平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)與電主軸耦合系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能分析.pdf

1、并聯(lián)機(jī)床是一種新型的機(jī)床，又稱為虛擬軸機(jī)床，近年來并聯(lián)機(jī)床技術(shù)取得了突破性的進(jìn)展。并聯(lián)機(jī)床的實(shí)質(zhì)是機(jī)器人技術(shù)與機(jī)床結(jié)構(gòu)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。并聯(lián)機(jī)床的加工精度是其性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)之一，隨著現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)并聯(lián)機(jī)床的加工精度要求越來越高，加工精度問題已成為并聯(lián)機(jī)床能否應(yīng)用于實(shí)際加工的關(guān)鍵。因此，研究影響并聯(lián)機(jī)床加工精度的因素，分析并聯(lián)機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能，提高并聯(lián)機(jī)床的加工精度對(duì)并聯(lián)機(jī)床的商品化和產(chǎn)業(yè)化有著十分重要的意義。
　　 在

2、總結(jié)國內(nèi)外并聯(lián)機(jī)床研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對(duì)平面并聯(lián)機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行了分析研究。首先，從運(yùn)動(dòng)學(xué)基本理論出發(fā)，深入研究了并聯(lián)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)求解、誤差分析、誤差建模等方面的問題；其次，從動(dòng)力學(xué)理論出發(fā)，對(duì)平面并聯(lián)桿件結(jié)構(gòu)和電主軸進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模，并采用擴(kuò)階方法得到了耦合系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，同時(shí)對(duì)幾種典型激勵(lì)作用下耦合系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了仿真分析；最后，對(duì)平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)與電主軸耦合系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和評(píng)價(jià)。本文完成的主要工作如下：
　　

3、 (1)分析了并聯(lián)機(jī)床誤差的基本分類和誤差的主要來源，指出分析平面并聯(lián)機(jī)床動(dòng)態(tài)性能的關(guān)鍵是要體現(xiàn)平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)和主軸耦合的特點(diǎn)。因此通過應(yīng)用有限單元法和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)理論分別建立了平面并聯(lián)桿件結(jié)構(gòu)和電主軸單元的動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)而采用擴(kuò)階法得到耦合系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型。
　　 (2)基于耦合系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)簡諧激勵(lì)作用下耦合系統(tǒng)各關(guān)鍵點(diǎn)處的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行了仿真計(jì)算，得到相應(yīng)的幅頻特性，由此對(duì)平面并聯(lián)機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行初步評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，在

4、20Hz以上的頻率范圍，并聯(lián)桿件系統(tǒng)發(fā)生了較明顯的振動(dòng)變形，導(dǎo)致主軸發(fā)生較為強(qiáng)烈的振動(dòng)，從而使平面并聯(lián)機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能大幅降低。
　　 (3)分別在平面并聯(lián)機(jī)床為剛性和彈性兩種情況下，對(duì)脈沖、階躍、斜坡、簡諧激勵(lì)等作用下主軸的瞬態(tài)響應(yīng)進(jìn)行了仿真分析，對(duì)平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)與電主軸耦合系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行了系統(tǒng)的評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，在上述幾種激勵(lì)作用下，并聯(lián)桿件產(chǎn)生的彈性變形導(dǎo)致主軸的振幅顯著增大，主軸的運(yùn)動(dòng)范圍也遠(yuǎn)大于剛性平面并聯(lián)桿件時(shí)的情況。

5、
　　 (4)分別研究了平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)和電主軸的剛度、阻尼參數(shù)變化對(duì)平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)與電主軸耦合系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)的影響。結(jié)果表明，耦合系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)主要受平面并聯(lián)桿件剛度和阻尼的影響，并聯(lián)桿件的截面尺寸(決定桿件剛度的重要因素)和阻尼越大，平面并聯(lián)機(jī)床的加工精度就越高；相比較而言，主軸的剛度和阻尼的變化對(duì)平面并聯(lián)機(jī)床的加工精度的影響非常小。
　　 (5)對(duì)平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的時(shí)域響應(yīng)進(jìn)行了測試，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理得到了并聯(lián)桿件系統(tǒng)的