O JEDNOJ TROOSNOJ PARALELNOJ MAŠINI 2

Transcription

1 M. Glavnjić, D. Milutinvić, S. Živanvić, V. Kvrgić, Z. Višnjić 1 O JEDNOJ TROOSNOJ PARALELNOJ MAŠINI 2 Rezime Pznat je da su blik i veličina radng prstra slabst većine mašina sa paralelnm kinematikm. Mehanizmi Hexaglide i Triaglide su primeri u kjima je izvršen izdužavanje radng prstra pvećavanjem hda jedne d pgnskih sa u Dekartvm krdinatnm sistemu. Imajući u vidu takv izdvajanje jedne dminantne se, razvijen je jedan paralelni mehanizam za hrizntalne i vertikalne gldalice. U pređenju sa sličnim napravljenim mehanizmima vaj mehanizam ima neklik prednsti: bitn pravilniji blik radng prstra (nalik na mdifikvanu prizmu), kak je t bičn za serijske mašine; Veću krutst p prirdi kncepcije sa štapvima, vrl dbar dns sila i brzina u celm radnm prstru mehanizma. U radu je pisana struktura mehanizma, dati su elementi mdela, ka i parametri jedng prjektvang prttipa, kje je rezultat već sprvedene ptimizacije i simulacije. Ključne reči: paralelni mehanizma, mdeliranje i simulacija 1. UVOD Mašine alatke sa paralelnm kinematikm već imaju desetgdišnju tradiciju, računajući d pjavljivanja prvih primeraka, ka sajamskih ekspnata. I pre i psle njih traženi su izazvi u tehnlškim sistemima da bi se tu magl naći i prav mest mašina alatki, pa i mašina alatki sa paralelnm kinematikm. Jednm su glavni izazvi u tehnlškim sistemima vak imenvani [1]: Simultan inženjerstv Knverzija infrmacija u znanja Reknfigurabilna preduzeća Integracija ljudskih i tehničkih resursa Eklška kmpatibilnst Prcesi inviranja Za ve izazve tražene su i frmulacije tehnlgija: Reknfigurabilni tehnlški sistemi, brade i prerade bez tpada, brada nvih materijala, bitehnlgije za tehnlške sisteme, mdeliranje i simulacije preduzeća, metdi prjektvanja prizvda i prcesa, pbljšanja interfejsa između ljudi i mašina. Drugi put su psmatrane sam perspektive mašina alatki. Frmirane su grupe istraživača za traženje dgvra. Teme tih grupa su bile [2]: Periferija i pmćni pribri Digitalna fabrika Kvalitet, dinamika, puzdanst Tehnlgije Reknfigurabilni tehnlški sistemi Rezultat rada tih grupa bi je skup dmena u kjima će se naći mašine alatke nve generacije. T su: Periferije i pmćni pribri; nve tehnlgije; virtuelni prizvdni sistemi; infrmacin-kmunikacine i tehnlgije upravljanja; kvalitet, dinamika i rasplživst; metdi prjektvanja nvih mašina alatki i tehnlških sistema. Pjavljuju se i inicijatri, kji se kupljaju k neke teme, taman i da ima tradicinalnu frmulaciju velikih izazva [3]. Cilj je pet da se preciznije frmulišu čekivane kncepcije tehnlških sistema. Ovm prilikm je stilizvan šest velikih izazva: 1 dr Milš Glavnjić, vanredni prfesr, dr Dragan Milutinvić, redvni prfesr, mr Saša Živanvić, asistent, Mašinski fakultet Begrad, 27.marta 80, Begrad, mglavnjic@mas.bg.ac.yu, dmilutinvic@mas.bg.ac.yu, szivanvic@mas.bg.ac.yu, dr, Vladimir Kvrgić, Zran Višnjić, dipl. maš. inž, LOLA MAA, Fabrika rbta, alata i hidraulike, d, Begrad 2 Rađen u kviru prjekta: MIS B, Trsne paralelne mašine, u čijem finansiranju učestvuje MNTR Srbije i industrija. Rukvdilac prjekta: dr Milš Glavnjić.

2 Sinhrnizacija tehnlgija Ptpun umrežavanje resursa Upravljanje znanjima Zadvljavajuća agilnst Eklška drživst razvja Okupljanje k tehnlgija Razne firme na razne načine mgu prihvatiti vakve izazve. Zavisi t d njihvih resursa, prizvda i kupaca. Ak se gleda p simultanm inženjerstvu, nda bi klasične krajnsti bile ka ne sa slike 1.[4]. Tak će se dmah napraviti i razlika među firmama u njihvim ulaganjima u razvj. Otuda se mže nekada reći da neka firma u razvj ulaže nebičn veliki de svg prihda, a da se tu stvarn radi firmi iz dmena nvih tehnlgija, u dnsu na prsek u svetu u kjj skr svak ulaganje ka da je za razvj. U nadvezivanju pslva nakupljaju se i prblemi. U takvj rganizaciji pčetak prizvdnje mašine nije naznačen ka predvidivi naredni krak, slika 1b), taman da je kriterijum i nseća struktura te mašine. Mašine sa paralelnm kinematikm imaju sasvim nebičnu nseću strukturu, a mašine alatke bez nseće strukture jš uvek nisu frmulisane. Za vakve mašine treba: Tražiti i naći neke kmpnente sa tehnlškm tradicijm, da bi se dbi bar neki njihv rbusni de. Ofrmiti CAD/CAM/CAE kruženje za prjektvanje, prgramiranje, ispitivanje i državanje takvih mašina. Tražiti etalne za gemetriju i kinematiku mašina sa paralelnm kinematikm u kjima su pgnske se u svm krdinatnm sistemu, a alat sa svjim nsačem u svm. Premstiti diskntinuitet mašina sa paralelnm kinematikm u dnsu na zatečenu tradiciju standarde i prepruka za ispitivanje i eksplataciju mašina sa numeričkim upravljanjem i serijskm kinematikm. Prceniti šta se zaista gvri, a šta realizuje kada je tema kalibracija mašina sa paralelnm kinematikm. Naslutiti vek ve generacije mašina sa paralelnm kinematikm, taman i da se svi čekivani izazvi u tehnlškim sistemima i stvare. Naći način da se nešt prveri spstvenim snagama a) Preklapanje vremena b) nadvezivanje pslva Slika 1. Tipične rganizacije na jednm primeru prjektvanja nsećih struktura mašina alatki [4] Organizacija jedne takve prvere za vu trsnu paralelnu mašinu bila je vakva: Naći nekga k će priznati tršenje vremena na razvj vakve mašine ka redvni psa. Bil je t Ministarstv za nauku, tehnlgije i razvj Srbije. Naći nekga k će prvbitnu zamisa prveriti na mdelima. Bila je t Služba za razvj Fabrike metalnih prizvda, FMP A.D. iz Begrada. Naći nekga k će prvbitnj zamisli dati industrijsk-inženjersku interpretaciju i napraviti prttip mašine. Bila je t LOLA Fabrika rbta, alata i hidraulike, d..., sada LOLA Sistem A.D. Naći nekga k će čuvati aktuelnst teme sugerisati resurse, planirati ispitivanje i eksplataciju i planirati šta dalje sa prvbitnm kncepcijm mašine. Bila je t Katedra za prizvdn mašinstv, Mašinskg fakulteta iz Begrada. Tak je snvana svjevrsna hlarhija za vu mašinu, a njen prttip je dbi ime pn101_4 [5].

3 2. KONCEPCIJA MAŠINE Pravil je da se za svaku nvu kncepciju mašine sa paralelnm kinematikm dmah pita: Klika je zapremina radng prstra? Kakav je blik tg radng prstra? Ima li singulariteta inverzne i direktne kinematike dabrani mehanizam? Kja je kncepcija pgnskih sa? Kak se upravlja mašinm? Kakv je kruženje ptrebn za njen prgramiranje? Radi li ta mašina sa nekm kalibarcijm i/ili kmpenzacijm grešaka pziciniranja u raznim delvima svg radng prstra? Kakvi su rezultati ispitivanja p prcedurama razvijenim za takve mašine i p prcedurama za mašine sa serijskm kinematikm? Ima li takva kncepcija kakvu izgledniju primenu d njenih prethdnika? Tak bi se mgl zaključiti da je ta mašina knkurentna za neki prizvdni prgram. Međutim, jš uvek ne pstji metd kji bi pmga da se sastavi mašina sa paralelnm kinematikm p meri nekg zahteva. Baš ka št se ne mže dati pšte rešenje direktng gemetrijskg prblema šestsne paralelne mašine, ne mže se ni premstiti prirda funkcinisanja dabrang paralelng mehanizma.međutim, ak se intuitivn kncipira neki mehanizam, pa ak se desi da ga favrizuje pvljan dgvr na nek d pstavljenih pitanja, nda se lak mže frmalizvati takv rešenje danas ubičajenim prcedurama. U njima bi se pminjal: Reknfigurabilnst, simultan inžebnjerstv, aksimatska terija prjektvanja, singulariteti, zatvrenst rešenja inverzng i direktng gemetrijskg prblema, dinamika, Umest tga, vde se pkazuje sam kncepcija mašine pn101_4. Ak se dđe d njeng prttipa, nda će se znati naredni krak p slici 1., ak se izvrši ispitivanje, nda će se znati i dns perfrmansi i ulženg rada, Mdel inicijalne verzije mašine pkazan je na slici 2. T je kmbinvani prikaz fizičkg mdela i analitički dbijeng čekivang blika radng prstra. Bila je t prvbitna zamisa za vu mašinu. Odgvri na pstavljena pitanja za vu kncepciju prvbitn su vak stilizvani: Slika 2. Fizički i analitički mdel prvbitne verzije mašine pn101_4. Rađen u Službi razvja Fabrike metalnih prizvda iz Begrada. Radni prstr vakve mašine mže da se pveća nlik klik se dugm sama mašina mže napraviti. Radni prstr je približniji pravilnm paralelpipedu d radnih prstra svih drugih pznatih paralelnih mašina. Pravilan paralelpiped je ubičajeni radni prstr mašina sa serijskm kinematikm. Mehanizam ima jedan singularitet inverzne kinematike na jednj d granica svg radng prstra. Ovaj singularitet se mže lak izbeći. Pgnske se su translatrne, paralelne, sa mgućm prizvljnm dužinm i sa jednim translatrnim pasivnim zglbm.

4 Mašina mže da se upravlja prerađenim sistemm za upravljanje rbtima kakav već pstji u firmi LOLA Sistem A.D. Prgramiranje mže da se vrši u CAD/CAM kruženju, ka za trsne gldalice i pstprcesiranjem sa prigdnim pstprcesrima Pstjanje translatrng pasivng zglba pbljšava blik radng prstra. Kncepcija uptrebljeng mehanizma pkazana je na slici 3. [5]. Odabran je da mašina bude vertikalna gldalica sa dugim hdm p si X. Dve pgnske se imaju ukrštene spjke i u dve uzajamn upravne ravni. Pzicije pgnskih sa imaju krdinate p1, p2 i p3. Pravil u značavanju detalja na slici 3. je : B zglbvi na bazi ; Z zglbvi između baze i platfrme ; P zglbvi na platfrmi ; T vrh alata ; TP vrh glavng vretena u pkretnj čauri ; R referentne tačke pgnskih sa ; c spjke, Pasivni zglb je u P3. Parametri mehanizma pdešeni su tak da mašina ima zatvren rešenje za inverznu i direktnu kinematiku. Indikatr za t je parametar d. Slika 3. Mdel mehanizma mašine pn101_4 [5] Ilustracija blika i mera radng prstra prjektvang prttipa pkazan je na slici 4 [5]. Specifični su sledeći detalji: U ravni (X,Y) radni prstr ima presek u kji se dbrim delm mže upisati pravuganik širine 500 mm. U pravcu Z pkazan je dstizivi prstr vrha vretena u uvučenj čauri. Hd izvalčenja te čaure je 100 mm i ima graničnike za pzicije na 100, 50 i 0 mm. Ukupan brut hd p si p si Z je 200 mm, a net hd k 195 mm. Skraćivanje je psledica izbegavanja da spjka c4 bude vertikalna, kada je mehanizam u singularnm plžaju. U preseku ravnima paralelnim sa ravni (Y,Z) radni prstr ima blaga zabljavanja na dnjj i grnjj granici, slika 4c). Zbg tga je na slici 4a) data kntura radng prstra kja se svakak mže dstići na svakj pziciji Z vrha alata T, a da pzicije pgnskih sa budu u prpisanm uzajamnm dnsu. Na primer, da bude p2 p1 između 450 i 970 mm itd. Prmene pzicija pgnskih sa p1, p2, p3, prilikm pisivanja ivica radng prstra na slici 4a,b,c), pkazane su na slici 4d). Tu se mže i videti kliki su hdvi pgnskih sa i u km dnsu su krdinate njihvih pzicija za razne pzicije vrha vretena na ivicama radng prstra. Valja učiti da pgnska sa p3 ima specifičan tk u dnsu na stale dve vezane za makaze mehanizma.

5 Slika 4. Neki detalji sa ivica radng prstra prjektvane mašine pn101_4 [5] Dispzicija prjektvang prttipa pkazana je na slici 5. T je tačn industrijska interpretacija prvbitng mehanizma. Prjektvanje je dvršen u CAD kruženju. U tku je i izrada prttipa. T vrši LOLA Sistem A.D. Prttip je pkazan bez sklpa glavng vretena, bez kabine i sistema za upravljanje da bi se mga videti prjekat samg paralelng mehanizma. Slika 5.Dispzicija prjektvang prttipa mašine, pn101_4

6 3. ZAKLJUČAK Nema mng mašina sa paralelnm kinematikm sa paralelnim i translatrnim pgnskim sama. Primeri su već klasične kncepcije Hexaglide i Triaglide. Kada se bude ima prttip mašine pn101_4 i kada se bude bavil planiran ispitivanje, znaće se i mera valjansti prvbitne zamisli, stare k četiri gdine, pkazane na slici 2. Prttipm se vde smatra vaj kmplet: Mašina pn101_4, sistem za njen upravljanje i prcedure za njen prgramiranje. Odns hdva glavng vretena, a time i mera radng prstra u pravcima X, Y i Z je približn 5:2:1, respektivn kak je čest i za prtalne (vertikalne) gldalice, sa serijskm kinematikm. Oblik platfrme je već sada pgdan za nadgradnju mašine u petsnu ddavanjem dve serijske se. Tak bi se ptpunije iskristile perfrmanse već prerađivang sistema za upravljanje rbtm na vu trsnu kinematiku, ali bi se mgla ispitati i perspektivnst mašina sa hibridnim mehanizmima: da se na snvni mehanizam sa paralelnm kinematikm dda drugi sa serijskm (št bi vde bi slučaj), ili da se na snvni serijski mehanizam dda paralelni, sve u cilju pbljšavanja blika i mera radng prstra mašina sa čistm paralelnm kinematikm. 4. LITERATURA [1] N.N., Visinary Manufacturing Challenges fr 2020, Cmmittee n Visinary Manufacturing Challenges Bard n Manufacturing and Engineering Design, Natinal Academy Press, Washingtn, D.C., [2] N.N., Abschlussbericht Werkzeugmaschine 2010, VDW, Karlsruhe, [3] N.N., IMT s Grand Chalenges, A Strategic View, V1.1, IMTI Integrated Manufacturing Technlgy Initiative, Oack Ridge, [4] Schrry E. R., Machine Tl Structural Mdeling and Simulatin, UNOVA Industrial Autmatin Systems Inc., Cincinnati Machine, [5] Glavnjić M., Milutinvić D., Živanvić S., Trsne paralelne mašine, Elabrati (01,2,3) , Mašinski fakultet Begrad, M. Glavnjić, D. Milutinvić, S. Živanvić, V. Kvrgić, Z. Višnjić One 3 DOF Parallel Kinematic Machine Summary It is well knwn that wrkspace shape and vlume are ne f the greatest PKM weaknesses. Hexaglide and Triaglide mechanisms are examples where wrkspace extensin is achieved by elngating ne axis as a principal axis f mtin which is a cmmn feature f all Cartesian machines. With the idea f principal axis f mtin in mind, a new 3-DOF spatial parallel mechanism fr hrizntal and vertical milling machines has been develped. In cmparisn with similar develped mechanisms it has several advantages such as: rather regular shape f the wrkspace (slightly mdified blck) similar t serial machines; greater stiffness by nature f struts arrangement; very gd frce and speed rati thrugh the entire mechanism s wrkspace. The paper describes mechanism s structure, mdelling apprach, design parameters ptimizatin and simulatin. Keywrds: Parallel mechanism, Mdelling and Simulatin