Ứng dụng robot trong quá trình mài bề mặt phức tạp

- Nguyên lý tạo hình bề mặt bằng dụng cụ cắt.
- Động học tạo hình bề mặt.
- Các phương pháp tạo hình bề mặt.
- Cấu trúc động học Robot gia công mài bề mặt cánh Tuabin.
- Thiết kế quỹ đạo chuyển động.
- Quỹ đạo chuyển động của Robot.
- Quy luật chuyển động của robot.
- Nghiên cứu về quá trình tạo hình cho thấy: sau khi đúc, mài thô tới nguyên công mài tinh bề mặt cánh và lưỡi cắt tuabin, thường được mài bằng tay.
- Điều đó, làm cho bề mặt cánh tuabin không đều, không mịn, có sai số lớn và không đảm bảo chất lượng gia công.
- Bằng việc ứng dụng Robot cho quá trình mài giúp đảm bảo bề mặt cánh tuabin hình thành với các thông số kỹ thuật đã đặt ra: không bị đá cắt lẹm, mài chính xác và đảm bảo yêu cầu để làm việc.
- Luận văn hướng tới việc khảo sát động học và thiết kế quỹ đạo chuyển động Robot trong quá trình mài bề mặt phức tạp (Cánh tuabin) dựa trên phương pháp tam diện thuận trùng theo.
- Bố cục luận văn gồm: Chương 1 của luận văn trình bày tổng quan về Robot công nghiệp và các ứng dụng của nó trong công nghiệp, đề xuất ứng dụng Robot và quá trình mài bề mặt phức tạp (cánh tuabin), đưa ra một số khái niệm về bề mặt phức tạp liên quan đến bề mặt cánh tuabin.
- Chương 2 của luận văn thực hiện khảo sát động học Robot và thiết kế quỹ đạo chuyển động của Robot.
- Trong luận văn này nghiên cứu cụ thể về vấn đề mài cánh tuabin - là một bề mặt phức tạp.
- λ là số bậc tự do của không gian trong đó Robot thực hiện chuyển động.
- if là số bậc tự do chuyển động cho phép của khớp i.
- Đặc biệt là khi lái xe tự hành sẽ dẫn chúng ta tới một lối đi mới, nội thất có thể trở thành phòng khách thứ hai với những yêu cầu đặc biệt về chất lượng bề mặt của các bộ phận.
- Bản chất của quá trình mài là sự cọ sát tế vi bề mặt vật rắn bằng những hạt mài có vận tốc cao.
- Tốc độ cắt của mài lớn hơn rất nhiều so với phay, có thể đạt từ 10 – 80m/s.Mài là nguyên công gia công tinh, mài thô có thể đạt cấp chính xác cấp 9 và độ bóng bề mặt Ra mm.
- Các phương pháp mài thông thường Mài có thể gia công được nhiều dạng bề mặt khác nhau như mặt phẳng, mặt trụ trong, mặt trụ ngoài, mặt côn, bề mặt định hình … tuỳ theo hình dạng bề mặt gia công mà ta chia thành các phương pháp sau.
- Mài mặt trụ ngoài - Mài mặt trụ trong - Mài mặt phẳng - Mài bề mặt định hình.
- Ứng dụng Robot trong quá trình mài bề mặt cánh tuabin.
- Trong quá trình gia công tạo hình, dụng cụ cắt và chi tiết chuyển động tương đối với nhau, kết quả cắt gọt tạo thành bề mặt gia công.
- Khi tạo hình, bề mặt khởi thủy của dụng cụ tiếp xúc với bề mặt chi tiết theo ba khả năng [15].
- Bề mặt khởi thủy của dụng cụ trùng với bề mặt chi tiết: để tạo hình, dụng cụ chỉ thực hiện chuyển động ăn dao cho đến khi bề mặt khởi thủy trùng với bề mặt chi tiết.
- Bề mặt khởi thủy của dụng cụ tiếp xúc với bề mặt chi tiết theo đường sinh (hoặc đường hướng): để tạo hình, dụng cụ vừa thực hiện chuyển động ăn dao vừa thực hiện chuyển động tạo hình theo đường hướng (hoặc đường sinh).
- Bề mặt khởi thủy của dụng cụ tiếp xúc với bề mặt chi tiết theo điểm: để tạo hình, dụng cụ vừa thực hiện chuyển động ăn dao đồng thời thực hiện hai chuyển động tạo hình theo đường hướng và hoặc đường sinh.
- 29 Trường hợp bề mặt khởi thủy của dụng cụ tiếp xúc với bề mặt chi tiết theo điểm trong không gian: để tạo hình, dụng cụ phải thực hiện chuyển động tạo hình phức tạp gồm các chuyển động quay và tịnh tiến.
- Trong các thành phần chuyển động này, vừa tích hợp quá trình ăn dao đồng thời tạo hình bề mặt.
- Ngoài tiếp xúc điểm, có thể có trường hợp bề mặt khởi thủy của dụng cụ tiếp xúc với bề mặt chi tiết theo đường và chuyện động tạo hình được thực hiện không chỉ một chuyển động như trong trường hợp (2) mà từ nhiều chuyển động thành phần.
- Bề mặt cánh tuabin có dạng khí động học và khi dụng cụ chuyển động tạo hình, tiếp xúc của bề mặt khởi thủy của dụng cụ với bề mặt chi tiết theo mô hình tiếp xúc điểm.
- Để tạo hình, dụng cụ phải thực hiện chuyển động tạo hình phức tạp gồm các chuyển động quay và tịnh tiến.
- Chính vì vậy luận văn khảo sát, mô hình háo động học tạo hình bề mặt cánh tuabin bằng Robot 6 bậc tự do.
- Dưới đây khảo sát các phương pháp tạo hình bề mặt để lựa chọn phương pháp tạo hình bề mặt cánh tuabin.
- Nguyên lý chép hình Đây là trường hợp (1) ở trên, khi bề mặt khởi thủy của dụng cụ trùng với bề mặt chi tiết.
- Khi gia công tạo hình, bề mặt chi tiết được chép lại theo biên dạng của bề mặt tạo bởi lưỡi cắt dụng cụ.
- Nguyên lý bao hình các bề mặt cho phép chuyển động tự trượt Trường hợp (2) ở trên về dạng tiếp xúc của bề mặt khởi thủy cảu dụng cụ với bề mặt chi tiết cho phép thực hiện gia công tạo hình theo nguyên lý bao hình.
- Nguyên lý bao hình các bề mặt tự do Với các bề mặt tự do, dạng tiếp xúc của bề mặt khởi thủy của dụng cụ với bề mặt chi tiết thuộc trường hợp (3), quả trính tạo hình thường được thực hiện với sơ đồ động học phức tạp.
- Khi tạo hình các bề mặt phức tạp, cần thực hiện bằng các máy, thiết bị nhiều bậc tự do để phối hợp nhiều chuyển động thành phần.
- Các chuyển động được tính toán, lập trình đảm bảo phối hợp tạo hình bề mặt gia công.
- Robot và máy CNC nhiều bậc tự do, có thể thực hiện phối hợp nhiều chuyển động được lập trình linh hoạt cho phép tạo hình bề mặt với hình dạng không gian phức tạp như bề mặt cách tuabin 1.4.
- Đá mài thô thì loại đá này được chuyên dùng để đánh bavia, đánh phá bề mặt kim loại chuẩn bị cho công đoạn đánh bóng hoàn thiện sản phẩm.
- Đá mài mịn là loại đá này thích hợp cho việc đánh bóng bề mặt của sản phẩm bởi cấu tạo thành phần, tính năng mịn vốn dĩ của nó.
- Với bề mặt trơn lán của đá mài mịn sẽ rất hữu ích và thích hợp cho việc đánh bóng.
- Ba yêu cầu về vị trí của đá mài vì tiếp xúc giữa bề mặt đá mài và bề mặt cánh tuabin là một mặt cong phức tạp trong không gian.
- Ba yêu cầu về hướng của đá mài để trong quá trình mài bề mặt đá mài luôn tiếp xúc với bề mặt cánh tua bin.
- Khâu thao tác cuối mang đầu đá mài chuyển động quay góc.
- Tổng hợp tất cả các chuyển động đưa đầu đá mài tiếp xúc với bề mặt cánh tuabin, đảm bảo ba yêu cầu về vị trí, ba yêu cầu về hướng của đầu đá mài trong quá trình mài cánh tuabin 33 CHƯƠNG 2.
- KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG ROBOT Trong nội dung của luận văn này, để giải quyết bài toán mài một bề mặt có hình dạng mặt cong phức tạp mà cụ thể là mài bề mặt cánh tuabin, bài toán đặt ra là làm sao để đưa viên đá dụng cụ dịch chuyển một số hữu hạn lần dọc theo từng đường biên dạng đã được xác định để tạo hình bề mặt của cánh tuabin.
- Để thực hiện được việc dẫn động cho dụng cụ gia công đi theo một đường biên dạng (hay đường dụng cụ) để tạo hình bề mặt cánh tuabin.
- Hệ tọa độ.
- 34 + Hệ tọa độ.
- Bài toán động học thuận về vị trí Bài toán: Biết chuyển động của các khâu.
- Bài toán động học thuận về vận tốc Bài toán: Biết chuyển động của các khâu.
- Bài toán động học thuận về gia tốc Bài toán: Biết chuyển động của các khâu.
- 2.2.2 Bài toán động học ngượcBài toán động học ngược ở đây, bằng việc số hóa bề mặt cánh tuabin, ta xác định được các thông số hình học của đường dụng cụ, qua đó xác định vị trí và hướng của dụng cụ khi di chuyển dọc theo đường dụng cụ tại mỗi thời điểm trong quá trình gia công.
- Tương tự như lập luận ở trên, để giải quyết bài toán mài bề mặt cánh tuabin đúng với yêu cầu của thực tiễn, trong nội dung của luận văn này, tác giả xin trình bày cả phương pháp giải quyết bài toán động học ngược về vận tốc và gia tốc.
- (2.20) 2.3 Thiết kế quỹ đạo chuyển động 2.3.1.
- (2.25) Bán kính cong của đường cong : 1C Trong hệ tọa độ ba trục vuông góc của không gian R3, phương trình bề mặt S có thể biểu diễn dưới dạng.
- Biểu diễn đường cong và mặt cong của bề mặt cánh tuabin.
- Bề mặt cánh tuabin thường không thể cho trực tiếp bởi phương trình toán học như trên.
- Từ tính toán khi thiết kế hoặc đo đạc thực nghiệm theo mẫu có thể xác định một lưới điểm của bề mặt cần tạo hình, là giá trị tọa độ các điểm thuộc bề mặt cánh tuabin.
- Bằng phương pháp nội suy ta biểu diễn gần đúng dạng giải tích bề mặt cong của cánh tuabin bởi đa thức bậc n của các tọa độ điểm lưới.
- Bảng 2.2 là lưới điểm của bề mặt được biểu diễn trong hệ tọa độ đề các Oxyz.
- Xem bề mặt được tạo bởi N.N mảnh ghép, mỗi mảnh ghép nằm trong giới hạn Dij  ij.
- (2.31) Trong mỗi miền Dij, ta áp dụng phương pháp nội suy để biểu diễn phần bề mặt thuộc Dij bởi một đa thức bậc n dạng.
- Chẳng hạn, để thỏa mãn điều kiện trơn, liên tục trên toàn bề mặt thì các đạo hàm cấp hai tại các điểm ghép nối phải tồn tại.
- Phương trình (2.32) cho phép tính toán khảo sát các đặc trưng hình học của bề mặt như với trường hợp các bề mặt được cho trong dạng giải tích ở trên.
- Đường dụng cụ là đường cong trên bề mặt chi tiết mà khi dụng cụ gia công thực hiện chuyển động tạo hình bề mặt dụng cụ sẽ tiếp xúc với bề mặt chi tiết gia công liên tục tại các điểm của nó.
- Như đã chỉ ra ở chương 1, để thực hiện gia công tạo hình, tại mỗi điểm trên đường dụng cụ, bề mặt dụng cụ và chi tiết tiếp xúc theo điểm.
- Bề mặt chi tiết và dụng cụ có pháp tuyến chung tại điểm tiếp xúc.
- Để đảm bảo điều kiện gia công tạo hình bề mặt không cắt lẹm, ngoài điều kiện tiếp xúc điểm, bề mặt dụng cụ phải có bán kính cong nhỏ hơn bán kính cong nhỏ nhất trong tiết diện pháp tuyến với bề mặt chi tiết tại mọi điểm tiếp xúc (đối với bề mặt lõm).
- Từ điều kiện tiếp xúc điểm, để tạo hình bề mặt chi tiết cần xác định đường dụng cụ.
- Khi thực hiện quá trình gia công dụng cụ gia công sẽ di chuyển dọc theo đường dụng cụ, đồng thời đảm bảo điều kiện tiếp xúc liên tục giữa bề mặt dụng cụ và chi tiết, và bề mặt chi tiết được tạo thành.
- Giả sử từ bề mặt cong của chi tiết đã xác định như trên có thể xác định đường dụng cụ nằm trên bề mặt, được cho bởi phương trình tham số dạng (2.21).
- Hình 2.2 Biểu diễn bề mặt cong cánh tuabin Hình 2.2 biểu diễn một bề mặt cong của cánh tuabin.
- Gọi hệ tọa độ định vị của bề mặt cong của cánh tuabin là: xdydzd.
- Để biểu diễn đặc trưng hình học của đường dụng cụ ký hiệu L cũng như bề mặt gia công tại mỗi điểm trên đường dụng cụ ta dựng một hệ tọa độ ba trục vuông góc i i i if f f fO x y z .
- Như đã chỉ ra ở trên, tam diện trùng theo của chi tiết gia công là tam diện xfiyfizfi – tam diện này đặc trưng cho hình dạng hình học của bề mặt cong của cánh tuabin và được xác định trong hệ tọa độ xdydzd và được biểu diễn bởi ma trận .
- 48 Vậy vị trí và hướng của tam diện trùng theo của chi tiết gia công tại mỗi điểm nằm trên bề mặt gia công đối với hệ tọa độ cơ sở xoyozo được biểu diễn bởi ma trận.
- )ook fi fi fi fiA q A x y z (2.34) Phương trình ma trận (2.34) cho phép giải để tìm được quy luật chuyển động của Robot.
- Quỹ đạo chuyển động của Robot + Quỹ đạo chuyển động về mặt vị trí : Từ phương trình ma trận (2.34) ta có hệ phương trình .
- Quỹ đạo chuyển động về mặt gia tốc Không chỉ yêu cầu về vận tốc mà yêu cầu về gia tốc chuyển động của dụng cụ đối với bề mặt gia công thường được xác định trước từ điều kiện công nghệ.
- Bằng cách dùng các phép đo trên vật mẫu có sẵn hay sử dụng các phần mềm thiết kế, ta xác định được tọa độ các điểm trên bề mặt cánh tuabin.
- 57 Trong quá trình robot thực hiện thao tác công nghệ, đầu đá mài di chuyển dọc theo đường cong quỹ đạo mài, hướng của nó được xác định tùy theo bề mặt các vật, tức là phụ thuộc vào dạng đường cong quỹ đạo.
- Dựa vào thông số của bề mặt cánh tuabin ta xây dựng đường dụng cụ của robot.
- Thông thường điều kiện kỹ thuật gia công quyết định trạng thái tương đối giữa dụng cụ gia công và chi tiết gia công, tức là trạng thái tương đối giữa tam diện đá mài và tam diện tại các điểm trên đường cong bề mặt cánh.
- Điều kiện đó cho phép nhận được các hệ thức ràng buộc từ đó xác định được quy luật chuyển động của robot.
- Để đảm bảo độ chính xác gia công và không cắt lẹm bề mặt gia công, yêu cầu kỹ thuật của quá trình gia công là tam diện của đá mài và tam diện bề mặt cánh tuabin trùng nhau tại mỗi điểm của đường cong của cánh.
- Chia đường cong bề mặt cánh bởi nhiều điểm thì quá trình gia công có thể biểu diễn như là sự dịch chuyển của tam diện bề mặt cánh tuabin liên tiếp giữa các điểm đó.
- Theo điều kiện gia công, vận tốc tương đối giữa bề mặt đá mài và bề mặt gia công, chính là vận tốc di chuyển gốc tam diện liên tiếp giữa các điểm, theo phương tiếp tuyến với đường cong bề mặt cánh, ký hiệu vr.
- Các thư viện OpenGL cho phép vẽ lại mô hình 3D và thể hiện chuyển động của Robot.
- Phần điều khiển gồm có các nút ấn cho phép điều khiển chuyển động của Robot.
- Trong phần này, giao diện chương trình mô phỏng chuyển động của Robot sẽ được miêu tả và trình bày.
- Kết quả mô phỏng Robot hoạt động 64 KẾT LUẬN Luận văn có một số đóng góp phục vụ quá trình nghiên cứu ứng dụng Robot cho gia công cơ khí nói chung và gia công mài tạo hình bề mặt phức tạp nói riêng.
- Để mài tạo hình bề mặt phức tạp cần thiết phải thiết kế được quỹ đạo chuyền động phù hợp cho robot.
- Luận văn đã trình bày phương pháp thiết kế quỹ đạo chuyển động và phương pháp giải bài toán động học.
- Nhờ đó có thể xây dựng chương trình cho phép robot thực hiện quá trình mài tạo hình bề mặt theo yêu cầu.
- (2012) Nghiên cứu tạo hình bề mặt phức tạp và biện pháp nâng cao chất lượng bề mặt trong dụng cụ y tế và sản phẩm cơ khí.
- (2014), Số hóa quỹ đạo chuyển động của Robot

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt