一种基于三并联万向节的卧式数控机床的研究

摘要

并联机构由于其本身具有的诸多优点，如刚度高、承载能力强、动态性能好、速度快和结构简单等，受到了国际学术界和工程界的广泛重视。并联机构的出现弥补了传统的串联机构固有的许多缺点，然而，并联机构本身同时又存在着工作空间相对较小、接触刚度小、运动耦合、数学模型相对复杂、控制困难等问题，使得并联机构的应用受到很大的制约。为有效解决这些问题，使并联机构真正走向实用化，在机构的构型设计上采用串并联复合结构是比较好的方法。本文提出一种基于三并联万向节的新型卧式数控机床，针对它的空间机构学理论进行了详细研究。
　　在运动学分析方面，通过坐标转换建立了机构的位置分析逆解;利用微分和影响系数方法导出了三并联万向节和混联机构的雅可比矩阵，并分别进行了速度、加速度正逆解分析以及在此基础上的运动仿真，分析了机构的输入、输出速度以及加速度关系，并分析了连杆的速度、加速度。
　　在动力学分析方面，在已经进行的运动学分析的基础上，建立了三并联万向节的力雅可比矩阵;运用拉格朗日方程建立了机构的动力学模型，进行了相应的动力学仿真，分析了机构的动力学特性。
　　在机构性能分析方面，用边界搜索方法得到三并联万向节的工作空间;通过判别机构的雅可比矩阵的特性讨论了并联机构的奇异性;通过引入雅可比矩阵的条件数作为性能评价指标，对机构的灵巧性进行了研究;对机构性能进行了仿真，使分析可视化。
　　在钻削实验方面，在对东北大学先进制造技术研究所现有的并联数控刃磨机床样机作适当改装后，进行了钻削功能实现的理论与实验研究，分析了现有机床的性能特点并提出改进意见。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 并联机床国内外发展现状

1．2．1 国外并联机床的发展现状

1．2．2 国内并联机床的发展现状

1．3 并联机床研究相关理论

1．3．1 构型分析

1．3．2 运动学分析

1．3．3 动力学分析

1．3．4 性能分析

1．3．5 计算机仿真研究

1．4 课题意义及主要内容

第2章 运动学分析

2．1 机床结构简介

2．2 位置分析

2．2．1 并联机构的位置逆解

2．2．2 动平台和刀具的位姿参数

2．3 机构运动分析

2．3．1 驱动杆与动平台之间一阶、二阶速度影响系数分析

2．3．2 驱动杆与连杆之间一阶和二阶速度影响系数分析

2．3．3 刀具平台运动分析

2．4 基于Matlab／simulink的运动学仿真

2．4．1 运动平台的运动学仿真

2．4．2 连杆的运动学仿真

2．5 本章小结

第3章 动力学分析

3．1 三并联机构的静力学分析

3．1．1 静力学数学模型

3．1．2 静力学逆解仿真

3．2 动力学数学模型

3．2．1 机构构件的动能与势能

3．2．2 系统的动力学方程

3．3 动力学仿真

3．3．1 并联机构动力仿真

3．3．2 主轴动力仿真

3．3．3 串联机构动力仿真

3．4 本章小结

第4章 运动性能分析

4．1 并联机构的工作空间

4．1．1 影响并联机构工作空间的因素

4．1．2 工作空间的描述

4．1．3 工作空间的仿真

4．2 奇异位形

4．3 灵巧性

4．4 本章小结

第5章 斜角钻削实验

5．1 实验设备介绍

5．2 动平台位姿的确定

5．3 斜角钻削实验

5．4 本章小结

第6章 结论与建议

6．1 结论

6．2 建议

参考文献

致谢