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在柔性自动化生产系统中,并联机床以其运动精度高、刚度大、较高的承载能力和很好的可重组性等优点,有望成为21世纪高速轻型数控加工的主力设备。各种构型和产品的开发是目前该领域研究的前沿和热点。东北大学先进制造与自动化技术研究所研制的3-PTT型水平滑块式并联机床,成功地应用在钢坯表面局部修磨中,解决了以往该项工作的环境非常恶劣、劳动强度大、修磨质量和生产效率低等一系列重要技术难题。
本文首先介绍了并联机床的国内外的发展历史和研究状况。阐述了少自由度并联机床的特点和应用前景。然后对一种新型3-PTT型水平滑块式并联机构进行了运动学方面的理论分析和仿真研究,其主要工作和结果如下:
(1)分析了并联机床各支链的运动约束对运动平台自由度的影响,提出了主动链、约束链和复合链的概念。在此基础上讨论了如何根据并联机床的自由度要求,确定约束链自由度配置和各主动链分支杆的关节型式的问题,从理论上分析出满足钢锭修磨所需要的3-PTT水平滑块式并联机床构型。
(2)建立了3-PTT型水平滑块式并联机构的运动学方程,进行了运动轨迹的规划、速度特性的分析、速度设计计算,分析了该并联机构的操作能力;求解出3-PTT型水平滑块式并联机构的工作空间,提出描述其工作空间形状的形状系数的概念。进行了工作空间的分析和综合。
(3)建立了3-PTT型水平滑块式并联机构的静力学和动力学方程,用MATLAB软件仿真分析了其静力学特性。采用惯性椭球指标分析了该并联机构动力学特性。
(4)利用Solidwork软件对该并联机床三维建模,得到了其三维实体模型;并在改变各个影响因素的情况下,用VisualNastran软件对3-PTT型水平滑块式并联机床进行了动力学的仿真研究,将理论建模分析和软件仿真分析的结果进行了对比,以检验动力学建模准确性。
(5)介绍了本课题组开发用于生产实际的3-PTT并联钢锭修磨机床样机、工艺布局及其相应的修磨工艺和PLC控制系统。