连杆混合驱动五杆机构的工作原理毕业论文.pdfVIP

机械装备的发展

一．机械装备的应用

近十几年来，随着计算机技术和现代控制理论等相关科技的迅速发

展，以数控加工为代表的柔性加工日趋完善，基本上实现了自由曲面形

状加工阶段的自动化，但其精加工主要还依靠熟练工人的手工操作。由

于手工操作生产效益低下，加工质量不稳定，难以适应自由曲面低成本、

短周期、高质量的要求，研究一种高效自动化的研抛设备势在必行，本

研究针对自由曲面研抛加工所开发的虚拟轴混联机床就是为了适应这

种需求。

二．状态分析

本处所开发的是并联、串联有层次联结在一起的混联机床。通过大

量文献阅读，建立了各种并联机构模型，运用Adams软件对各种并联

机构模型进行分析，证明了3PTT运动副可以实现动平台三维空间运动。

用Adams软件建立的该机床并联机构模型，并进行自由度问题研究和

动平台的运动分析。仿真结果表明，该并联机构具有三个自由度，动平

台是平动的运动状态。

三、自由曲面研抛机床的位姿分析

根据该机车的运动特性，利用解析法建立并联机构的正解方程，

首先建立并联机构的解析图形，如图2所示。

图2研抛机床并联机构解析图

两端取模平方知：

利用齐次变换的方法建立了自由曲面研抛机床串联机构的位置正

解，并将串并联机构通过动平台为纽带，得到机床的位置正解。运用欧

拉角表达研抛工具的轴线姿势，发现该轴线姿势只与串联机构有关，而

与并联机构无关。

四、自由曲面研抛机床的动力学分析及其仿真

机床的动力学研究，包括机构惯性力计算、受力分析、动力平衡、

动力学模型建立、计算机动态仿真等。特别是在机器的运行速度不断提

高的情况下，动力学问题的重要性就显得尤为突出，由于计算机的不断

发展，使动力学计算、分析、模拟的手段逐步实现了现代化。对机构动

力学研究的深入，促进了机器的运转速度进一步提高，对机器的控制提

供较为精确的理论基础。

五、自由曲面研抛机床结构的研究

机床的研制分为二大部分：一是确定其机械结构方案包括机床机架

设计；动平台设计；终端执行器设计等。二是研制控制电路和控制软件

等。机床应有三个性能指标：对称性、工作空间、各向同性的基础上来

设计混联机床。自由曲面研抛机床的主、俯视图如图3所示。

图3自由曲面研抛机床的主、俯视图

六、结论

（1）通过“3并联轴+2串联轴”的五坐标联动，用并联机构控制

研抛工具的位置，用串联机构控制研抛工具的姿势，有效地拓展了研抛

加工作业空间。

（2）建立了3PTT并联机构ADAMS机构学模型，进行了自由

度问题的研究。仿真结果表明：3PTT并联机构是平动的机构。

（3）应用解析法推导了机床的并联机构的位置正解；利用齐次变

换的方法建立了自由曲面研抛机床串联机构的位置正解。运用欧拉角表

达研抛工具的轴线姿势，发现该轴线姿势只与串联机构有关，而与并联

机构无关。

（4）基于影响系数理论与拉格朗日方程，推导出了串、并联机构

动力学方程，并建立了ADAMS动力学仿真模型，仿真结果表明：该

机床在x、y、z三个方向上的速度、加速度差异很大。如果在z方向

需要大的速度和加速度，三个滑块均需加同一方向的力，数值相差要足

够小，在x、y方向需要较大的速度和加速度时，在三个滑块上力的数

值要相差足够大。

（5）在自由曲面虚拟轴混联研抛机床的结构、运动学与动力学研

究以及前人关于研抛理论的工作基础上，开发了自由曲面虚拟轴混联研

抛机床的样机。

串-并混联研抛机床运动与控制研究

1994年在芝加哥国际机床展览会（IMTS94）上，美国的Ingersoll

和GiddingsLewi公司分别首次展出了名为Hexapod和Variax的

并联机床，引起举世关注。并联机床以空间并联构型为基础，打破了近

两个世纪以来单一的以笛卡尔坐标直线位移为基础的串联机床

结构