并联机床构型及其设计方法初探

在对现有各种并联构型分析的基础上 ,从联接型式、驱动方式和自由度数三方面对并联机床构型进行了分类 .结合典型并联机床分析了不同类型并联构型的特点 ,并对并联机床构型设计的目标、步骤和具体方法进行了研究 .提出了可以采用型数综合法、构型衍生法和运动约束法完成并联构型的具体设计 .

并联机床的平行机构对其静刚度的影响分析

为了研究机床静刚度对并联机床性能的影响,以东北大学研制的3-TPT并联机床为研究对象,通过对机床静刚度模型的理论分析,得出了机床静刚度的表达式.利用大型有限元分析软件ANSYS,在机床不同的受力条件下对机床主架静刚度和机床整机的静刚度进行仿真分析,指出了机床刚度的薄弱环节以及平行机构对机床整机的影响.分析结果表明:机床的z向刚度远大于水平方向的刚度;机床整机的刚度远大于机架的刚度,平行机构能使机床的刚度成倍增加,随着平行机构所在位置高度的增加,其z向刚度增大.

5-UPS/PRPU冗余驱动并联机床弹性动力学分析

结合有限元法和子结构法建立了5-UPS/PRPU冗余驱动并联机床的弹性动力学模型。首先,将系统划分为不同的子结构,根据空间柔性梁理论求出单元动力学方程,根据关节特点将各个梁单元组装成各个驱动分支;根据分支与动平台的运动学/动力学约束,将各个分支进行装配,从而得到系统动力学方程。以5-UPS/PRPU冗余驱动并联机床作为算例,求出其动平台中心的动态响应特性。通过比较5-UPS/PRPU冗余驱动并联机床及5-UPS/PRPU非冗余驱动并联机床动平台的动态响应,可以得到结论:冗余驱动可以明显改善该机床弹性动力学特性,从而减小因弹性变形引起的误差。研究结果为结构设计人员进行结构设计及优化提供可靠的依据。

并联机构拓扑结构的字符串描述及其应用

在研究并联机构拓扑结构的基础上,提出一种新的并联构型字符串描述方法,对并联机构的支链结构、平台外形、链接方式等进行抽象描述,为并联机床构型设计数字化过程中的并联机构构型的选择、建模、综合等提供并联机构拓扑结构完备、简洁、直观的描述字符串,从而为相关的应用程序间以及人机交互提供数据交互的标准。讨论了这种描述方法在PMT-VPDS中的具体应用。

并联机床发展与国内外研究现状

并联机床是20世纪90年代发展起来的新型机床,它是集机床技术、机器人技术和现代数控技术于一身的新一代加工设备,与传统数控机床相比,并联机床有刚度重量比大、响应速度快、环境适应性强和技术附加值高等优点,具有广阔的应用前景.笔者主要介绍了并联机床的起源、发展以及优越性,分析了并联机床的国内外发展现状以及应用领域和发展趋势.

新型5自由度并联机床运动控制算法研究

在分析 5 UPS/PRPU 5自由度并联机床机构的基础上 ,介绍了并联机床运动控制的基本原理 ,确定了具体的运动控制算法 ,将输入控制系统的数控刀位数据转化为驱动轴的控制指令 ,从而实现对机床加工过程中刀具位姿的控制。根据该算法编制的数控软件已成功地应用于实际的并联机床控制 ,取得了较好的效果。

新型并联机床工件坐标系定位的研究

建立了5-UPS/PRPU并联机床机构的雅可比矩阵。在此基础上,得到了3个影响机床机构灵巧度的指标,即条件数、最小奇异值、可操作性。通过对这3个并联机床灵巧度评价指标进行分析,定义了两个灵巧度的综合评价指标——综合灵巧度系数和综合灵巧度。把5-UPS/PRPU并联机床工件坐标系的定位问题归结为在满足工作空间前提下,对刀位文件综合灵巧度的优化,对这个非线性优化问题进行了求解,得到定位矢量,并结合一个曲面定位的具体实例,给出了算法验证。

并联机床虚拟概念设计平台的开发

以提高并联机床设计效率和质量为目标,研究了并联机床虚拟概念设计的主要内容,开发出基于ADAMS的并联机床虚拟概念设计平台,建立并联机构型谱库和功能模块组件库,并实现对型谱库和模块组件库的管理。开发并联机床虚拟装配人机交互界面,以帮助设计者完成并联机床的虚拟装配。利用ADAMS的动画技术和仿真分析功能,实现了对样机模型的运动学仿真和分析。

并联机床虚拟样机的概念设计

构型设计和尺度设计是并联机床设计的关键。该文针对并联机床虚拟样机开发中的构型设计展开研究,给出了并联机床虚拟样机设计流程和系统结构,提出了并联机床虚拟样机概念设计的集成设计方法,该方法集成了4种相辅相成、互为补充的并联机床构型设计方法,举例说明了设计要求输入、运动分配规划、概念设计、运动学分析设计和三维实体建模仿真等关键问题的解决方案。开发了集成化、可视化的并联机床虚拟样机概念设计软件包。