инструмента qи по информации о перемещении инструмента относительно детали (рис. 9.1).
При обработке поверхности программная траектория перемещения инструмента относительно обрабатываемого изделия для каждой i -й точки поверхности задается элементами матрицы [4 x 4]дAi, которая определяет положение режущей кромки инструмента в системе координат (X,Y,Z)д (рис. 9.5).
(рис 9.5) Для вывода уравнений кинематики и динамики механизмов используется аппарат однородных матриц и матричных преобразований, предложенных Ж.Денавитом и Р.Хартенбергом . Основой данного математического аппарата являются матрицы [4 x 4], описывающие преобразование координат из одной системы (k+1) в другую (k)

где

- подматрица (XYZ)k+1 относительно осей (XYZ)k ;
kRk+1=[xk+1yk+1zk+1]T - вектор, определяющий положение точки 0k+1 в системе координат XYZk ;
0T - подматрица преобразования перспективы;
1 - глобальный масштабирующий множитель.
Перемещение выходного звена (XYZ)д в неподвижной системе координат (XYZ)0, представляемой матрицей [4 x 4]OAд (рис. 9.3). Математически условие обработки поверхности состоит в обеспечении фундаментального матричного уравнения для каждой точки ( i -й) траектории движения инструмента относительно детали
0Ai(qи)=0Aд(qд)дAi,
которое преобразуется к виду
(0Aд(qд))-1*0Ai(qи)=дAi. (9.4)
Приравнивая три элемента 4-го столбца и три элемента, не принадлежащие одной строке и одному столбцу из 1-го, 2-го и 3-го столбца, в левой и правой частях уравнения (9.4), получим систему из шести уравнений
F(qи, qд)=U, (9.5)
которая является исходной системой и ее решение относительно qи и qд должно быть заложено в системе управления. Решение данного
Система оптического контроля геометрии поверхностей сложной формы, разработанная в НПО"Луч", предназначена для определения отклонений параметров обрабатываемой поверхности от заданных и отслеживания ее качества. Rпрог.. Система управления манипуляторами на основе Rпрог. формирует управляемые координаты на исполнительные приводы qи и qд и осуществляет управление приводами.
Проектирование технологических машин нового поколения для обработки сложных поверхностей включает следующие основные этапы:
(рис 9.6) Система управления манипуляторамиТехнологические машины, построенные на механизмах относительного манипулирования и оснащенные современными управляющими вычислительными системами, позволяют выполнять механическую обработку деталей со сложными поверхностями, имеют существенно меньшую металлоемкость в сравнении с оборудованием, применяемым в настоящее время для этих целей, позволяют одними и теми же механизмами выполнять транспортные и обрабатывающие операции.
Для получения официальных документов о завершении программы дополнительного профессионального образования (удостоверения о повышении квалификации, дипломов о профессиональной переподготовке и MBA) необходимо предоставить:
Внимание! Вы можете не заказывать доставку бумажной версии официального документы, а скачать его в электронном виде и распечатать самостоятельно. Информация о выданном документе в течение 1 месяца загружается в Федеральную информационную систему «Федеральный реестр сведений о документах об образовании и (или) о квалификации, документах об обучении» - ФИС ФРДО.
Доступ на новый сайт осуществляется с использованием адреса электронной почты, который был указан вами при регистрации на "старом". Мы постарались перенести все ваши данные с прежнего ресурса, однако не исключена вероятность потери части информации.
При возникновении проблемы со входом, воспользуйтесь функцией сброса пароля
Если вы обнаружите несоответствия, пожалуйста, сообщите нам.