并聯(lián)激光切割機(jī)床若干關(guān)鍵問題研究.pdf

1、本文研究了目前的激光加工設(shè)備，發(fā)現(xiàn)驅(qū)動激光加工頭均采用傳統(tǒng)的串聯(lián)機(jī)構(gòu)，具有剛度差、笨重復(fù)雜、累積誤差大等缺點(diǎn)。而并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為串聯(lián)機(jī)構(gòu)的對偶機(jī)構(gòu)，具有剛度大、結(jié)構(gòu)簡單、精度高、高速性能好等優(yōu)點(diǎn)。為此，提出以并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為激光加工頭的驅(qū)動系統(tǒng)，開發(fā)了豎式6-(P)US并聯(lián)激光切割機(jī)床，實(shí)現(xiàn)了對空間復(fù)雜曲面的切割加工。
　　論文首先對豎式6-(P)US并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)正解和奇異性進(jìn)行了分析。首次將6-(P)US并聯(lián)機(jī)構(gòu)的位置變量和姿態(tài)變量

2、進(jìn)行了解耦，推導(dǎo)出了其半解析化的正解表達(dá)式。根據(jù)推導(dǎo)的奇異軌跡解析表達(dá)式，分析了各姿態(tài)角對位置奇異的影響，得到增大姿態(tài)角會減小位置空間的規(guī)律。將無奇異姿態(tài)球半徑作為衡量機(jī)構(gòu)姿態(tài)能力（姿態(tài)空間）大小的指標(biāo)，研究了機(jī)構(gòu)參數(shù)和位置參數(shù)對姿態(tài)能力的影響；得出位置偏離中心越遠(yuǎn)機(jī)構(gòu)的姿態(tài)能力越差的結(jié)論，并進(jìn)一步導(dǎo)出姿態(tài)能力與偏離距離的近似線性關(guān)系表達(dá)式。在此基礎(chǔ)上，分別從反解和正解的角度分析了6-(P)US并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工作空間。
　　對6-(P

3、)US并聯(lián)機(jī)構(gòu)的力傳遞性能和整體剛度做了分析；基于此，利用“性能圖譜和優(yōu)質(zhì)尺度域”的機(jī)構(gòu)尺度綜合理論對豎式6-(P)US并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到了優(yōu)化的機(jī)構(gòu)參數(shù)；并以運(yùn)動/力傳遞性能為評價(jià)指標(biāo)，對優(yōu)化前和優(yōu)化后的機(jī)構(gòu)做了分析比較，結(jié)果表明，優(yōu)化后機(jī)構(gòu)的靜平臺半徑與連桿長度的尺寸相接近，可顯著提高機(jī)構(gòu)的運(yùn)動/力傳遞性能，同時(shí)滿足了優(yōu)質(zhì)工作空間的設(shè)計(jì)要求。
　　基于優(yōu)化的機(jī)構(gòu)，進(jìn)行了豎式6-(P)US并聯(lián)機(jī)構(gòu)的激光切割機(jī)床虛擬樣機(jī)

4、設(shè)計(jì)和動力學(xué)分析。采用動力學(xué)分析軟件 RecurDyn對其進(jìn)行運(yùn)動仿真得到了多種典型運(yùn)動條件下所需的驅(qū)動力，為樣機(jī)的電機(jī)選型提供依據(jù)；并利用MFBD多柔體動力學(xué)分析技術(shù)，對機(jī)構(gòu)進(jìn)行剛?cè)峄旌舷到y(tǒng)仿真，獲得了機(jī)構(gòu)在不同運(yùn)動模式下的最大應(yīng)力、應(yīng)變值，為實(shí)際樣機(jī)的設(shè)計(jì)提供了參考。
　　最后搭建了豎式6-(P)US并聯(lián)機(jī)構(gòu)的激光切割機(jī)床樣機(jī)，并進(jìn)行了平板切割和曲面切割實(shí)驗(yàn)。通過平板切割的單因素試驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)，探討了各工藝因素對切割質(zhì)量的影響