一種大擺角五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床的構(gòu)型設(shè)計(jì)及性能分析.pdf

1、和傳統(tǒng)的串聯(lián)機(jī)床對比，并聯(lián)機(jī)床有較高的剛度重量比、響應(yīng)速度快、加工精度也比普通的機(jī)床要高、而且它的柔性較好，同時(shí)也具有機(jī)構(gòu)工作空間狹小、靈活程度低、加工范圍窄的缺點(diǎn)，因而在一定程度上阻礙了其在工程領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展?；炻?lián)機(jī)床兼有并、串聯(lián)機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也避免了各自構(gòu)型的劣勢，已成為并聯(lián)機(jī)床未來發(fā)展的一種趨勢。
　　考慮到并聯(lián)機(jī)構(gòu)與串聯(lián)機(jī)構(gòu)在構(gòu)型方面有著對偶的關(guān)系，將二者進(jìn)行合理的組合，提出一種由空間三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)和二自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)

2、構(gòu)成的混聯(lián)機(jī)構(gòu)新構(gòu)型，并將該構(gòu)型作為機(jī)床的本體構(gòu)建了一種大擺角五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床，在此基礎(chǔ)上，對其運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)以及誤差精度等工作性能進(jìn)行了深入的研究與分析，解決了現(xiàn)有并/混聯(lián)機(jī)床在保證剛度前提下刀具擺角受限的問題，有效拓展了刀具的工作空間。主要研究內(nèi)容如下:
　　1、對大擺角五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床的構(gòu)型設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。針對傳統(tǒng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)在高剛度下擺角受限的缺點(diǎn)，提出一種由空間三自由度混聯(lián)機(jī)構(gòu)和二自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)構(gòu)成的五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床構(gòu)型，運(yùn)

3、用螺旋理論對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)原理及其自由度進(jìn)行了分析，利用一種基于螺旋系線性相關(guān)性和約束反螺旋概念的判別法對各個(gè)驅(qū)動(dòng)桿件的驅(qū)動(dòng)合理性進(jìn)行了判別。結(jié)果表明，本文提出的大擺角五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床的構(gòu)型，可實(shí)現(xiàn)五自由度運(yùn)動(dòng)，且結(jié)構(gòu)合理、并聯(lián)模塊屬于少自由度的構(gòu)型，各桿件運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)合理。
　　2、對大擺角五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)性能進(jìn)行了研究。首先運(yùn)用閉環(huán)矢量法對并聯(lián)模塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)建模，對刀具位姿參數(shù)進(jìn)行解耦性分析，獲得了其位置逆解，在此基礎(chǔ)上，分別

4、運(yùn)用數(shù)值法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法分析機(jī)床驅(qū)動(dòng)角的位置正解，基于運(yùn)動(dòng)影響系數(shù)對速度和加速度進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析，采用數(shù)值搜尋法，以位置逆解為條件來求得機(jī)床刀具加工的空間。通過mat lab數(shù)值算例，對以上結(jié)果進(jìn)行了仿真分析驗(yàn)證。研究表明，該機(jī)床的加工穩(wěn)定性良好，工作空間相對較大，擺角可達(dá)（-40°～90°）范圍，且加工過程中未發(fā)生奇異點(diǎn)現(xiàn)象。
　　3、對大擺角五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床的動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行研究。以驅(qū)動(dòng)分支運(yùn)動(dòng)和動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)之間的映射關(guān)系為基礎(chǔ)，

5、采用凱恩方法分別對各個(gè)驅(qū)動(dòng)桿件和動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模給出了機(jī)床并聯(lián)模塊的動(dòng)力學(xué)方程，對凱恩方程進(jìn)行求解分析。運(yùn)用Adams、matlab等仿真軟件對機(jī)床進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模擬仿真研究，分析機(jī)床各個(gè)驅(qū)動(dòng)桿件以及動(dòng)平臺(tái)的受力情況，驗(yàn)證了理論分析的準(zhǔn)確性。研究表明機(jī)床各個(gè)驅(qū)動(dòng)桿受力合理，動(dòng)平臺(tái)工作性能良好。
　　4、對大擺角五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床虛擬樣機(jī)的操作誤差進(jìn)行研究與分析。將機(jī)床并聯(lián)模塊的各個(gè)驅(qū)動(dòng)支鏈作為假定的單開支鏈，采用誤差獨(dú)立作用原理建立