基于XYZ-3RPS混联机构双刀双面加工装置相关技术研究

摘要

近年来，国内外数控加工水平有了明显提高，但现有加工过程存在多次装夹、加工振颤及加工效率低等问题。为此，本文提出一种基于混联机构的双刀双面加工方法，即采用两套相同参数的混联加工装置对称布置，实现对称工件或非对称工件的双刀双面加工，该方法能够有效地提高自由曲面零件的加工效率和表面质量。
　　分析六轴卧式混联装置的结构特点和运动学问题。双刀双面加工装置的核心部件是混联机构，该混联机构是将3RPS并联机构安装到3自由度串联机构X轴末端执行器的方式设计的。首先，对少自由度的3RPS并联机构进行参数解耦，确定该空间机构的独立参数。然后，分别采用解析法、数值迭代法和向量法建立混联机构的逆解模型、正解模型、速度和加速度模型。最后，应用MATLAB和ADAMS对混联机构进行运动学仿真，为数控系统开发和双刀双面加工控制提供理论依据。
　　根据混联加工装置结构特点，利用模块化设计方法开发面向该混联装置数控系统。分析混联装置数控系统的五大基本功能：机床复位、工件坐标系定位、后置处理、运动学控制和过程监控，并给出实现各个功能的简便算法。结合现有开放式数控系统三层结构特点，应用VC++开发面向该装置的控制系统。
　　为实现双刀双面加工，提出一种基于截面法和等投影步长法的双刀位轨迹规划方法。针对双刀双面跟随加工的特点，对B样条曲线曲面的重构进行深入讨论，同时应用截面法获取工件加工表面的刀触点轨迹，并按照等投影步长的方法离散刀位文件。通过采用设置防撞平面的方法规避主、从刀具的碰撞，采用预留避让距离的方法实现对干涉区域的跟随加工。最后，利用获取的刀位文件逆解出双刀双面加工装置的驱动杆长，通过ADAMS仿真验证双刀位轨迹规划的正确性和有效性。
　　基于本文开发的混联加工装置数控系统和双刀双面加工路径规划分别进行加工和仿真实验。通过螺旋桨叶面和球面加工实验验证混联机构加工自由曲面工件的可行性；通过 MATLAB和ADAMS的仿真实验说明采用截面法和等投影步长法离散刀位文件实现双刀双面加工的可行性和有效性，能够显著提高自由曲面零件的加工效率。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 课题来源及研究目的与意义

1.2 混联加工装置的发展现状

1.3 双刀双面数控加工技术研究

1.4 本文主要研究内容

第2章 混联装置结构分析及运动学研究

2.1 双刀双面加工的方案设计

2.2 混联加工装置结构分析

2.3 混联加工装置的位姿分析

2.4 混联加工装置的运动学分析

2.5 本章小结

第3章 六轴卧式混联加工装置控制系统开发

3.1 控制系统总体设计

3.2 控制系统模块化设计

3.3 功能模块间的通讯

3.4 数控系统开发实例

3.5 本章小结

第4章 双刀双面加工刀位轨迹规划

4.1 基于B样条曲线曲面的工件建模

4.2 双刀具轨迹规划

4.3 刀具位置和姿态确定

4.4 机床干涉预处理

4.5 双面加工装置位姿描述

4.6 本章小结

第5章 混联加工装置加工实验及双面加工仿真

5.1 单面数控加工实验

5.2 双面仿真实验

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢