Верстат паралельної кінематики з мехатронною системою активного контролю

Реферат: Винахід належить до загального машинобудування та може бути використаний при розробці обладнання на основі механізмів паралельної кінематики та мехатронних систем активного контролю положення окремих вузлів верстатів. В основу винаходу поставлена задача реалізації мехатронної системи активного контролю динамічного просторового положення інструмента верстата паралельної кінематики, що забезпечує корекцію керуючого сигналу та підвищення точності відпрацювання заданих траєкторій при обробці шляхом введення зворотного зв'язку та відповідної корекції законів руху. Поставлена задача вирішується за рахунок шарнірного встановлення між рухомою платформою та несучою системою верстата не менше шести перетворювачів лінійних переміщень, які утворюють додатковий просторовий механізм паралельної кінематики, при цьому аналоговий сигнал з перетворювачів перетворюється у цифровий за допомогою аналогово-цифрового перетворювача та передається на персональний комп'ютер, де відображається та обробляється за допомогою спеціально розробленого програмного забезпечення, що забезпечує активний контроль динамічного просторового положення інструмента та корекцію керуючих сигналів для підвищення точності обробки на верстатах паралельної кінематики. UA 111381 C2 (12) UA 111381 C2 UA 111381 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до загального машинобудування та може бути використаний при розробці обладнання на основі механізмів паралельної кінематики та мехатронних систем активного контролю положення окремих вузлів верстатів. Відома конструкція технологічного обладнання з паралельною кінематикою, що складається з шести штанг, виконаних у вигляді шариково-гвинтових пар з корпусами, які шарнірно з'єднано з несучою системою верстата [1, стор. 182-183]. Основним недоліком даної конструкції є відсутність системи активного контролю та відповідна неможливість контролю положення інструмента верстата при безпосередній обробці деталей на даному верстаті. Найбільш близьким за технічною суттю до запропонованого винаходу є конструкція верстата паралельної кінематики [2], що складається з нерухомої платформи зі столом, рухомої платформи з робочим органом, шести механізмів поздовжнього переміщення, корпуси та вихідні елементи яких шарнірно зв'язані відповідно з нерухомою та рухомою платформами. Шарніри механізмів поздовжнього переміщення виконані з можливістю їх переміщення вздовж напрямних, розташованих на нерухомій платформі. Недоліком подібного верстата паралельної кінематики є відсутність системи активного контролю положення інструмента верстата. Це призводить до невизначеності положення інструмента у межах робочого простору, можливості виникнення "сингулярних" положень, що значно знижує точність обробки. В основу винаходу поставлена задача розробки системи активного контролю просторового положення інструмента верстата паралельної кінематики, що може знайти широке використання для контролю точності при відпрацюванні заданих траєкторій обробки, дасть можливість визначати динамічні похибки позиціонування виконавчого органу та відповідно підвищити точність при обробці деталей на верстатах даного типу. Поставлена задача вирішується тим, що між рухомою платформою та несучою системою верстата шарнірно встановлено додатковий просторовий механізм паралельної кінематики, який містить шість перетворювачів лінійних переміщень, при цьому аналоговий сигнал з перетворювачів перетворюється у цифровий за допомогою аналогово-цифрового перетворювача (далі - АЦП) та передаються на персональний комп'ютер, де відображається та обробляється за допомогою розробленого програмного забезпечення, в якому розраховуються матриці Якобі для верстата та додаткового просторового механізму, на основі яких визначаються довжини штанг верстата, що порівнюються із заданими в системі керування, згідно з запропонованим винаходом, новим є те, що забезпечується активний контроль динамічного просторового положення інструмента та можлива корекція законів керування для підвищення точності обробки деталей на верстатах паралельної кінематики. Суть винаходу пояснюється схемою та блок-схемою, на яких зображено: Фіг. 1 - конструктивна схема мехатронної системи активного контролю просторового положення інструмента верстата паралельної кінематики. Фіг. 2 - блок-схема мехатронної системи активного контролю просторового положення інструмента верстата паралельної кінематики; На фіг. 1. наведена конструктивна схема розробленої системи. Шість перетворювачів лінійних переміщень 1 встановлюються над штангами верстата 2. Перетворювачі шарнірно з'єднані з додатковим несучим поясом 3 та додатковою платформою 4, яка жорстко закріплена на рухомій платформі верстата 5. При обробці деталі 6 інструментом 7, сигнал з перетворювачів передається на блок АЦП та далі на персональний комп'ютер, на якому встановлено спеціально розроблене програмне забезпечення для приведення отриманих даних у векторну форму, розрахунку та відображення фактичного просторового положення інструмента верстата паралельної кінематики за шестивимірним вектором координат - три лінійні координати х, у, z та три відповідні кутові координати ψ, θ, φ. При цьому враховуються та виключаються сингулярні положення при відпрацюванні заданої траєкторії платформою верстата паралельної кінематики. Верстат паралельної кінематики з мехатронною системою активного контролю динамічного просторового положення інструмента працює наступним чином (фіг. 2): керуючий сигнал подається від системи числового програмного керування 1, проходить крізь суматор 2 до системи активного контролю 3 та на вихід 4. При цьому має місце зворотний зв'язок 5 між виходом 4 та суматором 2, завдяки чому на основі даних зі встановлених перетворювачів лінійних переміщень реалізується корекція керуючого сигналу в онлайн-режимі з використанням спеціально розробленого програмного забезпечення. Запропонована мехатронна система активного контролю просторового положення інструмента верстата паралельної кінематики може знайти широке використання для контролю 1 UA 111381 C2 точності відпрацювання заданих траєкторій обробки, визначення динамічних похибок, та відповідного підвищення точності при обробці деталей на верстатах даного типу. 5 10 15 20 Джерела інформації: 1. Кузнєцов Ю.М., Дмитрієв Д.А., Диневич Г.Ю. Компоновка верстатів з механізмами паралельної структури / під. ред. Ю.М. Кузнєцова. - Херсон: ПП Вишемирський В.С., 2009. - 456 с. 2. Пат. UA № 54937 А МПК B21D 5/0 від 17.03.03. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Верстат паралельної кінематики, що складається з несучої системи, рухомої платформи з робочим органом, шести механізмів повздовжнього переміщення, корпуси та вихідні елементи яких шарнірно зв'язані відповідно з несучою системою та рухомою платформою, при цьому шарніри механізмів повздовжнього переміщення виконані з можливістю їх переміщення вздовж напрямних, розташованих на несучій системі, який відрізняється тим, що між рухомою платформою та несучою системою верстата шарнірно встановлено не менше шести перетворювачів лінійних переміщень, які утворюють додатковий просторовий механізм паралельної кінематики, причому шарніри перетворювачів встановлені на рухомій платформі та розміщені між парами шарнірів механізмів поздовжнього переміщення, а виходи перетворювачів через АЦП зв'язані з персональним комп'ютером, в якому здійснюється корекція керуючого сигналу шести механізмів поздовжнього переміщення, чим забезпечується активний контроль просторового положення платформи зі змінами довжин штанг. 2 UA 111381 C2 Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3