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六自由度并联机床源于最常见的六自由度Stewart平台机构,这种并联机构具有定位精度高,传动累积误差小,动平台运动灵活,机构刚度大,可加工复杂曲面,是一个很有意义的研究方向。本文对六自由度并联机床进行了结构参数设计的研究,同时对实验用软件进行了研究。
对六自由度并联机床的基本结构形式和运动学进行了以下探讨。首先分析了六自由度并联机床的不同结构形式,按照机床部件不同配置方式进行了划分;然后推导了不同结构形式的并联机床的运动学公式,按照内副驱动和外副驱动两种结构形式进行了动平台位姿的描述,逆解的计算,并推导了驱动副与动平台之间的速度映射公式。
在六自由度并联机床结构参数设计方面,给出了内副驱动不同结构形式并联机床的结构参数,介绍了其工作空间描述的方法以及影响工作空间的主要约束条件,建立了结构参数优化数学模型,针对不同结构形式进行了相应的结构参数优化设计,并对内副驱动型不同结构设计实例进行了对比分析,从而提高了并联机床结构参数设计的效率。
分析了结构参数对并联机床误差映射和力映射的影响并进行了结构参数标定的研究。建立了驱动杆和动平台之间的误差映射、力映射的矩阵方程;推导出误差映射和力映射的性能评价指标,利用该性能评价指标对内副驱动型并联机床的不同结构形式进行比较,并进行了内副驱动型不同结构设计实例对比分析,从而获得理想的结构形式。进行了并联机床结构参数标定的研究,引入神经网络进行并联机床结构参数的标定,从而提高了并联机床的精度。
分析了结构参数对并联机床刚度的影响。首先建立了驱动杆和动平台之间的刚度矩阵方程;其次推导出机床刚度的性能评价指标,利用该性能评价指标对内副驱动型并联机床的不同结构形式进行分析,并进行了内副驱动型不同结构设计实例对比分析和有限元刚度分析,从而获得理想的结构形式,为机床的结构设计提供理论数据。
在六自由度并联机床三维设计方面,研究了基于Pro/E通用软件的并联机床三维设计的实现方法,进行了该类机床关键零部件的三维设计,在机床的装配中利用Pro/E软件三维可视化特点对其主要零部件进行装配检查和干涉校验,在Adams软件的运动仿真中建立了干涉校验的运动方程。
本文还在六自由度并联机床上进行了实验用运动模拟软件和数控加工软件的开发,在模拟软件中编制了几种典型的运动仿真轨迹,并给出了不同造型软件的统一接口形式,在加工软件中介绍了软件的总体结构和信息流程,对软件进行了模块划分和功能描述,进行了切削实验并给出结论。
利用本文的研究成果,已成功地完成了内副驱动交叉结构型六自由度并联机床的设计和制造工作,并已经在该机床上完成了数控软件的调试和加工。