一种基于三并联万向腕关节刃磨机床运动学及其控制系统的研究

摘要

我国在新型刀具的开发、刀具的修磨等方面远远落后于国外先进水平。为了整体提高我国机械加工的工艺技术水平，增强与国外企业的竞争力，亟需开发具有自主知识产权的、可刃磨多种高性能钻尖的钻尖刃磨机。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特点，近年来受到了国际学术界和工程界的广泛重视。东北大学先进制造与自动化研究所最新研制的一种新型基于三并联机构的刃磨机床充分的利用并联机构的优点，为我国刃磨机床业的发展指出了一种新的方向。本文主要对该新型刃磨机床运动控制系统做初步的设计与分析，并通过相关试验加以验证。主要内容如下:
　　介绍了机床的结构组成，并做了机床的运动学分析，包括机床的位置逆解，速度、加速度正解数学模型。并且利用ADAMS/View虚拟样机技术对机床模型简化处理。通过输入运动平台一般条件下运动学参数，更改运动平台不同运动学参数条件，得出机床不同的仿真形态。为机床的控制系统提供理论基础。
　　构造机床硬件控制系统。采用基于PC机和运动控制卡的开放式数控系统模式，研究和利用台湾研华公司研制的PCI-1243U运动控制器，搭建适合多轴并联机构数控系统的控制平台。
　　研究机床数控系统后置处理器的一些关键算法，包括机床的加工坐标系的建立，轨迹粗插补;采用单开链分析方法分析机床运动，求解机床的球铰，虎克铰的数学模型，对机床进行干涉检验;对末端执行器末端位置分析，求解机床在多轴联动时，各驱动轴的运动值。
　　基于Visual Basic 6.0设计机床的控制软件，使机床的控制系统具有机床运动所需要的基本功能，包括机床点动，持续运动，变速，回零，急停，错误提示以及位置、速度显示等。
　　通过螺旋面钻尖的刃磨试验对机床数控系统的可行性以及正确性加以验证，并通过斜孔钻削试验验证机床的可扩展性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．1．1 刀具磨床的研究意义

1．1．2 并联机床的研究背景及意义

1．2 刃磨机床的发展阶段

1．3 并联机构的应用和发展

1．4 面向并联机床的数控加工编程技术

1．4．1 传统数控机床与并联机床数控加工编程的差别

1．4．2 面向并联机床的数控加工编程关键技术分析

1．5 课题的主要内容

第2章 并联机床结构及运动学研究

2．1 并联机床的机构组成

2．2 三并联工作台的位置分析

2．2．1 运动学逆解

2．2．2．机构速度逆解及雅可比矩阵

2．2．3 刀具平台运动分析

2．3 ADAMS环境下三并联刃磨机床的运动学仿真分析

2．3．1 ADAMS建模与仿真步骤

2．3．2 运动学逆解仿真

2．3．3 机床位置正解

2．4 本章小结

第3章 机床硬件系统设计

3．1 硬件设计的原则

3．2 机床硬件系统的组成

3．3 硬件的连接与设置

3．4 本章小结

第4章 并联机床后置处理关键算法

4．1 并联机床后置处理器结构

4．2 并联机床的加工坐标系

4．2．1 机床坐标系

4．2．2 工件坐标系

4．2．3 机床参考点

4．3 并联机床后置处理算法

4．3．1 数控代码格式变换

4．3．2 并联机床虚轴空间的粗插补

4．3．3 干涉检验

4．3．4 位置逆解

4．3．5 驱动杆速度校验

4．4 本章小结

第5章 并联刃磨机床的软件设计

5．1 系统开发平台选用

5．1．1 操作系统的选用

5．1．2 开发语言的选用

5．2 软件模块划分

5．3 动态连接库的使用

5．4 运动控制卡执行参数的初始化

5．5 人机界面

5．5．1 杆长计算模块

5．5．2 误差补偿设置

5．5．3 状态显示界面

5．5．4 手动控制界面

5．5．5 刃磨界面

5．6 本章小结

第6章 并联机床样机及实验

6．1 并联机床样机

6．2 机床实验与演示

6．2．1 复杂螺旋面钻尖的刃磨

6．2．2 斜孔钻削

6．3 本章小节

第7章 结论与建议

7．1 结论

7．2 建议

参考文献

致谢