新型五軸并串聯(lián)機床的運動學(xué)分析與結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計.pdf

1、與傳統(tǒng)的串聯(lián)機構(gòu)相比，純并聯(lián)機構(gòu)在結(jié)構(gòu)及運動特性上具有承載能力強、定位精度高、剛度重量比大、結(jié)構(gòu)簡單、動平臺運動靈活等一系列優(yōu)點。但并聯(lián)機構(gòu)同時也存在著工作空間小、控制復(fù)雜、運動學(xué)標(biāo)定困難能缺點。相對于與以Stewart平臺型并聯(lián)機機構(gòu)為代表的6自由度機構(gòu)，少自由度并聯(lián)機構(gòu)由于具有結(jié)構(gòu)簡單、工作空間大、造價低等突出優(yōu)點，近年來廣受學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的關(guān)注。本文提出一種四自由度并聯(lián)機構(gòu)新構(gòu)型——2-TPR/2-TPS并聯(lián)機構(gòu)，對該機構(gòu)進行了深

2、入的分析研究，在此基礎(chǔ)上通過在2-TPR/2-TPS并聯(lián)機構(gòu)機構(gòu)上串聯(lián)一個轉(zhuǎn)動軸，提出了一種新型5軸并串聯(lián)機床，對該機床機構(gòu)進行了相關(guān)的運動學(xué)分析與結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計的研究。
　　研究了新型2-TPR/2-TPS空間四自由度并聯(lián)機構(gòu)結(jié)構(gòu)布局特點；應(yīng)用螺旋理論分析了機構(gòu)的運動性質(zhì)，確定了機構(gòu)的運動自由度；通過機構(gòu)的結(jié)構(gòu)約束關(guān)系推導(dǎo)了機構(gòu)動平臺位姿參數(shù)的解耦關(guān)系式；應(yīng)用解析法推導(dǎo)了機構(gòu)的位姿反解方程，應(yīng)用數(shù)值方法給出了機構(gòu)的位姿正解；在螺旋

3、理論的基礎(chǔ)上提出了一種分析并聯(lián)機構(gòu)奇異位形的新方法——瞬時坐標(biāo)系法，并應(yīng)用此方法得到了機構(gòu)的三種奇異位形。
　　基于2-TPR/2-TPS并聯(lián)機構(gòu)，通過在其運動平臺上串聯(lián)一個回轉(zhuǎn)軸，提出了一種新型5軸并串聯(lián)機床。研究了該機床的結(jié)構(gòu)特點，得出了該機床的位姿正反解；應(yīng)用矢量幾何法推導(dǎo)了機構(gòu)一階影響系數(shù)矩陣及二階影響系數(shù)矩陣，并在此基礎(chǔ)上進行了速度分析與加速度分析。
　　借助機床的位姿反解算法，采用空間三坐標(biāo)交替搜索的數(shù)值方法生成

4、了給定刀具最大加工傾角的機床刀頭點的可達工作空間；分析了機床工作空間的特點，采用數(shù)值法計算了工作空間的體積；分析了刀具的加工傾角的變化對工作空間的影響；研究了機床工作空間的大小隨機床結(jié)構(gòu)參數(shù)變化的情況，為機床結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計提供了理論依據(jù)。
　　基于2-TPR/2-TPS空間四自由度并聯(lián)機構(gòu)的一階影響系數(shù)矩陣，對機床的靈活度進行了解析；分析了機床的的位置靈活度和姿態(tài)靈活度指標(biāo)在工作空間中的分布狀況；研究了機床的靈活度指標(biāo)隨機床結(jié)構(gòu)參