五軸摩擦焊機(jī)床并聯(lián)頭結(jié)構(gòu)設(shè)計及分析.pdf

1、攪拌摩擦焊是一種在機(jī)械力和摩擦熱作用下的固相連接方法,在鋁、銅等有色金屬合金結(jié)構(gòu)件制造中得到了廣泛的應(yīng)用。攪拌摩擦焊過程中機(jī)床承受的載荷較大,采用并聯(lián)形式的結(jié)構(gòu)是一種提高機(jī)床承載能力和剛度的有效手段。
　　本文所研究摩擦焊機(jī)床采用并聯(lián)+串聯(lián)的混聯(lián)結(jié)構(gòu),即采用3-PRS并聯(lián)機(jī)構(gòu)構(gòu)成并聯(lián)主軸頭用于實現(xiàn)主軸的Z軸移動和A、C軸轉(zhuǎn)動,附加X、Y兩軸移動的工作臺。該混聯(lián)結(jié)構(gòu)具有作業(yè)空間大、結(jié)構(gòu)簡單的特點,可以方便的實現(xiàn)五坐標(biāo)軸運動。本文針對

2、并聯(lián)主軸頭開展了研究,包括3-PRS并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運動學(xué)分析、并聯(lián)主軸頭的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計和主要零件的有限元分析。
　　首先進(jìn)行了3-PRS并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運動學(xué)分析。闡述了并聯(lián)機(jī)構(gòu)運動學(xué)理論基礎(chǔ),對3-PRS并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了自由度分析;研究了該機(jī)構(gòu)所受的物理約束,在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)了機(jī)構(gòu)的逆解計算公式;同時還對該機(jī)構(gòu)進(jìn)行了受力分析,建立了機(jī)構(gòu)各驅(qū)動軸以及支撐桿的受力與動平臺所受外力之間的關(guān)系式。
　　在運動學(xué)分析基礎(chǔ)上,進(jìn)行了并聯(lián)主軸頭的結(jié)構(gòu)

3、方案設(shè)計。根據(jù)機(jī)構(gòu)的受力特點和活動范圍要求對并聯(lián)運動頭球面副的構(gòu)成形式進(jìn)行了選擇;分析了并聯(lián)運動頭基本結(jié)構(gòu)參數(shù)對機(jī)構(gòu)受力的影響,并確定了機(jī)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù);結(jié)合機(jī)構(gòu)的受力分析,對并聯(lián)運動頭的絲杠、導(dǎo)軌、軸承等主要機(jī)械元器件進(jìn)行了選型計算。
　　最后對并聯(lián)主軸頭主要機(jī)械元件進(jìn)行了有限元分析。對并聯(lián)頭機(jī)械機(jī)構(gòu)進(jìn)行了三維建模;進(jìn)行了結(jié)構(gòu)整體靜強(qiáng)度分析,研究了工作過程中主軸受力對機(jī)構(gòu)精度的影響;對動平臺、十字軸支架、十字軸、支撐桿以及外框