基于虚拟样机技术的并联机床系统运动学仿真分析

摘要

并联机床也称之为并联机器人机床，它是并联机器人技术在机床制造领域成功应用的范例。并联机床技术已经从理论研究走向实际应用，而少自由度并联机床是近年来并联机床研究中的一个热点问题。国内外对少自由度的并联机床的基础理论和应用研究，目前还很不充分。本论文对国内外并联机构及并联机床的研究现状进行了系统的介绍，并比较详尽地分析和研究了目前较典型的并联机床的优点、缺点。主要围绕着对该并联机床的结构分析、位置分析、运动学、静力学以及模态等几个方面进行了比较全面和系统的分析并实现了该并联机床的运动仿真。
　　 (1)综述了少自由度并联机床在国内外的研究发展现状，以及关键技术的研究发展。阐明了本课题研究的研究内容以及研究目的意义。
　　 (2)介绍了这种4-RPS并联机床机构的组成及其特点，计算出了该并联机床机构的自由度为四，并且与输入数目相等，所以并联机床能够实现确定的指定运动。其中计算得到的动平台的四个独立自由运动分别为绕着惯性坐标系的X轴和Y轴方向上的转动，以及沿着X轴和Z轴方向上的移动。对该并联机床的并联机构同时判断其输入的合理性，主要运用了矩阵分析法计算得到4-RPS型并联机床并联机构的位置正解和逆解。通过解析分析法分析该并联机构的工作空间。
　　 (3)对4-RPS型并联机床的进行建模和仿真分析。根据并联机床的零部件组成特点，利用大型三维PRO/E设计软件对4-RPS型并联机床进行建模，并在Pro/E中实现了一个完整的装配。通过对该并联机床模型的建立总结了在进行建模过程中应注意的一些问题并在PRO/E中生成三维模型生成相应的文件格式，通过CAD/CAE软件接口导入到大型仿真分析软件ADAMS中进行运动学仿真分析。
　　 (4)是对4-RPS型并联机床的并联机构进行有限元分析。在有限元分析软件Ansys中建立有限元模型，根据并联机床和有限元Ansys建模的特点对该并联机构的三维模型进行了必要的改动，同时也采用了其强大的命令流建模方法，该方法的最大优点就是便如随时修改。通过有限元分析软件Ansys对4-RPS型并联机床的并联机构进行构件刚度、静力学以及模态分析，确定了其固有频率和振型，并根据并联机床的振型特点，分析了4-RPS型并联机床的并联机构的振动特点。