3-TPS混联机床运动学动力学及仿真研究

摘要

混联机床将串联结构与并联结构有机结合，继承了传统机床工作空间大、灵活度大、各轴可独立控制以及易于标定等特点，同时继承了并联机床刚度重量比大、响应速度快、加工精度高、环境适应能力强以及技术含量高等优点，摒弃了纯并联机床和纯串联机床的弊病，使得机床的可重组性、加工能力和加工精度得到有效的提高。
　　目前，东北大学研制的3-TPS混联机床已经生产出实际样机。论文在以前研究的基础上，针对实际样机的结构、尺寸等对该五自由度混联机床的运动学、运动特性、动力学及仿真等进行研究，具体包括以下内容:
　　(1)介绍了混联机床的研究现状及发展趋势，总结了混联机床的机构学理论及关键技术。
　　(2)对3-TPS混联机床的运动学问题进行了详细地分析。其中包括机构的自由度计算，并联机构的位置反解，平行约束机构的位置分析，机床位置正解的数值解计算，机床的输入输出速度和加速度分析等。论文提出的混联机床位置正解的算法具有效率高并且不依赖初值的特点。
　　(3)研究混联机床的运动性能，分析了3-TPS混联机床的工作空间、奇异性和灵巧性等指标。
　　(4)用拉格朗日方法建立了机床的动力学模型。论文将整个机床系统分为动平台、45°摆头、伸缩杆和平行约束机构四个子系统，分别计算各子系统的动能和势能，最后给出整个系统的动力学方程。
　　(5)在SolidWorks 2006软件中建立混联机床的三维模型，然后把装配体模型导入到ADAMS/View里进行仿真，仿真出刀具以最大速度运动时各驱动杆的速度、加速度及受力变化曲线以及刀具以最大加速度运动时各驱动杆的驱动力变化情况，获得了3-TPS混联机床的运动学和动力学特性，最后对45°摆头驱动转矩的变化情况进行了仿真研究。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 混联机床的研究现状及发展趋势

1．1．1 混联机床发展现状

1．1．2 混联机床发展趋势

1．2 混联机床机构学理论研究

1．2．1 机床结构设计理论

1．2．2 机构运动学研究

1．2．3 机构动力学研究

1．2．4 计算机动态仿真

1．3 课题研究的背景与意义

1．4 论文的主要工作

第2章 混联机床机构运动学分析

2．1 混联机床机构分析

2．1．1 机床结构描述及特点

2．1．2 机构的自由度计算

2．2 混联机床的位置分析

2．2．1 并联机构的位置反解

2．2．2 平行约束机构的位置分析

2．2．3 机床位置正解的数值解

2．3 机床的输入输出速度和加速度分析

2．3．1 机构的一阶运动影响系数及速度分析

2．3．2 机构的二阶运动影响系数及加速度分析

2．3．3 混联机床的速度仿真

2．4 伸缩杆的速度分析

2．5 平行约束机构的速度分析

2．6 本章小结

第3章 混联机床运动性能研究

3．1 机床的工作空间分析

3．1．1 工作空间的影响因素

3．1．2 3-TPS混联机床工作空间的确定方法

3．1．3 机床工作空间搜索

3．2 机构的奇异性及灵巧性分析

3．2．1 机构的奇异性

3．2．2 机构的灵巧性

3．3 本章小结

第4章 混联机床机构动力学分析

4．1 动平台的动能与势能

4．2 45°摆头的动能与势能

4．3 伸缩杆的动能与势能

4．4 平行约束机构的动能与势能

4．5 机构的动力学建模

4．5．1 动力学方程的标准形式

4．5．2 机构的动力学方程

4．6 本章小结

第5章 混联机床运动学与动力学仿真

5．1 混联机床运动学与动力学仿真的意义

5．2 3-TPS混联机床的建模与导入

5．2．1 3-TPS混联机床的SolidWorks建模

5．2．2 SolidWorks2006与ADAMS2005的数据交换

5．3 3-TPS混联机床运动学与动力学仿真

5．3．1 三驱动杆速度加速度仿真分析

5．3．2 三驱动杆驱动力仿真分析

5．3．3 驱动电机的转速和功率

5．3．4 45°摆头的驱动转矩仿真分析

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