一种少自由度并联五轴激光切割机的设计与仿真.pdfVIP

学兔兔 第l期 (总第17O期) 机 械 工 程 与 自动 化 N0．1 2012年 2月 MECHANICAL ENGINEERING AUT()MATION Feb． 文章编号：1672—64]3(2012)01—0077—03 一 种少自由度并联五轴激光切割机的设计与。仿真 胡金龙，周鹏飞，潘志华 (江苏扬力数控机床有限公司，江苏 扬州 225127) 摘要：创新地设计了一种少自由度并联五轴数控激光切割机。对三维激光切割机产品设计提供了一种全新思 路。运用ADAMS软件对机构进行了运动学仿真，其结果和方法能够为进一步的研究和产品化提供参考依据。 关键词：五轴激光切割机；少自由度并联机构；运动学仿真 中图分类号：TG485 文献标识码：A 0 引言 本文设计的少自由度并联激光切割机示意图见 随着激光应用技术的发展，三维空间曲线的激光 图1。图2为切割头局部示意图，图3为激光头安装 切割以其先进、灵活、适应性强等特点，在国外的汽 支架的结构示意图。 车工业、航空航天工业等诸多领域都得了广泛的应 用。使用三维激光切割，不仅可以节省样板及工装设 备，还大大缩短了生产准备周期L1 ]。 目前大多数三维激光切割机的主机传动机构均为 串联方式。串联机构的切割头运动轨迹控制都是建立 在笛卡尔坐标系中，动作控制过程的数学运算简单， 1～机身；2一y轴溜板；3一横梁 但是机械结构复杂、笨重，设备动态响应速度差，零 图l 切割机示意图 部件寿命低，无论光束以何种方式传输，都需要价格 昂贵的三维激光切割头。针对上述问题，本文创新地 设计了一种结构更加灵巧、刚性更大、惯性更小、精 度更高的少自由度并联机构的数控激光切割机，它以 光纤为光束传输介质，通过五个简单的直线驱动装置 来实现对切割头在三维空间X、y、Z、A、C五轴运 动的控制。并运用多体动力学软件ADAMS对其在 特定工况下的运动学特性进行了仿真，为进一步深入 研究以及产品化提供了依据和参考。 4，5，6，7一直线驱动装置；8一Z轴蠲板；9一切割头， 1 机构设计 1O一激光头安装支座；11一十字架；40，50，60，7O一连杆 并联机床又称虚拟轴机床，是机床技术、机器人 图2 切割头局部示意图 技术以及数控技术相结合的产物，与传统的串联机床 五个自由度及其定义方式如下：①X轴为横梁3 相比，属于结构简单、数学运算复杂、知识密集型产 沿机身l上的X向导轨的运动；②Y轴为溜板2沿 品。它具有刚度大、响应快、精度高、适应性强、技 横梁3上的y向导轨的运动；③Z轴为溜板8沿y 术附加值高等突出优点，是近年来数控机床发展的重 轴溜板2上的Z向导轨的运动；④A轴为十字架儿 要方向L4 J。 通过转动副与Z轴溜板8连接，并可在±9O。的范围 收稿日期：2011—10--08；修回日期：2011一10—18 作者