五桿五環(huán)并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床開發(fā)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、本文運(yùn)用虛擬設(shè)計(jì)方法對(duì)并聯(lián)機(jī)床的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，探索了虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)在機(jī)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(dǎo)出五自由度的五桿五環(huán)并聯(lián)機(jī)構(gòu)逆解數(shù)學(xué)算法，建立其數(shù)學(xué)模型。在該機(jī)構(gòu)中，5個(gè)可任意三百六十度轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)環(huán)替代了常規(guī)情況下固定安裝于動(dòng)平臺(tái)的約束鉸鏈，解除了固定約束鉸鏈工作角度的限制對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)動(dòng)平臺(tái)活動(dòng)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(shí)的已知變?yōu)槲粗摍C(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解算法和傳

2、統(tǒng)的Stewart平臺(tái)以及由Stewart平臺(tái)演化出的多種構(gòu)型并聯(lián)機(jī)構(gòu)的逆解算法相比，有了很大的變化，因此該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解算法具有創(chuàng)新意義。本文還建立了適用于該機(jī)床的5x5雅可比矩陣，對(duì)奇異性進(jìn)行了描述。并采用了仿真分析軟件Adams進(jìn)行了驗(yàn)證。 結(jié)合五桿五環(huán)并聯(lián)機(jī)床的三維設(shè)計(jì)，作出了機(jī)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(jī)床中實(shí)現(xiàn)五自由度，完成了機(jī)床桿件的組成結(jié)構(gòu)、鉸鏈及機(jī)床外殼的設(shè)計(jì)。并聯(lián)機(jī)床尺寸設(shè)計(jì)不同于傳統(tǒng)機(jī)床，

3、在加工范圍已知的情況下，各桿件的長度、行程范圍、動(dòng)平臺(tái)的可達(dá)位姿和機(jī)床外殼等尺寸參數(shù)很難確定，并聯(lián)機(jī)床的尺度擬合及空間位置的確定是設(shè)計(jì)過程中的難點(diǎn)。論文嘗試?yán)锰摂M裝配的方法解決這個(gè)問題，虛擬裝配最大的優(yōu)點(diǎn)是裝配過程是可視且動(dòng)態(tài)的，可通過模擬極限位置進(jìn)行各部件的尺度擬合。 提出并實(shí)施了一種能夠解決并聯(lián)機(jī)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(jī)床數(shù)字樣機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)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(jì)階段解決。根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的相關(guān)理論和并聯(lián)機(jī)床具有隨位姿變化而變化的動(dòng)態(tài)特性，在已知加工表面參數(shù)的條件下，運(yùn)用軟件ADAMS作出了機(jī)床的動(dòng)態(tài)仿真，用該機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解模型對(duì)五根桿長進(jìn)行控制，從而獲取了機(jī)床刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡、速度和加速度的動(dòng)態(tài)變化，從而驗(yàn)證了并聯(lián)機(jī)構(gòu)逆解數(shù)學(xué)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(dòng)桿中驅(qū)動(dòng)力的動(dòng)態(tài)變化。 借助有限元分析軟件COSMOS，分析了該機(jī)床主軸