ha10 nma ppt2015 - university of...

1

2 5 5

http://cent.mas.bg.ac.rs

Машински факултет Београд

Катедра за производно машинство

http://www.mas.bg.ac.rs

2.5.5МАШИНЕ АЛАТКЕ

и РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ

АНАН--1010АНАН--1010ММaaшине алатке високе шине алатке високе

тачноститачности

МАШИНЕ АЛАТКЕ И РОБОТИ НОВЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ 2015

АН-10 Машине алатке високе тачности

АР-4+АР-5 Разрада тема АН-10


2

Питања

1. Активне носеће структуре машина алатки (питање број 13).

2. Еталони и примери компензација у обрадном систему (питање број 14).

3. Примери машина алатки високе тачности (питање број 15).


Машине алатке високе Машине алатке високе тачноститачности

Својствене су бар због једног од следећих разлога:

• Покривање домена делова високе тачности и макро габарита

• Смањивање габарита приликом покривања домена мезо и микро машина алатки.

• Покривање домена мезо и микро обрађених делова помоћу машина алатки макро габарита, када нису расположиве машине претходне групе.


3

Машине алатке високе Машине алатке високе тачноститачности

Сада су машине алатке по правилу нумерички управљане које могу да се покрену по некомуправљане, које могу да се покрену по неком програму после адекватне припреме.

И машине алатке високе тачности имају своју доминантну групу са нумеричким управљањем. То би формално значило и да своју високу тачност стварују без директног учешћа човека у њиховом раду


Кључни догађајиКључни догађаји

У домену машина алатки високеУ домену машина алатки високе тачности, могу се поменути три кључна - револуционарна догађаја:

гранична мерила и

ласери са ласерским интерферометрима

нумерички управљане машине алатке


4

ДефиницијеДефиниције Тачност (мерења) је квантитативна мера степена сагласности резултата (мерења) са референтним националним или интернационалним еталоном.

Прецизност – поновљивост (машине) је мера способности машине да узастопно поновљиво позиционираузастопно поновљиво позиционира алат према обратку под истим условима рада.

Резолуција – инкремент (машине) је најмања мерна вредност коју мерни систем машине може да региструје.

Грешка (машине) је разлика између стварног одговора машине на задату наредбу по прописном протоколу

Уз дефиниције тачности

програмирања и одговора машине на ту наредбу, очекиваног по том протоколу. илиГрешка (машине) је разлика између очекиваног и оствареног по прописаном програму.


Уз дефиниције тачностиУз дефиниције тачности


5




Прецизнатачна

Прецизнанетачна

непрецизнатачна


6

ДефиницијаДефиниција

Машина алатка високе тачности је јпрецизна машина алатка која има тачност обраде својствену својој групи машина за одабрану

( )технологију (Т) и затечено време према слици S9.1.1 у АН-9.


Редукција, Корекција и компензација грешкеРедукција, Корекција и компензација грешке

• Редукција грешке (Error reduction)– уклања се нађени узрок грешке или смањује његов утицај

• Корекција грешке (Error correction) – off-line– измерити грешку и по добијеном резултату обезбедити корективну активност. Кориговање грешке врши се без накндадних мерења.

• Компензација грешке (Error compensation) – on-line– У реалном времену се мере или последице на МА и/или наУ реалном времену се мере или последице на МА и/или на обрадку и помоћу наменског модела компензују се те грешке.

– Врши се више мерења грешке и формира модел грешке. На основу модела се формира се стратегија за компензацију грешке.


7

Примери редукције грешакаПримери редукције грешака

Пример једне врсте компензације без мерења и калибрације може бити “туширање” машине и ово би се сврстало у редукцију грешкесе сврстало у редукцију грешке.

Разлози:

-смањивање термичких помераја на машини без мерења одступања

- уместо грешака мери се температура.

Редукција грешке УЗРОК Елиминисати узрок НЕМА ГРЕШКЕ


Примери редукције грешакаПримери редукције грешака

Пример смиривања активности структуре

Термичке грешке машине могу сезначајно смањити јер сесмањити, јер се цела машина непрекидно тушира новим термички стабилизованим уљем.


8

Врсте “туширања” машине

споља изнутра

• споља– ваздухом и влагом, одржавањем машине у климатизованој просторији

– SHP: обливање и хлађење МА помоћу стабилизованог SHP

– уљем, туширање (обливање) машине


Врсте “туширања” машине

• изнутра– хлађење завојних вретена струјањем воде кроз њих,

– хлађење EMGV водом ~ уљем,

– хлађење преносника уљем, стабилизованим помоћу измењивача топлоте,

– хлађење транслаторних мотора, ...


9

Kорекција грешака

• К1: калибрација грешке -одређивање модела за калибрацију

• К2: без нових калибрација – врши се само корекција грешке

Корекција грешака подразумева корекцију програма управљања тако да машина БИТНОсмањи грешке. Овде се не користе сензори.


Kорекција грешакаПример: Кориговање мерног система на једној оси НУМА


Х 0 50 100 150G 0 1 2 2.5Kor. 0 -1 -2 -2.5

Пример таблице корекција

10

КОМПЕНЗАЦИЈА ТЕРМИЧКИХ ПОМЕРАЈАКОМПЕНЗАЦИЈА ТЕРМИЧКИХ ПОМЕРАЈА ПОМОЋУ ПОМОЋУ

АКТИВНЕ НОСЕЋЕ СТРУКТУРЕ МАШИНА АЛАТКИАКТИВНЕ НОСЕЋЕ СТРУКТУРЕ МАШИНА АЛАТКИ

Носећа структура је непокретни члан механизма машине алатке - затвара петљу сила, задржавајући задовољавајућу геометријску тачност машине алаткезадовољавајућу геометријску тачност машине алатке.

Може бити пасивна и активна (са компензацијом).

Активна носећа структура врши себи својствене помераје по алгоритму компензације тако да компензује грешке неког очекиваног типа, нпр. термички помераји, јер су спори. ј р у р

Пример активне носеће структуре:

Интелигентни обрадни центар


Основна структура интелигентног обрадног центра


11

Концепција једне интелигентне машине


Пример Пример АКТИВНЕ НОСЕЋЕ СТРУКТУРЕ МААКТИВНЕ НОСЕЋЕ СТРУКТУРЕ МА

• Интелигентни обрадни центар са вертикалним стубом и крстатстим у рстолом (Х, У)

• У подножју стуба има претвараче помераја јер је то корен конзоле

• сви активни елементи за активна

сензори за мерење деформација

алат

• сви активни елементи за компензацију термичке грешке су у корену стуба

активна структура

стуб

база


12

Узроци померања врха алата

Извори топлоте:

• мотори, овде мотор од ГК,

• преносници и актуатори, овде ПГК,

• процес обраде, који машину греје преко алата и обратка,

• окружење машине, овде ваздух и друга зрачења у просторији.


Регистровање одступања

Последица: Померање врха алата ~ главног вретена !вретена !

• споља: ласерским интерферометром,

• изнутра: помоћу сензора на машини. Користе се сензори за мерење помераја на машини, овде на носећој структури, одн. СТУБУ.


13

Компензација грешке

Носећа структура машине овдемашине, овде

СТУБ,треба да буде

сама себи актуатор,

као АКТИВНА структура за елиминисање

грешке.


АКТИВНАКТИВНИ ДЕОИ ДЕО НОСЕЋЕ СТРУКТУРЕ НОСЕЋЕ СТРУКТУРЕ

стуб

плочасти хладњаци (16 локација)

термоизолациона структура

сензори за мерење деформација (8 локација)

плочасти грејачи (16 локација)

Између грејача и хладњака постављају се изолатори у три слоја !


14

Термички актуатори



Поставка компензације термичких грешакаПоставка компензације термичких грешакавертикалног обрадног центра вертикалног обрадног центра VOCVOC

EM

b) ф ј ј

активна структура

а) Концепција машинеVOC

b) деформација која потиче од загревања ЕМ за главно кретање

в) Деформација после активирања топлотних актуатора

враћање само позиције по У оси

г) Очекивани РЕЗУЛТАТ КОМПЕНЗАЦИЈЕ: да се врх алата ГВ не помери, одн.

враћање и ПОЗИЦИЈЕ и ОРИЈЕНТАЦИЈЕ.



15

АКТИВНЕ НОСЕЋЕ СТРУКТУРЕ МАШИНА АЛАТКИАКТИВНЕ НОСЕЋЕ СТРУКТУРЕ МАШИНА АЛАТКИ

Сензори за мерење деформација на носачу главног вретена

(4 локација)

претварачи помераја структуре дуж пасивног дела стуба

(4 локација)

активни део

структуре

термички актуатори

16 грејача на спољној површини

16 хладњака на унутрашњој површни

Сензори за мерење деформација (8 локација)


Управљање радом грејача и хладњакаУправљање радом грејача и хладњака

Врши се помоћу управљачког система на основу помераја који се ос о у о ераја ој серегиструју претварачима помераја.

Хладњаци су узајамно изоловани као и оближњи део носеће структуре да би се ефекат подхлађивања

б


осетио баш на месту хладњака.

16

ПРЕТВАРАЧИ ПРЕТВАРАЧИ ПОМЕРАЈАПОМЕРАЈАНА СТУБУНА СТУБУ


ПРЕТВАРАЧИ ПОМЕРАЈАПРЕТВАРАЧИ ПОМЕРАЈА

Invar, познат под ознаком FeNi36, је легура челика са никлом. Има мали

кућиште

мерне траке

претварач ј

коефицијент термичког ширења.

Име добила од речиinvariable (непроменљив), што се односи на особину да се незнатно шири и скупља са променом темепературе

Структура сензора за мерење деформације на стубу

помераја

Материјал:

Invar Fe NI36

темепературе.


17

Invar Fe NI36Invar ili FeNi36, sa α = 1,2 x 10–6 (састав: Fe – 63,5%, Ni – 36%, Mn – 0,4 %, C – 0,1 %).

36

invar=1.2

Коефицијент термичког ширења за легуре гвожђа са различитим процентима никла


ЕТАЛОНИ И ПРИМЕРИ КОМПЕНЗАЦИЈА ЕТАЛОНИ И ПРИМЕРИ КОМПЕНЗАЦИЈА ГРЕШАКА У ОБРАДНОМ СИСТЕМУГРЕШАКА У ОБРАДНОМ СИСТЕМУ

Типови три врсте очекиваних грешака:

Типа G: Геометријске, познате још из уобичајене стандардне идентификације геометријске тачности машина алатки.

Типа Т: Термичке, такође познате из стандардних процедура за идентификацију термичких ефеката у обрадним системима.

Типа F: Помераји од оптерећења из процеса обраде, а могу потицати од сопствених тежина покретних маса, инерционих сила, док се мењају брзине појединих оса, или бити силе у процесу обраде.


18

КЛАСИФИКАЦИЈА ГРЕШАКАКЛАСИФИКАЦИЈА ГРЕШАКА

→ геометријске

→ кинематичке

→ грешке изазване загревањемгрешке изазване загревањем

→ грешке изазване силама у процесу обраде→ утицај сопствених тежина

→ утицај инерционих сила

→ утицај сила резања из процеса обраде

→ грешке од нестабилности материјала

→ грешке алата и држача алата

б→ грешке од хабања алата

→ грешке од прибора

→ остале грешке: грешке сервосистема, ...


Овде није предмет анализа грешака, већ управљање квалитетом машине алатке и ОС.

Приступи за елиминисање Приступи за елиминисање грешакагрешака

Предмет разматрања овде су само очекиване грешке:

• Геометријске,• Термичке,• Помераји од оптерећења

И б РЕДУКЦИЈА ГРЕШАКАИзбегавање грешака ~ РЕДУКЦИЈА ГРЕШАКА

Смањивање грешака ~ КОМПЕНЗАЦИЈА ГРЕШАКА

(И КОРЕКЦИЈА)


19

Компензација грешака у ОСКомпензација грешака у ОС

Када се састави и у систем за управљање угради алгоритам за кориговање-спречавање очекиваних грешака, то онда постаје компензација грешака у обрадном систему.

Уобичајени типови компензација су:

- Кориговање рада машине тако да ипак изгледа као да


ради по покренутом програму.

- Кориговање програма, по алгоритму који урачунава очекиване грешке, да би рад био добар.

Калибрација Калибрација -- КомпензацијаКомпензација

• Калибрација је експериментална ј ћ ђпроцедура која омогућава одређивање

грешака.

• Компензација грешака је процедура, којом се после завршене калибрацијекојом се после завршене калибрације машине, уводе корекције у мерни систем машине.


20

Корекција грешакаКорекција грешака

• Корекција грешака, када није у реалном времену врши се у два одвојена времена:

– прво, се врши КАЛИБРАЦИЈА (мерење грешака)р )

– после се врши софтверска комепнзација грешака.


Услови за компензацију грешакаУслови за компензацију грешака

• компензују се само систематске грешке,значајно веће од случајних,од случајних,

• корист од компензације треба да је већа од улагања у њу,

• грешке морају бити мање од опсега примењених мерних инструмената,

• МА мора имати апсолутни коорд. систем,

• инкремент машине мора бити довољно мали да се може применити комепнзација,

• мора да постоји адекватан модел машине, обично формиран помоћу експеримента.


21

Методи одређивања Методи одређивања –– мерења мерења функције грешакафункције грешака

ДИРЕКТНИ - директна калибрација, коришћењем елемената геометрије који на машини већ постојеелемената геометрије који на машини већ постоје (базе, равне површине, отвори,...).

ИНДИРЕКТНИ – приручна калибрација, помоћу еталона, са отворима, чеповима, сферама, који су на еталону фискни, и чије су координате измерене на НУММна НУММ.

тачнија


ЕталониЕталони

• Еталон је неки артефакт (технички производ) који се користи као референтни за калибрацију машинесе користи као референтни за калибрацију машине или за управљање машине.

• Еталони су осетљиви и не смеју се деформисати у току рада.

• По правилу имају кинематичке ослонце, односно везе.


22

Пример еталона за калибрацију Пример еталона за калибрацију машинемашине

ИНДИРЕКТНИ – приручна калибрација,

помоћу ЕТАЛОНА (савршени артефакт

радни предмет са тачно измереним

координатама)

С7 С9

Ci – познате координате,

измерене на НУММ

координатама)

ХЕ

С1 С2С3


Кораци у мерењу и компензацији Кораци у мерењу и компензацији геометријских грешакагеометријских грешака

К1: формирање довољно тачног модела машине. Математички модел.Математички модел.

К2: успостављање и спровођење експерименталне процедуре за директно или индиректно мерење параметара модела геометријских грешака

К3: Таблице за компензацију или функције су резултати који се примењују на машини у њеном раду у циљу побољшања тачности.


23

Пример конструисаног еталонаПример конструисаног еталона


Илустрација провере тачности позиционирања применом еталона са

чеповима


24

Калибрација помоћу чепова на машиниTRIJOINT 900 H


ПроцедураПрактична процедура мерења је следећа:

• на израђеној плочи-еталону се поставе калибрисани чепови одређених димензија, у виду мреже чепова,

• позиције мреже чепова на еталону су претходно одређене на NUMM ,

• пре мерења машина треба да буде у температурно стабилном стању,

• симулатано се мере позиције чепова по све три осе, помоћу у р ј р укомпаратора.

• формирају се резултати одступања за потребе калибрације.

• Поступак се понавља итеративно до остваривања жељених резултата.


25

Калибрација машина алатки помоћуеталона са куглама (MT-Check System)


Овакав начин мерења одступања омогућава директну компензацију за све врсте троосних машина алатки. То значи да се не врши идентификација појединачних грешака машине, већ се остварује компензација комбинованог ефекта грешака машине у њеном радном простору (просторна компензација грешака).


26

Компензација грешкеКомпензација грешке

• Упоредо и меримо и компензујемо

• Компензација је нека рачунскакомпензујемо

• Компензују се само систематске грешке које су значајно веће од случајних

• Корист од

рачунска процедура за смањивање грешака ОС кориговањем програмираних позицијa и брзина.• Корист од

компензације мора бити већа од трошкова

ц ј р


Структура НУМАСтруктура НУМА

За компензацију је потребна стратегија.


Стратегија компензације или кориговање програма је исто што и корекција грешке (off - line) или кориговање управљачких сигнала у УЈ машине.

Уобичајена структура НУМА без компензације

27

Структура НУМА са уграђеном Структура НУМА са уграђеном компензацијом и адаптивним управљањемкомпензацијом и адаптивним управљањем


Пример једне процедуре за компензацију геометријских, термичких и грешака изазваних силама из

Илустрација припреме за компензацију

силама из процеса обраде

Модели компонената

грешки

Компензација грешака типа

G+Т+F

- Успостављање алгоритма

- Имплементација у управљачки систем

Резултати калибрације и моделирања измерених грешака

ha10 nma ppt2015 - university of...

Documents