شبیه سازی و ارائه طرح پیکربندی مناسب ربات در فرآیند ماشینکاری

در طول سه دهه ی اخیر دامنه ی کاربرد ربات های صنعتی گسترش چشمگیری یافته است و شامل کارهای ساده و تکراری همچون عملیات بارگذاری تا وظایف پیچیده ای همانند عملیات مونتاژ می باشد. از این میان در حوزه ی ماشینکاری، ربات های صنعتی به دلیل فضای کاری بزرگ بازوی مکانیکی ربات های سری، انعطاف پذیری بالا، چندکارگی ،توانایی انجام کار بر روی مسیرهای پیچیده و ارزش افزوده ی بالای فرآیند ماشینکاری، به عنوان نسل جدیدی از ماشین های ابزار شناخته شده اند. علی رغم مزایای استفاده از ربات های سری در فرآیند ماشینکاری، یکی از معایب ربات نسبت به ماشین های ابزار متداول صلبیت پایین ساختار آن می باشد که علت آن را می توان در ساختار زنجیره ای و کوپل شده ی سازه ی بازوی مکانیکی ربات جستجو نمود. با توجه به نیروی بالای عملیات ماشینکاری و ساختار ضعیفتر بازوی ربات، پایداری فرآیند ماشینکاری رباتیک حساسیت بیشتری نسبت به ماشینکاری با ماشین های ابزار متداول داشته و اثر قابل ملاحظه ای بر کیفیت ماشینکاری بر جای می گذارد. به منظور بررسی پایداری فرآیند ماشینکاری عمدتاً احتمال وقوع پدیده ای به نام ارتعاشات چتر مورد مطالعه قرار می گیرد. به این نوع از ارتعاشات اصطلاحاً ارتعاشات خود-تحریک اطلاق می شود که شدیداً تحت تاثیر دینامیک تراش و تشکیل براده می باشند. با مقایسه ی شرایط پایداری در سیستم های ماشینکاری معمول همانند ماشین های فرز و ماشینکاری رباتیک، فاکتور موثری در پایداری ماشینکاری رباتیک قابل تمیز است و آن اثر موقعیت و وضعیت پیکربندی ربات در هنگام اجرای عملیات ماشینکاری می باشد، چنان که با توجه به ساختار کاملاً غیرخطی و کوپل بازوی مکانیکی ربات، خصوصیات مکانیکی ربات وابسته به چگونگی استقرار و پیکربندی سینماتیکی آن می باشد. بنابراین با تغییر خصوصیات مکانیکی، این گونه به نظر می رسد که در هر پیکربندی ماشین ابزار متفاوتی در حال اجرای عملیات ماشینکاری می باشد. در این پروژه با در نظر گرفتن مکانیزم وقوع ارتعاشات چتر و مدلسازی ساختار ربات، مدلی برای شناسایی ارتعاشات چتر در فرآیند ماشینکاری رباتیک ارائه شده و از آن برای استخراج نمودارهای پایداری فرآیند استفاده شده است. در ادامه با استفاده از رویکرد شبیه سازی چتر در حوزه ی زمان، تابع هدفی استخراج گردیده است که قادر می باشد میزان احتمال وقوع پدیده ی چتر را در شرایط مختلف ماشینکاری و در پیکربندی های مختلف ارزیابی نماید. از سوی دیگر با استفاده از مفهوم فزونی درجات آزادی، ساختار سینماتیکی یک بازوی مکانیکی سری ارائه شده است که قادر می باشد برای موقعیت دهی مجری نهایی در وضعیت مورد نظر پاسخ های سینماتیک معکوس متعددی داشته باشد. حال مسئله ی پیش رو انتخاب پیکربندی بهینه برای اجرای عملیات ماشینکاری از میان پیکربندی های قابل استفاده می باشد. در واقع هدف انتخاب پیکربندی دارای بهترین خصوصیات مکانیکی با توجه به شرایط ماشینکاری می باشد. در مرحله ی بعد با قرار دادن تابع تبدیل هر کدام از پیکربندی در مدل بررسی ارتعاشات چتر، مقداری متناظر با هر پیکربندی برای تابع هدف استخراج می شود. در نهایت با انتخاب مقدار کمینه از میان مقادیر بدست آمده برای تابع هدف می توان پیکربندی بهینه برای اجرای عملیات ماشینکاری را انتخاب نمود. با استفاده از رویکرد ارائه شده در این پروژه برای شناسایی چتر در فرآیند ماشینکاری رباتیک می توان با در نظر گرفتن پارامترهای ماشینکاری، پارامترهای دینامیکی و پارامترهای سینماتیکی بازوی مکانیکی ربات و انجام شبیه سازی به صورت off-line وضعیت پایداری فرآیند ماشینکاری رباتیک را مورد بررسی قرار داد و بهترین شرایط را برای اجرای عملیات ماشینکاری اتخاذ نمود. بنابراین مهندسین رباتیک و برنامه ریزان فرآیند قادر خواهند بود زمان کمتری را صرف آزمون و خطا برای انتخاب پارامترهای ماشینکاری مناسب نمایند و بنابراین زمان انجام عملیات ماشینکاری را می توان کاهش داده و راندمان ماشینکاری را افزایش داد.