五轴并联机床结构设计【含全套CAD图纸及三维图纸】
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五轴并联机床结构设计 姓名：张辉伦 学号： 2010071317 导师：王威远 讲师 一、是课题背景 工业现代化的日益发展，对机床的技术指标提出了更高的要求，如何减小 机床重量，提高机床精度、刚度，扩大机床加工范围己成为工业发展的重要课题。传统机床依靠增加质量来提高刚度，减轻重量和增加刚度发生矛盾 ;另外传统机床为串联机构，其主体结构为开链结构，存在悬臂部件，承受很大的弯矩和扭矩，不容易获得很高的结构刚度。它的组成环节多，各环节变形量和连接处变形量叠加，总体刚度下降，限制了机床速度的提高。并且串联结构会使各组成环节的制造误差、传动误差、热变形误差、受力变形误差益加，不易保证加工精度。而且传统的四坐标加工机床加工范围较窄，要实现加工任意曲面非常困难，五坐标加工机床又价格昂贵。综上所述，愈欲改进机床性能，应当从结构设计思想上寻求突破。 二、课题研究目的及意义 近年来空间并联机构在工业中的应用正是为满足此发展方向的要求应运而生，它以其所具有的承载能力强、精度高、刚度重量比大、结构简单、动力性能好等一系列优点，与目前广泛应用的串联式机构在应用上构成互补关系。因此，国内外机构学与机械制造行业对它的研究与开发给予了高度重视。 但是并联机床仍有占地面积与加工空间比值较大，回转轴运动范围小，控制复杂等缺点没有根本解决，以致并联机床的很多优势不能发挥 : 并联机床要真正走出实验室，跨上商品化道路，需要有更好的构型作支撑，来克服并联机床现存的缺点，因此，新一代并联机床的研制与开发具有重要的理论意义和应用价值。 三、总体方案 本并联机床为 新型 5 自由度 (5联机构， 克铰一移动副一球副 )动副一转动副一移动副一虎克铰 ),其结构简图如 : 结构组成：定平台、动平台、五个驱动支链，中间约束支链，虎克铰，球铰 中间约束支链上面的移动副与定平台固定 ,通过球铰与动平台相连；五个驱动支链通过虎克铰与定平台相连，由球铰与动平台相连。通过五个驱动支链的伸缩来控制动平台的运动。 1）驱动支链伸缩杆结构 由驱动电机，丝杆螺母副，滑动导向机构和外套筒组成。 2）中间约束支链 由滑动块，转动副，滚珠花键轴，滚珠花键轴套，支撑杆组成。 3）虎克绞与球铰 四、已完成任务 1）运动学分析 2）总体装配图 3）伸缩杆设计 自由度的计算 采用 式 机构的构件总数 15，运动副总数 19，其中包括 7个 1 个自由度的移动副， 1 个转动副， 6 个 2 自由度的虎克铰， 5 个 3 自由度的球铰。 即本机构的自由度数为 5。 (65352617)11915(6 动学分析 (1)运动学反解分析 1)在定平台和动平台分别建立坐标系，根据并联机床的结构尺寸，利用儿何关系，算出各铰链点在各自坐标系中的坐标值。 2)空间变换矩阵的求解 3）通过矩阵变换求出铰链点在固定坐标系的坐标值 4）求解杆件的长度 （ 2）雅可比矩阵分析 并联机构的雅克比矩阵反映了机构 广义输入速度到动平台运动速度的 传递矩阵，是动平台速度综合列矢 量对各个分支主动输入速度的综合 速度影响系数的合成矩阵。机构的 雅克比矩阵揭示了机构运动的本质， 是机构速度分析、受力分析、误差 分析的基础。 雅可比矩阵 雅可比矩阵 该雅可比矩阵是非奇异的 ,表明对于该并联机床 ,关节空间和工作空间之间的速度映射为一一映射 ,即当给定动平台上刀具的进给速度 ,可以唯一得到五个驱动支链的驱动速度 ,同样当给定五个驱动支链的驱动速度时 ,也可以唯一得到动平台上刀具的进给速度。因此可以在并联机床的工作空间规划刀具在加工过程中的进给速度 ,通过该矩阵得到在并联机床的关节空间中驱动杆的驱动速度 ,从而实现对机床加工过程中动平台上刀具进给速度的控制。 2、总体装配图 通过 出 3、伸缩杆设计 （ 1）滚珠丝杆螺母副的计算、选型 通过公式计算和查阅 现代实用机床设计手册 计算出： 丝杠导程 轴向动载 荷 最小螺纹 直径 5 查阅现代实用机床设计手册，由计算的丝杠导程、轴向动载荷和最小螺纹直径等参数，初步确定滚珠丝杠副选内循环浮动式法兰，直筒螺母型垫片预紧形式，公称直径为 32本导程为 5荷钢球圈数为 3圈，精度等级为 4级，滚珠丝杠副的型号为该型号的动载荷为 13000N，最小螺纹直径为 28球直径为 （ 2）滚动轴承的选用 接触角推力角接触球轴承，型号为 7603020 丝杠轴承的载荷主要是轴向载荷，径向除丝杠自重外，一般无外载荷，对丝杠轴承主要要求轴向精度和刚度较高，摩擦力矩要尽量小。根据 现代实用机床设计手册 表 3合考虑本丝杠副的固定支撑采用接触角推力角接触球轴承，选用的滚动轴承型号为 7603020种滚动轴承的特点是接触角大、钢球数多、承载能力大、刚度大 ;既能承受轴向载荷，也能承受径向载荷，支撑结构可以简化 ;轴承起动摩擦力矩小，降低丝杠副驱动功率，提高进给系统的灵敏度；轴承安装简单。 （ 3）步进电机的计算与选型 计算结果： 综合考虑，本设计选用的伺服电机采用交流伺服电机，型号为 ，其额定输出功率为 400w，额定扭矩为 子惯量为 量 该交流伺服电机搭配的驱动器型号是 丝杠副的负载惯量 等速负载转矩 电机加速转矩 连续瞬时负载转矩 41027.1 伸缩杆 五、工作进度安排 第 12周：查阅相关文献资料，了解课题内容 第 34周：并联机床总体结构设计 第 56周：运动机床台体结构、分支结构设计 第 78周：机床运动分析，连接机构设计 第 910周：机床
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