Применение механизмов с параллельными ветвями в металлообрабатывающем оборудовании

В последние несколько лет в машиностроительном производстве и робототехнике проявляется повышенный интерес к металлообрабатывающему оборудованию, в состав которого входят механизмы с параллельными ветвями. Механизмы с параллельными ветвями, как правило, содержат выходное звено, соединенное с основанием при помощи нескольких кинематических цепей сходного строения. Каждая кинематическая цепь состоит из нескольких подвижно соединенных звеньев, приводимых в движение однотипными ротационными или телескопическими приводами.

Наибольшее распространение получили пространственные механизмы с тремя и более степенями подвижности. Такой тип архитектуры привлек внимание ученых почти два десятка лет назад с тех пор, как решение задач повышения точности, жесткости и динамических показателей стали критическими для ряда механизмов последовательной архитектуры. Однако, судя по исследованным источникам отечественной и зарубежной технической информации, перспективными являются параллельные механизмы с шестью степенями  подвижности,  чаще упоминаемые как платформы Стюарта.  Предложенное техническое решение вначале использовалось в основном при проектировании испытательных стендов, а позже стало применяться в создании различных манипуляционных механизмов металлообрабатывающего оборудования. В настоящее время наметилась тенденция к использованию параллельных механизмов в качестве задающих устройств манипуляторов различной конфигурации с шестью степенями подвижности.

При управлении манипуляторами на основе механизмов с параллельными ветвями с шестью степенями подвижности формирование задающих воздействий осуществляется по шести координатам (три линейных перемещения и три вращения) одновременно. Подвижная платформа может принимать любую пространственную ориентацию и одновременно смещаться в системе координат неподвижного основания. Управление манипуляционным механизмом происходит при одновременном изменении длин в телескопических приводах или углов поворота   в ротационных приводах.

Манипуляционное устройство, содержащее в своем составе параллельный механизм, по сравнению с манипулятором, имеющим последовательное строение, обладает следующими достоинствами:

  • высокая жесткость;
  • высокая точность;
  • равномерное распределение нагрузки;
  • высокая грузоподъемность;
  • единый тип приводных элементов;
  • идентичные информационные элементы;
  • универсальный вид уравнения динамики для обобщенной силы, отнесенной к каждому звену исполнительного органа.

Благодаря отмеченным выше свойствам, можно сделать вывод о том, что механизмы с параллельными ветвями находят все более широкое применение в машиностроении и робототехнике, а также при построении различного вида испытательных установок и другого технологического оборудования. Технологическое оборудование на основе механизмов с параллельными ветвями за счет минимального количества переустановок производит многокоординатную обработку деталей с более высоким быстродействием и точностью по сравнению с обычным оборудованием последовательного строения. Таким образом, применение механизмов указанного типа приведет к существенному уменьшению времени обработки и стоимости готового изделия.

Весьма перспективным является использование машиностроительного оборудования на основе механизмов с параллельными ветвями в составе сварочных и сборочных комплексов, а также в составе измерительного оборудования.

Робот-станок
Робот-станок

Рисунок 1.3 — Робот-станок

Пример робота-станка, построенного на основе механизмов с параллельными ветвями и оснащенного интеллектуальной системой обработки информации и управления, показан на рисунке 1.3. Исполнительный механизм робота-станка включает манипулятор перемещения изделия, представляющий пятизвенник, состоящий из звеньев 10, 11, 12, 13 и основания, манипулятор перемещения инструмента, который представляет собой два звена, управляемых двигателями 1 и 4 с вертикальной осью вращения. Манипулятор перемещения изделия осуществляет управляемое перемещение по четырем координатам с помощью четырех исполнительных приводов 2, 3, 8 и 14. Обработка выполняется путем взаимного перемещения инструмента 6 относительно изделия 9. Для стабилизации и удержания веса манипулятора перемещения изделия применено пневматическое устройство 16. Бабка для вращения изделия 15 и бабка для инструмента 5 содержат исполнительные приводы для вращения инструмента 7 и изделия 8. В целом механизм относительного перемещения робота-станка позволяет выполнять взаимное перемещение инструмента и изделия по шести координатам.

В механизмах с параллельными ветвями имеются кинематические пары, которые выполняют функции преобразования движения и не содержат исполнительных силовых элементов (пятизвенник в манипуляторе перемещения изделия). В сочленениях данных пар возможна установка дополнительных датчиков, позволяющих повысить точность контроля положения выходного звена. Кроме того, установка в этих сочленениях дополнительных приводов, управляемых, к примеру, по силе, разгружает основные приводы, выполняющие перемещения по заданным координатам, и позволяет по одной и той же координате управлять положением, скоростью и силой.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector