CC BY
28
УДК 531.7.08
ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ МАШИН ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ МЕХАНИЗМОВ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ
М. А. Климовская, Д. А. Климовский
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Технический контроль является важнейшей частью системы управления качеством продукции на машиностроительном предприятии. В работе рассматривается способ повышения точности измерения с помощью механизмов параллельной структуры.
Ключевые слова: контрольно-измерительные машины, механизм параллельной структуры, контроль качества.
INCREASE OF POSITION ACCURACY FOR CONTROL MEASURING MACHINES WITH USING OF PARALLEL KINEMATIC MACHINES
M. A. Klimovskaya, D. A. Klimovskiy
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
Technical control is the most important part of the quality management system for production at an engineering company. The paper deals a method for increasing the measurement accuracy by parallel kinematic machines.
Keywords: control measuring machines, parallel kinematic machines, quality control.
Современное машиностроение, в том числе ракетостроение, можно охарактеризовать высокой производительностью и необходимостью точного изготовления деталей, машин и механизмов. Особую роль в жизненном цикле изготавливаемой продукции отводят вопросам оптимального выбора методов и средств измерения и контроля точности параметров изделия. Сложность проведения операций контроля в общем объеме производства может составлять 35 % и более [1].
Согласно рекомендации по межгосударственной стандартизации (РМГ 29-2013), под точностью результата измерения понимают качество средства измерения, отражающее близость к нулю его погрешности. Она зависит, как правило, от погрешности самого измерения, которая складывается под влиянием разных причин, создающих суммарный эффект. Суммарную погрешность измерения можно определить по формуле:
Az = V А? + А2у + А2 + А м + А2 + A L + AÍL + Aíi,,
где Ак - погрешность установки объекта измерения в СИ; Аиу _ погрешность измерительного устройства; Ап _ погрешность передаточных устройств; Ам _ погрешность установочных мер; Ат _ погрешности, возникающие от температурных деформаций; Акк _ погрешности, вызванные деформацией элементов СИ или объекта измерения; Аш _ погрешности, обусловленные наличием шероховатости измеряемой поверхности; Ан _ погрешности настройки.
При автоматизации процесса измерений с применением контрольно-измерительных машин (КИМ) значимую роль приобретает погрешность установки средств измерения. Наиболее распространенные контрольно-измерительные машины сконструированы из последовательности твердых тел, соединенных между собой одноподвижными шарнирами, позволяющими измерительному инструменту вращаться вокруг осей или совершать поступательное перемещение (см. рис. 1, слева).
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 2
Рис. 1. Традиционная контрольно-измерительная машина (слева), контрольно-измерительная машина на основе гексапода (справа)
Малая нагрузочная способность и низкая точность определяются строением существующих узлов механизмов и, в частности, последовательным расположением их составляющих [2]. Каждое из них несет не себе вес последующего сегмента в дополнение к полезной нагрузке, поэтому на них действуют большие изгибающие моменты, что повышает требования к жесткости и, следовательно, ведет к увеличению массы. Отдельные неточности последовательных механизмов можно исправить механически, перераспределив полезную нагрузку между звеньями. Таким образом, представляет интерес использование в манипуляторах замкнутых кинематических цепей, основанных на механизмах параллельной структуры (МПС) [2-4].
Принцип параллельной кинематики заключается в том, что исполнительный орган связан с основанием замкнутыми кинематическими цепями, каждая из которых имеет несколько приводов или налагает какие-либо связи на движение выходного звена. Такие механизмы, в отличие от традиционных манипуляторов, воспринимают нагрузку как пространственные фермы, что ведёт к повышению точности, грузоподъёмности и жесткости всей конструкции [2-4].
Сейчас начинают находить место контрольно-измерительные машины, основанные на МПС типа «Гексапод» (см. рис. 1, справа). Гексапод выполнен на базе линейных мехатронных модулей, которые осуществляют осевое перемещение винтов через шарико-винтовые передачи (ШВП). Один конец ШВП соединен шарниром с верхней платформой, а другой - с подвижной нижней платформой, на которой расположен рабочий орган - инструментальная головка. Управляя положением винтов, можно обеспечить пространственное перемещение рабочего органа по шести степеням свободы [5].
Использование таких КИМ позволяет также эффективно решать вопросы метрологического обеспечения при нарезании винтовых глобоидных поверхностей нелинейчатого профиля (см. рис. 2, слева).
Рис. 2. Глобоидная поверхность с эвольвентным профилем (слева), вафельная оболочка (справа)
В связи с усложнением конструкций и повышением требований к точности изготовления корпусных деталей РКТ со сложными поверхностями, таких как вафельные оболочки, увеличивается число и время контрольных операций. Учитывая специфику контроля таких деталей (большие размеры деталей и сборочных единиц; малая жесткость конструкций; высокие требования к точности размеров, геометрической форме и взаимному расположению поверхностей) [6], актуальной задачей становится создание современных автоматизированных комплексов контроля точности изготовления вафельных оболочек (см. рис. 2, справа). Учитывая достоинства механизмов параллельной структуры, можно сказать, что такое оборудование может быть использовано как основа для создания контрольно-измерительных машин крупногабаритных корпусных изделий ракетно-космической техники.
Библиографические ссылки
1. Контрольно-измерительные приборы и инструменты : учебник для нач. проф. образования / С. А. Зайцев, Д. Д. Грибанов, А. Н. Толстов, Р. В. Меркулов. М. : Академия ; ПрофОбрИздат, 2002. 464 с. ISBN 5-7695-0988-0.
2. Прогрессивное машиностроительное оборудование : коллективная монография / В. В. Ержу-ков, А. Г. Ивахненко, Е. О. Ивахненко и др. / под ред. А. В. Киричека. М. : Спектр, 2011. 248 с. ISBN 978-5-904270-83-4.
3. Кузнецов Ю. Н., Дмитриев Д. А., Диневич Г. Е. Компоновки станков с механизмами параллельной структуры / под ред. Ю. Н. Кузнецова. Херсон : I II I Вишемирський В. С., 2010. 471 с. ISBN 978-9668912-44-3.
4. Обрабатывающее оборудование нового поколения. Концепция проектирования / В. Л. Афонин, А. Ф. Крайнев, В. Е, Ковалев и др. / под ред. В. Л. Афонина. М. : Машиностроение, 2001. 256 с. ISBN 5-217-03093-3.
5. Технологические машины-гексаподы // Электроника для всех [Электронный ресурс]. URL: http://emkelektron.webnode.com/news/tekhnologicheskie-mashiny-geksapody (дата обращения: 04.04.2016).
6. Гардымов Г. П., Парфенов Б. А., Пчелинцев А. В. Технология ракетостроения : учеб. пособие. СПб. : Специальная литература, 1997. 320 с. ISBN 5-87685-077-2.
© Климовская М. А., Климовский Д. А., 2016
