并联机床关节可控阻尼器的研究

摘要

并联机床是一种将现代机器人技术与现代数控机床技术相结合的新一代机床。这种新型机床完全打破了传统机床结构的概念，抛弃了固定导轨的刀具导向方式，采用了多杆并联闭环机构驱动，理论上具有好的动态特性、高的精度和结构刚度等优势。但我国已研制出的大多数并联机床存在动刚度和加工精度较低的问题，究其原因，并联机床关节处的接触刚度和精度对机床性能具有重要影响，球铰、虎克铰等铰接关节作为并联机构的重要连接件，且这些关节普遍存在接触刚度低、阻尼小、存在间隙等问题，它们带来的误差会直接影响机床的加工精度。因此，提高并联机床的关节刚度和阻尼是提高该类机床动刚度和加工精度的途径之一。改变关节处的阻尼能够提高并联机床的抗振能力，可以将磁流变可控阻尼器应用在并联机床关节上来控制机床关节处的阻尼以提高其加工精度。
　　基于以上思想，以东北大学研制的3-TPS并联机器人虚拟样机为模型，对其进行了相关研究，主要内容如下:
　　(1)介绍了并联机床和磁流变技术的相关内容
　　(2)基于ADAMS软件对3-TPS并联机床刚柔耦合虚拟样机模型进行了动力学分析，得到了影响其动态特性的关键关节位置
　　(3)通过研究在机床关节处附加可控阻尼器来抑制其加工切削过程中的振动情况，得到了阻尼器的设计参数
　　(4)对用于并联机床转动关节处的磁流变阻尼器进行了结构设计与磁路分析
　　以上研究结果表明，通过在机床关节处附加阻尼能够改善其动态特性，抑制切削加工过程中的振颤现象，并给出了磁流变阻尼器的设计过程，为该机床的进一步优化奠定了基础。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 并联机床国内外研究和发展现状

1．3 课题背景

1．4 磁流变阻尼器国内外研究和发展现状

1．5 本文的主要研究工作

第2章 磁流变技术介绍

2．1 磁流变液概述

2．1．1 引言

2．1．2 磁流变液的流变机理

2．1．3 磁流变液的组成

2．1．4 磁流变液的本构关系

2．1．5 磁流变液的性能

2．2 磁流变阻尼器概述

2．2．1 磁流变阻尼器的工作原理及分类

2．2．2 磁流变阻尼器的力学特性

2．3 本章小结

第3章 基于ADAMS的并联机床动态特性分析

3．1 ADAMS简介

3．1．1 ADAMS的分析计算方法

3．1．2 ADAMS的基本模块

3．1．3 ADAMS建模、仿真的基本步骤

3．2 从振动角度分析并联机床的动态特性

3．2．1 建立振动仿真分析模型

3．2．2 刚柔耦合系统的建立

3．2．3 振动仿真分析

3．3 铣削力作用下刀尖点位移轨迹偏差的研究

3．3．1 进行分析前的准备工作

3．3．2 刀尖点受铣削力作用后位移偏差的分析

3．4 本章小结

第4章 磁流变阻尼器设计输出力矩的确定

4．1 引言

4．2 机械结构结合部刚度和阻尼机理的解释

4．3 并联机床关节处附加阻尼对其动态性能的影响分析

4．3．1 从振动角度研究对关节处进行阻尼处理后机床动态特性

4．3．2 研究切削加工过程中对关节处附加阻尼后机床动态特性

4．4 磁流变阻尼器设计输出力矩的确定

4．5 本章小结

第5章 磁流变阻尼器结构设计与磁路分析

5．1 阻尼器结构设计

5．1．1 确定阻尼器结构方案

5．1．2 阻尼器几何尺寸初定

5．2 阻尼器磁路设计与分析

5．2．1 磁路设计的基本问题

5．2．2 磁路设计的一般步骤

5．2．3 磁路设计计算过程

5．2．4 磁路部分有限元分析

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

附录A

附录B