并联变胞切割机构的构型综合与性能优化研究
发布时间：2021-08-14 06:49
面向现代舰船制造的工程背景,在船体空间复杂曲面上切割形状各异的大尺寸工艺孔是加工过程中的关键项目。由于船体结构的变化和船用材料的更新换代,现有切割装备已经不能满足“高性能”制造需求,也无法保障孔型任务的加工精度与性能指标等。因此,研究能够解决舰船复杂曲面切割难题的新型加工方法—数字化敏捷切割技术,并研制具有高效率、高精度和高质量加工特性的切割机构与数控切割设备,对舰船制造中需要解决的重要问题,具有重要的理论意义和工程价值。本文将空间复杂曲面零件测量—再设计—数控加工一体化和数控切割设备的机构设计与性能优化视为数字化敏捷切割技术领域中的两个核心要素,开展了空间复杂曲面孔型轮廓及其切割轨迹的参数化建模方法、并联变胞机构的构型综合方法、全构态运动性能分析与综合评价优化方法研究,也进行了并联变胞切割机构的运动优化设计和虚拟仿真研究。一方面建立了复杂曲面曲线数控加工一体化以及并联变胞机构构型综合与优化的理论方法,另一方面为解决复杂曲面加工难题提供了新型切割机构。本文主要研究内容包括:构建了空间复杂曲面孔型轮廓及其切割轨迹的参数化模型。根据空间曲面的数字化敏捷切割需求,构造了由一般参数转化为特殊参...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：190 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．３可锁死ｙ副和３－ＣＰｔ／并联变胞机构??Ｆｉｇ．?１．３?Ａ?ｌｏｃｋａｂｌｅ?ｕｎｉｖｅｒｓａｌ?ｊｏｉｎｔ?ａｎｄ?３－ＣＰＵ?ｐａｒｅｌｌｅｌ?ｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｃ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ??
需要确定其在空间复杂曲面工件和切割轮廓中的姿态，即事先构建出Ｖ型、Ｘ??型等形式的坡口向量模型。基于空间几何理论［１４３］，结合材料去除方式给出与坡口有关??的参考面和空间角度如图２．１所示。其中，是工件坐标系，Ｆ是工件材料模型，ｒ??上的空间曲面采用参数方程ｒ（ｗ，ｖ）表示。Ｄ是材料去除区域，Ｄ上的空间轮廓曲线采??用参数表达式表示。从是当前切割点，定义为切割介质在工件上的映射点。ｒＡ，是??切割点的切线方向，指定切割介质的运动方向。：是切割点的法剖面，它是过Ｍ点??并且以边界矢量和法矢量的叉积为法线的参考平面，能够描述切割介质在厚度方向上??的轮廓边界。??＾ｕ?ＴｙｐｅＶ??图２．１坡口模型的参考面和空间几何描述??Ｆｉｇ．?２．１?Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?ａｎｄ?ｓｐａｔｉａｌ?ｇｅｏｍｅｔｒｙ?ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ?ｏｆ?ｇｒｏｏｖｅ?ｍｏｄｅｌ??在法剖面上描述切割点Ｍ处的坡口模型，是找出任意坡口形式中的去除材料区域??的轮廓边界，它对应切割介质的姿态，以表示。Ｍ＇是坡口向量与工件表面的交??点，７Ｖ是沿厚度／／的方向上，坡口留根位置的参考点。为了保留原有设计孔型的有效??功能区域
??典型并联变胞机构及其结构组成如图３．１所示。其中，图３．１?（ａ）是单工作变胞支??链型并联变胞机构，它包含３条常规环形单开链结构和１条中间支撑工作变胞??单开链动平台具有２种不同的约束状态［６（）］。图３．１?（ｂ）是全工作变胞支链??型并联变胞机构，它包含３条工作变胞单开链通过改变自身结构切换为单开链??和凡使得末端具有无约束、纯移动和纯转动等不??同的运动形式［６４］。图３．１（ｃ）是附加变胞支链型并联变胞机构，它包含３条常规单开链??［／八７结构以及２组专用于构态变换（改变Ｖ副的转动轴线方向）但不能为动平台提供??３４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]3T1R并联机构运动学分析与优化设计[J]. 杨桂林,吴存存,陈庆盈,王逸,张驰. 农业机械学报. 2017(12)
[2]Tripod并联机器人工作空间完全解析与实验验证[J]. 牟家旺,于今,吴超宇,程敏,钱小吾. 农业机械学报. 2017(07)
[3]Optimal Design of a 3-Leg 6-DOF Parallel Manipulator for a Specific Workspace[J]. FU Jianxun,GAO Feng. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2016(04)
[4]冗余并联机构运动学性能分析与优化[J]. 陈修龙,蒋德玉,陈林林,王清. 农业机械学报. 2016(06)
[5]含冗余驱动支链4-UPS&UP并联机构的运动学性能分析[J]. 董成林,刘海涛,黄田. 机械工程学报. 2016(05)
[6]含正则支链的并联机器人雅可比简化分析方法[J]. 卜王辉,郑钰馨,张攀,华滨滨. 机械工程学报. 2016(09)
[7]Singularity Analysis of a 3-RPS Parallel Manipulator Using Geometric Algebra[J]. LI Qinchuan,XIANG Ji’nan,CHAI Xinxue,WU Chuanyu. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2015(06)
[8]有理参数曲线的最优参数化[J]. 厉玉蓉,李丹. 计算机辅助设计与图形学学报. 2015(10)
[9]基于QR分解的少自由度并联机构运动学及刚度分析[J]. 王唱,赵铁石,赵延治,耿明超,李二伟. 机械工程学报. 2015(23)
[10]并联机构动力学性能评价指标的研究[J]. 史革盟,师俊平,鲁开讲. 机械强度. 2015(04)
博士论文
[1]一类可重构并联机构的结构设计方法与运动学分析[D]. 叶伟.北京交通大学 2016
[2]面向功能和性能的机构综合性能分析和评价方法研究[D]. 孙志娟.北京工业大学 2014
[3]隐参数曲线曲面及基于PHT样条的间断图像缩放[D]. 张伟红.中国科学技术大学 2014
[4]主船体数字化设计与分段测量数据匹配方法研究[D]. 管官.大连理工大学 2013
[5]一类三自由度并联机构的特性研究与优化设计[D]. 姚太克.中国科学技术大学 2013
[6]少自由度并联机构性能评价指标体系研究[D]. 孙涛.天津大学 2012
[7]一种两自由度并联机构优化设计及动力学控制研究[D]. 郝齐.清华大学 2011
[8]变胞并联机构的结构设计方法与运动特性研究[D]. 张克涛.北京交通大学 2010
[9]管件带坡口相贯线数控切割建模与仿真研究[D]. 董本志.东北林业大学 2010
[10]曲线曲面的几何约束造型与近似合并[D]. 陈军.浙江大学 2010
硕士论文
[1]基于等效阻力梯度的约束变胞运动副结构综合[D]. 魏强.东北大学 2012
[2]基于三次B样条的三维重建方法的研究[D]. 南良改.武汉理工大学 2009
本文编号：3341991
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：190 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．３可锁死ｙ副和３－ＣＰｔ／并联变胞机构??Ｆｉｇ．?１．３?Ａ?ｌｏｃｋａｂｌｅ?ｕｎｉｖｅｒｓａｌ?ｊｏｉｎｔ?ａｎｄ?３－ＣＰＵ?ｐａｒｅｌｌｅｌ?ｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｃ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ??
需要确定其在空间复杂曲面工件和切割轮廓中的姿态，即事先构建出Ｖ型、Ｘ??型等形式的坡口向量模型。基于空间几何理论［１４３］，结合材料去除方式给出与坡口有关??的参考面和空间角度如图２．１所示。其中，是工件坐标系，Ｆ是工件材料模型，ｒ??上的空间曲面采用参数方程ｒ（ｗ，ｖ）表示。Ｄ是材料去除区域，Ｄ上的空间轮廓曲线采??用参数表达式表示。从是当前切割点，定义为切割介质在工件上的映射点。ｒＡ，是??切割点的切线方向，指定切割介质的运动方向。：是切割点的法剖面，它是过Ｍ点??并且以边界矢量和法矢量的叉积为法线的参考平面，能够描述切割介质在厚度方向上??的轮廓边界。??＾ｕ?ＴｙｐｅＶ??图２．１坡口模型的参考面和空间几何描述??Ｆｉｇ．?２．１?Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?ａｎｄ?ｓｐａｔｉａｌ?ｇｅｏｍｅｔｒｙ?ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ?ｏｆ?ｇｒｏｏｖｅ?ｍｏｄｅｌ??在法剖面上描述切割点Ｍ处的坡口模型，是找出任意坡口形式中的去除材料区域??的轮廓边界，它对应切割介质的姿态，以表示。Ｍ＇是坡口向量与工件表面的交??点，７Ｖ是沿厚度／／的方向上，坡口留根位置的参考点。为了保留原有设计孔型的有效??功能区域
??典型并联变胞机构及其结构组成如图３．１所示。其中，图３．１?（ａ）是单工作变胞支??链型并联变胞机构，它包含３条常规环形单开链结构和１条中间支撑工作变胞??单开链动平台具有２种不同的约束状态［６（）］。图３．１?（ｂ）是全工作变胞支链??型并联变胞机构，它包含３条工作变胞单开链通过改变自身结构切换为单开链??和凡使得末端具有无约束、纯移动和纯转动等不??同的运动形式［６４］。图３．１（ｃ）是附加变胞支链型并联变胞机构，它包含３条常规单开链??［／八７结构以及２组专用于构态变换（改变Ｖ副的转动轴线方向）但不能为动平台提供??３４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]3T1R并联机构运动学分析与优化设计[J]. 杨桂林,吴存存,陈庆盈,王逸,张驰. 农业机械学报. 2017(12)
[2]Tripod并联机器人工作空间完全解析与实验验证[J]. 牟家旺,于今,吴超宇,程敏,钱小吾. 农业机械学报. 2017(07)
[3]Optimal Design of a 3-Leg 6-DOF Parallel Manipulator for a Specific Workspace[J]. FU Jianxun,GAO Feng. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2016(04)
[4]冗余并联机构运动学性能分析与优化[J]. 陈修龙,蒋德玉,陈林林,王清. 农业机械学报. 2016(06)
[5]含冗余驱动支链4-UPS&UP并联机构的运动学性能分析[J]. 董成林,刘海涛,黄田. 机械工程学报. 2016(05)
[6]含正则支链的并联机器人雅可比简化分析方法[J]. 卜王辉,郑钰馨,张攀,华滨滨. 机械工程学报. 2016(09)
[7]Singularity Analysis of a 3-RPS Parallel Manipulator Using Geometric Algebra[J]. LI Qinchuan,XIANG Ji’nan,CHAI Xinxue,WU Chuanyu. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2015(06)
[8]有理参数曲线的最优参数化[J]. 厉玉蓉,李丹. 计算机辅助设计与图形学学报. 2015(10)
[9]基于QR分解的少自由度并联机构运动学及刚度分析[J]. 王唱,赵铁石,赵延治,耿明超,李二伟. 机械工程学报. 2015(23)
[10]并联机构动力学性能评价指标的研究[J]. 史革盟,师俊平,鲁开讲. 机械强度. 2015(04)
博士论文
[1]一类可重构并联机构的结构设计方法与运动学分析[D]. 叶伟.北京交通大学 2016
[2]面向功能和性能的机构综合性能分析和评价方法研究[D]. 孙志娟.北京工业大学 2014
[3]隐参数曲线曲面及基于PHT样条的间断图像缩放[D]. 张伟红.中国科学技术大学 2014
[4]主船体数字化设计与分段测量数据匹配方法研究[D]. 管官.大连理工大学 2013
[5]一类三自由度并联机构的特性研究与优化设计[D]. 姚太克.中国科学技术大学 2013
[6]少自由度并联机构性能评价指标体系研究[D]. 孙涛.天津大学 2012
[7]一种两自由度并联机构优化设计及动力学控制研究[D]. 郝齐.清华大学 2011
[8]变胞并联机构的结构设计方法与运动特性研究[D]. 张克涛.北京交通大学 2010
[9]管件带坡口相贯线数控切割建模与仿真研究[D]. 董本志.东北林业大学 2010
[10]曲线曲面的几何约束造型与近似合并[D]. 陈军.浙江大学 2010
硕士论文
[1]基于等效阻力梯度的约束变胞运动副结构综合[D]. 魏强.东北大学 2012
[2]基于三次B样条的三维重建方法的研究[D]. 南良改.武汉理工大学 2009
本文编号：3341991
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