英文文献翻译-3轴并联铣床

3轴并联铣床作者MILOSGLAVONJIC，DRAGANMILUTINOVIC，SASAZIVANOVIC，ZORANDIMIC，VLADIMIRKVRGIC摘要尽管平行（并联机床）运动机床仍是许多实验室的研究对象与发展主题，但不幸的是它们并没有一套很完整的并联机床。因此，作为对收购并联机床领域基本经验的建议，使用桌面3轴并联机床会有所帮助。所开发的是在桌面3轴并联铣床的基础上新建立的三自由度并联机构空间。本文介绍了机械结构，建模方法，以及控制和编程系统基于PC的LINUX实时扩展和EMC2（增强型机床控制器）软件系统平台结构。关键词并联机床运动学建模台式铣床1介绍从机械制造方面的研究与并联在飞行模拟器中使用的STEWART平台开始，包括混合并行的机构已被用于许多不同的并联机构36自由度的拓扑结构。与传统机床相比，平行（并联机床）动力学机床有很多优点，比如更高的刚度和较高的力量，重量比。这被视为对机床的革命性的概念。现今，许多并联机床不同的研究工作的不同方面已公布，但不幸的是它们仍然是一个研发专题，在许多实验室、研究机构、大学实验室、和绝大多数企业中没有并联机床。究其原因，很明显，作为教育和培训新技术，一台并联机床需要如此高的费用。为了取得实际经验以促进并联机床的造型，设计，控制，编程和使用，并联铣床的功能模拟器已经开始在开发中，然后一个低成本的桌面3轴并联铣床被提出。在所开发的桌面3轴并联铣床的基础上新开发的3自由度空间并联机构，这种机构是首次用实验立式铣床详细介绍了样机研制成功。在几十年的发展中，在立式铣床工业规模的原有经验基础上，我们得出的结论是，基于同样的机构，低成本的桌面3轴并联铣床可以发展成为一个收购的并联机床过程中有帮助的基本经验。本文介绍了机械结构，建模方法，开发的桌面3轴并联铣床样机，拥有基于PC的LINUX实时扩展和EMC2软件系统平台的控制和编程系统。2机构描述众所周知形状、体积和工作空间是并联机床的最大弱点之一。HEXAGLIDE和TRIAGLIDEMECHANISMS在工作区的扩展是通过拉长主要运动轴，它是所有机器的共同特点之一。随着主轴运动，一个新的3自由度的水平和垂直空间并联机构铣床已被开发出来。如图所示。1，机制的移动由平台组成，三个联合平行四边形的C1，C2和C3，并固定两平行导轨。C1和两个交叉的平行四边形C2即万向节，关节，是它们的一端连接到移动平台与S1和S2的独立滑杆的另一端，具有一个共同的导轨，使它们供电和控制关节平移。第三个平行四边形C3是一个连接点，目的是通过被动关节的旋转和平移到移动平台。它的另一端是与旋转三向滑块连接，使导轨与第二，第三动力控制平移关节。在滑块的S1，S2驱动下，S3提供了三自由度的移动平台。因此，在其通过空间移动平台保持不变的移动方向。该机构的工作区形状和对体积结构的影响有以下几点平行导轨的支持任意X方向长度的工作区，定量Y方向上的工作区，即YMIN常数YMAX常数。平行四边形的公共交点C1和C2减少X向工作区导轨的长度，小曲率形式XMIN和XMAX工作区的边界。Y方向被平移的自由度运动系统的解耦和Y平台在Z专业方向,与ZMIN特殊的工作空间规律常量在ZMAX常量和边境,YMINYYMAX具有类似的机构比较发达，它有几个优点，如规则的形状，而在工作区（略加修改块）类似串行机更大的性质STRUTS的安排刚度，比在整体机构工作空间里有更良好的力量和速度。这种方差机构的结构和设计解决方案，使它范围广泛应用于3轴立式、卧式铣床，如前所述,如5，6中描述其中首先研制样机立式铣床已提交。3直接与逆向运动学图2表示一个几何模型机构。图1中，每个平行四边形是作为一个独特的物体。向量B和向量P的坐标属于基本框架和移动平台，它们总是相互平行的，参考向量B和向量P记为BV和PV。图1机构模型图2机构几何模型中间的位置矢量PI，I1、2、3在此定义为向量P，在移动平台联合中心的框架上。如PPPI，PPP1C4DZP1T,PPP200ZP2T,PPP3XP3YP3ZP3T,ZP1ZP2。刀尖的位置矢量也定义为向量P，如PPTXTPYTPZTPT。驾驶轴参考点的位置矢量OI和滑块上的联合中心的中点位置向量定义为向量B。如BPOI和BDI,BPO1XO100T,BPO2XO200T,BPO3XO3XO3ZO3T,BD1BD3000T,BD20D0T。联合坐标向量PP1P2P3T，PI，I1,2,3由变量控制制动器BSI100T是单位向量。（1）其他载体和参数的定义如图2所示，BEI和BAI是单位向量，CII1,2,3表示固定长度的平行四边形。（2）（3）由于载体BSI和BDI的是互相正交的，如果在方程两边平方。则3采取下列关系式（4）方程（4）是运用圆周率计算二阶多项式和逆运动学求解，可以由BPT的刀尖位置和机器参数推导出圆周率。（5）将参数带入（4），得到下列3个方程组（6）（7）（8）由上可推出（9）（10）（11）以及作为直接运动方程（12）（13）（14）显而易见，4是逆运动学方程的解决方案。5操作简便，即使在最一般的机理模型中。这其实是非常机械的控制算法和校准，即在建筑和实际机械问题中的一些错误是不可避免的，所以有些在载体组件，定义机器的参数不能为零，因此该模型更接近于准确的模型。这意味着，能够达标。68获得更复杂，更别说解方程的步骤了。一般情况下，能够提出问题的解决方案，对直接运动学机构的形式明确是必不可少的。尽管可能会明确，为了简化几何模型所表现出的机器的参数要选择合适的。4SINGULARITY分析针对并联构型机床PKM的奇异性意义,在图25,6中进行了机械模型的详细分析，得到微分方程911以及时间的导数矩阵J表达式。微分方程68的隐函数联合之后,通过微分，导数矩阵J可得（15）JP和JX是直接反向动力学导数矩阵。通过这种方式,三种不同类型的奇异性分析,例如,奇点的直接反向运动学以及联合奇异性。对导数矩阵影响因素的深入分析，奇点的直接反向运动学和联合奇异性是必须注意的。滑块S1和S2不能彼此错开。图1和2,三个滑动直接反向动学的奇异性,和一个联合奇异性是非常有意义的。（16）（17）图3特殊类型18图3显示这些可能的机制的奇异配置与相应的描述方程。可见,从理论上所有的奇点的边界可达到理论上可完成的工作空间边界。用足分的设计解决方案和/或机械的驱使,或控制算法是可以较易避免误差的。这意味着,有效的工作空间是小于理论上的工作空间,即有效的工作空间的边界可以从理论上可达到的工作空间的边界移除。5工业型样机发展的经验除了选择合适的运动拓扑结构,选择合适的几何维度是非常重要，因为性能很大程度上受并联构型机床PKM的几何尺寸的影响。选择合适的尺寸是一项艰巨的任务,依据设计工具的发展,并联构型机床PKM仍然是一个开放的研究。然而,结构解耦的运动机理及其X,Y,和Z方向几何能使其相对容易。基本设计参数的确定对于一个给定的工作空间尺寸X,Y,和Z。程序是本质上的迭代，因为基本设计参数注重的是结构要素和结构鉴定试验（J）和J1T决定因素价值标准之间可能出现的冲突。在简化机械几何模型中，如图4,工作区的Y尺寸主要是受平行四边形C1和C2和平台长度尺寸C4影响。为确定一个的Y的尺寸，需要测定这些工作区的参数,应注重考察S1和S2滑块之间可能发生的干扰；滑块和连接的平行四边形C1和C2；连接的平行四边形和动平台的动力学距离的适应性，如图3。这些影响可能涉及的距离是滑块间的XMIN和XMAX,即1和2角度。这些参数，以及适宜的工作空间X尺寸，将会影响测定S1和S2滑块的导轨长度。图4简化机构的几何模型很容易从图4看到,工作区Z在工作空间位置维数和Z方向主要的影响是长度关节C3和平行四边形的S3滑块导轨的位置,如ZO3整合。这些对于一个给定的Z工作空间的维度参数的确定,值得注意的是其中可能存在的干扰,3价值的角度以及对部件之间的充分性距离中可能的奇异点，如图3。构想第一台垂直铣机器原型的出发点是游动主轴的联系，即在工作空间尺寸X,Y,和Z方向。采用常见的约为5251比例的垂直系列运动学铣床。对Y500毫米的工作空间维度和Z200毫米，连接平行四边形C1,C2的长度，动平台有效长度C4，连接平行四边形C3,与坐标ZO3进行了迭代过程5,6的分析。最终采纳数据C11,003MM,C21,026,C3500毫米、C41,019MM,D150毫米,XO11130MM,XO21,565MM,XO31750MM,ZO3843MM,ZP20,XP3500毫米,ZP3250MM,XTP300毫米,YTP150毫米,ZTP198毫米。在此已采纳的概念和设计的基础上，第一台立式升降台铣床实验样机已经建成,图5。图6显示了已开发的图5原型中工作空间的形状和大小。图5实验立式升降台铣床的原型图6工作区原型6台式铣床的发展利用先前的经验,这一领域的并联构型机床PKM的发展，第一个实验样机的研制成功、新开发的立式升降台铣床5,6机制,产生了一个想法针对发展中国家的一种低成本桌面教学3轴并行结构铣床。最初,得出开发机制适用于其设计和技术方面的问题。随着这一事实一个完整分析建模和奇异性机理作了初步分析在INDUSTRIALSIZE原型开发、控制和编程系统的存在以及经验设计、构建、组装、的概念，对桌面机器进行探讨。第一步是建立目标总结如下它是一个低成本的桌面教学机。它能制造柔软的材料。它是一种常见编程设计方式。它对于初学者也是完全安全。从而确定采用的目标,阐述涉及的概念。量纲分析的桌面教学机及其工作原理。选择的可能解决方案基本单位的概念。两个步骤强烈的协同,因为必须采取对先前设定的目标和约束条件的考虑，如那它是一台台式机,主要部件步骤电机、数控、滑动论文、关节等。可以很容易地找到的话,其他所有的部件都可以建在一个实验室,及控制与编程LINUX系统是基于PC平台的实时系统软件系统的延伸和EMC2。图7台式铣床CAD模型分析证明比例因子5相比第一个实验INDUSTRIALSIZE铣床原型（图5）将会有最优解。五次较小的整体尺寸和五次小的工作空间总体尺寸,保持了所有优势的机制使用。在我们的实验室这些尺寸也提供申请现有的低成本元件以及建筑的其他部件。图7显示CAD模型的开发桌面教育3AXIS并行结构铣床所有必要的技术文件已经产生。几何模型的桌面教学铣床是相同的发展模式INDUSTRIALSIZE铣床，如图2、4，基本参数C1201MM,C2205毫米,C3100毫米,C42038MM,D30毫米,XO1226MM,XO2313MM,XO3350毫米,ZO3130毫米,ZP20,XP3100毫米,ZP355毫米,XTPYTP60毫米,40毫米,ZTP70毫米。为其提供同样的工作空间形状像在图6,尺寸是比较小，大约总体的五倍，如图8。图8铣床平面工作区7第一台台式铣床原型在此基础上被领养的概念和设计参数,第一个低成本的教学3轴平行台式铣床已经在我们的实验室建成并测试,图9。图9台式铣床原型图10结构控制和编程系统图10提出了一个简化的结构的控制和编程系统。该控制系统是基于PCLINUX平台提供实时的延伸和EMC2软件系统计算机控制的机床,机器人,HEXAPODS等。EMC2最初创造出来的美国国家标准与技术研究院美国国家标准与技术研究院和是一个免费软件发布的条款下GPL通用公共许可证7、8。基于EQS。914,运动学模块是用C写的语言,在EMC2集成软件系统。根据外形尺寸和估计精度的发展台式铣床原型、基本校正对加工中心进行在组装期间的过程图。由于这是一个复杂的教学虚拟机运动学,一个真实的机器也包括控制和编程系统。虚拟机的设计是在使用多个类预定的对象导向的PYTHON编程语言。部分流程是十分常规的,通过使用渗碳层深度逆问题求解转换CL，转换成G代码程序文件。在EMC2拟合软件加载条件下,刀具路径进行验证。在程序开始运行时,拟指令在准确的时间内执行并产生控制信号指向一个真正的和/或虚拟机。不同的虚拟机在模拟时,可以做出基于用户需求的真实机器可能性假设,例如,验证的程序在桌面机器工作,如图11。图11虚拟桌面铣削机参考文献1STEWARTD1965APLATFORMWITHSIXDEGREESOFFREEDOMPROCINSTITUTIONMECHENGINEEROI101243/PIME_PROC_1965_180_029_022MERLETJP2000PARALLELROBOTSKLUWER,DORDRECHTISBN07923630863WECKM,STAIMERD2002PARALLELKINEMATICMACHINETOOLSCURRENTSTATEANDFUTUREPOTENTIALSCIRPANNALSMANUFACTURINGTECHNOLOGY512671683DOI101016/S00078506076170654GLAVONJICM,MILUTINOVICD,ZIVANOVICS2008FUNCTIONALSIMULATOROF3AXISPARALLELKINEMATICMILLINGMACHINEINTJADVMANUFTECHNOLDOI101007/S001700081643X5MILUTINOVICD,GLAVONJICM,KVRGICV,ZIVANOVICS2005ANEW3DOFSPATIALP