五面加工混联机床概念设计

提出一种五面加工的六轴混联机床的设计方案.以典型刀具和工件加工时的相对运动要求为输入,得到刀具和工件的位姿关系矩阵,用机床的串并联运动功能模型实现了刀具和工件的位姿关系.六轴混联方案中,主轴部件一侧采用可实现Z轴移动和A及B摆动轴进给的少自由度3PRS并联机构,工作台一侧采用XY并联驱动和C轴数控转台的串联机构.安装在3PRS并联机构动平台上的主轴部件通过倾斜布局、合理构件(组件)设计使刀具的摆动范围达到了±45°;并对3PRS并联机构进行了运动、刚度和工作空间分析.分析了XY并联平台与X轴滑台和Y轴滑台之间4条导轨副的受力状态.     

移动并联式六自由度转运调姿方法研究

针对大型航天相机长距离转运和快速精确自动调姿需求,提出一种基于全向移动平台和3-RPS并联调姿机构的移动并联式六自由度调姿方法。首先,测得相机当前姿态和目标姿态,推导二者位姿矩阵;通过运动学模型反解全向移动平台和并联调姿机构的各轴运动参数,将多轴耦合的空间六自由度完全解耦;建立全向移动平台和并联机构的运动学模型,实现上述运动参数的驱动;最后,进行了调姿算法试验,结果表明,调姿设备能够快速精准实现大型相机任意姿态向目标姿态的自动化柔性姿态调整,全向移动平台移动精度优于0.3mm,旋转精度优于0.05°,并联机构杆长精度优于0.5mm,验证了自动调姿的准确性。     

重型弧齿锥齿轮铣齿机数控加工模型建立与仿真

通过分析弧齿锥齿轮加工原理及传统机械摇台式弧齿锥齿轮铣齿机的结构和机床运动关系,建立了弧齿锥齿轮铣齿机加工坐标系。采用刀盘主轴进给方式代替传统的整体工件箱部件或摇台部件进给方式,建立了重型弧齿锥齿轮铣齿机三维结构模型。分析了由传统机械摇台式弧齿锥齿轮铣齿机调整参数转变为重型数控弧齿锥齿轮铣齿机调整参数的原理和计算方法,建立了重型弧齿锥齿轮铣齿机的数控加工模型。通过计算实例,得到了重型数控弧齿锥齿轮铣齿机铣齿加工时机床各运动轴的瞬时位置。建立了重型弧齿锥齿轮铣齿机仿真加工机床模型,并进行了仿真加工,仿真结果满足弧齿锥齿轮铣齿机功能性验证要求。     

一种多角度零件加工夹具的设计

【目的】设计一种可以实现一次装夹多位置、多角度加工的可调节式专用机床夹具,提高机床加工的自动化程度,进而提高企业生产效率。【方法】以卧式镗床加工套筒零件左右端面工序为例,设计专用卧式镗床夹具,可实现工件定位夹紧后的多角度旋转。在加工完一个端面后,无需重新装夹定位,可通过手摇杆、轴承等部件带动工件旋转至另一端面进行钻孔加工。同时,所设计夹具设计了由夹具头、手摇杆、轴承等部件组成的多角度调节机构,由电机、偏心轮以及滑轨组成的沿机床主轴垂直方向角度可调的角度微调节机构,通过上述各机构使得刀具在加工零件时可实现一次装夹多位置、多角度加工。【结果】显著缩短了加工过程中的辅助工时,进而提高了生产效率。     

基于UG的混联机床后置处理方法

为了解决通用的刀具轨迹后处理程序无法生成混联机床数控指令的问题,以混联车铣复合加工中心为模型,研究了适合混联机床结构特点的后置处理方法.利用UG/CAM软件生成被加工零件的刀位文件,再将输入控制系统的刀位文件进行后置处理,包括二次插补策略、位姿逆解、刀具半径补偿和干涉检查,最终转化为驱动轴的控制指令,从而实现对混联机床加工过程中刀具位姿的控制.曲面加工仿真表明,该方法正确、有效.     

混联机床并联轴定位精度的激光测量与误差补偿

在分析混联机床并联轴定位精度的激光干涉测量原理和方法的基础上,采用干涉法检测了并联轴Z向的定位精度和重复定位精度,做出了并联轴的平均偏差特性曲线,获得了其线性位移定位误差数学模型;利用最小二乘法得到了混联机床并联轴定位误差补偿模型和增量补偿特性曲线;推导了并联机构动平台位姿和各驱动杆杆长的求解过程,进而对混联机床并联轴定位精度进行了有效补偿,得到了一种并联轴定位精度激光干涉测量方法和误差补偿模型的建立方法.     

三自由度超声振动钻削并联机床设计

设计了三自由度微小孔超声振动钻削并联机床,该机床由超声振动钻削主轴、三维纯平移并联机构及相应的控制设备组成.其中超声振动钻削主轴可以在钻头高速旋转的同时产生超声轴向振动.三维纯平移并联机构由3条支链及固定平台、动平台组成,其竖直方向的平移作为钻头工作的进给,水平方向相互正交的两个平移作为钻削时孔的定位,工件一次装夹就能进行多孔钻削.     

四自由度混联天线机构静力学及运动特性仿真与设计

研究天线机构静力学和运动特性是提高天线轨迹跟踪精度的有效途径.首先,对混联天线机构结构进行构型描述;然后,基于力旋量变换关系对混联天线机构各部件进行受力分析,借助数值计算软件进行静力学求解,分析特定位姿混联天线机构驱动力的分布情况,并将理论求解结果与仿真结果进行对比,以验证理论分析的正确性;应用有限元软件分析混联天线机...     

具有3T、2T1R和2R1T模式的并联机构构型综合

基于具有2R1T和2T1R运动模式的并联机构,在其动平台上串联平面平行四边形机构后,提出了一种混联变自由度支链,分析了串联变自由度支链和混联变自由度支链的运动模式。采用旋量理论分析了具有串联和混联变自由度支链的机构在运动模式变换过程中的自由度特征,验证了该机构在不同运动模式下驱动副选取的合理性。在机构自由度和机构驱动副选取合理性分析时,选取不同的杆件作为动平台,简化了分析过程。结果表明,该含有混联变自由度支链的并联机构具有3T、2T1R和2R1T运动模式,当该机构在上述3种运动模式的一般位形下,3个驱动副可以实现对机构的控制。机构在从3T运动模式变换为2T1R运动模式时,机构需通过3T1R瞬时自由度位形;机构在从2T1R运动模式变换为2R1T运动模式时,机构需通过2R2T瞬时自由度位形。当该机构在运动模式变换时,处于3T1R或2R2T瞬时自由度时,机构处于约束奇异位形,需增加1个辅助驱动副,以实现机构运动模式的变换。该机构使用较少的驱动副可以实现多种运动模式,运动模式变换时不需对机构进行重新组装,可以快速实现机构重构。     

基于微分变化构造法的数控机床几何误差补偿方法

为了使得机床误差建模与补偿过程紧密联系,同时避免雅可比矩阵繁琐的计算,提出一种基于微分变化构造法的机床几何误差补偿方法。根据坐标系微分变化矩阵建立机床几何误差模型。基于机床正向运动链顺序建立各个运动轴微分变化矩阵,结合各个运动轴几何误差对应的微分运动矢量计算得到运动轴几何误差对刀具精度影响,相加得到刀具坐标下的综合微分变化矩阵,通过机床正向运动学模型将刀具综合误差转换到工作台坐标系下得到机床刀具位置误差。采用微分变化构造法提取各个运动轴微分变化矩阵相应子矩阵构造得到机床雅可比矩阵,计算刀具坐标系综合误差对应运动轴补偿量得到机床补偿加工代码,微分变化构造法无需额外计算,且重新使用建模过程建立的矩阵。在北京精雕Carver800T加工中心进行实验,补偿后工件总误差降低了30%左右,验证了基于微分变化构造法的几何误差补偿方法的有效性。     

考虑关节摩擦的3-PRS并联机构动力学建模研究

为了研究摩擦力对并联机构运动过程的影响,对3-PRS并联机构进行了基于关节摩擦力的动力学分析。对3-PRS并联机构进行末端理论运动轨迹规划,采用矢量法对机构进行了运动学分析。提出3种不同的关节摩擦模型,包括库伦摩擦模型、库伦-粘性摩擦模型以及库伦-粘性-静摩擦模型,在考虑关节间摩擦的情况下,基于牛顿-欧拉法建立了3-PRS并联机构的动力学分析模型。逆动力学实例分析表明,负载越大,摩擦力越大,在有无摩擦力的情况下,3个移动副驱动力的最大误差分别为1.40%、1.51%、1.49%。通过正动力学实例分析了不同情况下关节间摩擦模型对末端运动轨迹的影响,结果表明,不同关节摩擦模型对3-PRS并联机构末端的运动轨迹有较大的影响。     

牧草切根机往复切根机构设计与仿真

现有牧草切根机切根机构多采用从动式机构直接带动切根刀工作,存在草地切缝大、疏松范围广和扰动较高等缺点。对牧草切根机切根机构进行了创新设计,采用液压缸驱动平行四杆机构实现切根刀的锯切,利用机构往复幅度实现切根刀锯切时的稳定性。通过采用机液综合解析法设计计算,分析了平行四连杆机构的运动,建立了机构模型。通过对机构的仿真,实现了机构预期的运动要求。      

串并联数控机床伺服系统运动学耦合特性研究

为分析串并联机构运动学耦合问题,提出了一种串并联机构的运动学正、逆解耦分析方法,分析了3-PTT串并联机床伺服进给系统加工过程中运动学耦合机理,建立了耦合模型。针对串并联机构虎克铰结构和运动特性,采用位姿解耦的方法进行分析。在此基础上,以加工螺旋线轨迹为仿真实例,应用ADAMS和Matlab对模型进行联合仿真分析。仿真及试验结果表明：3-PTT串并联数控机床伺服进给系统加工过程中运动速度快且耦合误差小,运动轨迹符合运动学规律,可较好地反映运动耦合状态。该研究过程实现了3-PTT串并联机构运动学解耦。     

基于Kane方程的冗余驱动5UPS/PRPU并联机床动力学分析

为了解决冗余驱动并联机构的驱动力协调问题,搭建基于动力学的控制系统,实现冗余驱动并联机床的力位混合控制,以原有5UPS/PRPU并联机床为研究对象,改变中间PRPU约束分支为冗余驱动分支,构成冗余驱动并联机床,在其运动学分析的基础上,采用计算效率较高的Kane方法建立了该并联机床的动力学模型;应用ADAMS软件仿真得出驱动力并与Kane动力学模型求解出的驱动力进行比较,验证了Kane动力学模型的正确性,为冗余驱动并联机床力位混合控制研究奠定了理论基础。     

纳米改性金属陶瓷刀具切削性能研究

在常规的金属陶瓷刀具材料中添加纳米粉末可制备出性能优异的纳米改性金属陶瓷刀具材料。对造成金属陶瓷刀具磨损的原因进行了分析，与其他刀具材料进行了力学性能比较，用4种不同的工件材料进行了切削试验。试验结果表明纳米改性金属陶瓷刀具材料适合高速加工塑性材料，同时表现出优异的切削性能。     

五轴加工刀触点路径非线性误差补偿与修复方法

自由曲面五轴加工时,两个旋转坐标参与线性插补会引起刀具与曲面的实际切触点(刀触点)偏离预设的刀触点线性轨迹,形成刀触点路径的非线性误差。为有效降低该误差,提出一种基于理想刀触点路径的非线性误差补偿与修复方法。通过分析刀具姿态变化引起刀触点路径非线性误差的产生机制,分别建立机床运动学变换模型和刀触点路径的非线性误差模型,根据当前插补刀心点求出与之相应的插补刀触点,再求出插补刀触点与刀触点路径间的空间距离和垂足位置坐标,进而分别确定非线性误差的补偿距离和方向,对插补刀心点的位置进行实时修复后,再完成对5个进给轴的伺服控制。仿真结果表明,该方法能有效降低刀触点路径的非线性误差,对提高五轴线性插补时刀触点轨迹的控制精度具有实用价值。     

五自由度混联机构圆弧插补算法研究

提出了一种由两自由度并联机构和三自由度串联机构构成的五自由度混联机构-2SPU+U+RRR。建立了该混联机构的三维模型并搭建了试验样机,通过分析将其等效为U+RRR串联机构。对等效后的U+RRR串联机构进行运动学正反解分析,并验证了正反解求解的正确性,同时对两自由度并联机构进行了运动学反解计算,为机构控制奠定了理论基础。针对传统空间圆弧插补算法计算的复杂性,提出了一种基于等弧度数据采样的新型空间圆弧插补算法,简化了插补算法的计算量。通过Matlab仿真和样机实验,验证了上述插补算法的正确性。