طراحی ماشین ابزار هوشمند با استفاده از مکاترونیک

محققان از تکنیک های مکاترونیک برای کاربردهای مختلف استفاده کردند. یکی از کاربردها طراحی ماشین ابزار هوشمند است [7]. این برنامه کاربرد ابزارهای CAx یکپارچه را برای راه اندازی یک نمونه اولیه مجازی توضیح می دهد که امکان ارزیابی و بهینه سازی پویایی حرکت کل ماشین ابزار را در مراحل اولیه فرآیند توسعه فراهم می کند. با توجه به توسعه طراحی ماشین و فن آوری محرکه، ماشین ابزارهای مدرن با کنترل عددی را می توان به میزان فزاینده ای به عنوان نمونه های مشخصی از سیستم های مکاترونیک پیچیده توصیف کرد [8]. یکی از ویژگی‌های متمایز سیستم‌های مکاترونیک دستیابی به عملکرد سیستم از طریق یکپارچه‌سازی شدید زیرعملکردهای الکترونیکی و اطلاعاتی بر روی یک حامل مکانیکی است [9].

 

در تحقیقی دیگر، درونیابی مسیر ابزار کنترل حرکت NC برای دینامیک حرکت قابل حصول و خطای کانتور ناشی از آن، به ویژه برای حرکات ماشین بسیار پویا، اهمیت زیادی دارد. خطای کانتور شامل خطای ردیابی محورهای تغذیه و انحرافات TCP ناشی از اثرات فیزیکی ساختار ماشین انعطاف پذیر است. به منظور کاهش خطای کانتورینگ، کنترل‌کننده‌های NC مدرن از دو رویکرد تکنولوژیکی اصلی استفاده می‌کنند [10].

 

فن‌آوری نوری با سرعتی سریع در سیستم‌های مکاترونیک گنجانده شده است و در نتیجه تعداد زیادی ماشین/سیستم با اجزای نوری هوشمند ارائه شده است که با تجزیه و تحلیل ویژگی‌های فناوری، مفهوم، تعریف و ویژگی‌های اساسی فناوری را معرفی می‌کند. انواع سیستم های اپتو مکاترونیک عملی [11]. عناصر نوری به طور فزاینده ای با سرعتی شتابان در سیستم های مکاترونیک گنجانده شده اند و بالعکس [12-19].

 

اپتو مکاترونیک ریشه در پیشرفت های تکنولوژیک مکاترونیک و اپتوالکترونیک دارد. شکل 3 زمان بندی آن تحولات را نشان می دهد [20]. در دهه 1960، انقلاب الکترونیکی با ادغام ترانزیستورها و سایر دستگاه های نیمه هادی در مدارهای یکپارچه به وقوع پیوست، و در سال 1971، فناوری ساخت نیمه هادی تأثیر شگرفی بر طیف وسیعی از زمینه های تکنولوژیکی گذاشت. در دهه 1980، فناوری نیمه هادی سیستم های میکروالکترومکانیکی (MEMS) را نیز ایجاد کرد و این امر باعث ایجاد بعد جدیدی از ماشین ها/سیستم ها شد و ابعاد آنها را ریز اندازه کرد.

کارکردها و نقش‌های اصلی عناصر مکاترونیک در سیستم‌های اپتومکاترونیک را می‌توان به پنج حوزه فن‌آوری زیر طبقه‌بندی کرد [21]: حس کردن، فعال‌سازی، بازخورد اطلاعات، کنترل حرکت/حالت، و هوش تعبیه‌شده با ریزپردازنده.

 

در چند سال اخیر طراحی مجازی ماشین ابزار به طور گسترده در چندین آزمایشگاه اتوماسیون ساخت و مهندسی تولید دانشگاه ها و موسسات تحقیقاتی مورد مطالعه قرار گرفته است. این فناوری جدید عمدتاً در مراکز ماشینکاری (MCs) برای فرزکاری با سرعت بالا (HSM) مورد مطالعه و اعمال قرار می گیرد، ساخت قالب های پیچیده، قالب ها و قطعات هوافضا در حال حاضر یک بخش استراتژیک مهندسی تولید است. تقریباً صد مقاله مرتبط [7، 22-25] اخیراً در مورد این موضوعات در مجلات مهندسی پیشرو منتشر شده و در چندین کنفرانس فنی ارائه شده است. این نشان دهنده علاقه قابل توجه، چه صنعتی و چه دانشگاهی، به طراحی مجازی است.

 

با این حال، برای تولیدکنندگان CNC و کاربران MC، بهره‌برداری کامل از فناوری ابزار ماشین مجازی هنوز نیازمند پیشرفت‌های اساسی [22] است که عمدتاً در زمینه‌های شبیه‌سازی فرآیند برش و ادغام کامل همه ماژول‌های تحلیل در یک محیط کاربرپسند است. ادغام دو مدل در یک محیط شبیه‌سازی در حال حاضر امکان‌پذیر است و امکان مطالعه برهم‌کنش‌های بین دینامیک این ساختارهای مکانیکی فعال و غیرفعال را فراهم می‌کند [22، 26]. بهینه سازی عملکرد آنها یک پیش نیاز اساسی برای اطمینان از بهره وری در سطح کارگاه است: زمان ماشینکاری سریع، دقت ابعادی مورد نیاز، و کیفیت سطح خوب قطعات کار. گوربوز [27] رویکرد مکاترونیک را برای طراحی دستگاه فرز CNC رومیزی ارائه کرد.

 

زیمنس طراح مفهومی مکاترونیک را با یک راه حل جدید طراحی ماشین یکپارچه معرفی کرد که ماشین ابزار و ماشین آلات تولید را توسعه و به بازار عرضه می کند [28]. طراح مفهومی مکاترونیک یک تغییر پارادایم را برای صنعت با رویکرد مهندسی سیستم جدید به طراحی ماشین نشان می دهد که ورودی "صدای مشتری" را دریافت می کند، نیازهای اولیه را مدیریت می کند، و تعریف و شبیه سازی همزمان پیچیده مکانیکی، الکتریکی و اتوماسیون را تسهیل می کند. نرم افزاری که در ماشین ابزارهای پیچیده امروزی یافت می شود. با استفاده آسان و قابلیت شبیه سازی تعاملی مبتنی بر فناوری پیشگامانه «بازی»، طراح مفهومی مکاترونیک می تواند به کاهش قابل توجه زمان توسعه و بهبود کیفیت محصول برای صنعت طراحی ماشین آلات جهانی کمک کند.