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并联 机床

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并联六杆机床,并联,机床

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XX大学XX学院毕业设计说明书题 目： 并联六杆机床 学 院： XX学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： XX63246 姓 名： XX 指导教师：XX 完成日期： 2012-5-30 XX大学XX学院毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目： 并联六杆机床 学号： XX63246 姓名： XX 专业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： XX 老师 系主任： XX 教授 一、主要内容及基本要求 本设计的主要内容是设计一个六杆并联机床 其工作原理是：由电动机带动，将动力传到，再传到伸缩杆上，通过伸缩杆将转动 变为直线传动，到杆的伸长，同时电动机带动刀具的运动进而切割工具。 六杆并联机床的作用及功能是：利用刀具的运动切割与伸缩杆的伸缩进而将工件 切割。 为满足六杆并联机床装置的各种性能提出的设计要求有： 1）保证六杆机床的平稳性。2）具有好的切割效率。 3）保证切割的精度。4）保证切割的大范围。 5）噪音要尽量小 6）结构紧凑。 8）传动间的各种力和力矩，在满足零部件质量要小的同时， 还要保证有足够的强度和寿命。 六杆机床关键部件的设计 ： （1） 杆件的配置； （2）驱动装置的设计； （3）机床框架或床身的设计； （4）杆件和铰链的设计。 六杆机床的动力传动 本次设计的是由6根伸缩杆连接固定平台（机床的框架）和动平台（主轴部件），机床的6边形框架是固定平台，6根伸缩杆通过铰链成60度角分布在框架上，杆件的支撑点是固定的，而杆件的长度是可变的，即可伸缩的。6根伸缩杆的另一端，则通过铰链与装有主轴部件的动平台相连接，从而实现刀具的6个自由度运动。待加工零件固定在机床的工作台上，在整个加工过程中不作任何运动。 二、重点研究的问题 六杆机床的各个关键零部件的设计，熟练使用CAD或其他制图软件，设计二维模型，得到六杆机床结构设计部分装配图和关键零件的设计图。 三、进度安排序号各阶段完成的内容完成时间1查阅相关资料第一周2确定并联系统第二周3确定各部分的结构第三周4零部件的设计第四六周5画零件图第七十周6画装配图第十一周7撰写毕业设计说明书第十二十三周8答辩第十四周四、应收集的资料及主要参考文献 1濮良贵、纪名刚编.机械设计M.北京：高等教育出版社，20082吴宗泽编.机械设计课程设计手册（第三版）M.北京：高等教育出版社，20073孙桓、陈作模、葛文杰编.机械原理M.北京：高等教育出版社，2006.54赵家奇编.机械制造工艺学课程设计指导书（第二版）M.北京：机械工业出版社,2000.105李云主编.机械制造及设备指导手册M.北京：机械工业出版社,1997.86周良德、朱泗芳、杨世平编.现在工程图学M.湖南：科学技术出版社，2008.27甘永立. 几何量公差与检测M. 上海：上海科学技术出版社，2005.8 冯辛安.机械制造装备设计M（第二版）北京：机械工业出版社 20059 叶邦彦，陈统坚. Mechanical Engineering English 北京: 机械工业出版社10孙靖民,哈尔滨.机械优化设计M：机械工业出版社，2005.XX大学XX学院毕业论文（设计）评阅表学号 XX63246 姓名 XX 专业 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计）题目： 并联六杆机床的设计 评价项目评 价 内 容选题1.是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的；2.难度、份量是否适当；3.是否与生产、科研、社会等实际相结合。能力1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力；2.是否有综合运用知识的能力；3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力；4.是否具备一定的外文与计算机应用能力；5.工科是否有经济分析能力。论文（设计）质量1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范；2.文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何；3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。综合评 价论文选题基本符合培养目标要求，能体现学科专业特点，达到了综合训练的目的。该生能在设计中运用所学知识，设计方案基本可行，工作量尚可，论文质量基本符合本科生毕业设计要求。同意参加答辩。评阅人： 2012年5月21日 XX大学XX学院 毕业论文（设计）鉴定意见 学号： XX63246 姓名： XX 专业： 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计说明书） 40 页 图 表 7 张论文（设计）题目： 并联六杆机床的设计 内容提要： 本设计的主要内容是六杆机床的结构设计。 本设计主要本次设计的是由6根伸缩杆连接固定平台（机床的框架）和动平台（主轴部件机床的6边形框架是固定平台，6根伸缩杆通过铰链成60度角分布在框架上，杆件的支撑点是固定的，而杆件的长度是可变的，即伸缩的。六根缩杆的另一端，则通过铰链与装有主轴部件的动平台相连接，从而实现刀具的6个自由度运动。待加工零件固定在机床工作台上在加工过程中不做任何运动。 概念设计是并联机床设计的首要环节，其目的是在给定所需自由度条，寻求含一个主刚体(动平台)的并联机构杆副配置、驱动方式和总体布局的各种可能组合。 按照支链中所含伺服作动器数目不同，并联机床可大致分为并联串并联和混联3种类型前两者在一条支链中仅含一个或一个以上的作动器，以直接生成36个自由度而后者则通过2个或多个少自由度并联或串联机构的串接组合生成所需的自由度。按照作动器在支链中的位置不同，并联机床可采用内副和外副驱动，且一般多采用线性驱动单元，如伺服电机滚珠丝杠螺母副或直线电机等。机架结构的变化可使得并联机床的总体布局具有多样性，但同时也使工作空间的大小、形状以及运动灵活度产生很大差异。因此，在制定总体布局方案时，应采用概念设计与运动学设计交互方式，并根据特定要求做出决策。 指导教师评语XX同学在毕业设计期间不够积极主动，在设计过程中缺少与指导老师的沟通，表现一般。采用AutoCAD软件对设计的基本原理结构进行设计与绘图。同意答辩，推荐毕业设计成绩为“及格”。指导教师： 2012年 5 月 21 日答辩简要情况及评语根据答辩情况，答辩小组同意其成绩评定为答辩小组组长： 2012年 月 日答辩委员会意见经答辩委员会讨论，同意该毕业论文（设计）成绩评定为答辩委员会主任： 2012年 月 日目 录摘要3ABSTRACT4第1章 绪论51.1 课题背景与意义51.2 并联机床发展历史及现状61.2.1 并联机床组成原理的研究61.2.2 并联机床运动空间的研究71.2.3 并联机床结构设计的研究71.2.4 并联机床刚度、精度、柔度、灵巧度的研究71.2.5 并联机床误差研究71.2.6 并联机床模块设计与创建71.2.7 新型虚拟轴数控机床的研究8第2章 并联运动机床的设计92.1 机床中的并联机构92.2杆件的配置132.3主轴部件132.4驱动装置的设计132.5机床框架和床身的设计14第3章 部件的设计和选用163.1 主轴系统163.1.1 变频电主轴163.1.2刀具夹紧机构183.2杆件和铰链183.2.1杆件设计183.2.2铰链设计213.3伺服电机的选用223.3.1直流伺服电机的选择与计算223.3.2直流伺服电机的控制25第4章 滚珠丝杠的计算264.1 参数拟订264.2 稳定性验算274.3 刚度验算274.4 效率验算28第5章 并联机床面临的主要技术问题295.2机床的有效工作空间问题30结 论31致谢32参考文献33附录：英文文献翻译34摘要 概念设计是并联机床设计的首要环节，其目的是在给定所需自由度条件下，寻求含一个主刚体(动平台)的并联机构杆副配置、驱动方式和总体布局的各种可能组合。 按照支链中所含伺服作动器数目不同，并联机床可大致分为并联、串并联和混联3种类型。前两者在一条支链中仅含一个或一个以上的作动器，以直接生成36个自由度；而后者则通过2个或多个少自由度并联或串联机构的串接组合生成所需的自由度。按照作动器在支链中的位置不同，并联机床可采用内副和外副驱动，且一般多采用线性驱动单元，如伺服电机滚珠丝杠螺母副或直线电机等。机架结构的变化可使得并联机床的总体布局具有多样性，但同时也使工作空间的大小、形状以及运动灵活度产生很大差异。因此，在制定总体布局方案时，应采用概念设计与运动学设计交互方式，并根据特定要求做出决策。 通过更换末端执行器便可在单机上实现多种数控作业是并联机床的优点之一。然而由于受到铰约束、支链干涉、特别是位置与姿态耦合等因素的影响，致使动平台实现姿态能力有限是各种6自由度纯并联机构的固有缺陷，难于适应大倾角多坐标数控作业的需要。目前并联机床一个重要的发展趋势是采用混联机构分别实现平动和转动自由度。这种配置不但可使平动与转动控制解耦，而且具有工作空间大和可重组性强等优点。特别是由于位置正解存在解析解答，故为数控编程和误差补偿提供了极大的方便。应该强调，传统机床的发展已有数百年历史，任何希望从纯机构学角度创新而试图完全摒弃传统机床结构布局与制造工艺合理部分的设想都将是有失偏颇的。 本次设计的是由6根伸缩杆连接固定平台（机床的框架）和动平台（主轴部件），机床的6边形框架是固定平台，6根伸缩杆通过铰链成60度角分布在框架上，杆件的支撑点是固定的，而杆件的长度是可变的，即可伸缩的。6根伸缩杆的另一端，则通过铰链与装有主轴部件的动平台相连接，从而实现刀具的6个自由度运动。待加工零件固定在机床的工作台上，在整个加工过程中不作任何运动.ABSTRACTThis design is made up of 6telescopic rod is connected with a fixing platform ( machine frame ) and a moving platform ( spindle ), the machine on 6 sides of the frame is fixed platform,6 telescopic rod through a hinge at a 60 degree angle distribution in the frame, the support rod is fixed, and the rod of are variable in length, can be telescopic. 6 telescopic rod at the other end, through a hinge and a spindle of moving platform is connected, so as to realize the tool with 6degrees of freedom of motion. Parts to be processed is fixed on a working table of a machine tool, in the entire process without any movement第1章 绪论1.1 课题背景与意义为了提高对生产环境的适应性，满足快速多变的市场需求，近年来全球机床制造业都在积极探索和研制新型多功能的制造装备与系统，其中在机床结构技术上的突破性进展当属90年代中期问世的并联机床(ParallelMachineTool)，又称虚(拟)轴机床(VirtualAxisMachineTool)或并联运动学机器(ParallelKinematicsMachine)。并联机床实质上是机器人技术与机床结构技术结合的产物，其原型是并联机器人操作机。与实现等同功能的传统五坐标数控机床相比，并联机床具有如下优点：刚度重量比大：因采用并联闭环静定或非静定杆系结构，且在准静态情况下，传动构件理论上为仅受拉压载荷的二力杆，故传动机构的单位重量具有很高的承载能力。响应速度快：运动部件惯性的大幅度降低有效地改善了伺服控制器的动态品质，允许动平台获得很高的进给速度和加速度，因而特别适于各种高速数控作业。环境适应性强：便于可重组和模块化设计，且可构成形式多样的布局和自由度组合。在动平台上安装刀具可进行多坐标铣、钻、磨、抛光，以及异型刀具刃磨等加工。装备机械手腕、高能束源或CCD摄像机等末端执行器，还可完成精密装配、特种加工与测量等作业。 技术附加值高：并联机床具有“硬件”简单，“软件”复杂的特点，是一种技术附加值很高的机电一体化产品，因此可望获得高额的经济回报。目前，国际学术界和工程界对研究与开发并联机床非常重视，并于90年代中期相继推出结构形式各异的产品化样机。1994年在芝加哥国际机床博览会上，美国Ingersoll铣床公司、Giddings&Lewis公司和Hexal公司首次展出了称为“六足虫”(Hexapod)和“变异型”(VARIAX)的数控机床与加工中心，引起轰动。此后，英国Geodetic公司，俄罗斯Lapik公司，挪威Multicraft公司，日本丰田、日立、三菱等公司,瑞士ETZH和IFW研究所，瑞典NeosRobotics公司，丹麦Braunschweig公司，德国亚琛工业大学、汉诺威大学和斯图加特大学等单位也研制出不同结构形式的数控铣床、激光加工和水射流机床、坐标测量机和加工中心。与之相呼应，由美国Sandia国家实验室和国家标准局倡议，已于1996年专门成立了Hexapod用户协会，并在国际互联网上设立站点。近年来，与并联机床和并联机器人操作机有关的学术会议层出不穷，例如第4749届CIRP年会、19981999年CIRA大会、ASME第25届机构学双年会、第10届TMM世界大会均有大量文章涉及这一领域。由美国国家科学基金会动议，1998年在意大利米兰召开了第一届国际并联运动学机器专题研讨会，并决定第二届研讨会于2000年在美国密执安大学举行。19941999年期间，在历次大型国际机床博览会上均有这类新型机床参展，并认为可望成为21世纪高速轻型数控加工的主力装备。 我国已将并联机床的研究与开发列入国家“九五”攻关计划和863高技术发展计划，相关基础理论研究连续得到国家自然科学基金和国家攀登计划的资助。部分高校还将并联机床的研发纳入教育部211工程重点建设项目，并得到地方政府部门的支持且吸引了机床骨干企业的参与。在国家自然科学基金委员会的支持下，中国大陆地区从事这方面研究的骨干力量，于1999年6月在清华大学召开了我国第一届并联机器人与并联机床设计理论与关键技术研讨会，对并联机床的发展现状、未来趋势以及亟待解决的问题进行了研讨。1.2 并联机床发展历史及现状 并联运动机床及虚拟轴机床普遍采用Stewart平台及其变形机构,它是现代机器人技术和现代机床技术的完美结合。并联机床使将近两个世纪以来以笛卡尔坐标直线位移为基础的机床结构和运动学原理发生了根本性的变革,抛弃了固定导轨的刀具导向方式,采用了多杆并联机构驱动,完全打破了传统机床结构的概念。由于采Stewart平台结构,大大提高了机床的刚度,实现了高速超高速的机床加工,促使加工速度和加工质量显著提高。由于这种机床具有高刚度、高承载能力、高速度、高精度、重量轻、机械结构简单、标准化程度高和模块化程度高等优点,在要求精密加工的航空航天、兵器、船舶、电子等领域得到了成功的应用。可以说:“虚拟轴数控机床被认为是20 世纪最具有革命性的机床设计的突破,代表了21世纪机床发展的方向。”1.2.1 并联机床组成原理的研究研究并联机床自由度计算、运动副类型、支铰类型以及运动学分析、建模与仿真等问题。1.2.2 并联机床运动空间的研究包括运动空间分析及仿真、可达工作空间求解（如数值求解法、球坐标搜索法等）、机床干涉计算及位置分析等。1.2.3 并联机床结构设计的研究并联机床的结构设计包括很多内容，如机床的总体布局、安全机构设计、数控系统设计（包括数控平台建造、数控系统编程、数控加工过程仿真等）。1.2.4 并联机床刚度、精度、柔度、灵巧度的研究并联机构封闭回路的特性，使并联机床较传统串联结构机床具有更高的刚度，但这个特性引起的耦合问题，相对的形成在动力分析上很大的困扰，因此对其研究应予以足够的重视。关于并联机床精度的研究仍是国际难题，包括机床系统硬件研究（及机床制造前精度设计和精度描述）和系统输出精度研究（及机床制造后输出数据处理和精度评价）。并联机床柔度的研究包括柔度分析、柔度评价指标及其在工作空间内的分布等方面。灵巧度主要研究灵巧度指标及其分布等。1.2.5 并联机床误差研究包括误差分析、建模及误差精度保证、测量系统设计等问题。1.2.6 并联机床模块设计与创建根据工件加工的空间型和平面型，相应地把并联机床分为空间型并联机床和平面型并联机床两大类。并联机床按功能和结构可分为以下几个功能模块：执行模块；机座模块（静平台模块）；动平台模块；机架模块；定位模块；驱动模块；控制和显示模块；润滑与冷却模块。1.2.7 新型虚拟轴数控机床的研究虚拟轴数控机床是“要用数学制造的机床”。因为这种机床的设计与运行要用到非常复杂的数学计算与推理。目前对于Stewart平台的理论研究已取得一些关键结论，还需进一步研究Stewart平台的综合分析，为虚拟轴数控机床的研制提供理论基础。第2章 并联运动机床的设计2.1 机床中的并联机构(1) 概念设计 概念设计是并联机床设计的首要环节，其目的是在给定所需自由度条件下，寻求含一个主刚体(动平台)的并联机构杆副配置、驱动方式和总体布局的各种可能组合。 按照支链中所含伺服作动器数目不同，并联机床可大致分为并联、串并联和混联3种类型。前两者在一条支链中仅含一个或一个以上的作动器，以直接生成36个自由度；而后者则通过2个或多个少自由度并联或串联机构的串接组合生成所需的自由度。按照作动器在支链中的位置不同，并联机床可采用内副和外副驱动，且一般多采用线性驱动单元，如伺服电机滚珠丝杠螺母副或直线电机等。机架结构的变化可使得并联机床的总体布局具有多样性，但同时也使工作空间的大小、形状以及运动灵活度产生很大差异。因此，在制定总体布局方案时，应采用概念设计与运动学设计交互方式，并根据特定要求做出决策。 通过更换末端执行器便可在单机上实现多种数控作业是并联机床的优点之一。然而由于受到铰约束、支链干涉、特别是位置与姿态耦合等因素的影响，致使动平台实现姿态能力有限是各种6自由度纯并联机构的固有缺陷，难于适应大倾角多坐标数控作业的需要。目前并联机床一个重要的发展趋势是采用混联机构分别实现平动和转动自由度。这种配置不但可使平动与转动控制解耦，而且具有工作空间大和可重组性强等优点。特别是由于位置正解存在解析解答，故为数控编程和误差补偿提供了极大的方便。应该强调，传统机床的发展已有数百年历史，任何希望从纯机构学角度创新而试图完全摒弃传统机床结构布局与制造工艺合理部分的设想都将是有失偏颇的。 （2） 运动学设计 并联机床运动学设计包括工作空间定义与描述，以及工作空间分析与综合两大内容。合理地定义工作空间是并联机床运动学设计的首要环节。与传统机床不同，并联机床的工作空间是各支链工作子空间的交集，一般是由多张空间曲面片围成的闭包。为了适合多坐标数控作业的需要，通常将灵活(巧)度工作空间的规则内接几何形体定义为机床的编程工作空间。对于纯6自由度并联机床，动平台实现位置和姿态的能力是相互耦合的，即随着姿态的增加，工作空间逐渐缩小。因此，为了实现动平台实现位姿能力的可视化，往往还需用位置空间或姿态空间进行降维描述。 1）工作空间分析与综合是并联机床运动学设计的核心内容。广义地，工作空间分析涉及在已知尺度参数和主动关节变量变化范围条件下，评价动平台实现位姿的能力；尺度综合则是以在编程空间内实现预先给定的位姿能力并使得操作性能最优为目标，确定主动关节变量的变化范围和尺度参数。 2）工作空间分析可借助数值法或解析法。前者的核心算法为，根据工作空间边界必为约束起作用边界的性质，利用位置逆解和K-T条件搜索边界点集。后者的基本思路是，将并联机构拆解成若干单开链，利用曲面包络论求解各单开链子空间边界，再利用曲面求交技术得到整体工作空间边界。 3）尺度综合是实现并联机床运动学设计的最终目标，原则上需要兼顾动平台实现位姿的能力、运动灵活度、支链干涉等多种因素。针对6自由度并联机床，目前可以利用的尺度综合方法可以分为：基于各向同性条件的尺度综合，兼顾各向同性条件和动平台姿态能力的尺度综合，以及基于总体灵活度指标的加权综合3种方法。第1种方法因仅依赖满足各向同性条件时的尺度参数关系，故存在无穷多组解答。第2种方法针对动平台在给定工作空间中实现预定姿态能力的需要，通过施加适当约束，可有效地解决多解问题。第3种方法较为通用，通常以雅可比矩阵条件数关于工作空间的一次矩最小为目标，将尺度综合问题归结为一类泛函极值问题。值得指出，第2种方法仅适用某些并联机构(如Stewart平台)；而第3种方法除计算效率低外，还不能兼顾动平台实现姿态的能力。因此，针对不同类型的并联机床，研究兼顾多种性能指标的高效尺度综合方法将是一项极有意义的工作。nextpage （3）动力学问题 刚体动力学逆问题是并联机床动力分析、整机动态设计和控制器参数整定的理论基础。这类问题可归结为已知动平台的运动规律，求解铰内力和驱动力。相应的建模方法可采用几乎所有可以利用的力学原理，如牛顿尤拉法、拉格朗日方程、虚功原理、凯恩方程等。由于极易由雅可比和海赛矩阵建立操作空间与关节空间速度和加速度的映射关系，并据此构造各运动构件的广义速度和广义惯性力，因此有理由认为，虚功(率)原理是首选的建模方法。 1）动态性能是影响并联机床加工效率和加工精度的重要指标。并联机器人的动力性能评价完全可以沿用串联机器人的相应成果，即可用动态条件数、动态最小奇异值和动态可操作性椭球半轴长几何均值作为指标。与机器人不同，金属切削机床动态特性的优劣主要是基于对结构抗振性和切削稳定性的考虑。动态设计目标一般可归结为，提高整机单位重量的静刚度；通过质量和刚度合理匹配使得低阶主导模态的振动能量均衡；以及有效地降低刀具与工件间相对动柔度的最大负实部，以期改善抵抗切削颤振的能力。由此可见，机器人与机床二者间动态性能评价指标是存在一定差异的。事实上，前者没有计及对结构支撑子系统动态特性的影响，以及对工作性能的特殊要求；而后者未考虑运动部件惯性及刚度随位形变化的时变性和非线性。因此，深入探讨并联机床这类机构与结构耦合的、具有非定长和非线性特征的复杂机械系统动力学建模和整机动态设计方法，将是一项极富挑战性的工作。这项工作对于指导控制器参数整定，改善系统的动态品质也是极为重要的。 （4） 精度设计与运动学标定 精度问题是并联机床能否投入工业运行的关键。并联机床的自身误差可分为准静态误差和动态误差。前者主要包括由零部件制造与装配、铰链间隙、伺服控制、稳态切削载荷、热变形等引起的误差；后者主要表现为结构与系统的动特性与切削过程耦合所引起的振动产生的误差。机械误差是并联机床准静态误差的主要来源，包括零部件的制造与装配误差。目前，由于尚无有效的手段检测动平台位姿信息，因而无法实现全闭环控制条件下，通过精度设计与运动学标定改善机床的精度就显得格外重要。 1）精度设计是机床误差避免技术的重要内容，可概括为精度预估与精度综合两类互逆问题。精度预估的主要任务是，按照某一精度等级设定零部件的制造公差，根据闭链约束建立误差模型，并在统计意义下预估刀具在整个工作空间的位姿方差，最后通过灵敏度分析修改相关工艺参数，直至达到预期的精度指标。工程设计中，更具意义的工作是精度综合，即精度设计的逆问题。精度综合是指预先给定刀具在工作空间中的最大位姿允差(或体积误差)，反求应分配给零部件的制造公差，并使它们达到某种意义下的均衡。精度综合一般可归结为一类以零部件的制造公差为设计变量，以其关于误差灵敏度矩阵的加权欧氏范数最大为目标，以及以公差在同一精度等级下达到均衡为约束的有约束二次线性规划问题。2）运动学标定，又称为精度补偿或基于信息的精度创成，是提高并联机床精度的重要手段。运动学标定的基本原理是，利用闭链约束和误差可观性，构造实测信息与模型输出间的误差泛函，并用非线性最小二乘技术识别模型参数，再用识别结果修正控制器中的逆解模型参数，进而达到精度补偿的目的。高效准确的测量方法是实现运动学标定的首要前提。根据测量输出不同，通常可采用2类运动学标定方法：利用内部观测器所获信息的自标定方法，其一般需要在从动铰上安装传感器（如在虎克铰上安装编码器）；检测刀具位姿信息的外部标定方法，其原则上需要高精度检具和昂贵的五坐标检测装置。 （5）数控系统 1）从机床运动学的观点看，并联机床与传统机床的本质区别在于动平台在笛卡尔空间中的运动是关节空间伺服运动的非线性映射(又称虚实映射)。因此，在进行运动控制时，必须通过位置逆解模型，将事先给定的刀具位姿及速度信息变换为伺服系统的控制指令，并驱动并联机构实现刀具的期望运动。由于构型和尺度参数不同，导致不同并联机床虚实映射的结构和参数不尽相同，因此采用开放式体系结构建造数控系统是提高系统适用性的理想途径。 2）为了实现对刀具的高速高精度轨迹控制，并联机床数控系统需要高性能的控制硬件和软件。系统软件通常包括用户界面、数据预处理、插补计算、虚实变换、PLC控制、安全保障等模块，并需要简单、可靠、可作底层访问，且可完成多任务实时调度的操作系统。 3）友好的用户界面是实现并联机床工业运行不可忽视的重要因素。由于操作者已习惯传统数控机床操作面板及有关术语和指令系统，故基于方便终端用户使用的考虑，在开发并联机床数控系统用户界面时，必须将其在传动原理方面的特点隐藏在系统内部，而使提供给用户或需要用户处理的信息尽可能与传统机床一致。这些信息通常包括操作面板的显示，数控程序代码和坐标定义等。 4）实时插补计算是实现刀具高速、高精度轨迹控制的关键技术。在以工业PC和开放式多轴运控板为核心搭建的并联机床数控系统中，常用且易行的插补算法是，根据精度要求在操作空间中离散刀具轨迹，并根据硬件所提供的插补采样频率，按时间轴对离散点作粗插补，然后通过虚实变换将数据转化到关节空间，再送入控制器进行精插补。注意到在操作空间中两离散点间即便是简单的直线匀速运动，也将被转化为关节空间中各轴相应两离散点间的变速运动，因此若仍使关节空间中各轴两离散点间作匀速运动，则将在操作空间中合成复杂的曲线轨迹。为此，必须对离散点密化以创成高速、高精度的刀具轨迹。这不仅需要大幅度提高控制器的插补速率，而且需要有效地处理速度过渡问题。 （6） 关键基础件 关键基础件的专业化和系列化配套是建造高速高精度并联机床，实现产品的可重组和模块化设计，以及大幅度降低制造成本的物质保证。这项工作也是将并联机床推向市场的重要环节。并联机床所需的关键基础件包括功率体积比大的高速电主轴单元、高速高性能直线电机、精密丝杠导轨副、结构紧凑且可调隙的精密滚动球轴承和卡当铰，以及高精度光栅和激光测量定位系统等。目前，国外已有专业生产厂(如德国INA轴承公司)开发出不同系列的产品。然而，这些产品在我国还多属空白，或与国际先进水平存在较大差距。 1）并联机床是机床家族中的一个新成员，目前还处于“襁褓“之中，尚有许多理论与技术问题有待攻克。并联机床是否具有生命力的关键在于能否回答潜在用户“有何理由能说服我购买并联机床而不是传统机床”这一问题。因此，紧紧把握新一代制造设备变革的契机，大力加强对并联机床的理论研究与工程实践，对促进这种新型数控装备早日产品化和产业化，尽快将高新技术转化为生产力具有重要的意义。这一工作将有赖于政府主管部门、机床生产企业和潜在用户的远见卓识，以及机床设计工作者与机器人机构学工作者的通力合作和不懈努力.2）本次设计的是由6根伸缩杆连接固定平台（机床的框架）和动平台（主轴部件），机床的6边形框架是固定平台，6根伸缩杆通过铰链成60度角分布在框架上，杆件的支撑点是固定的，而杆件的长度是可变的，即可伸缩的。6根伸缩杆的另一端，则通过铰链与装有主轴部件的动平台相连接，从而实现刀具的6个自由度运动。待加工零件固定在机床的工作台上，在整个加工过程中不作任何运动。2.2杆件的配置杆件是并联运动机构的驱动元件。杆系的配置对并联运动机船的结构和性能都将起到绝对性的作用。杆件的配置主要考虑的问题是：（1）杆件的基点是固定的还是移动的（2） 杆件的长度是可变的还是固定的（3） 杆件与动平台的连接形式我所选用的是可变杆长的杆系，他的配置特点是杆件的长度可以通过伸缩机构加以改变，杆件的一端通过铰链固定在机床的框架上，另外一端通过铰链与动平台连接。位置控制信号输给伺服电动机后，驱动滚珠丝杠传动，实现杆件的伸缩，伸缩的位移或转动的角度通过测量系统或解码器反馈给位置控制系统。显然，杆件长度的可变化范围，即其最大和最小长度对机床的工作空间将产生直接的影响，同时又受到伸缩杆结构的限制。2.3主轴部件电动机主轴垂直配置，有助于实现大倾角的动平台，同时保证电动机主轴与杆件、工作台和被加工工件之间不产生干涉。底部的2个铰链安装位置尽量接近主轴端部和刀头点，以增加机床刚度。杆系配置采取平行与相交相结合的方案，有利于机床框架和导轨的设计。2.4驱动装置的设计有两种驱动装置可供选择：(1）直线电动机直接驱动（2）伺服电动机滚珠丝杠杆驱动两种驱动装置采用同样的直线滚珠导轨结构以及直线位移测量系统，以便可以互换。进行试验比较。直线电动机直接驱动滑板较长，两侧各安装滚珠导向块2副；而伺服电动机滚珠丝杠杆滑板较短，两侧各安装滚珠导向块一副滚珠丝杠滑板的材料是铝合金，采用整体铝材铣削加工而成。直线电动机滑板在结构上有许多加强筋，为了降低制费用，采用铝合金铸造。滑板的结构除了考虑功能需要和制造成本外，还尽量减少零件的种数，因此万向铰在滑板上的固定位置是镜像对称的。由于滚珠丝杆伺服驱动的成本较低，所以选择用伺服电动机滚珠丝杠杆驱动。2.5机床框架和床身的设计机床的框架除了保证实现所要求的工作空间和并联运动机构及其驱动装置的安装要求外，在设计过程中还考虑以下问题：（1） 框架零件的组成。（2） 回转工作台的连接。（3） 刀具交换系统和刀具交换位置（4） 排屑传送带的位置（5） 电源和其他管路的连接方法将其设计成左右对称的框架和床身底座。将各种部件和装置安装到机床框架和底座上。如图1示：图1 机床框架和床身第3章 部件的设计和选用3.1 主轴系统3.1.1 变频电主轴(1) 电主轴产品的最新技术与发展趋势：国内从事电主轴研究与生产的企业总体上来说与国外上述公司相比在产品研发以及技术的创新能力上不具有优势，但是具有相对的成本优势。国外数控机床主轴公司往往只负责主轴的总体设计、技术研发以及零部件装配和测试工作，其余的关键零部件例如：主轴轴承、内装电机、主轴松拉刀机构、动力油缸或气缸、主轴轴承润滑油品等全部实行采购，在产业的分工与合作上具有很强的组织性和互补性，同时由于分工的细致，机床主轴生产商与各附件生产商之间形成了良性的循环，各自针对本专业的关键技术投入人力物力进行科技攻关，由此带动了国外电主轴行业的整体技术进步。(2) 反观国内厂商，各自为战，技术资源分散，除洛阳轴研科技作为原来国家轴承行业的技术归口所拥有一定的综合研发实力外，其他的企业基本上是在模仿国内外同行的产品进行生产，技术实力较弱，创新能力严重不足。在涉及电主轴轴承润滑、零部件材料选取以及加工工艺、内装式主轴电机、松拉刀接口、主轴轴承润滑油品等方面没有自己独立的知识产权和核心技术，尤其是在电主轴的附件领域如伺服驱动控制器、编码器、动力油缸或气缸、智能传感器等方面表现的更为突出，基本上是国外产品包打天下。这也是直到目前为止制约国产高档数控机床发展的关键原因所在。(3) 国产电主轴和国外产品相比较，无论是性能、品种和质量都有较大差距，国产电主轴产品和国外的相比较，主要存在以下差距:国外电主轴低速段的输出扭矩最大可达1000Nm，而我国目前仅在300Nm以内。在高转速方面，国外用于加工中心的电主轴转速已达75000r/min，我国则多在30000r/min以内。电主轴的轴承润滑，国外普遍采用油气润滑，而我国仍用油脂润滑。其他配套技术也有较大差距，如主轴电机矢量控制、交流伺服控制技术、精确定向技术、快速启动、停止等。在产品的品种、规格、数量和制造规模等方面，国产电主轴仍然处于小量研发试制阶段，没有形成系列化、专业化，远不能满足国内数控机床和加工中心发展的需求。欧美公司在关键部件的研发上具有很强的前瞻性和创新能力，国际上涉及电主轴的比如编码器系统、刀具接口、电机工作制等的国际标准和产品都是欧美相关企业制定和生产的，这是他们最具有优势的地方。1) 在电主轴的低速大转矩方面，国外产品低速段的输出转矩可以达到300Nm以上，有的更是高达600多Nm(如德国的CYTEC)，而国内目前则多在100Nm以内。2) 在高速方面，国外用于加工中心电主轴的转速已经达到75000rmin(意大利CAMFIOR)，而我国则多在20000rmin以下。其它用途的电主轴，国外已经达到了250000rmin(英国WestWind公司D1733)，而我国电主轴的最高转速为150000rmin。3) 在电主轴的润滑方面，国外高速电主轴轴承已经普遍采用先进的油气润滑技术，而我国则仍然以油脂润滑和油雾润滑为主。4) 在电主轴的功能和性能方面，国外已经在发展多功能、高性能的数控机床用电主轴产品，而我国仍然以常规产品为主要发展方向。5) 在电主轴的支承技术方面，国外已经有动、静压液(气)浮轴承电主轴(瑞士IBAG等)、磁浮轴承电主轴(瑞士IBAG)的成熟商品，在我国则仍然处于科学研究或小批量试制之中。6) 在其它与电主轴相关配套技术方面，如电主轴内装电机闭环矢量控制技术、交流伺服技术、停机角向准确定位(准停)技术、C轴传动技术、快速启动与停止技术、HSK刀柄制造与应用技术、主轴智能监控技术等，国内仍然不够成熟，或不能满足实际应用需要。7) 在产品的品种、数量及制造规模方面，尽管国内已经有部分企业在从事电主轴的研究和制造，但仍然以磨床用电主轴为主，对于数控机床用高速电主轴，则仍然处于小量开发和研究阶段，远没有形成系列化、专业化和规模化生产，还无法与国外先进水平相比，远远不能满足国内市场日益增长的需要，还不具备与国外产品相抗衡的能力。为本次设计中采用的就是洛阳轴承研究所电主轴公司基于IBAG电主轴系统基础上开发出的电主轴，国产的，会比较便宜，性能与上述的基本一样。在并联运动机床设计中，具有单电动机和滚珠轴承机构的变频电主轴应用较为广泛。本次设计选用的是具有滚动轴承的电主轴，它的价格较为低廉，是用维护方便，是并联运动机床设计首选的主轴部件。 表1 电主轴参数 主轴型号转速电机KWS1 V . A HZ变频器安装尺寸112XD30300001.52205.85003.770*200 112*346表2 电主轴结构联结定位润滑冷却轴承轴端连接用 途外径法兰油脂水4-B7005C/P4ER16高速型腔数控铣3.1.2刀具夹紧机构一种用于机床的刀具夹紧机构，所述的刀具夹紧机构包括：一个在其内可以插入刀具的中空主轴，所述的主轴具有至少一个轴向狭长的长孔；一个设置在该主轴中的拉杆，所述的拉杆在第一和第二方向上可轴向移动，借此可分别松开和卡住所述的刀具；一个设置在所述的主轴中的偏置件，其可使所述的拉杆在所述的第二方向上偏置；一个可转动地支承着所述的主轴的主轴箱；一个围绕所述的主轴设置的驱动环；一个设置在所述的主轴箱上的推杆，其在所述的第一方向上驱使所述的驱动环；和一个将所述的拉杆和所述的驱动环连接起来的连接销子，所述的连接销子通过所述的长孔穿过所述的驱动环和所述的拉杆，所述的驱动环具有一个接触表面，所述的推杆靠在该表面上，所述的接触表面在所述的第一方向上布置在所述的连接销子的前面。3.2杆件和铰链并联机构是由杆件、 铰链、固定平台和动平台四部分组成的。因此，杆件和铰链是实现并联运动机床所 需运动的主要机械构件，对机床的工作精度和刚度有很大的影响。3.2.1杆件设计(1) 杆件的分类杆件是并联机构的运动输入构件。从运动学的角度来看，它是具有一定长度的刚体。杆件长度的变化（主轴部件或工作台）和运动速度、加速度、位置和姿态。杆件的物理结构可以包括机械构件、 电气器件、液压部件以及它们的组合。杆件可以分为固定杆长和可变杆长两大类。在并联运动机床中，由滚珠丝杆构成的伸缩杆或由直线电动机驱动的杆件是目前应用最广泛的两种杆件。(2) 伸缩杆伸缩杆是 以滚珠丝杆传动为基础组成的可伸缩（可变杆长）的杆件。图3伸缩杆由图3可见，通过有4排滚珠的双向锥度轴承将滚珠丝杆固定在杆件右端，滚珠螺母与伸缩管固定连接。由于伸缩套管外表面有轴向导向槽，当丝杆转动时，螺母只能带动伸缩套管作直线移动。这样就把滚珠丝杆的转动转换成两个套管的相对移动，形成一根可伸缩的杆件。3.2.2铰链设计(1)铰链是连接杆件和动平台的构件，其功能是提供绕某一运动中心的转动以及传递实现运动所需的力。为达到这一目的，铰链应该具有3个旋转自由度，并且在所有旋转位置时，转动轴线都能够通过铰链的同一中心点。(2)空间铰链是并联机构的活动关节，对并联运动机床的工作精度有很大的影响，制造精度要求较高。图4球铰链由图4示，球铰链的核心零件是一个带螺栓的球体，其外表面布满小滚珠，再装在2个半球状的铰座中，借助片状导向环保持滚珠的均匀分布。然后在球体螺栓上禁锢球面帽，以保证球铰链的密封。球面帽的外螺纹与杆件连接。球面帽上有中心孔，用于中心定位。该球铰链具有3个旋转自由度，转角为20度或30度，采用油脂润滑。球铰链的最大载荷能力取决于球铰链的尺寸和载荷的方向。我所选用的是F-232956型球铰链，最大压力载荷为3500N，张力载荷为3000N，与偏转角无关。(3)滚珠球铰链和万向铰链的优点较为明显，因而应用比较广泛。杆件和铰链的标准化、系列化和模块化将有助于促进并联运动机床的推广应用。机床制造商和用户可以加强合作，集中力量于总体方案的设计。3.3伺服电机的选用 杆件的位移是并联运动机床的输入。通过伸缩杆内的滚珠丝杆将伺服电动机的旋转运动转换成为套管的伸缩位移。3.3.1直流伺服电机的选择与计算A 为了实现电机转数的灵活性和伸缩杆的灵活性，所以本设计旋转部分选用直流伺服电动机型号为90sc, 额定功率6kw 额定转矩 29.4N .m 最大转矩 147N.m 额定转速2000B 电机选型方法 图5 伺服电机驱动的移动负载传动图（1） 位置反馈脉冲的分频比 1/N： N=1、2、3、32 2/N： N=2、3、32（2） 指令脉冲频率数（3） 指令脉冲阶跃输入时速度控制的起动时间 (3.1)位置环增益偏差计数积累的脉冲数停止精度 转矩的有效值 （3.2）图6 伺服电机转速和转矩与动作时间的关系图（指令脉冲阶跃输入时）（4）指令脉冲斜坡输入时 速度控制的起动时间 偏差计数积累的脉冲数 停止精度 脉冲以上 转矩的实效值 (3.3)式中 A 位置检测单位 mm 指令脉冲频率数 1/sn 脉冲发生器光栅条数 1/r 电机的 负载 (折算到电机轴上) 伺服电机起动最大转矩 负载转矩 (折算到电机轴上) P 送进丝杠导程 mm/rR 减速比 可运动部分速度 mm/min 电机额定转速 r/min 速度控制起动时间 s 脉冲分配时间 s 调整时间 s 1周期时间 s 偏差计数积累脉冲数 停止精度脉冲 实效转矩 图7 伺服电机转速和转矩与动作时间的关系图（指令脉冲斜坡输入时） 3.3.2直流伺服电机的控制直流伺服电动机的控制方式主要有两种：一种是电枢电压控制，即在定子磁场不变的情况下，通过控制施加在电枢绕组两端的电压信号来控制电动机的转速和输出转矩；另一种是励磁磁场控制，即通过改变励磁电流的大小来改变定子磁场强度，从而控制电动机的转速和输出转矩。采用电枢电压控制方式时，由于定子磁场保持不变，其电枢电流可以达到额定值，相应的输出转矩也可以达到额定值，因而这种方式又被称为恒转矩调速方式。而采用励磁磁场控制方式时，由于电动机在额定运行条件下磁场已接近饱和。因而只能通过减弱磁场的方法来改变电动机的转速。由于电枢电流不允许超过额定值，因而随着磁场的减弱，电动机转速增加，但输出转矩下降，输出功率保持不变，所以这种方式又被称为恒功率调速方式。机电一体化伺服系统中通常采用永磁式直流伺服电动机，因而只能采用恒转矩调速特点的电枢电压控制方式，这与伺服系统所要求的负载特性也是吻合的。第4章 滚珠丝杠的计算滚珠丝杠螺母副：在具有螺旋槽的丝杠螺母间装有滚珠作为中间传动元件，以减少摩擦。当丝杠与螺母相对运动时，滚珠沿螺旋槽向前滚动，在丝杠上滚过数圈以后通过回程引导装置，逐个地又滚回到丝杠与螺母之间，构成一个闭和回路。滚珠丝杠的特点：（1） 传动效率高 效率高达90%95%，耗费的能量仅为滑动丝杠的1/3（2） 运动具有可逆性 既可将回转运动变为直线运动，又可将直线运动变为回转运动，且逆传动效率几乎与正传动效率相同。（3） 系统刚度好 通过给螺母足见内施加预压来获得较高的系统刚度，可满足各种机械传动要求，无爬行现象，始终保持运动的平稳性和灵敏性。（4） 传动精度高 经过淬硬并精磨螺纹滚道后的滚珠丝杠副本身就具有很高的制造精度，又由于摩擦小，丝杠副工作时温升和热变形小，容易获得较高的传动精度。（5） 使用寿命长 滚珠是在淬硬的滚道上作滚动运动，磨损极小，长期使用后仍能保持其精度，因而寿命长，且具有很高的可靠性。其寿命一般比滑动丝杠要高56倍。（6）不能自锁 特别的垂直安装的丝杠，当运动停止后，螺母将在重力作用下下滑，故常需设置制动装置。（7）制造工作复杂 滚珠丝杠和螺母等零件加工精度、表面粗糙度要求高，制造成本高。它的优点是：1)摩擦系数小，传动效率高，可达0.92-0.96，所需传动转矩小。2)灵敏度高，传动平稳，不易产生爬行，随动精度和定位精度高。3)磨损小，寿命长，精度保持性好。4)可通过预紧和间隙消除措施提高轴向刚度和反向精度。5)运动具有可逆性，不仅可以将旋转运动。由于滚珠丝杠副独特的性能而受到极高的评价，因而已成为数控机床、精密机械、各种省力机械设备及各种机电一体化产品中不可缺少的传动机构。4.1 参数拟订已知平均工作载荷Fm=1000N，丝杠工作长度150mm，平均转速nm=187.5r/min，最大转速nmax=1000r/min，使用寿命左右，丝杠材料为CrWMn钢，滚道硬度为5862HRC，传动精度要求（1）求计算载荷： 由题中条件，查表2-6取KF=1.2，查表2-7取K1-1=1.0，查表2-4取D级精度，查表2-8取KA=1.0。（2）计算额定动载荷计算值（3）根据选择滚珠丝杠根据额定动载荷选择滚珠丝杠副，假设选用FC1型号，按滚珠丝杠副的额定动载荷等于或稍大于的原则，查表29选以下型号的规格： 由表2-9得丝杠副数据，公称直径 D0=40mm 导程 P=6mm 螺旋角= 滚珠直径d0=3.969mm按表2-1中尺寸公式计算滚道半径： 偏心距 ： 丝杠内径：4.2 稳定性验算滚珠丝杠副受D0n值的限制，通常要求D0n7104 mm，所以该丝杠副工作稳定。4.3 刚度验算滚珠丝杠在工作负载和转矩共同作用下引起每个导程的变形量（m）为 （4.1）式中，A为丝杠截面积，Jc为丝杠的极惯性矩，G为丝杠切变模量，对钢为转矩，式中，为摩擦角，其正切函数值为摩擦系数，Fm为平均工作负载，本题取摩擦系数为，则得。 按最不利的情况取（其中F=Fm）则丝杠在工作长度上的弹性变形所引起的导程误差为通常要求丝杠的导程误差应小于起传动精度的1/2该丝杠的满足上式，所以其刚度满足要求。4.4 效率验算滚珠丝杠副的传动效率为要求在90%95%之间，所以该丝杠副合格。经上述计算验证，各项性能均符合题目要求，可选用。第5章 并联机床面临的主要技术问题 并联机床由Stewart机构或其演化机构构成，具有并联桁架结构的特点，理论上具有较好的刚度重量比和较强的承载能力，也具有很高的运动精度，但在实际系统设计过程中发现，实现其理论上的精度和刚度指标是困难的。这些困难主要来自机构关节部分的设计，即在实践中难以实现理想的高精度运动关节。 此外，虽然并联机床的桁架结构可以提高并联机构部分的刚度重量比，但是如果从机床总体的角度来衡量，则会发现大多数并联机床都是采用倒置的并联机构形式，都需要一个庞大的支撑架作为机床的床身。因此实际上机床总的体积和重量并没有明显减少。 尽管并联机床仍存在许多不足之处，甚至有些技术问题至今尚没有得到全面和根本上的解决，但是，作为一种处于成长过程中的新形式机床，随着研究工作的深入，许多技术难点正在逐步得到解决。 5.1机床的关节运动精度问题 1994年，当并联机床首次在机床展览会上出现时，人们对并联机床的认识还不够深入，对其技术难点的认识不够充分。随着研发应用过程的深入，人们逐步加深了对并联机床的了解，逐步开始理性地看待并联机床的潜在优势和所面临的技术难题。归纳起来，并联机床所面临的突出技术问题主要体现在两个方面： 首先是并联机床的精度问题，其次是并联机床的工作空间问题。而影响并联机床精度的主要因素包括两方面，即分支两端运动关节的精度以及并联机构参数的标定。并联机床运动平台和杆件的结构刚度是比较容易保证的，主要运动副为球关节，而这种关节的设计和实现则比较困难。要求能够灵活地转动同时又要在工作空间范围内高精度地传递力和运动。如果关节的运动是非线性的，则会对平台的精度造成较大的影响，即使关节间隙做到很小，其运动中心坐标也会在一个小的空间内波动，形成误差。 并联机构关节的研制成为并联机床研究中最重要的技术问题之一。另外，并联机床需要对所有并联机构关节的三维坐标进行精确标定，获得准确的关节中心点的三维坐标，进而得到准确的分支杆长度数据，保证运动学计算结果的正确性。 在机床驱动和运动控制方面，假设关节的运动具有良好的重复性，即关节中心始终是在一个稳定的中心点上转动，这时也同样需要通过标定得到这个中心点的坐标值。但是由于关节的运动中心是一个虚拟点，无法直接测量，只能采用间接的测量方法，这不仅增加了标定环节的困难，也将最终导致整个机床误差的增加。 实际上，并联机构关节并不能始终位于理想中心位置转动，而是在某个小的空间内作不规则的摆动。并联机床走向实用化，首先要研究解决的正是上述关节设计和关节参数标定两方面问题。 5.2机床的有效工作空间问题 并联机床的工作空间是影响其应用的另一个重要因素。与机械手及传统机床机构相比，并联机床的工作空间要小很多。如果我们定义机械手或并联机床的工作空间与其自身尺寸的比值为“有效空间比”，则并联机床的有效空间比要小很多。 不仅如此，在考察其有效工作空间时，如果将姿态空间和位置空间同时考虑，则并联机床的有效工作空间还要更小。这是因为，在并联机床工作空间的边缘，运动平台已经无法改变其姿态。实际使用时只能在其整个工作空间中选取既可满足位置要求同时又能满足姿态要求的子空间作为并联机床的有效工作空间。 因此就其有效空间来衡量，并联机床存在明显不足。因此，采用基于Stewart机构类型的“纯”并联机构并不是最佳选择。 在并联机床设计中将传统机床的导轨和龙门等结构与新型并联结构混合使用，是解决上述问题的有效途径之一。我们在五轴并联结构数控机床设计中即采用了这一设计思想，有效解决了并联机床有效工作空间过小的问题。 结 论通过本文以上部分的综合分析，可归纳出如下主要结论： 1. 传统机床的串联结构在机床的刚度重量比方面存在不足，以当前时代的资源环境条件需要产生新的技术变革。并联机床的并联结构则可以弥补传统机床串联结构带来的诸多不足。 2. 虽然目前并联机床依然面临诸多技术问题需要解决，但并联机床作为新一代机床的代表，依然具有良好的发展前景。 3. 综合而言，并联机床当前需要解决的主要问题仍然表现在机床精度、刚度和作业空间等方面。随着研究工作的深入，不断涌现出新的研究成果，但上述问题依然没有得到全面彻底的解决。 4. 采用串/并联混合结构是解决并联机床精度和工作空间等问题的有效途径之一。 5. 并联机床关节参数的标定也是机床设计研制的重要内容之一，同时也是影响其走向应用的重要方面，需要在标定原理、标定工具以及技术方法等方面加以深入研究。致谢 经过一个学期的努力，毕业设计缍完成了，在这个过程中我对书本有了更深的了解，学到了很多有价值的东西，能达到这样的效果是所有曾经指导过我的教师，帮助过我的同学，一直支持着我的家人对我的教诲、帮助和鼓励的结果。我要在这里对他们表示深深的谢意！要特别感谢我的指导老师XX老师。李老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，朴实无华、平易近人的人各魅力对我影响深远；另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最中心的感谢！感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。使我对完成这次毕业设计有了很大的兴趣，同时明白许多待人接物与为人处世的道理。 由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！参考文献1濮良贵、纪名刚编.机械设计M.北京：高等教育出版社，20082吴宗泽编.机械设计课程设计手册（第三版）M.北京：高等教育出版社，20073孙桓、陈作模、葛文杰编.机械原理M.北京：高等教育出版社，2006.54赵家奇编.机械制造工艺学课程设计指导书（第二版）M.北京：机械工业出版社,2000.105李云主编.机械制造及设备指导手册M.北京：机械工业出版社,1997.86周良德、朱泗芳、杨世平编.现在工程图学M.湖南：科学技术出版社，2008.27甘永立. 几何量公差与检测M. 上海：上海科学技术出版社，2005.8 冯辛安.机械制造装备设计M（第二版）北京：机械工业出版社 20059 叶邦彦，陈统坚. Mechanical Engineering English 北京: 机械工业出版社10孙靖民,哈尔滨.机械优化设计M：机械工业出版社，2005.附录：英文文献翻译仿真三维自由曲面表面正常加工的3SPS+RRPU 和2SPS+RRPRR并联机床摘要： 一种新型的5自由度的3SPS+RRPU并联机床（倍增）和一种新型五自由度2SPS+RRPRR并联机床,提议为三维自由曲面的正常加工。计算机辅助设计（CAD）几何方式的变化, 解决了延长/线性旋转/旋转传动器和构成两个并联机床的加工过程。首先，两个模拟机制所创造的CAD几何变化技术的3SPS+RRPU和2SPS+RRPRR并联机床倍增，分别为二，三维自由曲面和平面刀具路径，指导高于移动平台的构建模拟机制。模拟轴并联机床工具保持正常的三维自由曲面，两个五自由度并联机床的仿真创建。最后，在这两个规定的刀具路径来看，在/线性/旋转驱动器旋转的延伸，并联机床解决了自动和可视化动态。关键词：计算机仿真，并联机床，三维自由曲面.1引言 最近，平行运动学机器被广泛研究, 特别是6自由度物体，具有新颖的特点,闭环对称机制和优化的移动重量。六杆的并联机床（PMT）常常被记入高速，高刚性，精度高，低成本。为了简化结构和控制过程，开发了一些有限自由度的并联机床，如三自由度三脚架机床，三自由度串行并联机床。数值应用在传统的铣削和计算机控制（CNC）工艺上，需要垂直轴到三维自由曲面和改善加工质量。然而，它是不容易编译的自由曲面，提出了计算机辅助设计（CAD）的变化对运动的几何方法分析，并成功地模拟了3维自由曲面或3自由度并联机床加工。到现在，一直没有对三维自由曲面的加工.此外，一种新型的CAD几何方法的变化在开发,三维自由曲面的两个并联机床的加工，无需编译任何NC代码。2 3SPS+RRPU并联机床及其模拟机理2.1 模拟3SPS+RRPU并联机床 为了构造一个仿真3SPS+RRPU光电倍增管，并验证其自由度，并联机床模拟3SPS+RRPU见图1。 该仿真程序的创建 3SPS+RRPU并联机床概述如下。1.兴建一个二维草图的基面B。 该小组的程序： （a）构造一个等边三角形DA1A2A3 多边形的命令; （b）配合与中心点O 协调，将其一侧水平，给予一方固定的长度; （c）转变成一个平面DA1A2A3 的命令。 2.构建一个三维草图的平台m。那个子过程是： （a）建立三条线Di，并连接他们形成一个封闭的三角形Da1a2a31 3SPS+RRPU并联机床及其模拟机制（b）创建一条线y，并连接到A2两端;（c）建立一条C线，并连接两个端点为A1和y在点o; 3.构建三个SPS类型的活动的肢架。该子程序包括： （a）建造三行Ii（(I= 1，2，3），并连接他们的两个两端由点至点同步约束; 4.构建RRPU型活动的肢架。在子过程包括： （a）兴建一条线r，并连接两端的m点至o和o至b点 （b）构建两个辅助线E，跨越两个RB1和RB2和连接的一端o至b（c）构造一个辅助线e, 连接它的一端o至m（d）给予角度， E和L2线之间的旋转驱动器尺寸为RB1，并给予线R0长度的线性驱动器。 因此，模拟3SPS+RRPU并联机床构造，M的姿态在B中可以通过程序解决 概述如下。 1.构建线Z0，连接两端并到o点和b到A0点，构造线Z1，它的一端连接到B至O2.采取默认坐标O-XYZ，让距离分别来自A0 to Y, X,及O的驱动尺寸。 3.给不同的驱动尺寸(r0 r1 r2 r3 )，验证了 3SPS+RRPU并联机床有五个分布式光纤传感器。3 3SPS+RRPU及其光电倍增管模拟机理 3.1 工具指导中的路径和三维自由曲面s当一个工具T，如铣刀或接地轮，垂直安装在平台3SPS+RRPU并联机床上，模拟 3SPS+RRPU倍增创建，参见图2。在创建模拟光电倍增管和三维自由曲面s必须由三维创建模拟技术。如何解决在S和P0在B上的光电倍增管和安排他们的倍增是一个关键问题。该工具的路径和指导P0中一个三维自由曲面S创建如下。 1.修改B的模拟机制，构建 1个参考平面基准P0命令。设置P0，给距离 P0到B的一个固定的尺寸 = 3000mm。构建在P0上，并将其转换为指导该工具路径形成的命令; 见图2。2.修改模拟机制，建设几个基准面，并设置他们彼此平行和垂直B的参考平面命令。 3.根据规定的曲线数据或曲线方程，并安排每条曲线关于上述的仿真机制; 见图 2（1）。 4.构建三维和持续的自由形式,表面需要一些特殊建模技术.参看图2和3（b）（后）。 3.2模拟3SPS+RRPU光电倍增管 一般来说，有两种类型的刀具路径,一种是线性回转工具的路径，另一种是矩形或圆形螺旋形工具路径。根据模拟3SPS+RRPU并联机床图1（b）项，模拟3SPS+RRPU的光电倍增管直线往复加工刀具轨迹s的创建;参见图 2（1）。建立程序概述如下。图 2两个模拟配置3SPS+RRPU光电倍增管的机器s (a) 沿直线往复刀具路径，以及（b）沿矩形螺旋刀路1.变换所有扩展驱动尺寸（R1，R2，r3，）在模拟3SPS+旋转致动器RRPU并联机床的驱动命令，并给予（R1，R2，r3，）一维的名字。2.配合尖端的点TDi yu, 在点 P通过同步约束命令3.构建指导线g，连接两端至S，在 P点和点P0 分别在d点同步约束命令4.兴建两条短线E1和E2，连接其 1到两端点P，设置E1和E2切到S至P， 并设置E1，由几何约束命令。5.使距离来自每个左侧和下侧，给予不同的驱动尺寸D1和D2，旋转角a是不同的。图 3 2SPS+RRPRR并联机床及其模拟光电倍增管3.3由光电倍增管加工沿矩形螺旋的刀具路径当矩形螺旋刀具使用时， 加工程序介绍如下: 1.构建一套纵向和横向的上线 P0，连接起来，形成一个矩形螺旋在P0的曲线上，转变成一个长方形，螺旋线没有任何分割点。2.配合自由的终点指导线g.3.构建两个驱动路线D1和D2，并连接它们的一端指向p和其他两个顶点（用V1，V2的P0）。 4. 给予D1和D2驱动角度，逐渐改变D2或D1的使用自动填充功能，该小组的步骤是： （a）给予D2和D1的驱动尺寸，逐步通过使用不同的D2的驱动自动填充功能向外移动沿w。 （b）给予D2和D1的驱动尺寸，逐步更改通过使用自动的D1的驱动自动填充功能向外移动D沿w。一个行中旬到中下一行，见图2（b）和图3（b）项。 5.重复步骤4，直到所需的加工完成。4 2SPS+RRPRR并联机床及其模拟光电倍增管 2SPS+RRPRR并联机床类似3SPS+RRPU 并联机床，中央RRPU类型活动的肢架r0删除 ，活动的肢架R2是取代新RRPRR类型的活动肢架两个旋转器R2的一个线性驱动器，见图 3（1）。仿真2SPS+RRPRR并联机床类似模拟3SPS+RRPU并联机床，除了一些额外创建程序进行如下。 1.删除后者中央RRPU类型的活动肢架。 2.改变一个活动支架R2的 RRPRR类型的肢架。该小组的程序： （a）建立两个辅助线为E和Ea，转动关节Rb1和RB2, 连接B的一端分别为A2和O;（b）建立两个辅助线e和ea为转动关节RM1和RM2，连接他们的m端分别为a2和a3（c）举一个角度在线EA和y之间，给予R2的驱动长度，并给予一个驱动角度。 同样，对有关的解决如下：当不同的驱动尺寸在（R1，R2，r3）中，参数自动得到解决。 因此，验证了2SPS+RRPRR并联机床有5个自由度。 根据模拟2SPS+RRPRR并联机床，1种新型并联机床仿真2SPS+RRPRR创建一个三维自由曲面，加工沿正常矩形螺旋刀具路径，见图3（b）项。同样，模拟2SPS+RRPRR倍增创建正常 ，沿着一条直线加工刀具路径。 由于三维自由曲面s的平滑而持续的， 可能是任何规定的自由曲面， 三维自由的形式没有指定的参数 ，表面给出了这个例子。同时，在被驱动尺寸肢架的长度和角度旋转的运动 ，以及对参数模拟3SPS+RRPU自动解决了光电倍增管和可视化动态的Excel表格与CAD软件配置功能;见图 4。同样，在对参数的仿真 2SPS+RRPRR光电倍增管自