Новое поколение технологического оборудования

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.

Единство механики и управления в современном технологическом оборудовании.

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, технологический процесс и непосредственно систему управления (рис. 9.1).

Рис. 9.1. Система управления низшего уровня

Исполнительные механизмы.

Манипулятор детали осуществляет ее перемещение по заданным координатам R_Д, манипулятор инструмента перемещает инструмент по координатам R_И, в результате их взаимного перемещения выполняется обработка и технологический процесс воздействует на оба манипулятора.

Перспективными конструкциями манипуляторов, обеспечивающих требуемые функциональные возможности и необходимую зону обслуживания, являются подвижные стержневые механизмы . Подвижные стержневые механизмы манипуляторов перемещения инструмента и обрабатываемой детали, построенные на основе разомкнутой или замкнутой кинематических цепей, позволяют создать облегченные конструкции манипуляторов, обладающие высокой мобильностью при одновременном выполнении транспортных и обрабатывающих операций.

Первое применение стержневых замкнутых механизмов в робототехнике было изложено в работе [ 9.1 ] и связано с использованием платформы Стюарта (рис. 9.2), которая позволяет с помощью приводов линейных перемещений осуществлять перемещение платформы П относительно основания по шести независимым координатам. На основе данных механизмов построены координатные измерительные машины и высокоточные технологические машины для выполнения лазерной обработки. Механизмы относительного манипулирования позволяют строить технологическое оборудование облегченной конструкции для обработки сложных поверхностей. На рисунке 8.1 приведен один из вариантов данных механизмов, примененный в конструкции робота-станка для обработки турбинных лопаток. Механизм относительного манипулирования для робота-станка (рис. 9.3) состоит из двух манипуляторов, расположенных в двух плоскостях. Манипулятор перемещения инструмента представляет собой пятизвенник, имеющий две управляемые степени подвижности q_и: q₁ и q₂. Манипулятор перемещения обрабатываемой детали также представляет собой пятизвенник, расположенный в плоскости, перпендикулярной плоскости манипулятора перемещения инструмента, и имеет четыре управляемые степени подвижности q_д: q₃, q₄, q₅ в плоскости пятизвенника и q₆ - вращение изделия относительно оси, перпендикулярной плоскости пятизвенника.

Рис. 9.2. Платформа Стюарта

Механизмы параллельной структуры характеризуются тем, что выходное звено соединено с основанием несколькими кинематическими цепями, работающими параллельно в смысле передачи движения. Как было отмечено в лекции 8, такие механизмы позволяют параллельно управлять усилием, скоростью и перемещением по одной координате выходного звена. Кроме того, в каждой кинематической цепи имеются свободные, не содержащие приводов, сочленения, в которых могут быть установлены дополнительные датчики, а также дополнительные приводы, работающие параллельно с основными.

Рис. 9.3. Робот-станок

Дополнительные 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.