五桿五環(huán)并聯(lián)運動機床開發(fā)設(shè)計及關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、本文運用虛擬設(shè)計方法對并聯(lián)機床的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)進行研究，探索了虛擬設(shè)計技術(shù)在機床新產(chǎn)品開發(fā)方面的具體應(yīng)用方法。主要工作包括以下幾方面： 推導出五自由度的五桿五環(huán)并聯(lián)機構(gòu)逆解數(shù)學算法，建立其數(shù)學模型。在該機構(gòu)中，5個可任意三百六十度轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)環(huán)替代了常規(guī)情況下固定安裝于動平臺的約束鉸鏈，解除了固定約束鉸鏈工作角度的限制對并聯(lián)機構(gòu)動平臺活動范圍的制約。但采用轉(zhuǎn)環(huán)后，其約束鉸鏈的位置由常規(guī)時的已知變?yōu)槲粗?，該機構(gòu)的運動學逆解算法和傳

2、統(tǒng)的Stewart平臺以及由Stewart平臺演化出的多種構(gòu)型并聯(lián)機構(gòu)的逆解算法相比，有了很大的變化，因此該機構(gòu)的運動學逆解算法具有創(chuàng)新意義。本文還建立了適用于該機床的5x5雅可比矩陣，對奇異性進行了描述。并采用了仿真分析軟件Adams進行了驗證。 結(jié)合五桿五環(huán)并聯(lián)機床的三維設(shè)計，作出了機床總體結(jié)構(gòu)布局以及應(yīng)用裝配關(guān)系和約束條件在機床中實現(xiàn)五自由度，完成了機床桿件的組成結(jié)構(gòu)、鉸鏈及機床外殼的設(shè)計。并聯(lián)機床尺寸設(shè)計不同于傳統(tǒng)機床，

3、在加工范圍已知的情況下，各桿件的長度、行程范圍、動平臺的可達位姿和機床外殼等尺寸參數(shù)很難確定，并聯(lián)機床的尺度擬合及空間位置的確定是設(shè)計過程中的難點。論文嘗試利用虛擬裝配的方法解決這個問題，虛擬裝配最大的優(yōu)點是裝配過程是可視且動態(tài)的，可通過模擬極限位置進行各部件的尺度擬合。 提出并實施了一種能夠解決并聯(lián)機床速度、加速度和力(力矩)正逆解的仿真方法，完成了五桿五環(huán)并聯(lián)機床數(shù)字樣機的運動學和動力學仿真。通過一系列仿真分析，使產(chǎn)品在試制

4、過程中可能出現(xiàn)的問題大部分在設(shè)計階段解決。根據(jù)運動學和動力學的相關(guān)理論和并聯(lián)機床具有隨位姿變化而變化的動態(tài)特性，在已知加工表面參數(shù)的條件下，運用軟件ADAMS作出了機床的動態(tài)仿真，用該機床的運動學逆解模型對五根桿長進行控制，從而獲取了機床刀尖的運動軌跡、速度和加速度的動態(tài)變化，從而驗證了并聯(lián)機構(gòu)逆解數(shù)學算法的正確性，并得到了刀尖在受到模擬切削力作用下，各驅(qū)動桿中驅(qū)動力的動態(tài)變化。 借助有限元分析軟件COSMOS，分析了該機床主軸