C形龙门并联机床动态特性与支链实验研究

摘要

动态特性是评价机床性能的重要指标，对机床进行动态特性研究，以获得机床性能的薄弱环节，可为机床结构设计与优化提供参考依据，因此动态特性研究在并联机床研究中占据重要地位。本文以C形龙门并联机床为研究对象，主要工作如下:
　　1)结合并联机床的结构参数与布局，建立机构位置反解，推导了机构雅可比矩阵;利用极限边界搜索法确定机床的工作空间，结合综合灵巧度指标，确定了并联机床加工的主要选用范围;分析了在三种典型工况下并联机床各支链的受力情形。
　　2)在考虑影响支链刚度的主要环节的基础上，计算获得各个环节的刚度，并建立起并联机床支链轴向刚度的等效模型。
　　3)利用一阶影响系数矩阵建立并联机床整机刚度模型，仿真了并联机床在工作空间内的刚度分布规律，确定最优主铣削力方向。
　　4)简要地介绍多自由度系统振动，并建立多自由度系统运动微分方程，分别对支链、机架进行动态特性分析，并根据仿真结果进行分析。
　　5)基于并联床支链运动微分方程，利用牛顿—欧拉方程建立并联机床振动模型，对机床末端执行器处于各个位置状态下的固有频率与振型向量进行分析，分析机床动态特性与刚度分布规律二者联系。
　　6)设计了并联机构支链刚度实验，结合实验结果验证了理论模型的可靠性，并分析了误差产生的原因。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 概述

1．2 少自由度并联机构发展

1．3 并联机构刚度研究

1．3．1 并联机构静刚度研究

1．3．2 并联机构动刚度研究

1．4 并联机构动力学研究

1．5 机床动态特性研究内容与现状

1．6 动态特性分析方法

1．7 本文研究的主要内容

2 C形并联机床工作空间与受力分析

2．1 引言

2．2 并联机床结构描述

2．3 位置分析

2．4 雅可比矩阵求解

2．5 并联机床工作空间

2．5．1 工作空间的约束条件

2．5．2 工作空间仿真分析

2．6 并联机床灵巧度分析

2．6．1 灵巧度指标

2．6．2 综合灵巧度指标

2．6．3 综合灵巧度仿真分析

2．7 并联机床受力分析

2．7．1 铣削负载计算

2．7．2 力雅可比矩阵

2．7．3 并联机床支链受力仿真

2．8 本章小结

3 C形龙门并联机床支链动态参数建模与分析

3．1 引言

3．2 支链刚度建模与分析

3．2．1 支链主要构件组成

3．2．2 一级实心丝杠刚度

3．2．3 二级空心丝杠刚度

3．2．4 推力套筒刚度

3．2．5 滚珠丝杠副轴向刚度

3．2．6 三维铰链刚度

3．3 支链刚度仿真与分析

3．4 本章小结

4 C形龙门并联机床部件动态特性分析

4．1 引言

4．2 多自由度系统运动微分方程

4．3 支链动态特性分析

4．4 机架动态特性分析

4．4．1 机架固有频率分析

4．4．2 机架谐响应分析

4．5 本章小结

5 C形龙门并联机床整机动态特性分析

5．1 引言

5．2 并联机床整机刚度分析

5．2．1 一阶影响系数

5．2．2 并联机床刚度模型建立

5．2．3 并联机床刚度仿真

5．3 并联机床整机振动特性分析

5．3．1 支链等效振动模型建立

5．3．2 并联机床振动模型建立

5．3．3 并联机床振动仿真分析

5．4 本章小结

6 C形龙门并联机床支链实验设计与分析

6．1 引言

6．2 不含铰链支链刚度实验研究

6．2．1 实验系统组成

6．2．2 实验流程设计

6．2．3 实验结果与误差分析

6．3 单端含铰链支链刚度实验研究

6．4 本章小结

7 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况