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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.3.2016.tde-04072016-132422
Document
Author
Full name
Brian Juan Auza Tarquino
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2016
Supervisor
Committee
Coelho, Tarcisio Antonio Hess (President)
Ackermann, Marko
Malvezzi, Fernando
Title in Portuguese
Avaliação do erro estático da ferramenta de uma máquina fresadora com arquitetura paralela.
Keywords in Portuguese
Cinemática
Deformação elástica
Fresadoras
Mecanismo
Abstract in Portuguese
Os mecanismos amplamente utilizados em aplicações industriais são de tipo serial, porém há algum tempo vem sendo desenvolvidos estudos sobre as vantagens que os mecanismos de arquitetura paralela oferecem em contraposição com os seriais. Rigidez, precisão, altas frequências naturais e velocidade são algumas características que os mecanismos paralelos atribuem a máquinas já consolidadas na indústria, destinadas principalmente nas operações de manipulação (pick and place). Nesse sentido, é relevante o estudo sobre a funcionalidade em outros tipos de operação como a usinagem e, particularmente o fresamento. Para isto, devem-se ainda explorar e desenvolver as capacidades dos mecanismos paralelos em relação à rigidez e à precisão nas operações mencionadas. Foi desenvolvido previamente o projeto e montagem do protótipo de uma máquina fresadora de arquitetura paralela. Também aracterizado pela redundância na atuação para o posicionamento da ferramenta. Com este intuito, pretende-se no trabalho atual, avaliar o erro estático de posicionamento da ferramenta por métodos experimentais, quantificar os deslocamentos, realizar um mapeamento experimental em diversas configurações dos membros. Por outro lado, pretende-se adaptar um modelo numérico simplificado que possa prever as deformações elásticas em diversas configurações, que contemple o efeito de juntas lineares flexíveis e que de alguma forma ajude a identificar as principais fontes de erro. Para tal, foram elaboradas rotinas de programação que através da cinemática inversa e o uso do método dos elementos finitos tentem prever o que de fato acontece nos experimentos. Foi proposta também uma implementação alternativa para o controle do mecanismo através de um software CNC e a conversão de coordenadas cartesianas em coordenadas dos atuadores, isto ajudaria na geração do código G. Finalmente, foram elaboradas algumas trajetórias que tentam avaliar a exatidão e repetitividade do mecanismo além de descrever outras trajetórias livres.
Title in English
An experimental test-bed to evaluate the tool positioning error in a redundant parallel robot for milling applications.
Keywords in English
Mechanism
Milling machine
Parallel kinematics
Abstract in English
Serial mechanisms have been widely used in industrial applications, on the other hand some studies related to advantages of parallel kinematics and its benefits have been developed in the last decades. Stiffness, accuracy, high natural frequencies and velocities are some characteristics that this kind of kinematic architecture attribute to some industrial machines specially used in "pick and place" operations. However, it remains relevant to study the functionality that parallel mechanisms could offer in other kind of applications such as milling. In order to achieve this, it is important to evaluate and explore the capabilities and performance characteristics when precision and stiffness are involved. A milling machine with parallel architecture prototype has been designed and constructed in previous works. The tool positioning is characterized by redundant actuation. The present work aims to evaluate the static error of the tool positioning mechanism by experimental procedures, in order to quantify the tool displacements under some established loads and to elaborate an experimental map for static error in different mechanism configurations. On the other hand, it is intended to adapt a simplified numerical model that could predict the stiffness behavior along the workspace including the effect of flexible linear actuators. For this purpose, a finite element method script was developed to solve all the structure displacements. In addition, it was proposed an alternative control implementation that works through an open source CNC software and its appropriate kinematic conversion for the mechanism characteristics and the generation of G Code scripts. Finally, some trajectories were planned in order to evaluate accuracy and repeatability in two proposed paths besides some other free operations.
 
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Publishing Date
2016-07-05
 
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