автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.11, диссертация на тему:Экспериментальное исследование статических и динамических свойств механизма параллельной структуры на примере несущей системы станка - гексапода

На правах рукописи

СИРОТКИН РОСТИСЛАВ ОЛЕГОВИЧ

□03170913

Экспериментальное исследование статических и динамических свойств механизма параллельной структуры на примере несущей системы станка - гексапода

Специальность

05 02 11 - Методы контроля и диагностика в машиностроении 05 02 18 - Теория механизмов и машин

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 9 МЛП 2™В

Москва 2008

003170913

Работа выполнена в открытом акционерном обществе «Национальный институт авиационных технологий»

Научный руководитель

Научный консультант

доктор технических наук Асташев Владимир Константинович кандидат технических наук, старший научный сотрудник Серков Николай Алексеевич

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Глазунов Виктор Аркадьевич доктор технических наук, профессор Подураев Юрий Викторович

Ведущее предприятие

Савеловский машиностроительный завод (ОАО СМЗ)

Защита состоится "19" июня 2008г в 16 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д002 059 02 в Институте машиноведения им А А Благонравова РАН по адресу 101990, г Москва, Малый Харитоньевский переулок, д 4

E-mail b i pavlov@mait ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Институте машиноведения им А А Благонравова РАН по адресу Москва, ул Бардина 4, тел (499) 135-55-16

Автореферат разослан " " Ц^О-Л 2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук

Павлов Б И

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время остро стоит задача создания и внедрения высокотехнологичного оборудования, соответствующего тенденциям развития современных производств В области самолетостроения тенденции развития конструкций самолетов и современных технологий их сборки требуют перехода от сборных деталей к монолитным Это, в свою очередь, ставит новые задачи перед станкостроением, в частности существенно повысить скорость съема металла при обработке алюминиевых сплавов Создание станков с соответствующими характеристиками связано с разработкой новых механизмов их несущих систем (НС), обладающих улучшенными статическими и динамическими свойствами

К таким механизмам относятся механизмы параллельной структуры, в которых выходное звено, несущее режущий инструмент или обрабатываемую деталь приводится в движение несколькими параллельными кинематическими цепями

Созданию машин (станков, роботов, шагающих машин) на основе механизмов параллельной структуры посвящены работы ученых Колискора А Ш , Крайнева А Ф, Умнова Н В , Глазунова В А, Синева А В , Кагана В Г , Подураева 10 В , Челпанова И Б , Neugebauer R (IWU, Germany), Neumann К Е (SMT Tricept АВ, Sweden) и др

Механизм параллельной структуры - платформа Гауфа-Стюарта (гексапод) нашел применение в качестве несущей системы в станке Гекса-мех-1, первом российском станке с параллельной кинематикой, находящемся в опытной эксплуатации Однако применение механизмов параллельной структуры и разработка новых схем и структур станков с параллельной кинематикой вызывает необходимость дальнейшего развития теоретических и экспериментальных методов исследований статических и динамических свойств механизмов параллельной структуры

Данная работа посвящена экспериментальному исследованию статических и динамических свойств механизма параллельной структуры на примере несущей системы станка - гексапода

Цель диссертационной работы: - разработка методов экспериментального исследования точностных, жесткостных и динамических свойств механизма параллельной структуры - платформы Гауфа-Стюарта, выявление взаимосвязей статических и динамических свойств несущей системы станка-гексапода

Для достижения поставленной цели были рассмотрены и решены следующие задачи:

- создание классификации структурных схем 5-ти координатных станков по признаку связности приводов и обзор применения механизмов параллельной структуры в станках,

- измерение и оценка точности позиционирования и точности воспроизведения эталонной окружности на станке-гексаподе,

- измерение жесткости несущей системы станка-гексапода,

- разработка методов измерения динамической жесткости при нагружении центробежной силой вращающегося шпинделя со смещенным центром масс и при нагружении - разгружении «ступенчатой» силой,

- измерение динамической жесткости несущей системы (НС) станка-гексапода при различных методах создания нагружающей силы,

- оценка взаимосвязи статических и динамических свойств платформы Гауфа-Стюарта,

- экспериментальная проверка зависимости статических и динамических свойств платформы Гауфа-Стюарта и свойств обработанной поверхности на станке-гексаподе

Методы исследования.

Проведенное исследование базируется на методах экспериментального исследования статических и динамических свойств механизмов и машин, в частности станков Для анализа экспериментальных данных использовалась среда математических расчетов "Matlab" и прикладные программные продукты основных измерительных средств 1) Лазерного интерферометра ML 10, 2) Прибора Ballbar QC 10, 3) Программный пакет «Vibro 12»

Научная иовнзиа работы:

- развита классификация структур многокоординатных станков по признаку связанности приводов,

- разработаны методики измерения динамической жесткости НС станка-гексапода при нагружении центробежной силой вращающегося шпинделя со смещенным центром масс и при нагружении -разгружении «ступенчатой» силой,

- произведено измерение точности позиционирования, точности воспроизведения эталонной» траектории, статической и динамической жесткости станка - гексапода,

- выявлена взаимосвязь статических и динамических свойств платформы Гауфа-Стюарта, используемой в НС станка-гексапода,

- выработан комплексный подход к исследованию статических и динамических свойств станков с параллельной кинематикой

Практическая ценность:

- разработанный комплексный подход к исследованию статических и динамических свойств станков с параллельной кинематикой применим к исследованию станков также других структур,

- выявленные особые точностные свойства механизма параллельной структуры - платформы «Гауфа - Стюарта» (малые отклонения обратного хода, малая доля случайной составляющей интегрального

отклонения) позволяют создавать несущие системы новых станков с новыми точностными свойствами,

- по результатам исследования статической жесткости разработаны рекомендации по «ужесточению» станка «Гексамех-1»,

- выявленное наличие поперечных деформаций при продольной нагрузке является характерным свойством механизма платформы «Гауфа-Стюарта» и должно учитываться при проектировании и создании машин с ее использованием,

- разработанные методики исследования динамической податливости при гармоническом возбуждении нагружающей силы и при ступенчатом силовом воздействии могут быть использованы при исследовании динамических свойств машин различной конструкции,

- при составлении управляющих программ для станка «Гсксамех-1» необходимо учитывать, что движение платформы должно происходить без резких перепадов по величине подачи для исключения инерционных импульсных или ступенчатых нагрузок на нее,

- выявленная закономерность при натурных исследованиях на станке «Гексамех-1», что при режимах резания близких к высокоскоростному фрезерованию алюминиевых сплавов S=5000 об/мин влияние сил резания при входе фрезы в металл на подаче 1000 мм/мин на качество обработанной поверхности практически отсутствует, может быть использована при разработке новых технологий обработки легких сплавов

Апробация работы Основные результаты диссертационной работы обсуждались на Международной Интернет-конференции молодых ученых и студентов по проблемам машиноведения МИКМУС (г Москва 2005г) и (г Москва, 200бг), на семинаре «The 5th Chemnitz Parallel Kinematics Seminar» (Germany, Chemnitz, 2006 г ), па XV Симпозиуме «Динамика виброударных (сильно нелинейных) систем» (Москва-Зеленоград, 2006 г), на Международной конференции по теории механизмов и механике машин», (г Краснодар, 2006 г), на Международной конференции по теории механизмов и механике машин», (г Астрахань, 2007 г), на VIII Международной научно-технической конференции по динамике технологических систем (Ростов-Дон, 2007), на научной конференции «Ориентированные Фундаментальные исследования РФФИ - Федеральные целевые программы, наукоемкое производство» (Москва, 2007г)

Публикации. Основные результаты, изложенные в диссертации, опубликованы в 10 печатных работах

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка использованных источников. Содержит 133 страницы основного текста, 97 рисунков, 29 таблиц, список использованных источников, включающий 80 наименований.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Развитие классификации структурных схем 5-ти координатных станков по признаку связности приводов.

2. Методика измерения динамической жесткости НС станка - гексапода при нагружении центробежной силой вращающегося шпинделя со смещенным центром масс и при нагружении - разгружении «ступенчатой» силой.

3. Методика комплексного исследования статических и динамических свойств механизма станков с параллельной кинематикой.

4. Результаты экспериментальных исследований статических и динамических свойств механизма параллельной структуры на примере платформы Гауфа - Стюарта, как основного элемента несущей системы станка «Гексамех - 1». Результаты экспериментальных исследований сравнивались с результатами аналогичных исследований несущих систем станков традиционных структур.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследований, показана новизна, практическая значимость работы. Обоснована необходимость экспериментального исследования статических и динамических свойств механизма параллельной структуры, на примере платформы Гауфа - Стюарта станка «Гексамех-1» (рис. 1)

а) станок б) «механическая часть» станка.

Рис. 1 .Общий вид станка.

платформа Гауфа'Сттарпц, шпинлсла

В первой главе проведено исследование различных структур построения многокоординатных станков Выявлено, что основным признаком, определяющим структуру построения многокоординатного станка, является схема соединения двигателей и исполнительных устройств На рис 1 представлена классификация структур многокоординатных станков, где все множество станков разбито на три группы 1) Станки традиционной структуры, в которых отсутствуют связанные привода, 2) Станки с механизмами параллельной структуры, в которых присутствуют только связанные привода, 3) Станки гибридной структуры

Различные структуры станков 1 - традиционные структуры станков с ЧПУ, 2-структуры только с механизмами параллельной кинематики, 3- гибридные структуры Р -раздельные привода, С-связанные привода, К1, К2, , К7-координаты (от 1 до 7)

Проведенный анализ структур построения и функциональных возможностей пятикоординатных многоцелевых станков фрезерно-расточной группы показал, что наиболее перспективными являются несущие системы станков, построенные по гибридной схеме в соответствии с которой в них одновременно применяются как механизмы параллельной структуры, так и последовательной

Также показано, что для проектирования и создания несущих систем станков с использованием механизмов с параллельной структурой, необходимо изучение их статических и динамических свойств, как теоретическими, так и экспериментальными методами

2

Рис 2

Во второй главе представлены результаты исследования точности позиционирования и воспроизведения эталонной траектории платформой Гауфа-Стюарта

Точность позиционирования по каждой из 5-ти координат станка-гексапода определялась в соответствии с ГОСТ 30027-93 и ГОСТ 27843-83

В качестве измерительного средства применялся лазерный интерферометр МЬ-10ф 11еш8Ьа\у

Для измерения точности позиционирования, как по линейным координатам, так и по угловым, лазерный интерферометр использовался по прямому назначению При измерениях точности углового позиционирования потребовалось разрабатывать и изготовить кронштейн для крепления прибора 11X10 на платформу Гауфа - Стюарта

Исследование точности позиционирования показало, что точность позиционирования по линейным координатам находится в пределах

норм точности на изготовление станка (класс точности Н) Кривые точности позиционирования для станков с механизмами параллельной структуры имеют аналогичный характер, что и для станков традиционной конструкции На рис 3, в качестве примера, показаны кривые точности позиционирования по координате У при одной реализации измерений

Отклонение, мм

Кривые точности позиционирования по координате У на высоте 400 мм над столом с шагом измерения 5 мм 1 - «прямой» ход, 2 - «обратный» ход, 3 - среднее значение («ромбик» - точка измерения)

Многократные измерения показали, что повторяемость отклонений при позиционировании на порядок выше накопленных отклонений Поэтому для станка имеется определенный резерв повышения точности путем со-

Перемещение, мм

Рис 3

вершенствования алгоритма и процедуры калибровки станка (уменьшение накопленных (функциональных) отклонений)

Точность позиционирования является интегральной оценкой точности изготовления основных базовых деталей несущей системы станка и определяется совокупным действием всех первичных погрешностей механизма при нулевой скорости движения (оценка в статике)

Для оценки точности работы механизма несущей системы станка в движении применяется методика измерения точности отработки эталонной траектории, в частности, окружности, заданного радиуса

Методы и порядок проведения измерений регламентируются ГОСТ 30544-97 «Методы проверки точности и постоянства отработки круговой траектории» В качестве измерительного средства при проведении измерений использовался прибор С}С-10 ф КешБЬачу

При исследовании удалось выявить особенности в поведении кривой отклонения воспроизведения эталонной окружности платформой Гауфа -Стюарта

1 Низкочастотные «волны» в поведении кривой отклонения от окружности не зависят от скорости обхода контура и определяются кинематическими погрешностями платформы, которые могут быть уменьшены также совершенствованием алгоритма калибровки и повышением точности ее проведения

На рис 4 показано поведение кривой отклонения воспроизведения эталонной окружности, реализуемой одновременным движением платформы по У и столом по X

Рис 4

Круглограмма обхода окружности Я= 150мм в пл ХУ (движение осуществляется платформой и столом на контурной скорости И =500мм/мин)

Низкочастотные волны у л

2 При движении, реализуемом только платформой, наблюдается отсутствие отклонений обратного хода (рис 5) по сравнению с движением по окружности столом и платформой (рис 4)

1 2

1

6

Цепа деления Юмкм

Дребезг

5

Рис 5

Круглограмма обхода окружности 50мм в плоскости ХУ (движение осуществляется только платформой на скорости Р=1500мм/мин), 1-6 всплески отклонений при реверсе приводов

3 Наблюдается различие в местоположении «всплесков отклонений при реверсе» при реализации движения по окружности только платформой (6 всплесков на рис 5, совпадает с числом штанг подвески платформы) по сравнению с реализацией движения с помощью стола и платформы (рис 4)

4 Амплитуда высокочастотных колебаний («дребезг» на рис 5) зависит от скорости обхода окружности, частота колебаний находится на уровне 17,5 Гц Как показали исследования (Глава IV), указанная частота близка к 1 -й собственной частоте несущей системы станка-гексапода

В третьей главе представлены результаты исследования статической жесткости несущей системы станка - гексапода

Статическая жесткость несущей системы станка (корпуса шпинделя относительно стола) определялась при нагружении статической силой 100-2000Н в 3-х направлениях ,Ъ) и в 3-х наиболее характерных точках рабочего пространства станка

Положение 1 (нижнее, центральное положение платформы) У=0мм, Ъ= -446,355мм (300 мм над плоскостью стола),

Положение 2 (нижнее, смещенное положение по У вглубь стола на 287,7) У=+287,7 мм, 2=-446,355мм

Положение 3 (верхнее, центральное положение платформы) У=0мм, Ъ= -93,0мм (653 мм над плоскостью стола)

Линейные перемещения измерялись с помощью микронных индикаторных головок, а угловые смещения с помощью лазерного интерферометра с угловой оптикой (координата С) и электронных уровнемеров (координаты А и В) Нагружение и разгрузка несущей системы станка проводилась по три раза Полученные результаты усреднялись и по ним строились зависимости деформаций от прикладываемой силы (кривая нагружения и кривая снятия нагрузки)

В данной работе жесткость определялась как отношение величины перемещения (деформации) исполнительных органов станка к регламентируемой величине нагрузки (понятие близкое к понятию, применяемому в ГОСТ по нормам жесткости металлорежущих станков) Такая оценка жесткости станка позволяет провести сравнение с нормами жесткости аналогичных станков и с результатами исследования других авторов

В качестве примера, на рис 6, а представлены линейные перемещения (11 = сИ(Р+у) в функции силы нагружения (Р+у) и на рис 6, б - угловые перемещения с1Г = с1ДР+))

Перемещения а) линейные с11 (сила Р+у) 1 - вдоль оси X (<ЛУ„), 2 - вдоль оси У (с!1уу), 3 -вдоль оси Ъ ((11>2), Ь) угловые (Я (сила 1чу) 1 - вокруг оси Ъ ((1Гус), 2 - вокруг оси X (с1Гуа), 3 - вокруг оси У (сЦ)

В табл 1 представлена линейная жесткость Л (Н/мкм) и угловая Я (Н/угл сек) несущей системы станка (положение платформы 1) (1-я буква в индексе жесткости Лху указывает на направление действия силы X, а 2-я на направление измеряемого перемещения У)

Из табл 1 видно, что самая низкая линейная жесткость - это «центральная» жесткость в направлении нагружающей силы (жесткости, расположенные по диагонали и выделенные жирным шрифтом)

а)

Ь)

Рис 6

Таблица 1

Нагружающая силаР Жесткость

Линейная жесткость, Н/мкм Угловая жесткость, Н/угл сек

X \ г А В С

Р+ч Лх1=4 6 Лху= 55 л,г= 35 «.,= 120 ЯхЬ= 120 Яхс=90

Л„=50 Л,у =48 Луг =200 Яу,= 105 Я* = 600 Я« =30

Р+г Ли=30 Лет = 175 Лн= 15 5 Ята=220 Яд = 150 Як= 300

ЛХ11=4 8 Л„„= 120 Л«= 30 Я« = 102 ЯхЬ= 100 Я«= 110

Наблюдается взаимовлияние, т е при действии нагружающей силы существуют поперечные перемещения, но с большей на порядок жесткостью Наблюдается симметричность в оценках жесткости относительно диагонали Величина центральной жесткости существенно зависит от направления нагружающей силы (минимальная - Лхх =46 Н/мкм, близкая к пей - Луу = 48 Н/мкм и сильно отличающаяся - Лы =155 Н/мкм)

Наименьшая угловая жесткость у несущей системы станка - это жесткость вокруг оси Ъ Особенно низкая угловая жесткость при нагружении вдоль оси У - Яус = 30 Н/угл сек Степень влияния угловых деформаций на линейные перемещения корпуса шпинделя, а в итоге на перемещение фрезы, зависит от положения оси поворота платформы Гауфа - Стюарта Это отдельная задача, которая требует дополнительных экспериментальных исследований жесткости платформы

В табл 2 представлены результаты аналогичных исследований жесткости несущей системы станка в положении платформы 3

В положении платформы 3, как и в положении 1, самая низкая линейная жесткость- это жесткость в направлении нагружающей силы Из сравнения табл 1 и табл 2 видно, что с подъемом платформы жесткость в плоскости XV несколько увеличивается, а в направлении оси Ъ не существенно уменьшается Так же, как и в нижнем положении платформы, наблюдается взаимовлияние, но только существенно между осями X и 2,

Таблица 2

Нагружающая сила Р Направление измерения деформаций

Линейные, Н/мкм Угловые, Н/угл сек

X У г А В С

•11н = 6 5 Лху = 500 Л(2=36 Ялз=150 Яхь= 55 Я« =160

Л„ = 300 Л„ = 7 25 Луг =500 Луа=37 Я¥ь=180 Яус = 60

Лгч = 22 Лгу = 70 л« =14 Яа= 500 Я*= 125 Я« = 500

Порядок величин угловой жесткости практически не меняется с подъемом платформы

В табл 1 в нижней строке представлена линейная жесткость Л (Н/мкм) и угловая Я (Н/угл сек) несущей системы станка в положении платформы 1 при противоположном направлении нагружающей силы Б.х

Линейная жесткость несущей системы станка так же как и угловая качественно не меняется при смене направления нагружающей силы на противоположное (с Р+х на Р.х). Исследования также показали, что жесткость несущей системы станка существенно не меняется при смещении платформы в плоскости XV, т.е. в положениях платформы 1 и 2.

Знание статической жесткости несущей системы станка позволяет оценить способность станка сопротивляться статическим нагрузкам. В станке во время обработки детали наряду со статическими нагрузками могут возникать динамические (инерционные силы, силы резания, силы тяжести и др.), влияние которых на состояние станка может быть существенным. В следующей главе приведены результаты исследования этого влияния.

В четвертой главе представлены результаты исследования динамической податливости (жесткости) станка - гексапода, являющейся одним из основных свойств, определяющим виброустойчивость. Динамическая податливость НС исследовалась при воздействии на нее переменной силы, возбуждаемой двумя различными способами: центробежной силой вращающегося шпинделя с оправкой со смещенным центром масс; ступенчатым силовым воздействием.

Для создания центробежной силы, воздействующей на вращающийся шпиндель, были изготовлены 4оправки с различным смещением центра масс. Эти оправки позволили исследовать вынужденные колебания несущей системы станка в диапазоне скоростей вращения шпинделя п = 30010000 об./мин. и определить в этом диапазоне динамическую податливость несущей системы станка.

На рис. 7, а представлен общий вид шпинделя станка с оправкой № 4 и оптическим отражателем для лазерного интерферометра.

При методе гармонического силового воздействия динамическая податливость определяется как отношение амплитуды вынужденных колеба-

Рис. 7

ний корпуса шпинделя к амплитуде вынуждающей силы (центробежной), воздействующей на корпус шпинделя от его вращения Величина центробежной силы определяется аналитически, а амплитуда вынужденных колебаний измеряется лазерным интерферометром

На рис 7, б, в качестве примера, показана динамическая податливость, определенная с помощью оправки № 4 для нижнего положения платформы Здесь 1 - динамическая податливость \УХХ в направлении X, 2 - в направлении У, 3 - \УК в направлении Ъ

Исследования динамической податливости платформы Гауфа -Стюарта методом возбуждения центробежной силой показали, что

- во всех исследованных положениях платформы наблюдается 1-я собственная частота в районе 15 Гц,

- величина податливости существенно зависит от направления измерения (наибольшая податливость в направлении радиуса шпинделя (вдоль платформы) и минимальная в направлении перпендикулярном к торцу шпинделя (перпендикулярно платформе)),

- величина податливости от положения платформы в пространстве меняется не существенно,

- метод возбуждения колебаний центробежной силой позволяет изучать динамическую податливость в достаточно широком диапазоне частот (5Гц- 160Гц),

- изучение динамической податливости методом возбуждения колебаний центробежной силой является трудоемкой операцией,

- невозможно измерить одноканальными измерительными средствами динамическую податливость 'Ш^,

Для повышения достоверности полученных результатов по изучению динамической податливости была разработана методика изучения податливости НС станка (платформы) метод ступенчатой разгрузки, реализуемой спусковым механизмом

Для получения ступенчатого силового воздействия было спроектировано и изготовлено в ОАО НИАТ специальное спусковое приспособление На рис 8,а) представлен общий вид рабочей зоны станка при измерении динамической податливости методом ступенчатого воздействия на НС Здесь. 1- нагружающее устройство (винтовой домкрат), 2 - динамометр, 3 -спусковой механизм, 4 - корпус шпинделя, 5 - вибродатчик и 6 - штифт для установки оптического отражателя лазерного интерферометра при измерении динамической податливости

Нагружение несущей системы станка (корпус шпинделя - стол) осуществляется силой 500 Н через винтовой домкрат и динамометр Далее, с помощью спускового механизма резко снимается нагрузка В этот момент платформа Гауфа - Стюарта начинает колебаться и перемещения корпуса шпинделя во времени записываются с помощью лазерного интерферометра МЬ10 По этим данным вычисляется спектр перемещений А5(Г)

Используя данные спектра Ад(1) и спектра силового воздействия типа «ступенька» Ар (0 строиться динамическая податливость XV для НС станка как V/ = А3 ({)/ АР ()), мкм/Н. На рис. 8, б представлена кривая 1 динамической податливости ¥/уу в направлении У для положения платформы № 1, полученная при силовом воздействии «ступенька». Для сравнения представлена кривая 2 динамической податливости \Ууу, полученная методом возбуждения центробежной силой и прямая 3 податливости при статическом режиме нагружения

Рис. 8

Совпадение результатов измерения динамической податливости, полученных двумя способами, хорошее. Динамическая податливость на 1-й собственной частоте (15 Гц) может быть примерно в 8 раз больше податливости при статическом режиме нагружения.

Ступенчатый метод возбуждения позволяет определять динамическую податливость в направлении перпендикулярном к направлению действия возбуждающей силы, т.е. определять поперечную динамическую податливость. На рис. 9 показана кривая поперечной динамической податливости \¥ух (силовое воздействие в направлении У, измерение перемещений по направлению X). В динамике взаимовлияние координат X и У (колебания в направлении У вызывают колебания платформы Гауфа - Стюарта в направлении X и наоборот) значительно сильнее (в 20 раз), чем при статике.

Указанный факт очень важен для объяснения возникновения «вибрационного следа» на обработанной поверхности, в связи с тем, что силы, действующие вдоль движения платформы, могут вызывать колебательные движения в поперечном направлении.

1

I j

ar.ii 1

Рис. 9

Динамическая податливость по направлению X при силовом ступенчатом воздействии по направлению Y: 1-кривая поперечной динамической податливости Wy*, 2- поперечная податливость в статическом режиме нагружения.

Пятая глава посвящена экспериментальной проверке взаимосвязи статических и динамических свойств несущей системы станка-гексапода и параметров «вибрационного следа» на обработанной поверхности.

Для проверки предположения, что при ступенчатом силовом воздействии только в одном направлении во время резания (во время движения платформы), например, вдоль координаты Y, возникают также колебания платформы в поперечном направлении, которые «переносятся» на обрабатываемую поверхность, была проведена обработка тестовых поверхностей с силовым «ступенчатым» воздействием на платформу Гауфа - Стюарта.

Силовое воздействие на платформу осуществлялось в направлении оси Y с помощью задания в управляющей программе изменения величины подачи с максимально допустимым ускорением по приводам платформы. К платформе прикладывалась инерционная нагрузка в виде растянутого импульса. Реакцией платформы Гауфа - Стюарта на приложенную инерционную нагрузку являются затухающие свободные колебания, которые отражаются на обрабатываемой поверхности в виде «вибрационного следа».

Был исследован диапазон подач: F = 540 - 1800 мм/мин. при частоте вращения шпинделя S = 6000 об./мин. и F = 900 - 3000 мм/мин при частоте вращения шпинделя S = 10000 об./мин.

Обработка велась пальчиковой фрезой (0 24 мм, 2 зуба, твердосплавные пластинки) с охлаждением обдувом воздуха. Глубина резания t = 2 мм. Материал заготовки Д16Т.

На рис. 10, в качестве примера, показаны: 1) профилограмма поверхности при отсутствии «импульсной» инерционной нагрузки (подачи F -const) (рис. 10,а), 2) профилограмма поверхности при наличии «импульс-

V/ (мкмм1 [

л

50 100 150 200 250

ной» инерционной нагрузки в виде ступенчатого изменения подачи Р (рис. 10,6).

I ¿а __Л0 0 _____[_____600 ,_;«ГГ__. й1й...

а) б)

Рис. 10

Профилограмма поверхности, обработанной с подачей: а) Р = 540 мм/мин и Э = 6000 об./мин, при «плавном» врезании 1, Р- направление подачи; б) Р = 720 мм/мин и Б = 6000 об./мин, при «ступенчатом» нарастании подачи 1- выстой, 2- участок разгона, 3-участок свободных затухающих колебаний, 4- участок с установившимся движением, Р - направление подачи

Этот эксперимент подтверждает факт возникновения поперечных колебаний при наличии «импульсного» продольного инерционного силового воздействия на платформу «Гауфа - Стюарта».

Для проверки предположения, что «вибрационный след » вызывается инерционными силами, а не силами резания, была проведена запись поперечных колебаний при продольном движении без резания с инерционным силовым «импульсным» воздействием на платформу Гауфа - Стюарта через приводы. На рис. И представлена кривая перемещений в поперечном направлении в функции времени при движении платформы по координате У с «ступенчатым» изменением подачи от 0 мм/мин до 1500 мм/мин.

Эксперименты также показали, что при режимах резания, близких к высокоскоростному фрезерованию 8=5000 об/мин., при входе фрезы в металл (алюминиевый сплав) на подаче 1000 мм/мин. вибрационного следа на обработанной поверхности не наблюдается (силы резания порядка 200Н).

Однако при обработке на некоторых режимах резания наблюдаются автоколебания. Например, при обработке «ребер» (поверхности П1, П2) образца - изделия, изображенного на рис. 12, а, наблюдаются автоколебания, «вибрационный след» от которых хорошо виден на фото (рис. 12, б).

Время, с

Рис. 11

Кривая перемещений в поперечном направлении в функции времени при движении платформы по координате У

Обработка «рёбер» образца - изделия осуществлялась на следующих режимах: режущий инструмент: фреза концевая К 216.42-16030-АК26А НЮР (016 118 Ъ=2) Быстрорез. Ьреж.=26мм, Ь = 126,72 мм, Э = 18000 об/мин, р =2000 мм/мин., припуск-2мм, материал: Д16-Т.

а) 6)

Рис. 12

Обработка образца - изделия: а) чертеж, б) «вибрационный след» на поверхности ребра (П1).

«Вибрационный след» на поверхности ребра, измеренный на конту-рографе мод Mar Surf ХС-10, представлен на рис 13

Рис 13

«Вибрационный след» на поверхности «рёбра» образца - изделия

На рис 13 хорошо виден ярко выраженный «вибрационный след» Средняя величина шага равна 1 = 2,328мм, что соответствует частоте колебаний (автоколебаний) ^ = 14,32 Гц (подача Р = 2000 мм/мин) Двойная амплитуда составляет 20 мкм

Проведенные эксперименты показывают тесную связь статических и динамических свойств несущей системы станка - гексапода

В приложения приводятся таблицы с данными о статических деформациях несущей системы станка Гексамех-1 при различных направлениях прикладываемого нагружения и в различных точках положения платформы Гауфа - Стюарта в рабочем пространстве станка Также приводятся таблицы с данными о размерах оправок № 1 - 4 со смещенными центрами масс, предназначенных для исследования динамической податливости несущей системы станка - гексапода методом нагружения гармонической силой Здесь же представлены результаты измерения амплитуды вынужденных колебаний несущей системы станка - гексапода при нагружении гармонической силой

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа посвящена решению актуальной задачи, связанной с экспериментальными исследованиями статических и динамических свойств механизма параллельной структуры на примере несущей системы станка - гексапода

Основные результаты работы заключаются в следующем:

1 Проведен сравнительный анализ различных структур построения пятикоординатных мно! оцелевых станков в авиационной промышленности с точки зрения «связности» применяемых приводов, позволивший упорядочить построение их структур

2 Исследование точности станка - гексапода с помощью лазерного интерферометра и прибора (}С 10 позволило выявить особые свойства отработки траектории платформой «Гауфа - Стюарта» 1)малая доля случайной составляющей в общей оценке точности позиционирования, 2)отсутствие отклонения обратного хода при отработке окружности только платформой «Гауфа - Стюарта», 3)число «всплесков» отклонений соответствует числу штанг подвески платформы, 4)низкочастотные «волны» функциональной часги отклонения наблюдаются как в кривых точности позиционирования, так и в отклонениях от «эталонной» окружности

3 Выявлено, что жесткость несущей системы станка «Гексамех-1» недостаточна (4,6-15,5 Н/мкм) и зависит от расположения точки нагруже-ния в рабочем пространстве Наибольшее влияние на изменение жесткости происходит при переходе от нижнего положения платформы к ее верхнему

4 Выявлено, что при действии нагружающей силы на корпус шпинделя существуют его перемещения в направлении перпендикулярном действию силы

5 Разработаны методики исследования динамической податливости при гармоническом возбуждении нагружающей силы и при ступенчатом силовом воздействии и спроектированы и изготовлены необходимые устройства для их реализации 1) оправки со смещенным центром масс и 2)«спусковое» устройство

6 Выявлено, что динамическая податливость зависит от положения платформы в рабочем пространстве станка и от направления измерения, а также, что продольная динамическая податливость может превышать статическую в 8-10 раз, а поперечная - в 20 раз Во всех исследованных положениях платформы наблюдается 1-я собственная частота в районе 15-17 Гц

7 Показано, что измерение динамической податливости при ступенчатом воздействии по сравнению с методом гармонического возбуждения позволяет определить поперечную динамическую податливость

8 Выявлено, что при режимах резания приближающихся к высокоскоростному фрезерованию легких сплавов (S=5000 об/мин) влияние сил резания при входе фрезы в металл на подаче 1000 мм/мин на качество обработанной поверхности практически не влияет «Вибрационный след» образуется на обрабатываемой поверхности, если возникают импульсные или ступенчатые инерционные нагрузки на платформу или, когда возникают автоколебания в процессе резания

9 Установлено, что если автоколебания при резании возникают на частоте, близкой к 1-й собственной частоте (15-17 Гц), то амплитуда колебаний может достигать 10 мкм

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1 Вайнштейн И В , Серков Н А , Сироткин Р О Станки для высокоскоростной обработки деталей и перспективы их развития в машиностроении // Авиационная промышленность, 2006 г , № 3 с 49-55

2 Вайнштейн И В , Серков Н А , Сироткин Р О Экспериментальное исследование статической жесткости 5-ти координатного фрезерного станка с параллельной кинематикой // Проблемы машиностроения и надежности машин, 2007 г, № 5, с 102-109

3 Мерзляков А А , Серков Н А Сироткин Р О Экспериментальные исследования динамических свойств станка с параллельной кинематикой // Проблемы машиностроения и надежности машин, 2008 г, № 1, с 98-102

4 Sirotkm R О , Serkov N A Experimental Researches of Accuracy, Rigidity and dynamic Properties - 5-axis Machining Centre Hexamech-1 // The 5th Chemnitz Parallel Kinematic Seminar 2006, April 25-26 Conference Proceedings Zwickau Verlag Wissenschaftliche Scripten, 2006, pp 813-827

5 Мерзляков A A , Серков H А Сироткин P О Экспериментальные исследования динамических свойств станка с параллельной кинематикой мод «Гексамех-1» II Сб трудов XV Сим-позиума «Динамика виброударных (сильно нелинейных) систем под ред В К Ас-ташева, В J1 Крупенина, Е Б Семеновой, Москва-Зеленоград, 2006 г с 195-200

6 Мерзляков А А , Серков Н А Сироткин Р О Способы возбуждения колебаний при исследовани динамики механических систем // Труды VIII Международной научно-технической конференции по динамике технологических систем (в трех томах), Том II, Ростов-Дон, с 194-199

7 Мерзляков А А , Серков Н А Сироткин Р О Исследование динамики механических систем тестовыми силовыми воздействиями // Сборник научных трудов и инженерных разработок Ориентиро-

ванные фундаментальные исследования - федеральные программы, наукоемкое производство / Под ред академика РАН К В Фролова -М Эксподизайн, 2007, с 306-307

8 Серков Н А , Сироткин Р О Экспериментальные исследования точности позиционирования опытного образца 5-ти координатного многоцелевого станка с параллельной кинематикой // Избранные труды конференции «XVII Международная Интернет-конференция молодых ученых и студентов по проблемам машиноведения (МИКМУС-2005), Институт машиноведения им А А Бла-гонравова РАН, Москва, 2006, с 99-103

9 Сироткин Р О Тенденции развития структур многокоординатных станков // Избранные труды конференции «XVIII Международная Интернет-конференция молодых ученых и студентов по проблемам машиноведения (МИКМУС-2006), Институт машиноведения им

А А Благонравова РАН, Москва, 2007, с

10 Вайнштейн И В , Серков Н А, Сироткин Р О, Мерзляков А А Экспериментальные исследования жесткости 5-ти координатного станка с параллельной кинематикой // СТИН, 2008 (в печати)

Типография ИМАШ РАН, г Москва, М Харитоньевский пер , 4 Зак № 20-реф от 6 05 2008 тир 120 экз

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ТЕНДЕНЦИИ ПРИМЕНЕНИЯ МЕХАНИЗМОВ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ В НЕСУЩЕЙ СИСТЕМЕ 5-ТИ КООРДИНАТНЫХ МНОГОЦЕЛЕВ&Х СТАНКОВ.

1.1. Основные тенденции развития современной технологии обработки резанием в самолётостроении и требования к НС 5-координатных фрезерных станков.

1.2. Классификация структурных схем 5-ти координатных станков по признаку связности приводов.

1.2.1. Основные термины и определения, используемые в работе.

1.2.2. Построение классификации.

1.2.3. Традиционные конструкции НС станков с ЧПУ (структура Р5С0).

1.2.4. Станки параллельной структуры Р0С6.

1.2.5. Станки гибридной структуры Р1С6 и Р2СЗ.

1.3 Постановка задачи исследования.

ГЛАВА II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТОЧНОСТИ

ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ «ЭТАЛОННОЙ ТРАЕКТОРИИ»

НА СТАНКЕ-ГЕКСАПОДЕ.

2.1. Исследование точности позиционирования.

2.1.1.Точность позиционирования по линейным координатам.

2.1.2.Точность позиционирования по угловым координатам.

2.1.3 .Выводы по исследованию точности позиционирования.

2.2. Точность воспроизведения «эталонной» окружности.

2.2.1 .Методики оценки точности движения по «эталонной» траектории.

2.2.2Результаты исследования точности отработки круговой траектории в различных плоскостях расположения эталонной окружности (XY, X°Y, XZ, X°Z, YZ) и при различных скоростях обхода.

2.2.3.Влияние радиуса окружности на точность обхода контура.

2.2.4 Выводы по точности обхода эталонной траектории - окружности.

ГЛАВА III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКОЙ ЖЁСТКОСТИ НЕСУЩЕЙ СИСТЕМЫ СТАНКА-ГЕКСАПОДА.

3.1. Методика измерения статической жёсткости.

3.2. Результаты измерения статической жёсткости.

3.3. Сравнение жесткости НС станка «Гексамех-1» с жесткостью станков и приборов других конструкций.

3.4. Соотношение интегральной жёсткости НС станка-гексапода и жёсткости отдельной штанги.

3.5. Выводы по результатам исследования статической жесткости станка «Гексамех

ГЛАВА IV. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ

ПОДАТЛИВОСТИ НЕСУЩЕЙ СИСТЕМЫ СТАНКА - ГЕКСАПОДА.

4.1. Гармоническое силовое воздействие.

4.1.1. Описание метода гармонического силового воздействия.

4.1.2. Результаты измерения динамической податливости методом гармонического силового воздействия на НС станка.

4.2. Ступенчатое силовое воздействие.

4.2.1 .Описание метода.

4.2.2.Результаты измерения динамической податливости методом ступенчатого силового воздействия нагружающей силы.

4.3 Выводы по главе.

ГЛАВА V. НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

СТАНКА - ГЕКСАПОДА ПРИ ОБРАБОТКЕ ТЕСТОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ И

ОБРАЗЦОВ - ИЗДЕЛИЙ.

5.1. Методика натурных исследований.

5.2. Проверка наличия поперечных колебаний при импульсном силовом воздействии на платформу Гауфа - Стюарта через приводы штанг.

5.2.1. Обработка поверхности. Направление обработки вдоль оси Y (движение, осуществляемое платформой).

5.2.2. Обработка поверхности. Направление обработки - в плоскости оси X (движение, осуществляемое столом).

5.2.3. Параметры «вибрационного следа» при различных режимах резания.

5.3. Исследование колебаний корпуса шпинделя в поперечном направлении к направлению движения корпуса шпинделя (поперечные колебания без резания).

5.3.1. Метод и средства измерения поперечных колебаний без резания.

5.3.2. Результаты измерения поперечных колебаний при движении платформы в направлении оси Y.

5.3.3. Результаты измерения поперечных колебаний при движении стола в направлении оси X.

5.4. Поведение несущей системы станка при входе и выходе фрезы из металла.

5.5. Параметры «вибрационного следа» при обработке образца - изделия № 2.

5.6. Выводы по результатам натурных исследований станка с параллельной структурой при резании путем обработки образцов-изделий.

Актуальность темы. В настоящее время остро стоит задача создания и внедрения высокотехнологичного оборудования, соответствующего тенденциям развития современных производств. В области самолетостроения тенденции развития конструкций самолетов и современных технологий их сборки требуют перехода от сборных деталей к монолитным. Это, в свою очередь, ставит новые задачи перед станкостроением, в частности существенно повысить скорость съема металла при обработке алюминиевых сплавов. Создание станков с соответствующими характеристиками связано с разработкой новых механизмов их несущих систем (НС), обладающих улучшенными статическими и динамическими свойствами.

К таким механизмам относятся механизмы параллельной структуры, в которых выходное звено, несущее режущий инструмент или обрабатываемую деталь приводится в движение несколькими параллельными кинематическими цепями.

В Институте машиноведения им. А. А. Благонравова РАН традиционно ведутся работы по теоретическому исследованию кинематических, статических и динамических свойств и структурному синтезу механизмов параллельной структуры (Диментберг Ф.М., Колискор А.Ш., Крайнев А.Ф., Умнов Н.В., Глазунов В.А, Синёв А.В., Афонин B.JI. и др.).

Большой вклад в развитие теоретических основ построения машин, в частности роботов, построенных с использованием механизмов параллельной структуры, внесли ученые: Каган В.Г., Подураев Ю.В., Челпанов И.Б., проф. Neugebauer R. (TWU, Germany) Neumann К.Е. (SMT Tricept AB, Sweden) и др.

Первый в России станок-гексапод, позволяющий проводить 5-координатную фрезерную обработку, был создан в Новосибирском электротехническом институте в 1981 г. Учитывая этот опыт, в «Национальном институте авиационных технологий» был создан первый опытный образец станка-гексапода, предназначенного для 5-координатной высокоскоростной фрезерной обработки длинномерных деталей самолетостроения.

Однако применение механизмов параллельной структуры и разработка новых схем и структур станков с параллельной кинематикой вызывает необходимость дальнейшего развития теоретических и экспериментальных методов исследований статических и динамических свойств механизмов параллельной структуры.

Апробация работы первого опытного образца станка-гексапода определила задачу последующих исследований статических и динамических свойств механизма параллельной структуры на примере несущей системы. Результаты этих исследований представлены в настоящей работе.

Цель диссертационной работы: — разработка методов экспериментального исследования точностных, жесткостных и динамических свойств механизма параллельной структуры - платформы Гауфа-Стюарта, выявление взаимосвязей статических и динамических свойств несущей системы станка-гексапода.

Для достижения поставленной цели быта рассмотрены и решены следующие задачи:

- создание классификации структурных схем 5-ти координатных станков по признаку связности приводов и обзор применения механизмов параллельной структуры в станках;

- измерение и оценка точности позиционирования и точности воспроизведения эталонной окружности на станке-гексаподе;

- измерение жесткости несущей системы станка-гексапода;

- разработка методов измерения динамической жесткости при нагружении центробежной силой вращающегося шпинделя со смещенным центром масс и при нагружении - разгружении «ступенчатой» силой;

- измерение динамической жесткости несущей системы (НС) станка-гексапода при различных методах создания нагружающей силы;

- оценка взаимосвязи статических и динамических свойств платформы Гауфа-Стюарта;

- экспериментальная проверка зависимости статических и динамических свойств платформы Гауфа-Стюарта и свойств обработанной поверхности на станке-гексаподе.

Методы исследования. Проведенное исследование базируется на методах экспериментального исследования статических и динамических свойств механизмов и машин, в частности станков. Для анализа экспериментальных данных использовалась среда математических расчетов "Matlab" и прикладные программные продукты основных измерительных средств: 1) Лазерного интерферометра ML 10, 2) Прибора Ballbar QC 10, 3) Программный пакет «Vibro 12».

Научная новизна работы:

- развита классификация структур многокоординатных станков по признаку связанности приводов;

- разработаны методики измерения динамической жесткости НС станка-гексапода при нагружении центробежной силой вращающегося шпинделя со смещенным центром масс и при нагружении - разгружении «ступенчатой» силой;

- произведено измерение точности позиционирования, точности воспроизведения эталонной» траектории, статической и динамической жесткости станка - гексапода;

- выявлена взаимосвязь статических и динамических свойств платформы Гауфа-Стюарта, используемой в НС станка-гексапода;

- выработан комплексный подход к исследованию статических и динамических свойств станков с параллельной кинематикой.

Практическая ценность:

- разработанный комплексный подход к исследованию статических и динамических свойств станков с параллельной кинематикой применим к исследованию станков также других структур;

- выявленные особые точностные свойства механизма параллельной структуры - платформы «Гауфа — Стюарта» (малые отклонения обратного хода, малая доля случайной составляющей интегрального отклонения) позволяют создавать несущие системы новых станков с новыми точностными свойствами;

- по результатам исследования статической жесткости разработаны рекомендации по «ужесточению» станка «Гексамех-1»;

- выявленное наличие поперечных деформаций при продольной нагрузке является характерным свойством механизма платформы «Гауфа-Стюарта» и должно учитываться при проектировании и создании машин с её использованием;

- разработанные методики исследования динамической податливости при гармоническом возбуждении нагружающей силы и при ступенчатом силовом воздействии могут быть использованы при исследовании динамических свойств машин различной конструкции;

- при составлении управляющих программ для станка «Гексамех-1» необходимо учитывать, что движение платформы должно происходить без резких перепадов по величине подачи для исключения инерционных импульсных или ступенчатых нагрузок на неё;

- выявленная закономерность при натурных исследованиях на станке «Гексамех-1», что при режимах резания близких к высокоскоростному фрезерованию алюминиевых сплавов S=5000 об/мин. влияние сил резания при входе фрезы в металл на подаче 1000 мм/мин. на качество обработанной поверхности практически отсутствует, может быть использована при разработке новых технологий обработки лёгких сплавов.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы обсуждались на Международной Интернет-конференции молодых ученых и студентов по проблемам машиноведения МИКМУС (г. Москва 2005г.) и (г.

Москва, 2006г.), на семинаре «The 5th Chemnitz Parallel Kinematics Seminar»

Germany, Chemnitz, 2006 г.), на XV Симпозиуме: «Динамика виброударных (сильно нелинейных) систем» (Москва-Зеленоград, 2006 г), на Международной конференции по теории механизмов и механике машин», (г. Краснодар, 2006 г), на Международной конференции по теории механизмов и механике машин», (г. Астрахань, 2007 г), на VIII Международной научно-технической конференции по динамике технологических систем (Ростов-Дон, 2007), на научной конференции «Ориентированные Фундаментальные исследования РФФИ — Федеральные целевые программы, наукоемкое производство» (Москва, 2007г.).

Публикации. Основные результаты, изложенные в диссертации, опубликованы в 10 печатных работах.

На защиту выносятся следующие положения;

1. Развитие классификации структурных схем 5-ти координатных станков по признаку связности приводов.

2. Методика измерения динамической жесткости НС станка - гексапода при нагружении центробежной силой вращающегося шпинделя со смещенным центром масс и при нагружении - разгружении «ступенчатой» силой.

3. Методика комплексного исследования статических и динамических свойств механизма станков с параллельной кинематикой.

Результаты экспериментальных исследований статических и динамических свойств механизма параллельной структуры на примере платформы Гауфа — Стюарта, как основного элемента несущей системы станка «Гекса-мех - 1». Результаты экспериментальных исследований сравнивались с результатами аналогичных исследований несущих систем станков традиционных структур

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка использованных источников.

Основные результаты работы заключаются в следующем:

1. Показано, что при создании 5-ти координатных станков для обработки деталей из алюминиевых сплавов используются различные схемы их построения: традиционные и с использованием механизмов параллельной структуры.

2. Проведен сравнительный анализ различных структур построения пятико-ординатных многоцелевых станков с точки зрения «связности» применяемых приводов. Такой подход позволяет упорядочить построение структур многоцелевых станков.

3. Показано, что точность позиционирования вдоль линейных координат X,Y,Z находится в пределах норм точности на изготовление станка мод. Гексамех-1 (класс точности Н). Кривые точности позиционирования для станков с механизмами параллельной структуры имеют тот же характер что и для станков традиционной конструкции.

4. Выявлены особые свойства отработки траектории «эталонная окружность» платформой «Гауфа - Стюарта»:

• отсутствие отклонения обратного хода,

• другое местоположение «всплесков» отклонений по сравнению со станками традиционной структуры,

• наличие низкочастотных «волн» в кривых отклонений от «эталонной окружности».

5. Выявлено, что жесткость несущей системы станка «Гексамех-1» недостаточна (4,6-15,5 Н/мкм). Её можно увеличить, ужесточив элементы присоединения штанг к раме станка.

6. Показано, что линейные и угловые деформации НС станка зависят от расположения точки нагружения в рабочем пространстве. Наибольшее влияние на изменение жесткости происходит при переходе от нижнего положения платформы к её верхнему. Наименьшее влияние на жесткость НС станка оказывает перемещение платформы в плоскости XY.

7. При исследовании статической жесткости наблюдается взаимовлияние, т.е. при действии нагружающей силы возникают перемещения, перпендикулярные направлению действия силы

8. Разработаны методики исследования динамической податливости при гармоническом возбуждении нагружающей силы и при ступенчатом силовом воздействии.

10. Получены кривые динамической податливости несущей системы станка-гексапода методом гармонического и ступенчатого силового воздействия. Выявлено, что динамическая податливость зависит от положения платформы в рабочем пространстве станка и от направления измерения. Во всех исследованных положениях платформы наблюдается 1 -я собственная частота в районе 15-17 Гц.

11. Показано, что измерение динамической податливости при ступенчатом воздействии позволяет определять поперечную динамическую податливость

12. Подтверждено, что если есть инерционная импульсная или ступенчатая нагрузка, то «вибрационный след» образуется за счёт поперечных колебаний платформы Гауфа-Стюарта. Частота вибрационного следа совпадает с 1-й собственной частотой на спектре динамической податливости (17 Гц).

13. Если возникают автоколебания при резании на частоте, близкой к 1-й собственной частоте (15-17 Гц) НС станка, как это происходит при обработке образца - изделия №2, то амплитуда колебаний может достигать Юмкм

14. При режимах резания приближающихся к высокоскоростному фрезерованию алюминиевых сплавов S=5000 об/мин. влияние сил резания при входе фрезы в металл на подаче 1000 мм/мин. на качество обработанной поверхности практически отсутствует.

1. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М.: Наука, 1976. -640 с.

2. Астанин В.О., Сергиенко В.М. Исследование металлорежущего станка нетрадиционной компоновки //Станки и инструмент. 1993. - №3. — С.5-8.

3. Афонин В.Л., Базров Б.М., Ковалев Л.К., Крайнев А.Ф. Пространственные механизмы параллельных соединений как элементная база нового поколения станков//Вестник машиностроения. 1998. - №2 - С.8-11.

4. Афонин В.Л., Крайнев А.Ф., Ковалев В.Е., Ляхов Д.М., Слепцов В.В. Обрабатывающее оборудование нового поколения: Концепция проектирования. М.: Машиностроение, 2001. — 256 с.

5. Белянин П.Н. Промышленные роботы и их применение. Робототехника для машиностроения. М.: Машиностроение, 1983. - 311с.

6. Блинов В.Б., Евстигнеев В.Н., Гринглаз А.В. Экспериментальные исследования статических и динамических характеристик многоцелевого станка // Станки и инструмент. 1986. - №12. - С.5-8.

7. Брейдо М.Г., Кобринский А.Е., Бесстрашнов В.К. Авторское свидетельство № 108357 от 6 июля 1950 г. Название: «Шаговая система программного управления металлорежущими станками».

8. Бруевич Н.Г. Точность механизмов. М.: ГИТТЛ, 1946. - 332 с.

9. Бруевич Н.Г., Доступов Б.Г. Счетно-решающие устройства. Под ред. Н.Г. Бруевича.-М.: Издание ВВИА им. Н.Е. Жуковского, 1954.- 412 с.

10. Бушуев В.В. Жесткость станков//СТИН. 1996. - №8. - С.26-32.

11. Бушуев В.В. Жесткость станков//СТИН. 1996. - №9. - С. 17-20.

12. Бушуев В.В. Практика конструирования машин: справочник М.: Машиностроение, 2006. - 448 с.

13. Бушуев В.В., Холыпев И.Г. Механизмы параллельной структуры в ма-шиностроении.//СТИН. 2001. - №1. - С.3-8.

14. Вайнштейн И.В., Серков Н.А., Сироткин P.O. Экспериментальное исследование статической жёсткости 5-ти координатного фрезерного станка с параллельной кинематикой/ЯТроблемы машиностроения и надёжности машин 2007. - № 5. - С. 102-109.

15. Вайнштейн И.В., Серков Н.А., Сироткин P.O. Станки для высокоскоростной обработки деталей и перспективы их развития в машинострое-нии//Авиационная промышленность. № 3. - 2006. - С. 49-55.

16. Вильсон A.JI., Иорданян Р.В., Великовский В.А. Оценка динамического качества станка-по параметрам волнистости поверхности обработанных деталей в производственных условиях: Методич. рек./Под ред. Б.И. Черпакова. -М.: ЭНИМС, 1987. 35с.

17. Гапшис В.-А., Каспарайтис А.Ю., Модестов М.Б. и др. Координатные измерительные машины и их применение. М.: Машиностроение, 1988.-328 с.

18. Глазунов В.А., Колискор А.Ш., Модель Б.И., Чернов В.Ф. Определение положений выходного звена L-координатных механизмов/Машиноведение. 1989. - №3. - С.49-53.

19. Детали и механизмы металлорежущих станков/Коллектив авторов под ред. д-ра техн. наук Д.Н. Решетова., т. 1. М.: Машиностроение, 1972, -664 с.

20. Ивахненко А.Г., Подленко Р.Н. Точность формообразования на гексаподах //СТИН. 2007. - № 9.- С.2-6.

21. Ицхоки Я. С. Импульсные устройства. М.: Изд. «Советское радио», 1959.-728 с.

22. Каган В.Г. 50, 40, 30, 20, 10 лет спустя, 2-е изд. М.: РАСХН, 2003.

23. Качество машин. Справочник. В 2 т. Т.2/А.Г. Суслов, Ю. В. Гуляев, А. М. Дальский и др. М.: Машиностроение, 1995.- 430 с.

24. Качество машин: Справочник. В 2 т. Т.1/ А.Г. Суслов, Э. Д. Браун, Н.А. Виткевич и др. М.: Машиностроение, 1995. - 256 с.

25. Кинематика, динамика и точность механизмов: Справочник/Под ред. Г.В. Крейнина. М.: Машиностроение, 1984. - 214 с.

26. Кобринский А.А., Кобринский А.Е. Манипуляционные системы роботов: основы устройства, элементы теории. — М.: Наука, 1985. 343 с.

27. Коловский М.З., Слоущ А.В. Основы динамики промышленных роботов. М.: Наука, 1988. - 239 с.

28. Колчин Н.И. Механика машин. Часть V. Дополнительные вопросы механики машин по расчету и проектированию механизмов. M.-JL: Машгиз. 1957. - 320 с.

29. Корендясев А.И., Саламандра Б.Л., Тывес Л.И. Теоретические основы робототехники/Отв. ред. С.М. Каплунов/В двух книгах. Ин-т машиноведения им. А.А. Благонравова РАН. - М.: Наука. - Кн.1. 2006 - 383 с. -Кн.2. 2006-376 с.

30. Крайнев А.Ф. Механика от греческого mechanice (techne) искусство построения машин. Фундаментальный словарь. - М.: Машиностроение, 2000. - 904с.

31. Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам. М.: Машиностроение, 1987. - 560 с.

32. Кудинов В.А. Динамика станков. М.: Машиностроение, 1967. - 368 с.

33. Кузнецов В.А., Ялунина Г.В. Общая метрология. М.: ИПК Издательство стандартов. 2001. - 272 с.

34. Кузнецов Ю.И., Маслов А.Р., Байков А.И. Оснастка для станков с ЧПУ: Справочник. М.: Машиностроение, 1983.- 359с.

35. Левина 3. М., Решетов Д.Н. Контактная жёсткость машин. М.: Машиностроение. - 1971. 264 с.

36. Левитский Н.И. Теория механизмов и машин. — М.: Наука. Гл. ред. физ. -мат. Лит., 1990. 592 с.

37. Лещенко В.А., Богданов Н.А., Вайнштейн И.В. и др. Станки с числовым программным управлением (специализированные)/Под общ. ред. В.А. Лещенко. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1988. — 568 с.

38. Опиц Г. Современная техника производства/Под ред. B.C. Васильева. -М.: Машиностроение, 1975. 280 с.

39. Подураев Ю.В. Мехатроника: основы, методы, применение/Учебное пособие для студентов вузов. М.: Машиностроение, 2006. - 256 с.

40. Полторацкий Н.Г. Приемка металлорежущих станков/Справочное руководство. Изд. 2-е, доп./Под ред. д.т.н., проф. Ачеркана Н.С. М.: ВШШТОРГИЗДАТ. 1956. - 600 с.

41. Ратмиров В.А. Основы программного управления станками. — М.: Машиностроение. 1978. -240 с.

42. Патент на изобретение № 2285502. Название: «Высокоскоростной металлорежущий пятикоординатный центр с триподмодулем». Авторы: Сироткин О.С., Вайнштейн И.В., Серебров Н.А., Васильева Г.Ф. по заявке № 2005102620/02 от 04. 03. 2005 г.

43. Решетов Д. Н., Портман В. Т. Точность металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1986.-336 с.

44. Руководство по эксплуатации лазерного интерферометра ML10. Laser system manual. On-line instruction for ML 10, EC 10, Laser 10 software and system accessories. Renishaw pic 11, January 2002, Version 6.

45. Руководство по эксплуатации прибора оценки точности отработки окружности. QC10 ballbar user guide. Ballbar 5 HPS software. Version 5.06. Renishaw pic.

46. Соколовский А.П. Жесткость в технологии машиностроения. МТМ -Москва Ленинград: Государственное Научно-техническое издательство машиностроительной литературы. 1946. 207 с.

47. Технологический процесс и НТД высокоскоростной и высокопроизводительной обработки длинномерных и высокоресурсных деталей из

48. Типовые методики и программы испытаний металлорежущих станков/ Метод, рекомендации. М.: НИИМАШ. 1984. - 172с.

49. Трошенский С.П. Расчеты точности обработки на металлорежущих станках. М: Машиностроение. 1964. - 203 с.

50. Федотёнок А.А. Кинематическая структура металлорежущих станков. -М: Машиностроение, 1970. 408 с.

51. Холылев И.Г., Бушуев В.В. Оптимизация конструктивных параметров оборудования типа гексапод //СТИН. 2002. - №1.- С. 15-20.

52. Ящерицын П.И., Фельдштейн Е.Э., Корниевич М.А. Теория резания/ учеб. — Мн.: Новое знание, 2005. 512 с

53. Breakthrough 5-Axis Technology Dramatically Improves Production, of Eu-rofighter Large Parts. WolfTracks. 2001. V.8. Issue 1.

54. Brecher C., Week M. and Yamasaki T. Controller-integrated predictive oscillation compensation for machine tools with parallel kinemat-ics//Internation Journal of Machine Tools and Manufacture. Vol. 46. - №2 - February 2006. - pp. 142-150.

55. Destefani J. Return of the hexapods//Manufacturing Engineering. 2003. -V. 130.-Nr. 2.-pp. 75-79.

56. Verhalten von Werkzeumaschinen unter statischer und thermischer Bean-spruchung; allgemeine Regeln ffir die Prnfung von Frasmaschinen: DIN 8602 T1 Berlin, Koln:Beuth-Verlagv- 1990.

57. Fleischer Ju. et al. Wirkstellennahe Positionsmessung bei Parallelkine-matiken//VDI-Z. 2003. - Nr. 4. - s. 61- 63::.

58. Hennes, N.; Staimer, D.: Application of PKM in Aerospace Manufacturing -High Performance Machining Centers ECOSPEED, ECOSPEED-F and

59. Mark Albert. A/B Rotary Head Turns Heads. Online article from the Editorial staff of Modern Machine Shop, www.mmsonline.com/articles/ 0304rtl.html.

60. Parallel Kinematics/Conference Proceedings. Zwickau: Verlag Wissenschaftliche Scripten. 2002. - pp.629-638

61. Petru, F.; Valasek, M.: Concept, Design Evaluated Properties of TRIJOINT 900H. The 4th Chemnitz Parallel Kinematic Seminar 2004, April 20-21. Conference Proceedings. Zwickau: Verlag Wissenschaftliche Scripten. -2004.-pp. 569-583.

62. Sahr, В.: Wing Structural Assembly Methodology/SAE Aeronautic Fastening Conferences /Proceedings. 1998. - pp. 205-222.

63. Staimer D.: Mit sechs Beinen produktiv -Freiformflachenbearbeitung mit dem Hexapod//Tools. 2001 - №1. - p.p. 10-11.i

64. West, S.C.; Fisher, D.; Spencer, P.; Trebisky, Т.; Hille, B. and Weir G./ 6.5m MMT f/9-f/15/Hexapod Laboratory Calibration/MMT Conversion Technical Memo #00-3, 07 Mar. 2000.

65. В приложении № 1 приводятся таблицы 1 8 с данными о статических деформациях несущей системы станка Гексамех-1 при различных направлениях прикладываемого нагружения и в различных точках положениях платформы Гауфа - Стюарта в рабочем пространстве станка.

66. В приложении № 3 представлены результаты измерения амплитуды вынужденных колебаний несущей системы станка гексапода при нагруже-нии гармонической силой в таблицах 11-19