Розробка кінематичних ланцюгів для збільшення ступенів вільності інструменту при токарній обробці

Abstract

У магістерській роботі розглянуто підхід до підвищення технологічних можливостей токарної обробки шляхом збільшення ступенів вільності інструмента через розробку та обґрунтування альтернативних кінематичних ланцюгів для токарних і токарно-фрезерних компоновок (зокрема для режимів типу turn-milling). Метою роботи є покращення умов синтезу типових структур кінематик із розширеними ступенями вільності та формалізація їхнього математичного опису для подальшого керування рухом і постпроцесингу. Методично робота базується на представленні рухів за допомогою однорідних матриць перетворення та моделюванні відносного руху «інструмент–заготовка» як композиції перетворень двох кінематичних ланцюгів (інструментального та заготовкового). Запропоновано процедуру кінематичної верифікації (аудиту) через перевірку досяжності цільових положень, аналіз робочої області та ризиків сингулярностей, а також наведено інженерні рекомендації щодо вибору структури залежно від пріоритетів (компактність, динаміка, точність і керованість). Практичне значення роботи полягає у формалізованій основі для вибору та впровадження кінематик із підвищеними ступенів вільності у токарній обробці з прогнозованою кінематичною працездатністю.

This master’s thesis considers an approach to enhancing the technological capabilities of turning by increasing the tool degrees of freedom through the development and justification of alternative kinematic chains for turning and turn-milling machine configurations (including turn-milling modes). The aim of the work is to improve the synthesis conditions for typical kinematic structures with expanded degrees of freedom and to formalize their mathematical description for subsequent motion control and post-processing. Methodologically, the study is based on representing motions using homogeneous transformation matrices and on modeling the relative “tool–workpiece” motion as a composition of transformations of two kinematic chains (the tool chain and the workpiece chain). A procedure for kinematic verification (audit) is proposed through checking the reachability of target poses, analyzing the workspace and singularity risks, and providing engineering recommendations for selecting a structure according to priorities (compactness, dynamics, accuracy, and controllability). The practical significance of the work lies in providing a formalized basis for selecting and implementing turning kinematics with increased degrees of freedom and predictable kinematic feasibility.