Zvyšování dynamických vlastností elektromechanických systémů ovládajících mechanismy strojů

Ing. Aleš Richter

Doctoral thesis

Abstract:

Disertační práce se zabývá problematikou vývoje elektromechanického systému CNC polohovacího stroje, tak aby byly dosaženy optimální dynamické vlastnosti jednotlivých uzlů s ohledem na současný stav poznání. Nároky jsou kladeny především na rychlost polohování, přesnost opakování ustavení obrobku a dlouhou životnost mechanismu. Práce je postupně představena v jednotlivých výzkumně-vývojových etapách, které jsou všechny nezbytné pro úspěšné dosažení cíle a navazují na sebe. První etapou je zvolení správného mechanismu pohonu. Kinematické schéma záběru - rolna vs. axiální vačka. Požadavky jsou kladeny na univerzálnost mechanismu (libovolně volitelný úhel kroku), možnost programovat průběh dráhy včetně její první a druhé derivace. Klíčový uzel je podroben pevnostní MKP analýze. Druhou etapou je zhotovení hnacího mechanismu na základě výpočtu výrobních souřadnic axiální vačky a převedení do souřadnic CNC stroje. Vytvoření přesného 3D modelu z vypočtených křivek, který bude sloužit k porovnání výrobních odchylek axiální vačky. Kontrola na 3D měřícím pracovišti, snížení výrobních odchylek důležitých sestav. Třetí etapou je ověření správné funkce karuselového stolu. Měření taktu (rychlosti polohování) a přesnosti ustavení pomocí optických inkrementálních rotačních snímačů v osách motor-šnek-talíř karuselu. Nalezení správné řídící křivky. Čtvrtou etapou je vylepšení přesnosti polohování karuselu bez nutnosti provedení mechanických úprav funkčního vzorku. Zjištění velikosti chyby polohování a její následné snížení. Pátou etapou je vyhodnocení spolehlivosti karuselu po dobu jeho předpokládané životnosti. Celková životnost je dána nejslabším členem převodového mechanismu. Jedná se o rotační pohyblivé části převodovky, respektive jejich kontaktní plochy.

Abstract:

The dissertation deals with the issue of the development of the electromechanical system of the CNC positioning machine, so that the optimal dynamic properties of individual nodes are achieved with regard to the current state of knowledge. The demands are mainly placed on the speed of positioning, the accuracy of repeating the setting of the workpiece and the long service life of the mechanism. The work is gradually presented in individual research and development stages, all of which are necessary for the successful achievement of the goal and follow each other. The first stage is choosing the right drive mechanism. Kinematic diagram of engagement - roll vs. axial cam. Requirements are placed on the universality of the mechanism (any optional step angle), the possibility to program the course of the path including its first and second derivatives. The key node is subjected to a strength FEM analysis. The second stage is the production of the drive mechanism based on the calculation of the production coordinates of the axial cam and conversion to the coordinates of the CNC machine. Creation of an accurate 3D model from the calculated curves, which will be used to compare manufacturing deviations of the axial cam. Inspection at the 3D measuring workplace, reduction of production deviations of important assemblies. The third stage is the verification of the correct function of the carousel table. Measurement of tact (positioning speed) and positioning accuracy using optical incremental rotation sensors in the motor-screw-plate axes of the carousel. Finding the right control curve. The fourth stage is to improve the positioning accuracy of the carousel without the need to make mechanical adjustments to the functional sample. Determining the size of the positioning error and its subsequent reduction. The fifth stage is the evaluation of the reliability of the carousel during its expected lifetime. The overall service life is determined by the weakest member of the transmission mechanism. These are the rotating moving parts of the gearbox, or their contact surfaces.

Keywords

Axiální vačka, rotační stůl, karusel, mechatronický model, životnost, přesnost polohování.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 26. 3. 2024

Thesis defence

• Supervisor: prof. Ing. Ladislav Ševčík, CSc.

Technical University of Liberec

Faculty of Mechanical Engineering

Doctoral programme / field:
Machines and Equipment / Machine and Equipment Design