五桿五環(huán)并聯運動機床開發(fā)設計及關鍵技術研究.pdf

1、本文運用虛擬設計方法對并聯機床的基礎理論和關鍵技術進行研究，探索了虛擬設計技術在機床新產品開發(fā)方面的具體應用方法。主要工作包括以下幾方面： 推導出五自由度的五桿五環(huán)并聯機構逆解數學算法，建立其數學模型。在該機構中，5個可任意三百六十度轉動的轉環(huán)替代了常規(guī)情況下固定安裝于動平臺的約束鉸鏈，解除了固定約束鉸鏈工作角度的限制對并聯機構動平臺活動范圍的制約。但采用轉環(huán)后，其約束鉸鏈的位置由常規(guī)時的已知變?yōu)槲粗?，該機構的運動學逆解算法和傳

2、統(tǒng)的Stewart平臺以及由Stewart平臺演化出的多種構型并聯機構的逆解算法相比，有了很大的變化，因此該機構的運動學逆解算法具有創(chuàng)新意義。本文還建立了適用于該機床的5x5雅可比矩陣，對奇異性進行了描述。并采用了仿真分析軟件Adams進行了驗證。 結合五桿五環(huán)并聯機床的三維設計，作出了機床總體結構布局以及應用裝配關系和約束條件在機床中實現五自由度，完成了機床桿件的組成結構、鉸鏈及機床外殼的設計。并聯機床尺寸設計不同于傳統(tǒng)機床，

3、在加工范圍已知的情況下，各桿件的長度、行程范圍、動平臺的可達位姿和機床外殼等尺寸參數很難確定，并聯機床的尺度擬合及空間位置的確定是設計過程中的難點。論文嘗試利用虛擬裝配的方法解決這個問題，虛擬裝配最大的優(yōu)點是裝配過程是可視且動態(tài)的，可通過模擬極限位置進行各部件的尺度擬合。 提出并實施了一種能夠解決并聯機床速度、加速度和力(力矩)正逆解的仿真方法，完成了五桿五環(huán)并聯機床數字樣機的運動學和動力學仿真。通過一系列仿真分析，使產品在試制

4、過程中可能出現的問題大部分在設計階段解決。根據運動學和動力學的相關理論和并聯機床具有隨位姿變化而變化的動態(tài)特性，在已知加工表面參數的條件下，運用軟件ADAMS作出了機床的動態(tài)仿真，用該機床的運動學逆解模型對五根桿長進行控制，從而獲取了機床刀尖的運動軌跡、速度和加速度的動態(tài)變化，從而驗證了并聯機構逆解數學算法的正確性，并得到了刀尖在受到模擬切削力作用下，各驅動桿中驅動力的動態(tài)變化。 借助有限元分析軟件COSMOS，分析了該機床主軸