新型四自由度并联工作台的研究

发布时间：2020-03-28 00:16

【摘要】： 并联机床是并联机构与现代机床技术相结合的产物,通常情况下,它通过若干根杆将上下平台连接而形成。这些杆可以是定长的也可以是可伸缩的,但他们都是通过其两端的球铰或者虎克铰与上下平台相连接。这样上平台可以实现三至六个自由度的运动。四自由度并联工作台是并联机床的一种,它与传统的数控机床相比具有结构简单、刚度大、质量轻、响应快,特别是很容易实现四杆联动等一些优点,而且它便于加工一些复杂的三维曲面,且其加工精度和加工粗糙度都直接由控制程序来保证,因此它的硬件成本很低,同时具有较高附加值。为了避免六自由度并联机构存在的制造成本高、工作空间与外形尺寸比不合理等缺点,根据当前国内外并联机构的结构形式及它们的优缺点本文提出了一种新型工作台。并对这种新型四自由并联工作台的结构形式、工作空间、运动学分析和刚度等问题进行分析。首先,对工作台的工作空间及运动学进行研究。对工作台进行运动建模,并在模型上建立坐标系,然后利用旋转矩阵找出工作台的动平台和机架之间的关系。从而推导出动平台四个铰链相对于机架的坐标,根据这些坐标和杆长的关系写出工作台工作空间的运动学方程,最终可以得到并联工作台的运动空间正解。其次,对工作台的刚度进行分析。少自由度并联机构承载能力、动力学、奇异位形等方面的研究和并联机构的刚度都有很大的联系,对于机构的刚度研究都具有重要意义。本文将通过建立刚度矩阵的矩阵方程来分析工作台的刚度以及工作台的结构参数对其刚度的影响。最后,对工作台进行实体仿真。并联工作台的运动是一种空间运动,其运动学计算复杂且工作空间很难想象。因此,有必要建立适当的模型并进行仿真,使机构的运动可视化。通过仿真我们可以在工作台实际制造出来之前在计算机上看到仿真模拟出的机构的模型特征和运动特征,看到机构运动是否有干涉。这样在设计过程中的错误可以被检查出来,从而降低开发研制费用。本课题中将采用PRO/E建立机床的部件模型并在ADAMS中对机构进行装配和定义约束条件,并通过对工作台进行运动分析时得到的数据对机构进行驱动,进而完成工作台的运动仿真过程。
【图文】：

天津大学,并联机床

如:清华大学，东北大学，天津大学、燕山大学和哈尔滨工业大学等高等院校也在积极从事并联机床领域的研究工作并与相关企业合作研制了数台结构各异的样机。但是这些样机多数以3自由度和6自由度为主。如图1.4所示为天津大学联合研制的3自由度并联机床。图1.5为清华大学和天津大学联合研制的VAMTIY (virtualAxisMachineToolIY)。它也是我国第一台大型锉铣类并联机床原型样机。该机床采用了八面体的框架式结构，可以实现6自由度。除了以上几种典型结构的并联机床以外还有一些较为独特的设计。例如在CIMT‘2001上展出的清华大学与江东机床厂联合开发的数控龙门式虚拟轴机床XNZZO10(图1.6)，该机床由一个平面3自由度并联机构，龙门架以及可移动的工作台构成。3自由度并联机构实现刀具的两维平动与一维摆动，再加上工作台的一个方向的移动，从而实行刀具与工件之间4个坐标的进给运动。图1.4天津大学研制的并联机床图

清华大学,3自由度,并联机床,并联机构

除了以上几种典型结构的并联机床以外还有一些较为独特的设计。例如在CIMT‘2001上展出的清华大学与江东机床厂联合开发的数控龙门式虚拟轴机床XNZZO10(图1.6)，该机床由一个平面3自由度并联机构，龙门架以及可移动的工作台构成。3自由度并联机构实现刀具的两维平动与一维摆动，，再加上工作台的一个方向的移动，从而实行刀具与工件之间4个坐标的进给运动。图1.4天津大学研制的并联机床图
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH112

【参考文献】