虛擬軸機(jī)床設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、南京理工大學(xué)博士學(xué)位論文虛擬軸機(jī)床設(shè)計(jì)方法研究姓名：張龍申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：控制理論與控制工程指導(dǎo)教師：張友良2001.10.15^ B g ⅡL A C TA B S T R A C TW i t h t h e 口u F 囂s o f t h e i n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y a n d t h e d e v e l o p m e n t o f t h e g l o

2、b a lm a n u f a c t u r i n gt e c h n i q u e s ，e n t e r p r i s e s r e q u i r e m o r ee f f i c i e n t a n d l o w e r c o s t m a c h i n e t o o l s b y r e a s o n o fc n l m n c i n g t h e i r c o m p e t i

3、 t i v e a b i l i t y ．B u t c o n v e n t i o n a l i n a c h i n e t o o l s w i l l e n c o u n t e r m a n yd i 伍c n l i n e sW h i c h a ”h a r d t oo v e r c o m ei nt h ef u t u r e ，f o r i n s t a n c eo f h i

4、g h - s p e e dm a c h i n i n g ( p a t hs p c e d se x c e e d i n g5 0m ／r a i n ) a n db i g h - e 伍c i e n ts p a c ec u r v e ds u r f a c e s m a c h i n i n ga sw e l I a sf l e x i b i l i t y o f m a c h i n e

5、s ．T h u s ．i t i sv e r y i m p o r t a n t t oe x p l o r ea n d s t u d y k i n d o f m o d e r n m a c h i n e s ．P a r a l l e Ik i n e m a t i cm e e h a r I i S mf P K M ) h a s n o t a b l ef c a t a r e so f r e

6、 d u c e dm a s so f m e v i n g p a r t sa n dt h u s i n c r e a s e da c c e l e r a t i o nr e s c r v d ．q ，i n a d d i t i o nt o t h a t ，P K Ma l l o wt h e i m p l e m e n t a t i o no fm o d u l a r c o n s t r

7、 u c t i o nm e t h o d sa n dac l e a ri m p r o v e m e n ti nt l I cq u a l i t yo f t h em a c h i n e ds u r f a c e ．M o r c o v e r , 也ep r o d u c t i e nC O S t So f p a r a l l e lk i n e m a t i c m a c h i n

8、e t o o l sa r er e d u c e d b y t h ef a c t 血a tal a r g en u m b e r o f i d e n t i c a lp a r t sc a nb eu s e d ．ⅢsP ∞e rc o n d u c t st h ed i s c u s s i o no f ”S t e w a r tp l a t f o r m ”a n d i t ' s

9、d e s i g nv a r i a n t s ，a n dp r e s e n t st h ea n a l y s i so f k i n e m a t i c s 。d y n a m i c sa n d c e n t r e ls y s t e mo ft h cd o u b l e - a n g u l a rP K M a n d6 - s l i d eP K M ：w i t h ak i n e

10、 m a t i c s ．d y n a m i c s a l g o n t h md e v e l o p e d , t h e s i m u l a t i n gs o l u t i o u s o f t h e c h a r a c t e r i s t i c so f P K M a r e r e s p e c t i v e l y d r a w n ．H i g h ·s p e e

11、dm a c h i n i n g o rc u t t i n gw i t hl a s t sa n dp l a s m ai st h ci m p o r t a n ta d v a n t a g e so f m o d e r nm a c h i n e t o o l s ．a(chǎn) n dt h a th a sf o r m e d m a i n t r a n di nt l l od e v e l o p

12、 m e n to f t h em a c h i n o t o o l s P a r a l l e lk i n e m a t i cs t r u c t u r e ( m e c h a n i s m ) c ∞m e e t s a r i s f a c t o r i l yt h ed e m a n d so nh i g hs p e e dm a c h i n i n g珈s p a p e rp r

13、 e s e n t st h ea n a l y s i so f c o m p a r i s o nb e t w e e nt h eS t e w a r t p l a t f o r ma n d6 ．s l i d eP K M ．m a k i n g a s u g g e s t i o n t I I a t 6 - s l i d e P K Mh a s m o r e p e r f e c t s p

14、 e c i t i c k i n e m a t i c p r o p e r t y a n dc o n t r o l l a b l e p e c u l i a r i ～t l l a nS t e w a r tp l a t f o r m ．F o re x a m p l e ．t h e6 - s l i d eP I 洲c a ne m p l o yt h es i m p l e s t r u c

15、t u r eo f s t r u t - c o m p o n e n t sa n d r e a l i z e t h e c o m b i n a t i o n o f s e v e r a lm a c h i n i n gm e a n s ，a n dh a s t h ew o r k s p a c e w h i c h e x t e n d s i n f i n i t e l yi n t h

16、e o r y , e t c ．G ％e r a lP K M h a sn oa n a l y t i cp u s i t i v cs o l u r i o n s ．w h i c hm i r r o r si nt h ea n a l y s i so f k i n e m a t i ca n dd y n a m i c ．J a c o b i a n m a t r i x c a n n o t b e

17、g a i n e d ；w h e n s o l v i n g t h ep r o b l e mw i t h t h ed i g i t a la l g o r i t h mo fG a u s s - e l i m i n a t i o n , t h ec o e 伍c l e n tm a t r i xo f f i n e a re q u a t i o u sg r o u p i sh i g hd

18、 e g r e ei l l n e s s ．T h i sp a p e re m p l o y st h e d y n a m i c - s t a t i cf o r c e p r i n c i p i e t o s i m p l i 鉀t h em a t h e m a t i c a l m o d e l s ．a(chǎn) n de m p l o y st h ev i r t u a l - d i s p

19、 l a c e m e n t 耐n c i p l ea n da d o p t st h eS O R d i g i t a l a l g o r i s mt oe x t r a c tt h ed y n a m i c a l p o r f o n n a n c a s ．1 h es o l u t i o n se x t r a c t e d i sc o i n c i d e n t a lw i t

20、 h t h e p r a c r i c a ls i t u a t i o u sT h e r e ’r e 1 2v a r i a b l e si n t h eh o m o g e n e o u st r a n s f u r m a t i o nm a t r i xw h e nw h i c hi s e x p r e s s e db ye r i e n t a t i o nc o s i n e

21、v e c t o r s ，a n d6o f 1 2 v a r i a b l e sa r e i nr e l a t i o n t or o t a t i o nt r a n s f u r m a f i o n ．I n c a s em a t ￡h e h o m o g e n e o u s t r a n s f o r m a t i o n m a t r i x f o r m o v i n g

22、p l a t f o r m i se x p r a s s e db y f i x e d —a x i sE n l e ra n g l e s ．o n l yi st h r e ev a r i a b l e sw i t hr e s p e c tt or o t a t i o n 打a n s f u r m a t i o nn e e d e d ．t h e nm e c o u r s eo fe x

23、 t r a c t i n gs o l u r i o u si s s i m p l i f i e d ．D o u b 】e - i t ／a n g l em o d e lS t e w a r to l a t f o r mh a sa n a l y t i cp o s i t i v es o l u t i o n s a sa r e s n i t o f a d o p t i n gs p e c i

24、 a ls t r u c t u r eo f c o m p l e x b a l l h i n g e ．T l l i s p a p c rd i S C U S S @ 8 t W Ot y p e so f s t r u c t u r e o f c o m p l e x b a l lh i f I g c ．T h e 豇T O r So fm e c h a n i s mw h i c hi n c l

25、u d eC T E O r S o fm a n u f a c t u r i n ge o m p o n e n m ．a(chǎn) s s e m b l i n ga n dc o n t r e l l i n g a n d t h e 口T o r sc a u s e d b yt e m p e r a t u r e g r o w t ha n de l a s t i c d e f o r m a t i o n o

26、 ff o r c e dc o m p o n e n ma f f e c td i r e c t l y t l l e p r o c a s s i n gp r e c i s i o no fv i r t u a l ．a(chǎn) x i sm a c h i n et o o l s ．T h i sp a p e re m p l o y s d i f f e r e n t i a t i o n t r a n s

27、f o r m a t i o n a n d t l ”m e t h o d o f d i f f e r e n r i a t i n g c o m p l e t e l yh o m o g e n e o u sc o o r d i n a t et r a n s f o r m a t i o nt o s e tu pC l T O r $ e q u a t i o n sg r o u p ．t h ed

28、i s c u s s i o no ft l l ee r l “ o r so f d o u b l e - ( r i a n g l eP K M i sc o n d u c t e d ．W h e n t h em e v i n g p l a t f o r mi s i nh o f i z o n t a lP O s t o r e ．t h e r a n k p r i m a r y e l e m e

29、n t e r e n t s o l u t i o n i s e m p l o y e da n d t h e a n a l y t i c s o l u t i o n s o fe r r o r sd i s p e r s i o ni se x t r a c t e d ，t h en o n s i n g t l l a rc o e f f i c i e n t m a t r i x i sa l s