资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共22页)
编号：1144449
类型：共享资源
大小：2.25MB
格式：RAR
上传时间：2017-04-08
上传人：机****料
认证信息
个人认证
高**（实名认证）
河南
IP属地：河南
50
积分
- 关 键 词：
-
连杆
混合
驱动
机构
设计
全套
cad
图纸
- 资源描述：
-
- 内容简介：
-
（学号）： 长春理工大学光电信息学院 毕 业 设 计（论 文）译文 连杆混合驱动 机 构设计 姓 名 赵冬华 学 院 机电工程分院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 06232 指导教师 金洙龙 2010 年 月 日 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 件对各种并联机构模型进行分析，证明了 3动副可以实现动平台三维空间运动。 用 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 3联机构 构学模型，进行了自由度问题的研究。仿真结果表明： 3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 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 1994 年在芝加哥国际机床展览会（ ，美国的 司分别首次展出了名为 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 结构和运动学原理，被誉为“本世纪机床机构的最大变革与创新”、“ 21 世纪的机床”。其后，意大利、日本、俄罗斯、挪威、瑞士、瑞典、丹麦等国的制造商竟相研发并 联机床。 1997 年底，清华大学和天津大学联合研制出了我国第一台并联机床 与传统的串联构型机床相比，纯并联构型的并联机床在结构及运动特性上具有刚度重量比大，运动部件质量小、响应速度快，误差累积小，可以很容易地实现 6 轴联动，运动学逆解求解容易、便于实现实时控制，机床结构简单，技术附加值高等优点。但并联机床同时也存在着工作空间小，运动学的正解求解困难，控制复杂，各轴间存在着深度的非线性运动耦合，运动学标定困难，机床的刚度和运动精度不高等缺点。为克服并联机床的缺点，串 混联机床几乎继承了并联机床的全部优点，同时其工作空间增大，运动学正解的求解困难程度及控制复杂程度均明显降低。尽管其刚度和运动学精度仍不如串联机床高，但已显示出强大的生命力。目前，商品化的并联机床已投入使用。 课题组通过多年的研究发现，研抛属于弹性加工，研抛过程中作用反力较小，因而对机床的刚度要求较低，同时，研抛机床需要在其终端执行器上安装位移 顺控制器的安装使研抛加工对机床运动精度的要求被弱化。研抛加工所具有的这些工艺特性，使得串 以在研抛加工中得到较好的应用。 基于对 吉林省科技发展重点规划课题“精密自动研抛加工模具自由曲面的虚拟轴专用机床”的研究（机床照片见图 1），本文就串 动学分析、插补控制、研抛实验等问题展开研究。 对串联构型、并联构型、混联构型机床的结构特性、运动特性、控制特性等内容进行了分析比较，选定在并联 3 自由度平动平台上串联 2 回转自由度的串 床结构见图 2。 对 3 自由度平动平台的支链结构形式进行了分析。通过齐次坐标变换方法，从支链平台结构位姿变换及其空间几何关系分析入手，建立了三支链并联平台的封闭位置关系，得出了以虎克铰为联接关节条件下 3 自由度平动平台的最简单构型形式和平台工作空间与平台机构体积比值最大条件下的结构参数配置。 基于并联平台封闭位置关系，给出了机床的运动学正解，并对机床 工作空间的形状、构成进行了剖析。本文所述构型形式的研抛机床具有由三段圆弧面构成的柱形工作空间，工作空间的上顶和下底均为由四个球弧面构成的复合曲面。首次将工具灵活性的概念引入机床的工作空间分析，并按照研抛工具所具有的灵活程度，将机床工作空间划分为完全灵活工作空间、大部分灵活工作空间、小部分灵 活工作空间和不灵活工作空间四个子区。通过推理，得出了机床完全灵活工作空间的主要影响因素是研抛工具杆长度的结论。机床工作空间形式及构成见图 3。 基于并联平台封闭位置关系和研抛工具的位置 机床运动学逆解的构成及求解方法进行了研究。由于研抛姿态角 1 的存在，工具杆轴线可以形成一个以 1 为半角的姿态圆锥，致使机床的运动学逆解具有多值、不确定性。为使机床的运动学逆解合理、唯一，需添加工艺和运动限定条件。本文对研抛正压力与研抛姿态角之间的关系、研抛线速度与研抛姿态角之间的关系进行了分析，提出了满足研抛正压 力和研抛线速度双重控制要求的 1 选择工艺限定条件，并基于对加工效率、运动干涉等问题的考虑，提出了限定姿态圆锥使用范围的运动条件。综合考虑，提出了研抛工具姿态的选择控制策略，同时给出了机床各种灵活程度工作空间内运动学逆解的求解方法。姿态圆锥及其可选用的范围见图 4 和图 5。 对离线插补和在线插补的工艺特性进行了分析比较，结合目前插补控制的发展趋势，选择在线的直接插补作为新开发数控系统的插补控制方式。并结合 面的参变量定义域特性，给出了 面研抛的路径规划方式。 对研抛轨线行间距与 表面许用残留高度误差、研抛工具半径、曲面曲率半径之间的关系（图 6），插补步长与表面加工误差、研抛工具半径、曲面曲率半径之间的关系（图 7）行了较为深入的分析，找出了两类加工误差的主要影响因素，并据此提出了针对粗研磨和精整抛光的研 抛轨线行间距、插补步长确定方法。 五坐标虚拟轴研抛机床数控系统的研究 一、说明 我国于 2001 年正式加入 来，经济发展迅速。随着汽车、航空航天以及一批高新技术产业的发展，含有自由曲面的零件所占的比例越来越大，对自由曲面的加工质量和效率要求也越来越高。但是目前对自由曲面 的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。本文针对用于自由曲面研抛加工的 五坐标虚拟轴研抛机床，研究出了一种基于 开放式数控系统。 二、虚拟轴机床机构设计的分析 本课题所研究的是并联、串联组合在一起的混联机床，该机床为 3+2 式虚拟轴机床，即 3 个并联轴实现 X、 Y、 Z 向 3 个坐标运动，并联机构带动动平台实现平动，在动平台上安装 2 自由度串联机器手，串联机构下加装主轴装置。用此机床进行模具自由曲面的研抛加工。机床照片如图 1 所示， 虚拟轴机床的总体结构如图 2 所示，它的并联机构由静平台、动平台和三个导轨立柱 滑块 支链相结合的机构组成 ，支链采用定长杆，各杆件一端与滑块，另一端与动平台用虎克铰连接，滑块由伺服电机和滚珠丝杠螺母副驱动，沿导轨作上下移动。机床的串联机构连接在动平台上，由两个转动关节构成，分别绕轴转动来调整研抛工具的位姿。 以上所述即为并联机构的位置关系，同时可以利用齐次变换的方法建立机床串联机构的位置方程，并将串并联机构通 过动平台为纽带，得到机床整体的位置关系。 三、开放式数控系统的硬件设计与实现 我们通过对 虚拟轴研抛机床的研究，设计使用了一种基于 开放式数控系统。根据此数控系统所设计的数控装置目前已经完成，如图 4 所示，控制装置区域划分由上至下为：实时显示区，饲服控制区，控制电路区，核心控制区和主轴控制区。 制机、 动控制器、双端口 伺服单元及交流伺服电机等组成。图中的虚线将上位机和下位机的功能模块分开，实线框以外部分为系统的外部设备。由框图可以看出， 制器与主机（ 间的通讯采用了两种方式。一种是总线通讯方式，另一种是利用 行数据通信，主机与 动控制器主要通过 线通讯，至于控制器和电机的状态、所处的位置、速度、跟随误差等数据则通过 换信息。 图 4 C 装置 四、开放式数控系统的软件研究 虚拟轴机床数控系统实现正常工作，需要三个部分的系统软件来执行： 用户界面应用程序； 下位机间的通讯程序；对各种输入、输出量进行监控的 序。 其中通讯程序的开发工作量最大、最困难、也最具有技巧性， 司提供的 经对通讯程序进行了充分的开发，我们可以通过 一步利用。人机界面应用程序采用 +言进行开发。 序采用 司提供的语言进行设计开发。系统软件工作机理如图 6 所示， 五、结论 本课题对 五坐标虚拟轴研抛机床的数控系统进行了研究和设计，建立了一种基于 双 放式数控系统，完成了机床的数 控装置，并通过此数控装置对机床进行了初步的调试和试运行，实现了基本的运行要求。本论文主要的研究工作及研究成果如下： 1对虚拟轴机床机构整体设计和工作原理进行了分析研究，通过分别对机床并联机构、串联机构和主轴研头的位置解析，得到机床输入与输出的位置正逆解关系式，为数控系统对机床的轨迹运动控制提供了基础。 2对可编程多轴运动控制器 (行了深入系统的研究，针对本虚拟轴机床设计开发了一种基于 双 放式数控系统硬件结构，根据硬件设计要求选择了相应的硬件设施和电子器件，组 建完成了数控系统的控制装置。 3对 统软件结构与功能做了深入的研究，建立了数控系统软件结构框架。根据数控系统硬件的结构设计，提出了系统软件工作机理，同时参与了人机控制界面的开发并对系统软件设计做了进一步的研究。此控制界面软件实现了部分的硬件软件化，将部分控制按钮和指示灯等硬设施转化为软件控制，同时可以根据需要添加多个 I/O 通道，具有良好的开放性和实时性。 4通过数控系统的控制装置对 五坐标虚拟轴研抛机床进行了调试，并在调试过程中完成了数控系统的参数设置与调整，初步完成了机床 的合理运行。通过对饲服系统的 节及位置速度反馈的分析结果，实现了较为理想的运动状态。 on of is C in of on is as is to a in as of to of on of is is As to of As a of of a is 2 of on by up of It up of of of is of of It is OF of is it is s of of of as so of of is to It 4 of of of of In of of of of of of of of It of D is of is of on of of of so On of be of 6 . of by by of of 3to of by of of of It is is to of it of of ,Y, Z of If it is to of be of on be if , Y of on of of it of of on of n 1994 on of 4), by it is by on a of is of in , of 1 . In In 997, of by on of as of of to is of so as is of of to be to to to be of is of to be of to In of of is is in of be as a on by as of in 1 is of on as of 2 is of is of of of is on is of is in of of on of of is of
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号