义齿曲面成型的五自由度并联机构的仿真与分析

发布时间：2017-09-12 22:45

  本文关键词：义齿曲面成型的五自由度并联机构的仿真与分析

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【摘要】：现代生活中牙齿健康,已经越来越受到人们的关注。由于我国老龄化速度不断加快,关于牙齿修复的需求也会与日俱增。随着CNC技术的日渐成熟,义齿的制作方式逐渐被数控加工方式所取代,显著的提高了加工效率。国外义齿修复技术已趋于成熟,加工设备、材料和软件支撑等已经形成了一个完备的体系。而国内技术还有较大的差距,导致我国每年需要花费大量的资金从国外引进相应的设备来满足国内的需求。因此研究开发具有自主知识产权的义齿修复系统,摆脱目前依赖引进的局面已经是迫在眉睫。本课题以义齿曲面加工成型为目的设计了一种能够完成往复行切轨迹的五自由度并联机构,这种机构相比传统机床具有累积误差小、刚度高、承载力高等特点,可实现高精高仿形加工。本文将加工性能优异的并联机构应用于义齿加工的特定环境。对义齿加工轨迹规划、加工设备指标确定、刀具切削力、误差放大倍数建模、机构空间规划等等方面进行了研究。对并联机构的结构参数进行了设计和多目标优化,并搭建了一台义齿曲面成型的五自由度并联机构样机。对义齿曲面成型五自由度并联机构进行了动力学建模并解耦出解析解。依据螺旋理论推导出少自由度并联机构雅克比矩阵;对义齿曲面成型五自由度并联机构进行研究,得出一种通用的加速度解耦方法,可求解出各支链推杆运动加速度的解析解;运用偏速度和凯恩方程建立本义齿曲面成型五自由度联机构的动力学建模,并求解出的各个支链上关节受力的解析解。对义齿曲面成型五自由度并联机构进行了仿真与分析。验证了给出的义齿曲面成型机构动力学建模的正确性,按照规划的刀具轨迹对优化后的机构进行运动学仿真,并与预定结果进行比较。仿真了机构在受到切削力载荷情况下各个支链的形变情况和刀具末端误差大小,验证了机构对精度的要求。
【关键词】：义齿曲面加工 五自由度机构 多目标优化 误差放大倍数
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R783.6;TH112
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题来源9
• 1.2 义齿加工机构研究背景9-10
• 1.3 研究现状10-16
• 1.3.1 国外义齿加工机构的研究现状10-11
• 1.3.2 国内义齿加工机构的研究现状11-12
• 1.3.3 并联机构在义齿加工的研究现状12-14
• 1.3.4 并联机构理论研究现状14-16
• 1.4 研究意义16
• 1.5 主要研究内容16-17
• 第2章 义齿曲面成型机构的设计与优化17-35
• 2.1 引言17
• 2.2 加工刀具轨迹规划17-18
• 2.3 义齿加工机构工作指标18-22
• 2.3.1 义齿加工机构需求分析18-19
• 2.3.2 义齿曲面加工技术指标19
• 2.3.3 义齿曲面加工刀具选型19-20
• 2.3.4 机构空间规划20-21
• 2.3.5 机构误差建模与分析21-22
• 2.3.6 刀具切削力22
• 2.4 义齿曲面加工机构的初步设计22-23
• 2.5 义齿曲面加工机构结构参数的优化23-31
• 2.5.1 结构参数的优化准则23-24
• 2.5.2 结构参数优化指标24-26
• 2.5.3 优化算法26-27
• 2.5.4 基于非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）的多目标优化27-31
• 2.6 最优解选择原则及结果分析31-34
• 2.6.1 最优解选择原则31-32
• 2.6.2 结果分析32-34
• 2.7 本章小结34-35
• 第3章 义齿曲面成型并联机构的动力学分析35-46
• 3.1 引言35
• 3.2 速度方程与雅可比矩阵35-38
• 3.2.1 约束子矩阵36-37
• 3.2.2 运动子矩阵37-38
• 3.3 加速度模型建立38-42
• 3.3.1 运动子矩阵的加速度模型建立38-39
• 3.3.2 约束子矩阵的加速度模型建立39-42
• 3.4 动力学模型建立42-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第4章 义齿曲面成型并联机构仿真与分析46-57
• 4.1 义齿曲面成型并联机构仿真46-53
• 4.1.1 三维模型建立46
• 4.1.2 位置仿真46-53
• 4.2 机构的动力学模型验证53-54
• 4.3 机构的误差验证54-55
• 4.4 本章小结55-57
• 结论57-58
• 参考文献58-63
• 致谢63

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本文编号：839977