Тема 8. Технологічні машини – гексаподи

 

Технологічні машини – гексаподи. Мехатронний підхід покладений в основу машин з концептуально новим принципом побудови – так званих гексапод. Ці технологічні машини (верстати, координатно-вимірювальні машини, роботи) мають стрижневу конструкцію і побудовані на мехатронних модулях лінійного руху, в основі їх конструктивної схеми лежить платформа Стюарта.

Машина-гексапод (рис. 8.1) виконана на базі шести ШВП 2 з відповідними датчиками переміщення і високомоментними двигунами, що здійснюють осьове переміщення гвинтів. Одним кінцем ШВП шарнірно сполучені з основою 1, а іншим – Х, Y, Z та ω_z шарнірно з рухливою верхньою платформою 4, на якій розташований виконавчий орган – інструментальна головка 3. Інструментом можуть служити фрези, свердла, різці, шліфувальні круги, вимірювальні наконечники. Програмно переміщаючи гвинти, можна управляти положенням виконавчого органу : переміщати його у вертикальному і горизонтальному напрямах, повертати в трьох площинах.

Рис. 9.3. Схема машини-гексапода

 

Основними перевагами гексаподних машин є:

– скорочення часу підготовки виробництва та підвищення його рентабельності за рахунок об'єднання обробних, розмічальних і вимірювальних функцій в єдиній мехатронній системі;

– висока точність вимірювань і обробки, яка забезпечується підвищеною жорсткістю стрижневих механізмів (до 5 разів), застосуванням прецизійних датчиків зворотного зв'язку і лазерних вимірювальних систем, використанням комп'ютерних методів корекції (наприклад, теплових впливів);

– підвищена швидкість рухів (швидкість швидких переміщень досягає 10 м / с, робочих рухів – до 2,5 м/с);

– відсутність направляючих (в якості несучих елементів конструкції використовуються приводні механізми), звідси поліпшені масогабаритні характеристики і матеріаломісткість;

– високий ступінь уніфікації мехатронних вузлів, що забезпечує технологічність виготовлення і збірки машини і конструктивну гнучкість;

– висока якість управління рухом завдяки малій інерційності механізмів, застосуванню лінійних мехатронних модулів руху як об'єктів управління, використання методів автоматизованої підготовки та виконання в реальному часі керуючих програм, наявності дружелюбного інтерфейсу «людина-машина».

Серед українських науковців, які займаються питаннями розробок машин-гексаподів, це НТУУ "КПІ" – завідувач кафедри конструювання верстатів та машин д.т.н., проф. В.Б. Струтинський та доцент кафедри конструювання верстатів та машин О.В. Литвин.

У 2003 р. в Росії був створений перший серійний верстат типу МПК – Гексамех-1 (Рис. 8.2). Верстат призначений для обробки виробів складної просторової форми в авіакосмічній, автомобільній, суднобудівельній промисловості. Типові оброблювані вироби: балки, нервюри, лонжерони, панелі, ливарні і мастер-моделі, оснащення.

Рис. 8.2. Загальний вигляд гексапода моделі Гексамех-1

 

За конструкцією гексаподи бувають двох типів: координатно-вимірювальні машини (КВМ) і технологічні модулі (ТМ) для механообробки.

Технологічні модулі призначені для фасонної обробки з високою точністю виробів методами фрезерування, шліфування, свердління, полірування, а також для виконання операцій гравіювання, розточування, розмітки. Робоча зона гексапод-ТМ варіюється у різних моделей в діапазонах: по осі X – від 500 мм до 3000 мм, по осі Y – Від 400 мм до 1400 мм, по осі Z – від 350 мм до 750 мм. Максимальний кут повороту рухомої платформи щодо кожної з осей становить в серійних моделях 30 град, швидкість її руху управляється програмно в інтервалі 0,01–120 мм/с.

Гексаподи мають ефективні масогабаритні показники в порівнянні з верстатами традиційної компоновки. Так, ТМ-500 при габаритах 1800x1550x2300 мм має масу 2800 кг, а найбільш потужний ТМ-3000 має габарити 5000x3500x3800 мм при масі 6500 кг. На ТМ встановлюються мехатронні модулі типу «мотор-шпиндель» потужністю від 1,5 кВт до 5 кВт з регульованою частотою обертання в діапазонах 200–12000 об/хв, або 600–24000 об/хв.

Контрольно-вимірювальні машини виконують автоматичні вимірювання та контроль розмірів деталей (в тому числі легкодеформуючих виробів) від конструкторських або технологічних баз. Похибки вимірювань для КІМ-500 (машина базового виконання) не перевищують 0,8 мм (лінійні вимірювання, розмір L = 300 мм) і 1,5 мм для просторових вимірів (L = 250 мм). У машинах спеціального прецизійного виконання ці показники сягають відповідно 0,3 мм і 0,5 мм (при розмірах L = 500 мм). Вимірювання виконуються за допомогою спеціальної голівки-щупа, оснащеної датчиками механічного або токового торкання. Контактне зусилля при струмовому торканні не перевищує 0,0003 Н, що дозволяє вимірювати податливі і дрібноструктурні деталі.

Подальший розвиток технологічних машин-гексапод пов'язане із застосуванням інтелектуальних лінійних мехатронних модулів, а також зі створенням ефективного математичного та програмного забезпечення для вирішення завдань планування та управління їх рухом у реальному часі. Промослова машина-гексапод наведено на рис. 8.3.

Рис. 8.3. Промослова машина-гексапод