新型三自由度并联夹具平台及控制系统设计

发布时间：2017-06-29 10:12

  本文关键词：新型三自由度并联夹具平台及控制系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：机床在机械制造过程中是必不可少的加工设备。对于立式的钻床和铣床这种刀具只有一种运动方向的机床而言,加工的关键在于工件的定位、夹紧是否准确,这样才能正确加工出所需要的尺寸。夹具,其使得机械加工在一定程度上更方便和快捷。对于加工一些空间具有多方位孔的复杂非标零件,普通的三坐标的机床的夹具会用到一些专用性夹具和组合夹具来完成一系列的加工工序。但是每加工一个方位的孔都需要将夹具拆下重新进行工件的装夹。因此,专用夹具的使用也会在很大程度上降低加工效率和经济成本。同样,也可以使用五坐标机床或者更先进的机床来完成工件的加工,但成本是高额的。因此,设计一种能够多方位转动和倾斜的夹具平台且能够利用先进的控制技术控制的是意义重大的。众所周知,并联机构中的少自由度并联机构以其承载力大,结构简单易加工和控制的优点得到了无数学者的青睐。将其与并联机构进行结合,做成并联夹具平台就能达到所预期的。首先,第一章介绍了为何要做并联夹具平台的课题背景及意义。就三自由度并联机构的发展现状、国内外研究现状进行了介绍。另外,对并联机构运动学和控制方法的研究现状和成果进行了介绍。其次,第二章首先讲述了本文中夹具平台的应用场合,即作为简单立式铣床的夹具部分。重点突出利用并联机构作为夹具平台时,机构构型的的重要性和构型的组成部件和设计方法,并对构型的演变举了实例,由此引出本文设计三自由度并联夹具平台的理念和方法。绘制出机构简图,并进行了自由度的计算。同时,对设计的夹具平台的各部件进行了全面分析。对平台的控制硬件进行了计算和选择。也对光轴的强度进行了校核,最后,给出了样机的实物制作图。再次,第三章第四章就此平台的运动学进行了分析和验证。就此机构建立了数学模型,利用空间几何的方法对其逆解进行了MATLAB编程,得到了三个滑块的位移图像。将其三维模型导入ADAMS,进行参数设置,验证运动学逆解模型的正确性。同时,还利用ADAMS按照位移数据编制样条曲线,验证正解的正确性。最后,第五章对其控制系统进行了设计和样机进行了组装、实验调试。利用LinuxCNC,在软件里面设计一系列的参数,最后利用G代码对平台实行控制。达到本文中既定的运动。简单介绍了电机、驱动器、并口接板的接线方法,同时制作了一个简单的立式铣床,将其与设计的并联平台相结合,与现实的应用场合紧密联系。
【关键词】：夹具 并联机构 matlab adams Linux CNC控制系统
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG75;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 选题背景及意义12-14
• 1.1.1 课题背景12-13
• 1.1.2 研究意义13-14
• 1.2 三自由度并联机构发展概况14-20
• 1.2.1 三自由度并联机构的发展14-15
• 1.2.2 三自由度并联机构的应用研究15-20
• 1.3 并联机构的理论研究方法20-21
• 1.3.1 并联机构的运动学分析20
• 1.3.2 并联机构的控制方法分析20-21
• 1.4 本文研究主要内容21
• 1.5 本章小结21-22
• 第2章 三自由度并联夹具平台研制22-36
• 2.1 并联机构构型设计23-26
• 2.1.1 三自由度并联机构的构型概述23-26
• 2.2 三自由度并联夹具平台方案设计26-30
• 2.2.1 并联夹具平台的自由度计算27
• 2.2.2 并联夹具平台的三维模型27-28
• 2.2.3 拼接底座结构设计28-29
• 2.2.4 滑块导轨平台设计29
• 2.2.5 球面连接副的设计29-30
• 2.2.6 二自由度万向节设计30
• 2.3 三自由度并联夹具样机检验与制作30-34
• 2.3.1 滚珠丝杠副的选择30-31
• 2.3.2 步进电机驱动系统的设计31-32
• 2.3.3 光轴的检验和校核32-33
• 2.3.4 三自由度并联夹具平台实物图33-34
• 2.4 本章小结34-36
• 第3章 三自由度并联夹具平台运动学分析36-44
• 3.1 并联机构的运动学位置分析36-40
• 3.1.1 运动学正解分析36-37
• 3.1.2 运动学逆解分析37-40
• 3.2 基于实例的MATLAB运动学分析40-43
• 3.2.1 matlab的程序求解过程40-42
• 3.2.2 滑块的位移曲线图42-43
• 3.3 本章小结43-44
• 第4章 三自由度并联夹具平台运动学仿真与验证44-54
• 4.1 CAE技术应用发展44-46
• 4.1.1 CAE技术的应用现状44-45
• 4.1.2 多体动力学仿真分析软件ADAMS简介45-46
• 4.2 三自由度并联夹具平台在ADAMS中的运动仿真46-49
• 4.2.1 并联夹具平台的约束建立和自由度验证46-47
• 4.2.2 并联夹具平台的仿真与图形处理47-49
• 4.3 三自由度并联夹具平台在ADAMS中的运动学正解分析49-52
• 4.4 本章小结52-54
• 第5章 并联夹具平台控制系统设计及样机调试54-68
• 5.1 三自由度并联夹具平台控制系统方案设计54-58
• 5.1.1 控制系统分类及特点54-55
• 5.1.2 LinuxCNC开放式控制系统55-56
• 5.1.3 LinuxCNC开放式控制系统硬件结构56-57
• 5.1.4 LinuxCNC软件的安装与启动57-58
• 5.2 并联夹具平台在LinuxCNC中的参数配置58-65
• 5.2.1 对三自由度并联夹具平台的INI文件配置58-59
• 5.2.2 对三自由度并联夹具平台的运动学模块的修改59-63
• 5.2.4 样机硬件组装63-65
• 5.3 三自由度并联夹具的调试65-66
• 5.4 三自由度并联夹具平台的实际应用与扩展66-67
• 5.5 本章小结67-68
• 总结与展望68-70
• 参考文献70-74
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与的科研项目74-76
• 致谢76

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