Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы и анализ методов ее решения. постановка цели и задач работы 8
1.1 Обзор современного состояния металлорежущего оборудования на базе механизмов с параллельной кинематикой 8
1.2 Основные положения математического моделирования станков на базе механизмов с параллельной кинематикой 17
1.3 Точность обработки на станках на базе механизмов с параллельной кинематикой 27
1.4 Параметрический синтез и оптимизация станков на базе механизмов с параллельной кинематикой 32
1.5 Выводы. Постановка цели и задач исследования 39
2. Моделирование станков на базе механизмов с параллельной кинематикой 41
2.1 Моделирование процесса формообразования, реализуемого станками на базе механизмов с параллельной кинематикой 41
2.2 Определение статической жесткости станков на базе механизмов с параллельной кинематикой 55
2.3 Расчет точности обработки на станках на базе механизмов с параллельной кинематикой 60
2.4 Параметрический синтез станков на базе механизмов с параллельной кинематикой 64
2.5 Выводы 68
3. Создание графической среды моделирования станков на базе механизмов с параллельной кинематикой 70
3.1 Разработка программного комплекса «ГЕКСАПОД». Описание Ш структуры комплекса 70
3.2 Методика работы с программным комплексом «ГЕКСАПОД» 86
3.3 Применение программного комплекса «ГЕКСАПОД» для решения задач параметрического синтеза формообразующих систем станков на базе механизмов с параллельной кинематикой 88
3.4 Выводы 93
4. Параметрический синтез формообразующих систем станков на базе механизмов с параллельной кинематикой 94
4.1 Моделирование обработки поверхности двойной кривизны на станке на базе механизмов с параллельной кинематикой 94
4.2 Оценка вариантов обработки поверхности двойной кривизны на станке на базе механизмов с параллельной кинематикой 96
4.3 Повышение точности обработки поверхности двойной кривизны на станке на базе механизмов с параллельной кинематикой 100
4.4 Выводы 103
Заключение 104
Список литературы
- Основные положения математического моделирования станков на базе механизмов с параллельной кинематикой
- Определение статической жесткости станков на базе механизмов с параллельной кинематикой
- Методика работы с программным комплексом «ГЕКСАПОД»
- Оценка вариантов обработки поверхности двойной кривизны на станке на базе механизмов с параллельной кинематикой
Введение к работе
Обеспечение конкурентоспособности продукции современного машиностроения требует создания современного высокоэффективного технологического оборудования. Появление новых видов машин,
ф транспортных средств и т.п. привело к широкому использованию сложных
геометрических форм, которые довольно часто определяют их основные характеристики. Необходимость в обработке сложных поверхностей требует создания нового технологического оборудования обеспечивающего высокие показатели производительности и точности обработки. Рост вычислительных способностей управляющих систем станков с числовым программным управлением (ЧПУ) совместно с успешными научными исследованиями в области машиностроения позволил создать новый класс технологического оборудования на базе механизмов с параллельной кинематикой (МПК).
Станки на базе МПК - «гексаподы», потенциально обладают высокой производительностью, надежностью и точностью. Работы по разработке подобных станков активно ведутся как в России, так и за рубежом. Станки данного типа позволяют производить шести координатную обработку поверхностей. Высокое ускорение рабочего органа достигается за счет незначительности перемещаемых масс. Замкнутая кинематическая цепь обеспечивает более высокую жесткость всей конструкции и меньшие нагрузки на каждый привод, это в свою очередь приводит к повышению точности позиционирования рабочего органа. К преимуществам данного класса оборудования также относятся: простота базовой конструкции; простота сборки благодаря обязательному введению в систему управления позиций неподвижных точек и шарниров; идентичность используемых приводов и других компонентов, которые при массовом производстве могут быть легко унифицированы, что в свою очередь приведет к снижению стоимости подобного оборудования; отсутствие напряжений изгиба в
Ь раздвижных штангах работающих только на растяжение и сжатие.
І» В тоже время существенная нелинейная зависимость характеристик
точности станка от положения и ориентации исполнительного органа, вместе со сложной формой рабочей области, не позволяют в полной мере использовать преимущества данного класса оборудования. Точность обработки различных криволинейных поверхностей может значительно отличаться в зависимости от их размера и формы. Основной причиной этого
* является недостаточный учет процесса формообразования при создании
управляющих программ ЧПУ для станков данного класса.
В связи с этим, задача повышения точности обработки на станках на базе МПК, в том числе с помощью синтеза формообразующих систем (ФС), является актуальной.
Цель работы - Повышение точности станков на базе механизмов с параллельной кинематикой посредством управления параметрами
—., формообразующих систем.
Достижение поставленной цели возможно только при создании математической модели ФС станков на базе МПК, учитывающей упругие деформации раздвижных штанг и использование различных видов инструментов для обработки поверхностей.
В качестве основного критерия, определяющего точность станка, принята погрешность, вызываемая смещением инструмента по нормали к обрабатываемой поверхности под действием силы резания.
ф В ходе исследования был выявлен ряд параметров ФС станков,
изменение которых оказывает влияние на точность процесса формообразования. В свою очередь из них были выделены параметры, изменение которых не приводит к изменению положения точки резания.
Разработана методика повышения точности ФС станков на базе МПК, заключающаяся в выборе для каждой точки обрабатываемой поверхности, из возможных диапазонов, таких значений параметров формообразующих систем, оказывающих влияние на точность, но не изменяющих положение точки резания, при которых смещение инструмента под действием силы резания минимально.
^ С целью проверки основных теоретических положений и
эффективности предложенной методики, разработано программно-математическое обеспечение для управления процессом формообразования на станках «гексаподах». На его основе создан программный комплекс «Гексапод» для моделирования формообразующих систем этих станков и проведены вычислительные экспериментальные исследования.
Синтезированы ФС станков обеспечивающие обработку поверхности двойной кривизны типа пера лопатки тремя типами металлорежущего инструмента (МРИ): торцевым, цилиндрическим или фасонным полусферическим инструментом. Установлено, что при обработке заданной поверхности максимальную точность обработки обеспечивает в данном случае применение торцевого инструмента. Синтезированы ФС станков обеспечивающие обработку поверхностей двойной кривизны типа носового
,~ обтекателя, фасонным полусферическим шлифовальным кругом. При этом
использование предложенной методики, позволило значительно повысить расчетную точность обработки.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующих положениях:
- Разработана математическая модель формообразующих систем
станков «гексаподов», учитывающая упругие деформации раздвижных штанг
и использование торцевого, цилиндрического или фасонного
||л полусферического инструмента для обработки поверхностей;
- Установлено влияние параметров формообразующих систем: угла
поворота платформы относительно оси вращения инструментального
шпинделя; угла поворота платформы относительно нормали к
обрабатываемой поверхности; угла и радиуса, задающих положение контакта
инструмента с поверхностью, при использовании фасонного
полусферического и торцевого инструментов, совместно с частотой вращения
шпинделя на точность процесса формообразования;
- Разработана методика повышения точности формообразующих систем
станков «гексаподов», заключающаяся в выборе для каждой точки
Щ обрабатываемой поверхности значений параметров формообразующих
систем: углов поворота платформы относительно оси вращения инструментального шпинделя и нормали к обрабатываемой поверхности; угла и радиуса, задающих положение контакта инструмента с поверхностью, при использовании фасонного полусферического и торцевого инструментов, совместно с частотой вращения шпинделя, при которых смещение
(^ инструмента под действием силы резания минимально.
Практическая значимость работы заключается в разработке программно-математического обеспечения для управления станками «гексаподами», обеспечивающего:
- визуализацию формообразующих систем станков и движение их узлов
при обработке различных поверхностей, задаваемых пользователем;
- определение значений виртуальных и физических координат
,- формообразующих систем при обработке;
- расчет статической жесткости «гексаподов» и статических
деформаций узлов формообразующих систем станков при действии силы
резания;
- определение параметра точности формообразования - относительного
перемещения режущего инструмента и заготовки под действием силы
резания.
*
Основные положения математического моделирования станков на базе механизмов с параллельной кинематикой
Рассмотрим основные положения моделирования станков на базе МПК. Для этого был выполнен анализ научных трудов, затрагивающих не только станки на базе МПК, но и другое оборудование этого класса, поскольку они имеют схожие методы исследования и положения математического моделирования. Различное применение оборудования на базе МПК характеризует целая группа изобретений [1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9, 45, 46, 47]. А.Ш. Колискором с соавторами [5] синтезирован и классифицирован ряд «I - координатных» механизмов с шестью соединительными кинематическими цепями, в каждой из которых имеют место одна поступательная пара, оснащенная приводом и две сферические пары. Именно такое оборудование, как было отмечено в параграфе 1.1, наиболее широко встречается в практике [67, 70]. Wj Рассмотрим некоторые ключевые вопросы оборудования на базе МПК. В работе [93] приведена попытка описать оборудование на базе МПК в виде уровней (см. рис. 1.12), по аналогии с классическим оборудованием с последовательной структурой. Уровень механизма на базе МПК основанный на начальной теоретической модели и включает в себя следующие подуровни [95]: - топология, определяет взаимное расположение шарниров, звеньев и приводов, для получения требуемого движения; - геометрия, определяет геометрические размеры звеньев, положения шарниров и т.д. Практическая реализация оборудования на базе МПК будет отличаться от теоретической модели следующими под уровнями: - реальной геометрией; - шарнирами и звеньями; - приводами; - датчиками, которые могут быть внутренними (они используются главным образом для контроля движения) или внешними (для получения информации об окружающей среде).
Уровень управления оборудованием на базе МПК состоит из разделов: - подуровня связи, осуществляющего передачу информации между датчиками и приводами робота и управляющим устройством; - подуровня управления, в свою очередь подразделяются на: - планирования траектории, разрабатывающее необходимое движение оборудования; - управление, гарантирующее выполнение движений, разработанных планировщиком траектории.
Уровень конструирования и моделирования оборудованием на базе МПК состоит из разделов: - подуровня конструирования, позволяющего определить теоретическую топологию и геометрию, которые является лучшими для задач, которые будут выполнены механизмом; - подуровня моделирования, позволяющего моделировать поведение оборудования данной топологии и геометрии. Как необязательный мы можем ввести также калибровочный уровень, задача которого состоит в том, чтобы получить лучшее соответствие между теоретической моделью геометрии и ее реальной геометрии, используя внутренние или внешние датчики.
Также можно провести горизонтальную линию отличия между уровнями, (особенно для подуровня конструирования и моделирования), при этом подуровни одного уровня могут являться подуровнями других уровней. На этом уровне описания может казаться, что нет никакой разницы между последовательным структурой оборудования и оборудованием на базе МПК. Но впоследствии будет видно, что некоторые основные проблемы в каждом уровне очень специфичны для каждой категории оборудования.
Структурный анализ и классификация класса оборудования на базе МПК в настоящее время уже широко рассмотрена [12, 16. 40. 56. 64]. В работе [22] определен класс механизмов параллельной структуры, на основе их структурной формулы, являющейся модификацией формулы Малышева, проведён структурный синтез и классификация. На основании теоремы Котельникова о группах движений классифицированы механизмы соответствующие группам винтов ниже шестого порядка.
Кинематический и силовой анализ оборудования на базе МПК изложен в следующих работах [22, 25, 27, 40, 44, 70]. В работе [42], где для определения скоростей использовано понятие взаимных винтов, работы [62, 100], где проводятся операции над плюккеровыми координатами осей кинематических пар. В работе [84], использован матричный подход. В работе авторов [56] дан единый универсальный метод кинематического и силового анализа, щ основанный на аппарате групп винтов. Из кинематического анализа отдельно выделим задачу о положениях. Как известно [12, 22, 70, 77, 95], для ряда оборудования этого класса в отличие от механизмов последовательных манипуляторов не вызывает сложности обратная задача о положениях (обратная кинематическая задача), в то время как прямая задача (под прямой кинематической задачей понимается определение абсолютных координат выходного звена по заданным обобщенным координатам) приводит к нелинейным уравнениям [40]. Решения обратной кинематической задачи оборудования на базе МПК представлены в работах [12, 22, 39, 77]. Рассмотрим одно из возможных решений задачи основанных на использовании метода преобразований координат с помощью специальных матриц 4x4 Денавита-Хартенберга [40] (метод подробно описан в конце этого параграфа). Введем две системы координат: неподвижную систему координат основания (СКО) и подвижную систему координат платформы (СКП) (см. рис. 1.13). Примем в качестве обобщенных координат расстояние между соответствующими шарнирами каждой из шести штанг: = /( «, - )2+К0 -ГдГ + и» -ZAf , (1.1) здесь q[ - длина подвижной штанги; хА1ско, удіско. zAiCKo - координаты шарниров подвижной платформы в СКО. Длины остальных штанг находятся аналогично. Положение подвижной платформы задается с помощью значений координат центра платформы и значений направляющих косинусов осей системы СКО относительно осей системы СКП. Компактная запись задания положения имеет вид: ГГ 1 хо МПР = L кJ У0 Z0 0 0 1 где К - матрица [3x3] направляющих косинусов осей системы СКО относительно осей системы СКП; X0,Y0,Z0 - координаты центра СКП в неподвижной системе координат.
Определение статической жесткости станков на базе механизмов с параллельной кинематикой
Точность металлорежущего оборудования на базе механизмов с параллельной кинематикой в основном зависит от нескольких факторов: 1. Смещения точки резания инструмента под действием силы резания. Эта погрешность напрямую зависит от жесткости ФС. " 2. Погрешности позиционирования рабочей точки инструмента, вследствие погрешности приводов раздвижных штанг. 3. Точности геометрической формы инструмента и т.д.
Факторы 1 и 2 напрямую зависят от конструктивных особенностей механизма и вносят наибольший вклад в общую погрешность. Рассмотрим по порядку влияние этих факторов на точность обработки.
Для примера рассмотрим процесс шлифования [41, 68]. Силы резания при шлифовании являются результатом взаимодействия рабочей поверхности Щ- шлифовального инструмента с обрабатываемой деталью. В результате такого взаимодействия режущие элементы шлифующих зерен снимают мельчайшие (по размерам) стружки и поэтому силы, развиваемые отдельными зернами, являются незначительными по своей величине. Однако вследствие массового микрорезания большим количеством одновременно работающих зерен суммарные силы резания могут достигать значительных величин. Иногда мощность привода шлифовального станка является ограничивающим фактором при назначении режимов шлифования [41].
С увеличением сил резания при шлифовании возрастают отжатия элементов в технологической системе станок приспособление инструмент деталь (СПИД), увеличивается износ круга и сокращается период его стойкости, повышается температура в зоне резания и в поверхностных слоях детали, увеличивается шероховатость и снижается точность отработки.
При шлифовании различают силы резания: шлифовальным кругом (суммарную) и одним шлифующим зерном. Суммарная сила резания Fp шлифовальным кругом считается составленной из сил: нормальной или радиальной Fy тангенциальной Fz и подачи Fx (см. рис. 2.12).
Результаты, полученные при исследовании динамики шлифования, % используются для расчетов, связанных с определением точности обработки, мощности станков, необходимой жесткости технологической системы СПИД и других технологических решений.
Сила резания Fp при шлифовании и ее составляющие Fx, Fy, Fz. а - при круглом шлифовании периферией круга; б - при плоском шлифовании торцом круга; в - при точечном шлифовании точкой полусферы
Экспериментальное определение величины и характера изменения сил резания при шлифовании производилось многими исследователями с применением различных измерительных средств. Величину тангенциальной составляющей силы резания определим расчетным путем [41]: 9,8-75-ЛГ., ппп N3 (2.29) Fz = 0,736-v -«998 КР VKP где N3 - эффективная мощность в кВт, развиваемая на шпинделе; VKP - окружная скорость круга в м/с.
При отсутствии возможности съема значения потребляемой мощности с электрошпинделя, мощность развиваемая электродвигателем при шлифовании, найдем исходя из известных уравнений [60]: а. при врезном шлифовании периферией круга N3 = CNv3rspyd4bz; б. при плоском шлифовании торцом круга N3 = CNv3rtxbz; в. при шлифовании периферией с продольной подачей (шлифовании точкой полусферы) N3 = CNvirtxsydq; здесь b - ширина шлифования; d - диаметр шлифования; v3 - скорость вращательного или поступательного движения заготовки; t - глубина шлифования; s - продольная подача; sP - радиальная подача, значения выбираются исходя из условий обработки по таблице 55 [60]; См -коэффициент и r,x,y,q,z - показатели степени выбираются исходя из условий обработки по таблице 56 [60]. При шлифовании, когда микрорезание осуществляют одновременно большое количество зерен, суммарная нормальная сила Fy всегда больше суммарной тангенциальной силы Fz, причем [41]: Fy/Fz=l,0 + 3.0. (2.30) Перемещение инструмента под действием силы резания находим из уравнения (2.27): SP = Kc-lP (2.31) Погрешность позиционирования рабочей точки инструмента, вследствие погрешности приводов раздвижных штанг можно найти исходя их уравнения: ДР= J АІ, (2.32) здесь АР = [Д. , Ду, Дг, А(р, А у/, Ав] - погрешность позиционирования точки резания; Aq = [Aq, Aq, Aq, Aq, Aq, Aq] - матрица погрешности приводов штанг, где Aq - погрешность привода штанги. Погрешность привода штанги выбирается исходя из обеспечения требуемой точности позиционирования станка на базе механизма с параллельной кинематикой.
На основании уравнений (2.29) и (2.30) определим зависимости величины погрешности обработки от параметров ФС станка на базе МПК при неизменных значениях величины и направления силы резания. Для этого зададимся постоянным направлением силы резания и рассчитаем изменение погрешности обработки при изменении параметров ФС. В качестве основных параметров выбраны виртуальные координаты станка X, Y, Z, ф, \/, 9. На рис. 2.13 и рис. 2.14 изображены графики зависимости погрешности обработки при постоянной силе резания и изменении виртуальных координат станка.
Методика работы с программным комплексом «ГЕКСАПОД»
Подготовительный этап. На этом этапе осуществляется загрузка сохраненных данных и изменение предустановленных параметров ФС. Для выполнения подготовительного этапа необходимо проделать следующие шаги: а. Загрузить геометрическую модель станка; б. Загрузить модель обрабатываемой поверхности; в. При необходимости изменить геометрические размеры шпинделя установленные по умолчанию; г. Выбрать тип инструмента; д. При необходимости изменить геометрические размеры инструмента установленные по умолчанию; е. Установить требуемую скорость резания; ж. При необходимости изменить характеристики раздвижных штанг и приводов установленные по умолчанию; .-j з. Установить составляющие силы резания в соответствии с используемым режимом резания; и. При необходимости изменить минимальное значение определителя матрицы Якоби установленное по умолчанию; к. При необходимости изменить шаг расчета установленный по умолчанию.
2. Этап моделирования. На этом этапе непосредственно осуществляется моделирование ФС станка на базе МПК. Описание данного этапа зависит от поставленных целей моделирования, и в каждом конкретном случае будет отличаться. Поэтому остановимся только на некоторых ключевых моментах работы с программным комплексом: а. Управление станком на базе МПК осуществляется с помощью изменения параметров X, Y, Z, ф, \/, 9 группы «Виртуальные координаты» на панели управления; б. При включенном режиме «Привязка к поверхности», управление станком на базе МПК осуществляется с помощью изменения координат и и v группы «Обработка поверхности» на панели управления. При этом автоматически рассчитываются виртуальные координаты в соответствии # с установленными параметрами ФС; в. При включенном режиме «Автоматическая обработка» управление станком на базе МПК осуществляется автоматически. Изменения параметров и и v группы «Обработка поверхности» на панели управления происходит в соответствии с построчной обработкой заданной поверхности. По окончанию обработки станок останавливается; г. При включенных режимах «Автоматическая обработка» или «Привязка к поверхности» возможно отображение графиков параметров ф ФС станка на безе МПК. Для отображения графиков служат кнопки Ш; д. Окно объемный график по умолчанию отображает величину смещения инструмента по оси Z. При необходимости может быть выбран другой отображаемый параметр; е. В процессе работы параметры геометрической модели и обрабатываемой поверхности могут быть изменены. Для этого необходимо воспользоваться функцией редактирования загруженных моделей в меню главного окна ПК «Гексапод». г. Обработка поверхности с заданной скоростью резания возможна при следующих условиях: радиус точки резания не равен нулю, частота вращения шпинделя лежит в допускаемых пределах шпиндельного узла. Поэтому в процессе моделирования нужно установить параметры ФС в группе «Дополнительные условия обработки» в соответствии вышеизложенными требованиями; д. Смена знака определителя матрицы Якоби означает переход механизма с параллельной кинематикой в новую сборку, при этом обязательно возникает особое положение. Поэтому в процессе моделирования смена знака определителя матрицы Якоби не допустима.
Для контроля приближения к нулевому значению рекомендуется использовать «Сигнализатор условия DJak Min DJak». Для контроля изменения знака рекомендуется использовать «Сигнализатор знака якобиана»; 3. Сохранение результатов работы. На этом этапе осуществляется сохранение геометрических моделей и полученных данных. Результаты работы могут быть сохранены следующим образом: а. Для сохранения параметры геометрической модели или обрабатываемой поверхности необходимо воспользоваться ф соответствующими пунктами меню главного окна ПК «Гексапод»; б. Для сохранения содержимого любого активного окна, необходимо навести на него манипулятор «мышь» и нажать правую кнопку. При этом содержимое активного окна в виде графического файла с расширением .bmp, будет сохранено в поддиректории «..\W_BMP\» рабочего каталога ПК «Гексапод»; Программный комплекс «Гексапод» обладает обширной справочной системой, к которой рекомендуется обращаться при возникновении , _ дополнительных вопросов. На этом описание методики работы с программным комплексом «Гексапод» можно считать оконченным.
Применение программного комплекса «ГЕКСАПОД» для решения задач параметрического синтеза формообразующих систем станков на базе механизмов с параллельной кинематикой
Для обработки заданной поверхности требуется выбрать параметры ФС станков на базе МПК, при которых обеспечивается необходимая траектория движения режущего инструмента относительно обрабатываемой детали, то есть выполнить параметрический синтез. При этом исходными данными являются: 1. Параметры, определяющие геометрические размеры станка и шпиндельного узла: матрица координат шаровых опор (см. табл. 3.2) и НЦШ 2. Уравнение обрабатываемой поверхности: в виде коэффициентов уравнения поверхности заданной в форме Ферпосона (см табл. 3.3). 3. Режим резания: скорость резания, составляющие силы резания: л VPE3, Fx, Fy, Fz. Параметры ФС станков на базе МПК участвующие в параметрическом синтезе можно подразделить на следующие группы:
1. Параметры, определяющие тип и размеры металлорежущего инструмента: тип инструмента (цилиндрический, торцевой, фасонный полусферический) и соответствующие типу параметры НР, RP2, Rp3, ФР 2. Параметры, определяющие ориентацию подвижной платформы для обеспечения заданной скорости резания VPE3: фр или RP2, совместно с со -частотой вращения шпинделя.
3. Параметры, влияющие на ориентацию подвижной платформы, но не изменяющие положения точки резания, во время обработки: 9Р2, 9Pi. Параметры, обеспечивающие требуемое перемещение режущего
инструмента относительно обрабатываемой детали при известных прочих параметрах, рассчитываются на основе модели ФС станков на базе МПК для каждой точке поверхности: ф, vj/, 0 , X, Y, Z.
Применение ПК «Гексапод» позволяет производить визуальный параметрический синтез ФС станков на базе МПК. Рассмотрим синтез ФС станка на базе МПК для обработки плоской поверхности (см. рис. 3.8). Координаты шаровых опор станка, Ншп, VPE3, и коэффициенты уравнения поверхности рассматриваемого примера приведены в приложении 3.
Оценка вариантов обработки поверхности двойной кривизны на станке на базе механизмов с параллельной кинематикой
Применение синтеза к обработке поверхности описанной в параграфе 4.1 при обработке полусферическим инструментом (см. рис. 4.10), позволит уменьшить среднюю расчетную погрешность обработки в 1,82 раза. При уменьшении максимальной расчетной погрешности в 1,41 раза.
Обработка поверхности типа пера лопатки при точечном шлифовании полусферическим инструментом с изменением угла 9Р2. а) график погрешности; б) график расчетных изменений угла 9Р2
Полученные результаты исследований позволяют утверждать, что применение предложенной методики синтеза формообразующих систем позволяет значительно повысить точность обработки поверхностей на станках на базе МПК. При этом эффективность повышения точности в значительной степени, зависит от формы и размеров обрабатываемой поверхности, а также типа используемого инструмента.
1. Используя созданный программный комплекс «ГЕКСАПОД» и исходя из уравнения поверхности двойной кривизны, были синтезированы три формообразующие системы станков на базе механизмов с параллельной кинематикой реализующие обработку полусферическим, цилиндрическим и торцевым инструментом. Из синтезированных систем выделен один вариант, обеспечивающий наибольшую точность обработки.
2. Выполненный пример синтеза формообразующих систем станков на базе механизмов с параллельной кинематикой показал работоспособность и эффективность предложенного в работе метода повышения точности. При этом расчетная точность повысилась в среднем в 2 раза.
1. Разработана математическая модель формообразующих систем станков «гексаподов», учитывающая упругие деформации раздвижных штанг, щ и использование торцевого, цилиндрического или фасонного полусферического инструмента для обработки произвольной поверхности.
2. Разработано программно-математическое обеспечение для управления процессом формообразования на станках «гексаподах». На его основе создан программный комплекс для моделирования формообразующих систем этих станков, с развитым графическим интерфейсом и динамическим отображением трехмерных моделей станка, инструмента и обрабатываемой поверхности. Обеспечен расчет усилий в раздвижных штангах, статической жесткости и точности станка, с учетом собственной точности приводов штанг, типа и геометрических размеров инструмента, а также текущих, максимальных и минимальных значений и приращений длин раздвижных штанг и углов шарниров. Обеспечена визуализация всех расчетных величин в виде двухмерных или трехмерных графиков.
3. Установлены параметры формообразующих систем: угол поворота платформы относительно оси вращения инструментального шпинделя; угол поворота платформы относительно нормали к обрабатываемой поверхности; угол и радиус, задающие положение контакта инструмента с поверхностью, It при использовании фасонного полусферического и торцевого инструментов, совместно с частотой вращения шпинделя, задающие положение подвижной платформы станков «гексаподов», но не изменяющие относительное положение заготовки и инструмента. Установлены связи перечисленных параметров с точностью процесса формообразования под действием силы резания.
4. Разработана методика повышения точности формообразующих систем станков «гексаподов» при использовании торцевого, цилиндрического и фасонного полусферического типов инструментов. Методика заключается в выборе для каждой точки обрабатываемой поверхности из возможных диапазонов таких значений параметров формообразующих систем: угла поворота платформы относительно оси вращения инструментального шпинделя; угла поворота платформы относительно нормали к обрабатываемой поверхности; угла задающего положение контакта инструмента с поверхностью, при использовании фасонного полусферического инструмента и радиуса задающего положение контакта инструмента с поверхностью при использовании торцевого инструмента, совместно с частотой вращения шпинделя, при которых величина смещения инструмента под действием силы резания минимальна.
5. Вычислительные экспериментальные исследования процесса обработки детали, типа пера лопатки, показали что, за счет выбора параметров формообразующих систем удалось снизить расчетное значение средней погрешности обработки в 1,82 раза, при уменьшении максимальной расчетной погрешности в 1,41 раза. При обработке детали типа носового обтекателя за счет выбора параметров формообразующих систем удалось снизить расчетное значение средней погрешности обработки в 2,05 раза, при уменьшении максимальной расчетной погрешности в 4,17 раз.
6. Результаты работы внедрены в ОАО «НТЦ Завод Ленинец» (Санкт Петербург) и используются в учебном процессе кафедры «Компьютерное проектирование и сертификация машин» Тихоокеанского государственного университета.
