三杆混联数控机床的动力学

为了考察3-TPS型立卧转换式混联数控机床的动态特性、解决机床构件结构参数的选择和优化以及机床的控制等技术问题,使用拉格朗日方法研究了该种混联数控机床的动力学问题。首先根据机床的结构特点将拉格朗日动力学方程展开成表示在笛卡尔坐标中的标准形式,并将机床按照其结构特点分为动平台、三个驱动支链和平行约束机构三个子系统,然后分别推导了三个子系统的动能和势能的计算模型,在此基础上建立了机床在笛卡尔坐标中的拉格朗日动力学方程,并根据拉格朗日动力学方程的标准形式用递推方法得出了动力学方程中三个子系统的惯量矩阵M、科氏项系数V和重力系数G等各系数的计算公式,最后总结出了相应的算法。机床的这种动力学模型概念清楚,计算比较简单,可以满足机床的控制要求。

基于拉格朗日方程的直线滚动导轨系统解析建模

为提高机床的加工精度和加工效率,从刚体动力学出发,针对具有四排沟槽的直线滚动导轨系统,采用Lagrange方程完成导轨系统的解析建模,推导出对应于导轨各刚体模态的固有频率和振型的解析表达式。基于该表达式获得某滚动导轨系统的固有频率值,将其与利用ADAMS软件Vibration模块求解的固有频率值进行对比,发现两者求解结果基本一致,证明了解析建模的正确性。基于导轨系统的解析模型,分析了接触角、滚珠受力区长度以及滚珠接触点距滑块中心点的水平和垂直距离等设计参数对导轨动力学特性的影响。

混联机床并联机构的逆动力学分析

采用Lagrange方法建立了VC80混联机床两自由度并联机构封闭形式的逆动力学模型,并用ADAMS建立的虚拟样机验证了该模型的正确性。对给定的加工轨迹下并联机构所需的驱动力进行了计算和分析,结果表明,该混联机床并联机构的动平台和连杆重力需要的驱动力分量最大,其次是切削力和惯性力,而动平台速度的不同对驱动力的影响较小。

一种五轴联动混联机床的性能分析

混联机床是串、并联机构以及机器人技术的结合,兼顾了各自优点,已越来越多地应用于复杂工件的加工中。提出一种可完成五轴联动的混联机床,同时分析该机床加工过程的实现及原理;基于并联模块中杆长约束条件,构建加工过程中的运动学模型;并利用速度投影,求解出并联模块雅可比矩阵;结合拉格朗日方程以及雅可比矩阵,建立机床动力学模型。最后结合Matlab对理论分析结果进行数值计算,并在已知机床切削量的情况下,求解机床驱动端位移、速度以及驱动力输入情况;结合运动学结果,对机床工作空间进行了分析。结果表明,该混联机床具有良好的运动学、动力学以及大范围工作空间等性能,并能满足复杂零部件的加工,也为混联机床的开发和研究提供理论依据。

一种3自由度并联机床的性能分析

混联机床同时兼顾了串、并联机构的优点,已越来越多的应用于复杂零部件的生产加工;提出一种3-RPS构型的三自由度并联机床,基于杆长条件建立了该机床位置反解方程,利用运动副速度投影求解了驱动杆速度输入变化规律,并推导了系统的雅克比矩阵;利用拉格朗日方程,求解了机床动力学模型;为后续对机床的运动学和动力学性能研究奠定了基础。最后结合原型机模型和Matlab对推导结果进行仿真,绘制了运动学和动力学曲线,总结出该机床运动学、动力学性能,结果表明该机床完全满足混联机床中并联模块的性能要求,并能满足航空、航天等复杂零部件和异形曲面的加工需求。

冗余驱动4-PRP+3-UPS&PU混联机床动力学模型

应用拉格朗日法对新型6自由度冗余驱动混联机床进行动力学建模。首先,对4-PRP+3-UPS&PU机床构型进行分析,建立机床坐标系;然后,求解出该冗余驱动混联机床系统的动能、势能和作用于该混联机构非保守力的等效广义力,利用拉格朗日方程建立4-PRP+3-UPS&PU冗余驱动混联机床的动力学模型,为该混联机构驱动力的求解及机构的动力学分析奠定基础;最后结合数值算例,用MATLAB软件对动力学模型进行数值计算并绘制出各驱动杆驱动力的变化曲线,将理论分析结果与ADAMS仿真结果进行比较,验证了该动力学模型的正确性及可行性。