Экспериментальное исследование жесткости технологической системы на базе промышленного робота KUKA KR 300 R2500 ULTRA
Keywords:
technological system rigidity, vibration, industrial robot, micro-displacements, processing of large partsAbstract
In modern machine-building production, there are many parts that have both significant overall dimensions and complex hard-to-reach surfaces for processing. The manufacture of such parts is carried out on specialized equipment, which has the same significant overall dimensions. However, the complexity of the design of a number of parts, such as the body of a rocket engine, large volume tanks, non-separable metal structures, etc., as well as their inaccessibility, level the technological capabilities of this equipment. Currently, industrial robots equipped with tool spindles are used to process such parts. The presence of a large number of degrees of freedom of this equipment, the relatively small overall dimensions and the vastness of the working area allow them to be effectively used in this field of mechanical engineering. However, the insufficiently studied rigidity of this equipment, the lack of specific recommendations for their use significantly limit the scope of their application. Thus, the issues related to the mutual influence of the rigidity of the technological system, cutting forces and cutting conditions in the manufacture of large parts using industrial robots are relevant and require a comprehensive study. In order to study dynamic processes in the manufacture of large-sized parts using an industrial robot, experiments were carried out to determine the amplitude-frequency characteristics of vibrations that occur during processing. An experimental study made it possible to establish that the rigidity of the technological system varies over a wide range. At the same time, the rigidity of the part under an impulse load differs from the rigidity during milling by at least an order of magnitude, and the rigidity of the spindle during milling differs from the rigidity of the part by at least 2 orders of magnitude. Based on this, in the process of designing the machining of large-sized non-rigid parts using industrial robots, it is necessary to take into account the worst conditions for rigidity. It is advisable to base further recommendations on the appointment of cutting conditions under changing processing conditions on the basis of mathematical modeling of the rigidity of the elements of the technological system. Also, to automate the process of removing the parameters of the rigidity of the technological system, an urgent task is to determine by test determination of vibrations on the spindle of an industrial robot and indirect assessment of microdisplacements on the part.References
Кучина, О.Б. Проектирование машиностроительного производства: учебное пособие к практическим занятиям / О.Б. Кучина; под ред. Ю.Г. Микова. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ,
– 63 с.
Проектирование механосборочных цехов: учебник / Г.Н. Мельников, В.П. Вороненко; под ред. А.М. Дальского. – М.: Машиностроение, 1990. – 352 с.
Проектирование машиностроительных заводов и цехов: справочник: в 6 т / под ред. Е.С. Ямпольского. – М.: Машиностроение, 1974. – Т. 4.
Машиностроительное производство: учебник / В.П. Вороненко, А.Г. Схиртладзе, В.Н. Брюханов; под ред. Ю.М. Соломенцева. – М.: Высш. школа, 2001. – 304 с.
Huynh, H.N. Direct method for updating flexible multibody systems applied to a milling robot / H.N. Huynh, H. Assadi, V. Dambly et al. // Robotics and Computer-Integrated Manu-facturing. – 2021. – Vol. 63.
Экспериментальные исследования жёсткости станка–робота / Б.А. Еникеев, А.Р. Сайдуганов, О.К. Акмаев и др. // Станкостроение и инновационное машиностроение: материалы всероссийской научно-технической конференции. – Уфа: Изд-во УГАТУ, 2019. – С. 273–276.
Бутенко, В.И. Влияние динамической жёсткости технологического робота на качество обработанной поверхности детали / В.И.Бутенко, И.В. Давыдова, Т.В Атоян // Вестник БГТУ. – 2019. – № 2(75). – С. 21–27.
Дударев, А.С. Инновационное применение роботов для производства изделий из полимерных композиционных материалов / А.С. Дударев // СТИН. – 2018. – № 10. – С. 2–6.
Иванова, А.В. Робототехнический комплекс удаления заусенцев после фрезерования деталей / А.В. Иванова, Б.Б. Пономарёва, А.В. Савилов и др. // Вестник ИРНИТУ. – 2013. –
№ 11 (82). – С. 49–53.
Кудояров, Р.Г. Методика измерений виброустойчивости станка-робота / Р.Г. Кудояров,
С.И. Фецак, Р.Р. Башаров // Станкостроение и инновационное машиностроение: материалы всероссийской научно-технической конференции. – Уфа: Изд-во УГАТУ, 2019. – С. 292–296.
Nubiola, A. Absolute calibration of an ABB IRB 1600 robot using a laser tracker / A. Nubiola, I.A. Bonev // Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. – 2013. – Vol. 29, № 1. – P. 236–245.
Nguyen, V. Active vibration suppression in robotic milling using optimal control./ V. Nguyen, J. Johnson, S. Melkote // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2020. – Vol. 152.
He, F.-X. A chatter-free path optimization algorithm based on stiffness orientation method for robotic milling / F.X. He, Y. Liu, K. Liu // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2019. – Vol. 101, № 9–12. – P. 2739 –2750.
Increasing Machining Accuracy of Industrial Manipulators Using Reduced Elastostatic Model / S. Mamedov, D. Popov, S. Mikhel et al. // Lecture Notes in Electrical Engineering. – 2020. – Vol. 613. –
P. 384–406.
Klimchik, А. MSA-technique for stiffness modeling of manipulators with complex and hybrid structures / A. Klimchik, A. Pashkevich, D. Chablat // IFAC-PapersOnLine. – 2018. – Vol. 51, № 22. – P. 37–43.
Guo, Y Stiffness-oriented posture optimization in robotic machining applications / Y. Guo, H. Dong, Y. Ke // Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. – 2015. – Vol. 35. – P. 69 –76.
Габитов, А.А. Анализ обеспечения точности позиционирования промышленных роботов / А.А. Габитов, А.В. Каляшина // Вестник казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. – 2018. – № 4. – С. 49–54.
Сравнительный анализ качества обработанной поверхности по параметру шероховатости на станке-роботе и станке классической компоновки / Б.А. Еникеев, Р.Р, Баниров,
А.Р. Сайдуганов и др. // Станкостроение и инновационное машиностроение: материалы всероссийской научно-технической конференции. – Уфа: Изд-во УГАТУ, 2019. – С. 266–272.
Измерение собственных и вынужденных частот робота-станка и станка мод. 500V/5 / А.Ф. Гаймалов, Б.А. Еникеев, А.Н. Типеев и др. // Станкостроение и инновационное машиностроение: материалы всероссийской научно-технической конференции. – Уфа: Изд-во УГАТУ,
– С. 318–224.
Нуркенов, А.Х. Методика моделирования круглого врезного шлифования с учетом фактической жесткости технологической системы / А.Х. Нуркенов, А.В. Геренштейн,
Н.М. Машрабов // Материалы LIV международной научно-технической конференции «Достижения науки – агропромышленному производству». Челябинск: ЧГАА. – 2015. – № 3. – С. 92–98.
