Трипод.
Трипод (рис. 3.43) является трехосевым механизмом, реализую-
щим линейные перемещения исполнительного звена по трем осям
93
X, Y, Z. В целом трипод является «упрощенной» версией гексапода.
Однако, есть и отличия. Так как три штанги не могут обеспечить
угловую жесткость, в конструкцию вводят четвертую центральную
штангу, главной задачей которой является воспринимать изгибные
напряжения.
Рис. 3.43. Промышленные роботы линейки Tricept
Преимущества механизмов с параллельной структурой:
– при малой массе подвижного исполнительного органа обеспе-
чиваются более высокие скорости перемещений и ускорений;
– механизмы отличаются высокой жесткостью, что обусловлено
работой телескопического устройства на растяжение-сжатие и равно-
мерным распределением усилий по всей структуре;
– резкое снижение металлоемкости.
3.9.2 Машины-гексаподы в машиностроении
Это технологические машины, в т. ч. роботы, обрабатывающие
станки, координатно-измерительные машины, в основе конструктив-
ной схемы которых находится т.н. платформа Стюарта, хотя
справедливее ее называть платформа Гью. Эта платформа впервые
упоминается в статье В. Е. Гью (англ. V.E. Gough) в 1956 году.
Механизм имеет шесть независимых ног на шарнирных соединениях.
Длины ног можно изменять и, тем самым, можно изменять ориен-
тацию платформы. Имя Стюарта ассоциируется с этим механизмом
потому, что первоначальная работа Гью (и фотография его платфор-
мы) была упомянута в примечаниях рецензента к статье Д. Стюарта
(англ. D. Stewart) в 1965 году. Сам Стюарт в той статье предложил
другой гибридный трехногий механизм, имевший по два мотора на
каждой ноге. Часто платформу именуют платформой Гью-Стюарта.
94
Компания Geodetic Technology зарегистрировала товарный знак
«шестиножник» (англ. – hexapod) для платформ Гью – Стюарта,
используемых в машиностроении. Однако это не помешало
другим машиностроительным фирмам использовать этот термин –
гексапод.
Итак, гексаподы имеют стержневую конструкцию и построены
на мехатронных модулях линейного движения – каждая нога предс-
тавляет собой мехатронный модуль (рис. 3.44).
Рис. 3.44. Принципиальная схема гексаподов
Платформа Гью – Стюарта применяется в станкостроении, под-
водных исследованиях, авиационных спасательных операциях на
море, летательных тренажерах, позиционировании спутниковых антенн,
в телескопах, в ортопедической хирургии.
Станок-гексапод (рис. 3.45) выполнен на базе линейных мехат-
ронных модулей, которые осуществляют осевое перемещение винтов
через шарико-винтовые передачи (ШВП). Один конец ШВП соеди-
нен безлюфтовым шарниром с нижней платформой, а другой – с
подвижной верхней платформой, на которой расположен рабочий
орган – инструментальная головка. Управляя положением винтов
(рис. 3.45), можно обеспечить пространственное перемещение рабо-
чего органа по шести степеням свободы (возможно как раз отсюда и
название – гексапод), что расширяет технологические возможности
станка.
95
Рис. 3.45. Возможные положения рабочей головки станка-гексапода
Основными преимуществами гексаподных машин определены
следующие:
– сокращение времени подготовки производства и повышение
его рентабельности за счет объединения обрабатывающих, разме-
точных и измерительных функций в единой мехатронной системе;
–высокая точность измерений и обработки, которая обеспечи-
вается повышенной жесткостью стержневых механизмов (до 5 раз),
применением прецизионных датчиков обратной связи и лазерных
измерительных систем, использованием компьютерных методов кор-
рекции (например, тепловых воздействий);
– повышенная скорость движений (скорость быстрых переме-
щений достигает 10 м/с, рабочих движений – до 2,5 м/с);
– отсутствие направляющих (в качестве несущих элементов
конструкции используются приводные механизмы), отсюда улучшен-
ные массогабаритные характеристики и материалоемкость;
– высокая степень унификации мехатронных узлов, обеспечи-
вающая технологичность изготовления и сборки машины и конст-
руктивную гибкость;
– высокое качество управления движением благодаря малой
инерционности механизмов, применению линейных мехатронных
модулей движения как объектов управления, использованию методов
автоматизированной подготовки и исполнения в реальном времени
управляющих программ, наличию дружелюбного интерфейса «человек-
машина».
На ООО «Лапик» (г. Саратов) выпускается прецизионное обору-
дование двух типов на единой конструктивной базе гексаподов: 6-
осевые координатно-измерительные машины (КИМ) и технологи-
ческие модули (ТМ) для механообработки (рис. 3.46).
96
Рис. 3.46. Общий вид технологической машины-гексапода
Технологические модули предназначены для фасонной обра-
ботки с высокой точностью изделий методами фрезерования, шлифо-
вания, сверления, полирования, а также для выполнения операций
гравировки, растачивания, разметки. Все они относятся к обрабаты-
вающим системам. Точность позиционирования их исполнительных
органов в пространстве – не менее 25 мкм. Но для измерительных
систем такой точности явно недостаточно. Поэтому серийные КИМ,
выпускаемые компанией «Лапик», определяют погрешность изготов-
ления деталей в пределах нескольких микрон. Это лучшие показа-
тели в мире.
Максимальный угол поворота подвижной платформы относи-
тельно каждой из осей составляет в серийных моделях 30 град, ско-
рость ее движения управляется программно в интервале 0,01-120 мм/с.
Гексаподы имеют весьма эффективные массогабаритные пока-
затели по сравнению со станками традиционной компоновки.
Среди промышленных моделей металлообрабатывающих станков-
гексаподов можно отметить следующие:
– пятикоординатный обрабатывающий центр ГЕКСАМЕХ-1 и
многофункциональный технологический модуль ТМ-1000 Савеловс-
кого машиностроительного открытого акционерного общества
«САВМА» (рис. 3.47);
– широкоуниверсальный обрабатывающий центр Octahedral
Hexapod HOH-600 фирмы Ingersoll (рис. 3.48);
– широкоуниверсальный обрабатывающий центр Octahedral
Hexapod HOH-1000 фирмы Ingersoll;
97
– широкоуниверсальный обрабатывающий центр HexaM фирмы
Toyoda Machine Works;
– широкоуниверсальный обрабатывающий центр VerticalLine
V100 фирмы INDEX-Werke и др.
Рис. 3.47. Многофункциональный технологический
модуль ТМ-1000
Рис. 3.48. Широкоуниверсальный обрабатывающий центр
Octahedral Hexapod HOH-600
Обзор современного состояния металлорежущего оборудования
показывает, что оборудование этого класса активно производится
многими ведущими российскими и иностранными компаниями и
востребовано на мировом рынке. Технические характеристики превос-
ходят соответствующие характеристики станков обычной компоновки.
|