交叉杆型并联机床运动学及Kane动力学研究

摘要

目前，叶片、叶轮等复杂不规则曲面零件有不少已采用本身具有多轴联动的特征的并联机床来加工。2009年瑞典艾克斯康公司研制并投入实际生产的新一代并联机床EXCHON 700已经表明并联机床可以部分代替传统的五轴联动加工中心来加工复杂不规则曲面零件，而且效率和精度相比都有很大优势。由于并联机床本身结构的简单性，其价格比五轴联动加工中心要便宜很多，但是由于技术上的垄断，其实际价格与五轴联动加工中心相比还要昂贵。所以消化和应用并联机床的技术，研究并联机床的有关问题很有意义。 本文的主要研究内容如下： 哈尔滨量具刃具集团生产的6-SPS型七轴六联动交叉杆型并联机床为对象，分析了交叉杆型并联机床的运动学问题和动力学问题，并重点研究了运动学正解的难题和动力学问题。在运动学研究的基础上，探索了并联机床加工复杂曲面、曲线的插补问题和进给伺服控制问题，提出了并联机床数控系统的设计方案。 在运动学研究中，采用李群李代数作为数学工具，提出了并联机床运动学反解的快速而直观的几何算法，为加工复杂曲面问题提供了基本工具。由于李群李代数的引入，并联机床运动学正解可以转化为运动学的反解问题，基本解决了并联机床运动学正解的难题。 在运动学分析的基础上，研究了并联机床插补螺旋线的问题。提出了采用泰勒级数和扩展数字积分法来插补螺旋线的方法，给出了加工精度对于进给速度的限制，并分析了插补算法的流程。在插补算法的基础上，研究了并联机床进给伺服系统的实现问题，拟采用FANUC公司开发的数控位置伺服控制卡来控制并联机床的伺服电机。 并联机床动力学采用李代数和Kane方程来研究，引入了偏速度旋量，建立了旋量形式Kane动力学方程，并探讨了该方程的求解问题。 最后建立虚拟样机，用商业动力学仿真软件Adams进行仿真，将仿真结果与本文采用的运动学正逆解法和动力学问题解法的分析结果进行了对比。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

第2章 基于李代数和解析法的并联机床运动学分析

第3章 嵌入式并联机床数控系统开发

第4章 基于李代数和Kane方程的并联机床动力学分析

第5章 交叉杆型并联机床的仿真分析

总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致 谢