Метод графического представления плоского и телесного угла, образованного продольной осью схватоносителя при реализации мгновенных состояний манипуляторов

ра показывает, что износостойкость образцов подвергнутых упрочняющей обработке повышается на 27.. .44% уже через 7,5 часов испытаний. При этом износ образцов цапфы и опоры существенно не отличается друг от друга, а зависит в основном от состава смазочно-абразивной среды. После УАУО на поверхности образцов обнаруживается частично регулируемый микрорельеф поверхности (ЧРМР), параметры которого зависят от физико-механических свойств и микрогеометрии обрабатываемого материала и инструмента, а также от режима обработки (усилия предварительного поджатия, числа проходов, частоты вращения образца и величины подачи инструмента). Проведенный структурный анализ поверхностных слоев испытуемых образцов не смог выявить каких-либо существенных изменений до и после УАУО.

Необходимо отметить, что повышение средней твердости образцов после упрочняющей обработки не столь значительно. Поэтому повышение износостойкости испытуемых образцов после УАУО объясняется не только за счет повышения твердости поверхностного слоя, но в большей степени связано повышением энергетического уровня поверхностного слоя металла. Данное обстоятельство предполагает проведение дополнительных исследований в этом направлении на более высоком (молекулярном) уровне

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Ударно-акустическая упрочняющая обработка образцов из материала трибопары цапфа-опора гидравлическо-

Ф.Н.ПРИТЫКИН

Московский государственный авиационный институт

С. А. КУЗНЕЦОВ

Омский государственный технический университет

УДК 621.01

При проектировании технологических процессов, таких как нанесение покрытий, обработка поверхностей или контроль и сварка изделий с использованием манипуляторов, необходимо на начальных этапах выяснять двигательные возможности исполнительных механизмов. Для этого необходимо заранее аналитическими методами на виртуальных моделях строить движения выходного звена и связанного с ним инструмента по заданным траекториям. Отметим, что обрабатываемые поверхности или изделия могут в этом случае выступать в роли запретных зон, которые необходимо учитывать в процессе автоматизированного построения движения. Если указанные движения возможны, с учетом заданных ограничений на изменения обобщенных координат и максималь-

го амортизатора, проведенная после серийной технологии изготовления данных деталей, позволяет повысить их износостойкость на 27.. .44% при трении в смазочной среде с присутствием 20.. .30% абразива.

2. Ударно-акустическая упрочняющая обработка позволяет получить на поверхности детали частично регулируемый микрорельеф поверхности, что значительно сокращает период прирабатываемости поверхностей трибопар и повышает их износостойкость.

Таким образом, упрочнение с помощью УАУО стальных деталей сборочных единиц многоцелевых гусеничных и колесных машин, работающих в абразивной среде, является перспективным способом повышения их износостойкости, и после оптимизации режимов обработки может быть рекомендовано в качестве финишной операции механической обработки.

Литература

1. Хрущов М.М., Бабичев М.А. Абразивное изнашивание. -М.: Наука. 1970-252 с.

2. Белецкий A.B. и др. Ультразвуковое упрочнение металлов. - Киев: Техника, 1989 -168 с.

КУЗНЕЦОВ Эрнст Андреевич - зав. кафедрой технической механики, к.т.н., доцент;

ДЕНИЩЕНКО Алексей Леонидович - доцент кафедры технологии производства;

АППИНГ Гарий Анатольевич - начальник отделения лаборатории кафедры технологии производства.

ных скоростей в приводах на всех участках траекторий, то геометрические и технические характеристики манипулятора удовлетворяют требованиям проектируемого технологического процесса. Особое значение виртуальное моделирование движений имеет для манипуляторов, имеющих агрегатно-модульную компоновку. Это объясняется тем, что возможно просматривать различные варианты компоновок, которые задают исполнительные механизмы манипулятора во взаимосвязи с проектируемым технологическим процессом и выбирать наиболее оптимальные. Методы автоматизированного построения движений манипуляционных систем имеют также прямое отношение к разработке систем управления с помощью ЭВМ интеллектуальными роботами, которые само-

МЕТОД ГРАФИЧЕСКОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ПЛОСКОГО И ТЕЛЕСНОГО УГЛА, ОБРАЗОВАННОГО ПРОДОЛЬНОЙ ОСЬЮ СХВАТОНОСИТЕЛЯ ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ МГНОВЕННЫХ СОСТОЯНИЙ МАНИПУЛЯТОРОВ

ИЗЛАГАЕТСЯ МЕТОД ГРАФИЧЕСКОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ПЛОСКОГО И ТЕЛЕСНОГО УГЛОВ, ОБРАЗОВАННЫХ ПРОДОЛЬНОЙ ОСЬЮ СХВАТОНОСИТЕЛЯ ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ МГНОВЕННЫХ СОСТОЯНИЙ МАНИПУЛЯТОРОВ, УДОВЛЕТВОРЯЮЩИХ ЗАДАННОЙ ТОЧНОСТИ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ВЫХОДНОГО ЗВЕНА. ДЛЯ ЭТОГО ИССЛЕДОВАНЫ ПЛОСКИЙ ШЕСТИЗВЕННЫЙ И ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ПЯТИ- И СЕМИЗВЕННЫЕ МЕХАНИЗМЫ МАНИПУЛЯТОРОВ. ОПРЕДЕЛЕНО РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМОВ ДВИЖЕНИЯ ПО ОТДЕЛЬНЫМ ОБОБЩЕННЫМ КООРДИНАТАМ ПРИ ОБРАЗОВАНИИ УКАЗАННОГО УГЛА.

стоятельно адаптируются к условиям внешней среды, и самостоятельно принимают решения по реализации заданных двигательных задач.

При автоматизированном построении движений могут возникать критические ситуации, когда движения, навязываемые роботу, определяемые заданными траекториями инструмента, вступают в противоречия с ограничениями его собственных свойств. Поэтому с теоретической и прикладной точек зрения представляет интерес изучение таких ситуаций и нахождение путей их преодоления. Прямое отношение к этим задачам имеют вопросы изучения манипулятивности роботов. Под манипулятивностью понимается возможность ориентировать продольную ось схватоносителя при заданном положении центра выходного звена [1]. Изучение этого свойства необходимо тесным образом увязывать с аналитическими зависимостями, используемыми при автоматизированном построении движений. Именно здесь могут быть использованы результаты исследований. В работе излагается методика определения плоского и телесного углов, образованных продольной осью схватоносителя при реализации мгновенных состояний механизмов манипуляторов, удовлетворяющих заданной точности позиционирования выходного звена. Определены области допустимых значений вектора мгновенных скоростей изменения обобщенных координат робота и соответствующие им области возможных положений звеньев механизмов в неподвижной системе координат при реализации этих значений. Приведены конкретные примеры, где использованы результаты исследований при построении движений манипулятора РМ01 наносящем покрытие краской на изделие.

Известно, что угол сервиса определяется как телесный угол, описываемый выходным звеном манипулятора при фиксации центра захвата. Продольная ось схватоносителя при этом получает возможность вращения вокруг закрепленной точки [2,3,4]. В этом случае выходное звено может совершать сферическое движение или лишаться такой возможности, в зависимости от структуры кинематической цепи исполнительного механизма..Известно, что телесный угол измеряется площадью участка поверхности сферы единичного радиуса, ограниченного сферической кривой линией, воспроизводимой точкой схватоносителя. Определение сферической кривой и площади 5 для пространственных манипуляторов, имеющих шесть и более степеней подвижности, является весьма сложной задачей. Необходимо отметить, что указанный выше угол сервиса характеризует манипулятивность в заданной точке конфигурационного пространства, но не имеет непосредственной связи с методом автоматизированного построения движения по вектору скорости. Этот показатель имеет значительное отличие от угла, который обозначим ив, полученного движением оси схватоносителя при реализации мгновенных состояний. Это объясняется тем, что угол сервиса не учитывает погрешностей линеарицации построения движений [1]. При автоматизированном синтезе малых перемещений, показатель ив отражает манипулятивность робота и способность обходить им заданные запретные зоны.

Пусть заданы плоский шестизвенный и пространственные пяти и семизвенный механизмы манипуляторов (рис. 1а, б, в). Определим угол из для этих манипуляторов при = 0 реализацией мгновенных состояний, которые удовлетворяют заданной точности позиционирования центра выходного звена. Мгновенные состояния механизма при заданной траектории выходного звена определяются точками, принадлежащими р-плоскости Г. Р-плоскость Г находится совокупностью линейных уравнений:

Vr=JAnQn,

где, V, V .ш^ш^со) - вектор скоростей выходного звена манипулятора; г-размерность вектора V, которая в общем случае равна шести (при построении движения

Рис. 1. Изображения кинематических схем исполнительных механизмов манипуляторов, для которых определяется угол (У5 реализацией мгновенных состояний.

пространственного манипулятора, с заданной ориентацией одной из осей системы координат Опхпупгп , г = 5. При построении движения с учетом запретной зоны, размерность вектора V наиболее рационально принимать г = 3, для плоского манипулятора г = 2. Система Опхпупгп связана с выходным звеном рис. 1). >7-матрица частных передаточных отношений между скоростями изменения обобщенных координат и скоростями выходного эвена размером гу. п [1]; А " ( а ,, а 2,..., ап) - вектор, задающий значения весовых коэффициентов изменения мгновенных скоростей изменения обобщенных координат, которые заданы вектором 0"(ф» (1 ф*г,..., ф»^. Точка Л/, принадлежащая р-плоскости Г, определяется в этом случае вектором:

Ол* = Оп„+ £ к,Оп>.

/И

где, О" м - вектор, задающий точку М € Г, соответствующую критерию минимизации объёма движения [1] (верхний индекс л определяет размерность вектора О ), О, О "2, •  О- единичные направляющие векторы, определяющие взаимно перпендикулярные координатные оси р-плоскости Г, р- размерность р-плоскости Г. Векторы О , О "2, ..., О находятся как нормали гиперплоскостей, проходящих через начало координат О и перпендикулярных гиперплоскостям (1) , отражающим взаимосвязь скоростей изменения обобщенных координат механизма от скоростей захвата [5]. Система координат О определяет пространство мгновенных скоростей изменения обобщенных координат, к,, к2 , ..., к. - координаты точки N в р - плоскости Г. Реализация мгновенных состояний, которые задает вектор О",, обеспечивает новое положение кинематической цепи или новую конфигурацию, определяемую значениями обобщенных координат:

Ф , = Ф ,.Ф .

Ф Ф г»Ф г* " >

Ч)Л=Ф„»Ч>„*Л',

где ф Дф,,фг»"«Дфг, ...,фп«"»Дфп-компоненты вектора О "ы.

На рис. 2 показана реализация мгновенных состояний (3) для двух различных конфигураций плоской шестизвен-ной кинематической цепи при заданной точности позиционирования § = 2мм. Длины звеньев приняты 100 условных единиц.

Угол ив при реализации мгновенных состояний для этого случая определяется по следующей зависимости:

о = Да ™'( +Да т"},

где Да , Да лм,г- максимальные значения углов, образованных осями схватоносителей, геометрический смысл которых показан на рис. За. На рис.2 параметр к(1 задает множество возможных конфигураций, построенных при реапизации мгновенных состояний и удовлетворяющих заданной точности позиционирования, <Э( - объем движения при реализации мгновенных состояний, О//с, -объем движения, приходящейся на одну конфигурацию

. 1-ии ^ Ь'ггм '

Og.lv>. уу1)»,:?

Рис. 2 Реализация мгновенных состояний для двух конфигураций плоского шестизвенного манипулятора.

(1-137 0и1-0 Виг=52

0^3='4г и5»И.вЗ

Рис. 4 Реализация мгновенных состояний пространственного пятизвенного манипулятора.

Рис. За - к определению угла 115 для плоского шестизвенного манипулятора (а - исходно заданное положение продольной оси схватоносителя), б-определение точки, принадлежащей схвато-носителю на условной развертке сферы, в - геометрический смысл углов аир, определяющих точку схватоносителя на развертке сфере.

множества к. [6], <ЭШ- объем движения у - й обобщенной координаты, из- исследуемый угол.

На рис. 4 показана реализация мгновенных состояний пространственного пятизвенного манипулятора для двух различных конфигураций, при заданной точности позиционирования 8 = Змм и длинах звеньев, принятых 50 условных единиц. Для того, чтобы на рисунке отразить ориентацию системы координат, связанной с выходным звеном, в центре захвата помещен куб. Как видно из рисунка, в этом случае продольная ось схватоносителя движется в плоскости, перпендикулярной горизонтальной плоскости проекций. Следовательно, сферической кривой будет являться плоская кривая - дуга окружности. Проекции угла и$ на фронтальной и горизонтальной плоскостях проекций здесь показаны в виде углов и$ф и 1ЛЛ

С целью графического представления угла и$ для пространственного семизвенного механизма манипулятора РМ01, при использовании дополнительного звена СОЕ, неподвижно соединенного с выходным звеном (рис.6), изобразим условную развертку поверхности сферы единичного радиуса (звено СОЕ состоит из двух отдельных стержней СО и СЕ соединенных не подвижно). Эта условная развертка оферы, которая образована движением точки, принадлежащей к схватоноштелю, изображается в виде круга (рис. 36). Любая точка развертки, определяемая полярными координатами аир, задает единственную точку на поверхности сферы. Угол а откладывается от начала координат условной развертки и определяется углом, образованным между начальным положением продольной оси схватоносителя или осью Оптп и осью схватоносителя О'пг'п, полученной Реализацией мгновенных состояний. Угол р задает направление при нахождении точки на условной развертке с помощью полярных координат. Этот угол образован между проекцией схватоносителя на плоскость П1О п г й и осью Олхп(рис.Зв) Оси Опгпи Оп*„ принадлежат системе координат, связанной с выходным звеном первоначально заданной конфигурации (рис.1). Указанные углы определяются скалярными произведениями векторов: а=и1.и/, Р = и>,.их. где их, и и - направляющие единичные векторы

Рис. 5 а, 6, в. Реализация мгновенных состояний манипулятора РМ01 при 9,= -5, <р 0, ф ,= -29, ф4» 0, ф,= -10, ф,=0 и точности позиционирования £ = 6мм..

осей Опгп, 0'пг'л и Опхп, 1/'в-направляющий единичный вектор прямой, совпадающей с проекцией схватоносителя на плоскость П (рис. Зв).

На рис. 5 представлены результаты исследований, связанных с определением телесного угла на условной развертке сферы при реализации мгновенных состояний манипулятора РМ01. Кинематическая схема этого манипулятора изображена на рис1в. Геометрические параметры, характеризующие исполнительный механизм манипулятора, представлены на рис. 6 и в табл. 1. На рис. 5а-д показана реализация мгновенных состояний при использовании звена СОЕ (¡,= 337,5им 1Г=100Ш), когда центр системы координат Опхл у п гп совпадает сточкой Е (при заданной точности позиционирования 6 = 6мм). Отметим, что без использования звена СОЕ невозможно нанесение покрытия манипулятором с пяти различных

1141-1 акЬи амч

Таблица 1. Геометрические параметры, характеризующие исполнительный механизм манипулятора РМ01

иг*=и

г—^ ^ _

Рис. 5 г, д. Реализация мгновенных состояний манипулятора РМ01 при Ф,= -5, ф 3= 45, ф ,= -40, Ф<= О, Ф5= -100, ср(=0 и точности позиционирования 8 = 6мм.

Рис. 6. Общий вид и геометрические параметры, характеризующие исполнительный механизм манипулятора РМ01 и обрабатываемое изделие.

сторон изделия (рис.6). Проекции угла Ц. на фронтальной, горизонтальной и профильной плоскостях проекций на рис.5 показаны в виде углов из ф,и$ 1 и II5Как видно, в этом случае форма сферической кривой 5 к (которая огибает полученные точки на развертке) и её положение на условной развертке в значительной степени зависят от значений весовых коэффициентов а. Так, со значениями а,. = 1 при реализации мгновенных состояний продольная ось телесного угла располагается перпендикулярно плоскости, в которой находятся звенья механизма, определяемые длинами/.,, 13 и /5(рис.5а). При значениях а, = 0.01, аг=1, а3 = 1, а4 = 0.01,а5=1, ав = 0.01, ось телесного угла совпадает с указанной плоскостью (рис. 56). Для этой же конфигурации построен телесный угол Ц. на условной развертке (рис.бв) при следующих значениях коэффициентов: а, = 0.2, аг=1, а3 = 1, а4 = 0.2, з5=7, а =0.2. На рис. 5гд исследован угол иа для конфигурации, соответствующей значениям обобщенных координатф, =-5, ф ¡=45, <р3=~40, ц>4 = 0, <р5 = -100, <ре=0при значениях коэффициентов а. = 1, и а, = 1, аг=0.1, а3= 1, а4 = 0.1, а^ = 1, а6=0.1.

На условной развертке показаны значения параметров их т и их А , которые определяют максимальное и

// 1г 4 1з и 4

660,4 200 432 50,5 432 56,5 19,05

Таблица 2. Распределение объема движения по отдельным обобщенным координатам при реализации мгновенных состояний плоского шестизвенного манипулятора для четырех конфигураций

N 111 Ц2 из 1И Ц5 0 0^ Он Ои Он Ой 01 и,

1 120 -10 -10 -10 -10 113 0.51 12 23 30 24 24 13.1

2 120 -30 -30 -30 -30 134 0.51 19 31 32 25 27 10.8

3 120 -65 -65 -65 -65 171 1.16 38 42 36 26 29 41.1

4 120 -85 -85 45 -150 330 2.54 87 83 3« 36 31 87.1

Таблица 3. Распределение объема движения по отдельным обобщенным координатам при реализации мгновенных состояний пространственного пятиэвенного манипулятора для четырех конфигураций.

№ Ш иг из 114 0,1 9»г 9«4 и,

1 45 -15 15 20 66 0 12 29 25 7.7

2 45 45 45 45 67 0 п 28 28 11.1

3 45 -60 80 80 117 0 32 43 43 31.7

4 45 -60 100 100 87 0 38 25 25 37.9

100

Р4

ГВРяд1  Ряд2

РядЗ

Рйд4

и1 и2 иЗ и4 и5

Рис. 7а. Диаграмма распределения объема движения при реализации мгновенных состояний плоского шестизвенного манипулятора.

Ши1  и2

иЗ

Рис. 76. Диаграмма распределения объема движения при реализации мгновенных состояний пространственного пятиэвенного манипулятора.

Рис.5а

Ои1 Ои2 (ЗиЗ Ои4 Ои5 Оиб

Рис.7в Диаграмма распределения объема движения при реализации мгновенных состояний пространственного семизвенного механизма манипулятора РМ01 для конфигурации Ф,=-5, у ,-45, у =-40, ф --100, р( =0 при различных значениях коэффициентов е..

минимальное значение углов, полученных при пересечении телесного угла их плоскостями X и Д, проходящими через прямую, совпадающую с начальным положением продольной оси схватоносителя О г . На рис.7а-б показано

Рис. В. Моделирование движения манипулятора РМ01на трех плоскостях проекций без учета запретной зоны с заданной ориентацией оси О г в неподвижной системе координат.

Рис. 9 а  моделирование движения манипулятора РМ01на трех плоскостях проекций с учетом запретной зоны, б -моделирование этого же движения выходного звена по критерию минимизации объема движения без учета запретной зоны.

Рис. 10 а - моделирование движения инструмента манипулятором РМ01на фронтальной и профильной плоскостях проекций с учетом запретной зоны при использовании значений весовых коэффициентов а, = 1 , б - моделирование движения инструмента при использовании значений весовых коэффициентов а,  0.05, а, = 1,а,= 1, а4 = 0.05, а5 = 1, а, = 0.05.

распределение объемов движения по отдельным обобщенным координатам с помощью столбиковых диаграмм при образовании угла их реализацией мгновенных состояний Для различных конфигураций плоского шестизвенного и пространственного пятизвенного манипуляторов. На рис.7в построены столбиковые диаграммы, отражающие реализации векторов (рис. 5а-в), с различными значениями весовых коэффициентов я. Эти диаграммы наглядно показывают характер изменения обобщенных координат в заданной области возможных значений вектора (?%. Эти диаграммы так же отражают вклад каждой отдельной обобщенной координаты в образование угла иг Результаты расчетов параметров <2,, {?,/*. £?„.. Ц представлены в таблицах 2,3. Как видно, объемы движения отдельных обобщенных координат при реализации мгновенных состояний для различных конфигураций различны.

Результаты проведенных в работе исследований были использованы при моделировании движений манипулятора

РМ01, осуществляющего покрытие изделия фаской (рис. 6). Построение движения инструмента манипулятором по траекториям, располагающихся с различных сторон изделия, когда ориентация оси Олглв неподвижной системе координат сохраняется, смоделировано на рис.8. Препятствие, в качестве которого выступает изделие, в этом случае не находится в зоне движения звеньев механизма (размерность вектора Vr при этом равна г = 5, а размерность р-плоскости р = 1). При моделировании движения выходного звена по траектории, изображенной на рис. 9, необходим учет запретной зоны. Для обеспечения двигательной избыточности, после того как звенья начинают пересекать препятствие, размерность вектора И принимается равной трем, и, следовательно, параметр р = 3. При построении движения со значениями коэффициентов в, = 1 продольная ось инструмента при обходе запретной зоны звеньями манипулятора начинает значительно увеличивать угол наклона к фронтальной плоскости уровня, в которой должен двигаться инструмент (рис.10 а). Это объясняется тем, что при реализации мгновенных состояний для данной конфигурации, после которой начинается пересечение звеньев механизма с препятствием (эта конфигурация изображена на рис 5а), при а =/ точки звеньев механизма совершают преимущественно движения в горизонтальных плоскостях. Продольная ось телесного угла для этого случая на условной развертке располагается перпендикулярно фронтальной плоскости уровня, в которой движется инструмент. Для корректировки перемещения необходимо при возникновении пересечений звеньев механизма с запретной зоной ввести значения коэффициентов а, = 0.05, а, = /, я, = I, а4 = 0.05, as = J, а =0.05 (отметим, что данные коэффициенты, используются только после того как исполнительный механизм начинает пересекать запретную зону). Эти значения определены на основе многократного моделирования, на виртуальной модели манипулятора для получения различных углов Сч.при различных значениях коэффициентов а,. В этом случае продольная ось телесного угла Ь\ совпадает с плоскостью, в которой совершает движение инструмент (рис. 56). Моделирование движения манипулятора с указанными значениями коэффициентов а изображено на рис. 106.

Результаты проведенных исследований позволяют сделать следующие выводы:

1 -Угол Us, полученный реализацией мгновенных состояний, удовлетворяющих заданной точности позиционирования, имеет существенное отличие от угла сервиса. Угол Us наиболее реально отражает манипулятивность робота в различных точках конфигурационного пространства при синтезе движений по вектору скорости. Это объясняется тем, что параметр Us отражает погрешности линеаризации (1) при автоматизированном построении движений (при реализации вектора Q "н реальное движение выходного звена не соответствует заданному перемещению, что приводит к некоторому отклонению его от траектории) [1];

2 - Форма и положение сферической кривой Sk, которая определяет угол Us на условной развертке сферы, в значительной степени зависит от положения кинематической цепи;

3 - Форму и положение сферической кривой S, на условной развертке сферы определяют значения весовых коэффициентов а i. Поэтому, используя переменные значения указанных коэффициентов в методе построения движений, возможно разрабатывать такие алгоритмы, которые корректируют и управляют перемещением звеньев исполнительного механизма, когда он начинает пересекать запретные зоны;

4 - Направление вектора линейной скорости Vr центра выходного звена на форму и положение сферической кривой Sk на условной развертке существенного влияния не оказывает.

Отметим, что предлагаемый метод определения угла Us на условной развертке сферы может быть использован

для всего многообразия манипуляторов, имеющих любое число степеней подвижностей и любую структуру кинематический цепей. Результаты исследований могут быть применены при виртуальном моделировании технологических процессов, выполняемых манипуляторами в организованных средах, а также при разработке алгоритмов управления с помощью ЭВМ интеллектуальными роботами.

Литература

1. Кобринский А.А., Кобринский А. Е. Манипуляционные системы роботов. М.: Наука, 1985. 344с.

2. Тихомитов В.Г Метод геометрического анализа манипуляторов, обладающих маневренностью // Изв. вузов "Машиностроение". 1986. №9. С.48-51.

3. Иовлев В.Ю., Смольников Б.А. Критерий локальной маневренности манипулятора // Проблемы машиностроения и надежности машин. 1991. № 1С. 86-90

В. М. ХАУСТОВ

Омский государственный технический университет

УДК 621.7.044.7

Техническое решение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при многопереходной штамповке энергией импульсного магнитного поля изделий из трубчатой заготовки преимущественно в ракето- и авиастроении, при проектировании подводных и надводных судов, в химической и атомной промышленностях и других областях техники.

В настоящее время для изготовления деталей из трубчатых заготовок используют техническое решение для деформирования трубчатых заготовок способом раздачи при помощи энергии импульсного магнитного поля [9-11], которые содержат индуктор в виде жесткой нетокопровод-ной оправки с навитой на ее поверхность электроизолированной спиралью и разъемную матрицу.

Однако известные устройства обладают рядом недостатков:

- низкие технологические возможности, из-за того что данные устройства осуществляют процесс деформирования трубчатой заготовки за один переход при высоких значениях энергии разряда генератора импульсных токов (30... 100 кДж). Данное обстоятельство приводит к обрыву материала трубчатой заготовки в очаге деформации, низкой долговечности устройства (не более 200...300

4. Лебедев П.А. Аналитический метод определения коэффициента сервиса манипулятора// Проблемы машиностроения и надежности машин, 1991, №5 С. 93-98.

5. Притыкин Ф.Н., Кузнецов С.А. Планирование целенаправленных движений манипуляторов в организованных средах//Мехатроника, 2000, №6, С. 31-34

6. Притыкин Ф.Н. Исследование маневренности манипулятора с помощью определения объемов движения / Механика процессов и машин..- Омск: Изд-во ОмГТУ, 2000 С. 119-122

ПРИТЫКИН Федор Николаевич - к.т.н., доцент, докторант каф. прикладной геометрии МАИ;

КУЗНЕЦОВ Сергей Анатольевич - студент 2-го курса факультета автоматизации ОмГТУ.

циклов разряда). Кроме того, известные устройства исключают возможность операции калибровки заготовки, что ведет к невозможности получения изделия с качественной поверхностью и геометрической формой.

Известно также устройство для электромагнитной формовки [12]. Оно содержит индуктор, на который надеты эластичная деталь с жидким металлом и эластичная втулка. При разряде генератора импульсных токов возникает отталкивающее усилие, ускоряющее жидкий металл в направлении от оси устройства. Усилие через эластичную деталь и втулку передается на поверхность заготовки и деформирует ее по кольцевой канавке разъемной матрицы.

Однако данное устройство обладает следующими недостатками:

-для достижения относительной степени деформации заготовки более 15... 18 % необходимо увеличить энергию разряда генератора импульсных токов до 50. .100 кДж, что ведет к резкому снижению долговечности индуктора и эластичной детали с жидким металлом (не более 20... 30 циклов);

- увеличение энергии разряда приводит к обрыву металла трубчатой заготовки в очаге деформации.

УСТРОЙСТВО для ДЕФОРМИРОВАНИЯ ТРУБЧАТОЙ ЗАГОТОВКИ ЭНЕРГИЕЙ ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ_

ЗАДАЧЕЙ НАСТОЯЩЕГО ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ ЯВЛЯЕТСЯ ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ДЕФОРМИРОВАНИЯ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ ИНДУКТОРА.

ПОСТАВЛЕННАЯ ЗАДАЧА ДОСТИГАЕТСЯ ТЕМ, ЧТО ИНДУКТОР ДЛЯ МАГНИТНОГО ИМПУЛЬСНОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ, С ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ СТАТИЧЕСКИМ НАГРУЖЕНИЕМ ПЕРЕД НАЧАЛОМ КАЖДОГО ПЕРЕХОДА ДЕФОРМИРОВАНИЯ, ДО ВЕЛИЧИНЫ (0,8 - 0,9)0,, СОДЕРЖИТ УПРУГИЙ, ЭЛАСТИЧНЫЙ, ПОЛЫЙ КОРПУС И ТОКОВЕДУЩУЮ СПИРАЛЬ С ИЗМЕНЯЮЩЕЙСЯ ГЕОМЕТРИЕЙ ФОРМЫ. ПОЛОСТЬ КОРПУСА ИНДУКТОРА ЗАПОЛНЕНА ЖИДКОСТЬЮ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДАВЛЕНИЯ.