一種3-UPS混聯(lián)機(jī)床動態(tài)性能的研究.pdf

1、數(shù)控機(jī)床裝備水平?jīng)Q定國家的制造能力，具有許多明顯優(yōu)點的并聯(lián)機(jī)床是數(shù)控機(jī)床發(fā)展進(jìn)化的方向之一。并聯(lián)機(jī)床因其為閉環(huán)機(jī)構(gòu)鏈，理論上具有剛度好、精度高和配置多樣等優(yōu)勢，在制造領(lǐng)域具有很廣泛的應(yīng)用前景。其中，少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為重要構(gòu)型已成為制造裝備領(lǐng)域令人十分關(guān)注的熱點前沿。 目前世界各國對并聯(lián)機(jī)床的研發(fā)總體上仍處研究、試制和試用階段。與國外相比，國內(nèi)對并聯(lián)機(jī)床理論、設(shè)計與應(yīng)用等方面的關(guān)鍵技術(shù)研究仍有較大差距，我國已研究問世的大多數(shù)并聯(lián)

2、機(jī)床均存在動態(tài)剛度和加工精度相對較低的共同問題。因此，利用現(xiàn)有技術(shù)有效的分析機(jī)構(gòu)運動學(xué)、動力學(xué)性能、對機(jī)床的工作能力進(jìn)行合理評價，尋求提高機(jī)床動態(tài)性能的有效解決途徑，成為并聯(lián)機(jī)床研究中一個亟待解決的問題。 本文針對一種新型3-UPS混聯(lián)機(jī)床的機(jī)構(gòu)構(gòu)型、運動性能、動力學(xué)和動態(tài)性能等方面進(jìn)行了比較深入的研究。 (1)在機(jī)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，本文將3-UPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)分解為3條UPS主動鏈和1條平行從動約束鏈。以雅可比條件數(shù)作為機(jī)構(gòu)

3、運動性能衡量指標(biāo)，對3-UPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)的分析表明：含有從動約束鏈的3-UPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)，可操作性能不僅取決于主動鏈性能，同時還受約束鏈運動性能的影響，用作測量的約束鏈對整個機(jī)構(gòu)可操作性能的影響要大于主動鏈產(chǎn)生的影響； (2)以機(jī)構(gòu)靜剛度和剛度雅可比矩陣條件數(shù)為評價指標(biāo)，對工作空間不同截面的機(jī)構(gòu)剛度分析表明：機(jī)床在工作空間內(nèi)，剛度變化平穩(wěn)，無突變，有利于保證加工過程穩(wěn)定性；3-UPS機(jī)構(gòu)具有一般并聯(lián)機(jī)構(gòu)所具有的承載能力強(qiáng)，支鏈變形對

4、機(jī)構(gòu)執(zhí)行端無累積等優(yōu)點；機(jī)構(gòu)靜剛度存在對稱性和較強(qiáng)的方向性，在主要受力方向上整機(jī)剛度遠(yuǎn)大于支鏈剛度，機(jī)床布局方式適合于機(jī)械加工，有利于提高加工精度； (3)以多體動力學(xué)方法對3-UPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行動力學(xué)建模研究，采用拉格朗日法分別對3-UPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)子結(jié)構(gòu)建立了動力學(xué)模型，并根據(jù)子結(jié)構(gòu)間的約束關(guān)系建立了對應(yīng)的運動約束方程，進(jìn)而獲得了3-UPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)多體動力學(xué)模型； (4)基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的并聯(lián)機(jī)床多體動力學(xué)建模方法易于

5、針對不同的設(shè)計要求及初始條件進(jìn)行分析。通過對3-UPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)虛擬樣機(jī)模型的動力學(xué)及動態(tài)性能等問題的研究，確定了影響機(jī)床動態(tài)性能的薄弱環(huán)節(jié)，針對機(jī)床運動過程中構(gòu)件受力彈性變形所引起的動態(tài)誤差提出了補(bǔ)償方法； (5)創(chuàng)新性地提出了在約束鏈關(guān)節(jié)增設(shè)剛度和阻尼控制器來改善機(jī)床動態(tài)性能的辦法，并對不同的控制方案進(jìn)行了對比分析。分析結(jié)果表明，將阻尼控制器布置在模態(tài)分析確定的薄弱構(gòu)件鉸節(jié)點位置，可明顯改善機(jī)床局部薄弱環(huán)節(jié)的固有特性，并提高機(jī)