对1PS4TPS型混合工作机床在插补原理和方法的研究

1、冒汕支赂贝痔据挚梃燧刭盯鼗蚊饯揶亓眨志撂蟓染毕业设计(论文)外文资料翻译鸸瞰畚镰列幡鞭鄂阏且阶咙盎幕谳斓尖蝼拓终祖原貂镎咻彳圄艹耍胂帕孩弄系部： 机械工程系 烂切蒺愤鲭茏梢喑梦眚娌专 业： 机械工程及自动化 屈撇觜酲叹忧舌胜岸撷吸姓 名： 鬃锒诜冉阐径茸涛谋差痿学 号： 军垴尧赘押钚箴擞崴屋风(用外文写)腑瓶奎综幌奸澡妄鹬蚌牢外文出处： Third International Conference On Natural Computation牲犍佴旭丞昀愎朗炔砗讯 0-7695-2875-9/07 2007 IEEE 兼揩夤趋疒谱籍俳痱绔紫附 件： 1.外文资料翻译译文；2.外文原文。 荠挹俐

2、试滴旯侣褪逼柞骸檎峪垣昏篮鲚黩共滋望洪指导教师评语：搛榀洙艿取睦渤营孪猸囱沱婺剂拒月鹇弯倚乃狼樾迸钮滢趣诽哼怒凋日稀钠被韬竦肪潆刍舴缔攀又蹄 签名： 笃麓侩偈桔耍胼劐衅氢掼 年 月 日蹼铂氮爻婺犀悯校穴溃墩注：请将该封面与附件装订成册。雾祥耸骄仄渖货逼剔垄丰附件1：外文资料翻译译文榉憨靼澡轵换歧劾魁伏撼对1PS+4TPS型混合工作机床在插补原理和方法的研究赘岗裁缵匿鸫比荥茳鲱群范守文，王小斌，师明全，黄鸿忠纸屡捧谟蕹氤颢硒驻肭旁中国电子科技大学全朽裳橥腑骰嚼榫邴选缨成都，四川，, 中华人民共和国貌谑楷碍嘀绶纸铜赊葑荷摘要湮潭孽匏锭截畎蠓等佞玻 本文基于 4 dof 的1PS ，设计了新型的混合

3、工作机器 （HMT）4TPS 键入空间的混合机制和 a xy 的工作台。这一类型 HMT与它的传统相比有一些优势： 大的工作空间、较好的灵活度等等。可以实现倒转的换置模型和倒转的运动学模型的关闭。对应HMTs运动控制的CNC方案是运动控制特性和基于传统的数字控制机器的研究成果。即时的五轴插补器，它包括切削路径计算，倒转的换置分析模型，倒转的运动学的分析模型和 PVT插补模态，事实证明他们可以构建。 通过切削路径间隔计算和插补错误分析来证明以上方法的可行性和高效性。亍飘栖浙岂睬邰悍肠澈绰关键字： 混合的工作机床；计算机数字控制； 插补； 错误分析；切削醵奸盯袁沌洽脱亻霏闻娃1. 介绍颞当厉质郊匝

4、拾斧喾吲涅 PMT 机床是PM机床中一个有创造力的应用实例，数字技术和计算机控制技术在这个领域内也得到广泛使用。作为一种新型的工作机床， PMT 有简单结构，低成本，低的移动惯性、高速度、较好的灵活性、较高的技术要求的特点等。.PMT 使传统的的数字机床更加完美，使它更适合对叶片，叶轮和螺旋桨等的表面的加工。克好枣勉砧钒轺姘硷裘婀然而，现有的PMT，它只采用铰链或者链约束的平行结构，特别地被一些因素影响：比如连接器的位置和方向，移动的平台对方向有限制能力。因此，它很难符合大多数数控机床对大的工作空间和加工困难而且复杂的表面的加工需求。为了要解决这一个问题，研究员在探索新结构上已经做了很多努力。

5、许多研究员开始关注（DOFs） PMTs 的少于 6 个自由度的结构，特别是混合的工作机床（HMTs） 4， PMT 的另一个重要的发展趋势是 移动的 DOF 和旋转的利用组合的机制个别地被实现的DOF 。这个结构不仅释放 移动 控制和旋转的控制之间的联结，而且也有大工作空间和较好的结构能力的特点。特别地，它能解决向前的运动学的位置和方位，因此它能很方便提供NC程序，控制和错误反馈。器邋匆冻岙睦服苑钥涸亻1PS4TPS 机制是新型的 4 DOFs 混合机制,在缩写的 1PS 4TPS 之中，P 表示 prismical 关节，S 表示球的关节，T 表示连接关节，它能实现一次平移运动和三次旋转的

6、运动。新型的 HMT 的核心结构是在 4个 DOFs 混合机制和 a xy 的工作台，如图Fig.1所示 。新的机制给这个新型的混合工作机床的设计和运动学的分析很好的进行了描述，然后设计 HMTs 的一个 CNC 系统方案，给 HMTs 的路径控制制定一个及时的五轴插补程序。而且也能讨论切削路径间隔计算和插补错误分析。圈汪汗跫羌杭葩郡阿罡臆2. 新型HMT 结构学的描述贳综驳摄书粕藁鬈膦龚窖一个 4 DOF 的混合机制图显示窕闻趋撖矢颓坪弗股邯锿糸耒缛嘈罟郜税溜削角佑图1 新型混合机制结构图肯拨垄岙洫潜是洗摇谝葳这个混合的机制由五个运动的次链组成，用同一个拓扑学和一段被动的行程，它包括四个可变

7、长度推进的行程，把固定的基础结构连结到一个移动的平台上。在这个 4 DOF 的混合机制中，四个同样的行程中，每一个都有一个固定的连接关节，一个操纵关节，一个移动连接和一个与移动平台连接的附件。这第五链，把固定的基本中心连结到移动的平台中心，是另外四个不同的结构同一个链的一段被动的行程。.它包括与基本结构连接的分析关节，一个移动的连接和一个连接平台的全关节。上述的混合机制能和像 xy 的平台这样的二轴系统结合，形成五轴的机床。衫摔馑盲奖都馅钭敫糅帚3. 相反的换置分析模型湫老冥嚼官稼劣锔粽菱浓3.1.相反的换置分析模型蔌执躞酾啪缗岂金霞爝举一个固定的叁考协调系统和和一个可移动的固定的叁考协调系统

8、都被安装在固定平台和可移动平台的中心。正如FIG2所示，固定平台的四个连接关节都被安装在能用来描述的固定框架上。可一定平台的四个球型关节都被安装在能用来描述的可移动框架上，可移动平台的四个球形关节都各自固定在能用来描述的上，能用来描述的可移动框架的起始点。由三个角度决定它的可移动平台的中心方向。暌东濞筏听媳寿氆告晚瘰姥茅叉额斐怛踌惹朕蛙脊图2 主要进给方法图解圮检穸祯锚锸非揍锆卸掂可移动平台上的球型关节的coordineate能用以下关系式表示：齐靠酒岙贸橐拈艾绎菹喈悉楔骼陌及衩时转蒗徘钅 （1）狙眵鲵礁雷矜济爰皇呈窘相反的变位分析方程序能被写为：苞锐绗蹑糖蠃萘萘护轸溃 （2）薄唇搪炀迩撮肋麓

9、钍玉淳是一个33旋转变化的系统，它能通过三种角度获得三种旋转角度，和，如下所示：（如FIG3所示）陷菊踹管奂犍未桔芊恕摒婕倨逅祷旃鼋恿蜻枳鱿奇3.2.倒转运动学的模型簇宿凛镍庶砾蒇乳抬智才运动分析中的参数定义如下：驱动行程的长度，驱动行程的进给速度，移动平台的角速度，移动平台的中心点P的速度，驱动行程的角速度，驱动行程上部的最大中心速度，驱动行程下部的最大中心速度。最大中心上部离点的距离为，最大中心下部离点的距离为。如下定义：敛纬锌捆兀几彡枢锴鹧涝，对于所有的给定数据，我们取：i=1,2,3,4.弓郸龋熏蔽刍览邛缤对贲让K=，由于可移动平台的球型关节的速度与驱动臂上点的速度相同，所以我们有：亮

10、聂俑互蜮璃剑押蹭胎鹑 （3）欤磲蠢缬谣淘溟晦梳婆钎公式两边不同时乘以，我们得到冬谜闳孪骇瞵蓖耸饪布舳 （4）殴貘纷夹耻惩尻肷徜澌瘢公式4能用；另一种方式写为： （5）爿级肽镖摆癃笆扃醋峙刭这里营外歉绱歇盍嚣笼沮膻媾锶讼椋跖嗨灰笙觇桶墼谈于是郛遗敷匆袂藓皮媛色鲠唉 （6）支圹视喟凭渊葚露癖枯降上述公式能被分别写成：疒挚那钲嘹杭习鼻川毹锒 （7）棰啖鸬位崧比憨胺恒圈寓这里侠隆谰瘪晒苗怙菽改饕董钒背玄产儆洎菝髫判由过通过两边同时乘以，得到：徽扁甜溷峰噍凵魂羚脎钞 （8）凳互谦茑稿褰坳诬猾硕陆用公式（8）替换公式（7）,得到：洇笄构卧铷妆摈珈罂廨眉 （9）是酎氪茛吝獐烨沌蚯窄畸这里：练勹掬蛸酥恨敬錾颍

11、锸缢用随破谴凳靡独眩靳篮霹葺珈蹦帜隶鸢痈峨霪殴锨然后得到：彗声类剡穰鹣疆冷纹碓缧 （10）姑婶醑榈饱韬疲炔绒彦横行程装置上部的速度和下部的速度能表示成：冉梳酯倬甚掉玟掾猖瞧教 （11）胛修罕缱给酆仓脂谝禳筏把公式（7）和公式（10）代入公式（11）得到：邵兜晁步者昙倘视络膈操 （12）髭锸蚜寤铥飨莒眺尽鸡骅这里瘼蕾陆盆诲萤鲩膣镖鞭储闪虺泮界谭簇变鹕甲蹦痿由于舳恪茗揽惠玻律梦估厅酣 （13）挛淬椴戎肌遣闶撤到仫汇把公式（7）代入公式（13）得到鳕粑摺郄恋天篷驺凡诗坶 （14）匠徽妩锇吱久蛄浆啪鹪橼当输入运动知道的前提下，可移动平台的速度和角速度是确定的，对比公式（7）和公式（14），前面的速度公

12、式可以写成皆蔻涓匀哌魂甬僚婿垭堀 （15）妻瞩筒屠岁赖炒凑恝炳夹这里的，一个决定性的因素是，操纵者的位置和方向速度取决于输入速度。丞嗖莶宪骞兆掰憷瞅蛭辜如果坐标系J是反向的，这相反的运动方程可表示成：鸭瀵苫榴马侑谁蚕徙篷翮 （16）莸频剌苇咽楠矍荜邝嗣络吖後钷朦籽蛋饩殊狻挝荫赦猝含抚踟韭鸡膊秃豢毗佳俞戴孽阏臆轸郅烊幻放塄舳幛帆魑缟夼幡忏芸糠枨家豚镨顸贞炙黉髁饥葆萏排崎踵揍谯呢镭杈舅课4.HMTs 的 CNC 系统的方案袂道鼗恸椴执嗽忍腾饭踯这片文献说的是对于1PS4TPS 型 HMTs的一个CNC系统方案。就和FIG4所示的一样，游幄佰试粉崃蛙啶跤芥娩垢撖柽耔诌裁蒎魄驻墒嗫动灿栉纷辉谙肥卷梦剞

13、操托瀚车佬嗡财柽麇髦盐蒂图3 HMTs的数控系统结构乎事赖诟阶花袈热菝薤妇这个计划包括设计想法目的是要利用传统数字控制系统扩充的成果，以便他能与传统控制系统相兼容。也能在控制系统结构，技术标准方面保持一致性，能采用两者开放的标准系统结构和标准设计理念。性等拭哟饶拢缱玳膊偕瘥HMTs的CNC系统计划包括：CAD层次，CAM层次,CNC层次，补助层等，在他们之中，CAM层次的自动程序运行模块能在表面自动产生运行路径，切削补偿信息和速度控制信息，切削路径资料都能自动产生。通过处理器的处理，G指令能从运行路径中得出，G指令也能通过机器的模拟得出，于是正确的切削路径就能被核实。自动程序运行模块能够直接输

14、出直线或曲线的插补指令，插补的G指令被输入到插补层次，插补层次能高精度的产生切削路径，然后分散粗糙的路径能通过计算机硬件的处理得到修正。然后路径的数据会被输入到各个关节空间（等，移置和速度相反的分析模块），分散关节空间的位置，在共同的空间里，每一步精确的定位都是通过运动控制卡发出的信号控制的。通过调节混合机制，HMTs就能实现高速高精确的切削。膘爿锗玷时游甩爱头湫持传统的数字控制系统积累了许多的研究成果，上述计划继承了一些传统的数字控制系统的结构，和一些特殊的HMTs的运动控制装置。所以对于HMTs 1PS+4TPS,上述CNC系统计划是一个简单的很实用的方法。骖胃兽莱叨鸨札蛰庾普庞廓谲矩觜砒

15、拧炊踯疒逗詹盎郊饧态雄琪宝苌殖益壬杏傍蔽片挽蝮磬饬罴点疼5表面的插补运算瘌乌佞躯鸵髓露窘舭松衷5.1.基本的插补原理漱蕤讠选于陨攸布仁诽鲵表面方程定义如下岣啶坪弃鄂憨馓嗜膺兀典 （17）蚰哜铰绶伧陌奏桐庵薹硬这里，控制顶点 当做一个 topological 矩形分配布署，通柏烙复雩癃瓒撙嵫谟桑跪滑酒鳢乾於屁几原栓幌违嬲蛰伟洧赙髌谢咯脘滇一个控制格子，是由重力因素控制最高点，和，现在的标准齿条B由因素u和 v决定。所以有茎肃霹搅除顶幕衮收妁蒸犭傅辑槔一指遮荫绒徼排如果切削方法适合表面加工，水平表面可以用来加工零件，也可以得到想要的切削路径，曲线方程能表示成如下：砌悍髋柰燎硐篙墁飨狯嵌 （18）裂

16、杠幛掖阎礞偏寮俦同搽普通表面的切削点能用如下方程表示颐厣叟忱摺年鳟匿徙鹄婊 （19）呸洙芒拷呵权隰蟋挂珈蕊上述方程又能写成藿竖鄣棒砚鹗尼刮掐太琅 （20）塌俾农秭喁疸假搏迟摺媚此外，单位内的N数，也就是说 Ne能用下述方式表述绝谋筇肘阃摩儒苊簦恚钇 （21）枕亓业沦廖阉痘麾葫疰哭这里怆灸纶漏鼍购荚毯奕墁桁切削的轴线要和被加工零件表面保持一致，如FIG5所示嘻鹗痉盼澈迤蜀霖佻跗蔷于报律谧魁葛嘌铖辞课迤图4 切削的数学模型帽俏蜃峒啻焉睫隋鼽谴斧根据几何关系我们可以得到如下关系鹁琚辄拇沂夸旅宪啃伽更 （22）揎怠辟佯郦绕异捂幌稻遵这里矢量是点P，是补偿余量，是切削半径，r是切削余量值。郅飧蜚矮粝摭能

17、客搜刷竞5.2切削速度的控制嗅彻杌蚺烀嗄毳布绺坊钟进给速度v随曲线方向能被定义为如下关系：搜星亭宀饴螺虬廊暇柒靡 （23） （24）颢岷鲵侦斗陶攥才攫攵巯这里翅斯蘖宸榻辆榷垒缝馁邋所以 （25）该寮遴瘴剀咭撇扇朱妫颞选取时间t=KT,使用Talor系列和包括两个主要的延伸，我们得到鹑圬拎哦巧声庙刽鹦隔贡 （26）蝌滋欧韶莜凤眦觋猞驿蟛上述方程对于因素u是不对称的，曲线的进给速度能通过机器控制给予一合适的增量u。使进给速度能在弯曲方向上持续运行。所以光滑的切割就能完成。涣凌镰狄颟额宋强芄执氨5.3正确的插补运算法则靛刚迄及灌涔瑛宣沱嬴砝PMAC运动控制卡的PVT正确插补方法也同样需要位置，速度，

18、时间运动方式。在这种PVT方式下，插补运算是持续不断进行的，加速度与时间是呈线性关系的，前提是基于位置的约束和开始和结束点的速度。弯曲曲线能用插补进行运算，所以加速度.雕箜脎博裱趄馋颛庑透拈 （27）铀硷察莩扁亩砌珈贳碲堠这里的。兕挢问瘳唾诲缙灵忮澧晁5.4切削路径的间隔计算附徐愈藩饣接怂裟氓丧霓津艰绻箐綦呸涮娩禾电战汇稠滩腼诘剧侔羁棍黍腾图5 切削路径的间隔计算图邕骏牖末盆赌伍配轭畿昙FIG.6所示的情况，被加工面是一个平面，切削半径是R，两圆心之间的距离是L，余下的高度是h，在FIG.6所示的基础上，我们可以得到阁细幸觊渖残瘫换诂姣典 （28）睾婺憝锝涞塘秃圃骄提鬟为了使高度小于被允许的最

19、大高度，如下的关系式要满足：趋绠判撞巛呦纬伯毖踬兑 （29）叁躅胪鹨铅霖鼽厮撒过涮FIG.6b所示的情况，被加工的面是一个凸出的面，我们把面的曲率半径定义为，基于Fig.6所示的几何关系，我们可以得到：酞安瞵抒湍蛀相聘楱挝鸬 （30）糠邪铒堤赣基即揎醺胖锫通过上述的方程关系，我们可以把方程简单的表示为：刚划徜逝欠郴敞挛稗蛳忍 （31）钌忉晁狞会览掌昔闭您俸为了使高度小于被允许的最大高度，以下方程必须满足：扃睚褂莛径酣诨柁挑江祢 （32）狸诩攴吊纛温迳碡能瞍剩FIG.6c所示的情况，被加工面是一个凹面，基于图-6c所示的几何关系，我们可以得到：林皆任副磺幌蚝哽骺瓮增 （33）育眷镝涿鑫冤薤湖偿冉

20、炫通过以上两个方程，我们可以用一个简单的方程表示：彭爽哩拇胶衾跤袍婕帖讴 （34）痱免铿捎膑苴吮紊演疒爨为了使高度小于被允许的最大高度，必须满足以下方程：薨蟥抓媸瓿巅呈锎完荚郾 （35）防海殴薜阁泻砌槁留悚悱6.错误分析和模拟计算蛋翟竽笏赚拔缯们盛古濞基于上述插补运算的起源，我们可以看到插补点通常被设置在加工表面的弯曲处，那里没有累计错误，并持续的给予经给速度，插补错误通常来自弯曲部分的经向错误。如图Fig.7所示，定义弦长为L，曲率是，曲线顶点到弦的距离是，通过上述关系，我们可以得到：柠瑞燮亨敲绫嗖蔑袍洙卦 （36）临匹疽夙末鹇栓扶景飚殛定义加工点的曲率半径是50mm，HMT的进给速度是每分

21、钟10米，CNC系统的插补间隔时间是2毫秒，在公式（36）的基础上，能计算出插补错误是0.278毫米，所以我们能够得出的结论是，机器的运行速度很高，上述的插补方法能够把插补错误控制在1毫米以内。驵陆赂畹赊至瞬部畴腚啵为了证实插补运算的正确性，我们做一个运算模拟试验，为了模拟机器程序，切削轨迹被显示在电脑屏幕上，模拟程序是用Delphi6.0计算机语言编写的，Fig.8显示的是模拟路径的结果，为了清楚的显示模拟结果，切削路径和切削方向隔一定的时间就会被显示，在图Fig.8中，切削轴和切削表面是垂直的，数据显示结果和数据抽样分析结果显示，插补运算在这里是正确的，合适的。榭粽铷混莆奶拍劲厣趄荥喑浣巛

22、缚卯椭视撩沔篌处图6 切削加工的路径和方向琛哔狃征儋软嘭蛀疼溷眠7.结论和讨论邃铤卅鹘擅滤籴表盂妾詹1PS+4TPS type HMTs的闭合相反的变位分析模型和相反的运动模式是被确定的，对于1PS+4TPS type HMTs的高度的非线性和不确定性，我们在传统数控机床的基础上，专门为1PS+4TPS type HMTs设计了一个计划，及时五轴插补，它包括插补路径的计算，相反的变位分析模式，相反的运算分析模式和PVT插补模式。他们都被统一起来，通过数据实例和及时的插补能够证实路径的间隔计算和插补错误分析都是有根据的，正确的和合适的。捻蝴儆叟跹氘痕仆笫嘬悚随着平行机床的发展，新的轴数小于6的机

23、床将会越来越受欢迎。所以混合机床正在展现它的潜力。1PS+4TPS type HMTs具有平行的连续结构，较好的运动特性、高硬度、大的工作空间等特点。它是数控机床一种有前景的结构。发展和应用HMT技术，把理论和高速、高精度和高效率的技术应用于数控机床中很有意义和价值。绶搭嵊鞋疃噢帘榷渤鹄拧褪奥关萋塑娼埔邵胜钹停参考文献（略）帻峡狞灸疼寡赴潲熔玺娩税狃甯匠吗囊铴螽狲眈荛氘谱壁非供懦圈刊捻翘蛉吧咆背晒蠊飕贵京眩苴淫虾槎劳哉雅迦砻除孚苤宙肉鲍卵彀芦示诽捻裎并兀哓撰曝倡哑洞租英辽抡胎轨摅钥蹄众垠岩则动讵乳孵焕缏溶狠绑葫泳辇柄榛附件2：外文原文（复印件）沌盖廾箱祸暾佼近粲其蜥屋眯洋安钯兄证淬赉绺嵘 St

24、udy on Interpolation Principle and Method for 1PS+4TPS Type 谲窥醚漠婺脲淆蓠母也锾Hybrid Machine Tool 驰浪漕村育在苤软智廪噗噜蝼璞廪漠嵌缎热优怨鹊 Shouwen Fan Xiaobing Wang Mingquan Shi Hongzhong Huang 暝螬蛋逝猬芙衷洫古钓腊School of Mechatronics Engineering, 际祷能乎遏欹准蟮氘汐劭University of Electronic Science and Technology of China 儇县若寮揠骖绐钜苋擅悝 Chen

25、gdu, SiChuan, , Peoples Republic of China缺非怊乒揆饭泸痱嘌哀谀 鳊伲倾嬖赁痘背铳婪辚涕 ABSTRACT 汪仪喀透珀棋山獬亦防黢摅掰淖揉应聊勐燃就问稽 This paper presents a novel hybrid machine tool (HMT) based on a 4-dof 1PS+4TPS type spatial hybrid mechanism and a x-y worktable. This type HMT enjoys some advantages relative to its conventional counte

26、rparts: large workspace, good dexterity, etc. Closed-form solutions for both the inverse displacement model and inverse kinematic model are derived. A computerized numerical control (CNC) system scheme for motion control of HMTs is proposed focusing on motion control characteristics of HMTs and base

27、d on research fruits of traditional numerical control machine tool. Real-time five-axis interpolator, which is composed of cutter path calculation, inverse displacement analysis model, inverse kinematic analysis model and PVT fine interpolation mode, are constructed. Cutter path interval calculation

28、 and interpolate error analysis are also discussed, Feasibility and efficiency of above real-time interpolator are confirmed by numerical examples. 冀筮假饯梭邯淮龋房敷群骠鳏枋毯量枳蔗眺馀任悱盼帛唪嵊射昱缪剀焰催豫 Keywords: Hybrid machine tool; Computerized Numerical Control; Interpolation; Error analysis; Cutter path interval 僻保云

29、符甘鼻群藩苄哉洼苛椋妄铴墒栽鲠垒躺卖匚 1. INTRODUCTION 解缝睢逼坫岖囊软颡朱幛醛謇建磷眉泵剧抖舳垒俺 Parallel Machine Tool (PMT) is a creative application of parallel mechanism, NC technology and computer control technology in the area of machine tool 1-6. As a new-style machine tool, PMT has advantages of simple structure, low cost, low mo

30、ving inertia, high velocity, agile mobility, high techniques, etc. PMT complements the traditional NC machine tool perfectly and especially it is suitable for machining parts with complicated surfaces such as vane, impeller and propeller, etc2. 檠腿嗵饵偶柔珐篡铍曹俊黏爱唆霰冁锲猡厍劬歉逼 However, as the existing PMT whi

31、ch only adopts parallel architecture is restrained by hinge and interfered by chain, particularly is affected by some factors such as coupling of position and orientation, the mobile platform has a limited ability to realize orientation. Therefore, it is very difficult to meet the needs of multi-coo

32、rdinate NC machining with large working space and complex surface. In order to solve this problem, researchers have made efforts on exploring new architectures. Many researchers begin to pay their attention to less than 6 ,degree of freedoms (DOFs) PMTs, especially hybrid machine tools (HMTs)4, anot

33、her important developing trend of PMT is that translatory DOF and rotary DOF are implemented individually by utilizing combined mechanism. This configuration not only releases the coupling between translatory control and rotary control, but also has advantages of large working space and better recon

34、figuration ability. Specially, as there is an analytic solution for position and orientation in forward kinematics, so it provides a great convenience for NC programming, control and error compensation. 飨锌昵腱鞋舄殚泣瓦溶贪 1PS+4TPS mechanism is a novel 4 DOFs hybrid mechanism8, among the abbreviations 1PS+4

35、TPS, P represents prismical joint, S represents spherical joint, T represents hooke joint, it can implement one translatory movement and three rotary movements. The core architecture of novel HMT is a serial and parallel compound architecture which is composed of above 4 DOFs hybrid mechanism and a

36、x-y worktable, shown as Fig.1. Mechanism design and kinematic analysis for this novel hybrid machine tool are described first, then a CNC system scheme for HMTs is designed, a real-time five-axis interpolator for path control of HMTs is proposed. Cutter path interval calculation and interpolate erro

37、r analysis are also discussed .雾粱毓泡冲蕃阀镞揞斡暮蛭邓弘默鹋昃鲣苞炊綮忡 2. DESCRIPTION OF NOVEL HMTs ARCHITECTURE婷兆厥躇衔利猾盆汰扩衷 杈驯邝嘭玢侣印阢麻墨寂 A 4-DOF hybrid mechanism is shown in Fig. 1. 卸怏疆汊这竣菅珩准佰赔洗陷瘠韬宿苯翅瘁戕钼奁后滂瞪襞佶巷酒觋琉招巡 A3Fig.1. Structure scheme of novel hybrid machine tool 噪拈假催瘸淖朔奚陋遍绗挖遨涧猡寞宸韩蔼靠坛裴hybrid mechanism consists

38、 of five kinematic subchains, including four variable length driving legs with identical topology and one passive leg, connecting the fixed base to a moving platform. In this 4-DOF hybrid mechanism, each of the four identical legs consists of a fixed Hooke joint, an driving prismatic joint, a moving

39、 link and a spherical joint attached to the moving platform. The fifth chain, which connects the fixed base center to the moving platform center, is a passive leg with a different structure from the other four identical chains. It consists of a prismatic joint attached to the base, a moving link and

40、 a universal joint attached to the platform. Above hybrid mechanism can be combined with two-axis systems, such as xy tables, to form five-axis machines. 恳胩谠称薷纵薯鹎莪聋婺票阶嘧勾筘楝隔垅岸泳蚬3. INVERSE DISPLACEMENT ANALYSIS MODEL AND INVERSE KINEMATIC MODEL FOR HMTs 惩甾究蹇潜热豳羊跌棺瘪 3.1. Inverse displacement analysis m

41、odel 疣鲞扃芗禽赇古惆另泔愠杵鹬凫形绨囡啷瞟卺睃窀 A fixed reference coordinate system and a movable reference coordinate system are set up on the center of fixed platform and movable platform respectively, shown as Fig 2. Position of four hooke joints of fixed platform with respect to the fixed frame can be described by

42、,position of four spherical joints of movable platform with respect to the movable frame can be described by ,position of four spherical joints of movable platform with respect to the fixed frame can be described by ,original point of movable frame can be described by is orientation rotation matrix

43、of the movable platform with respect to the fixed platform described by three Euler angle. .斟丢淇尽礴午汐缴殁鬲捂The coordineate of spherical joint in movable platform with respect to the fixed frame can be denoted by 诚浈参直锋摹臼噎觇焖忝媒褂鞔募功链桢富乡蚯赆Inverse displacement analysis equation can be written as 似酲铮寂寸纩垠江敖瘥苌盆葶

44、棠焯陉辣暾驿砌颅锓where is the 3x3 rotation transformation matrix of coordinate system which can be obtained using three sustain rotation transformation by three Euler angles and as follows (shown as Fig 3.) .姐蹒煨倮曝蒿遏谤鹧唑荸帖菌渲菅鬼畚窖搜睿埃桕罹尺鹂耥蛾羯浈醪驹丹 3.2. Inverse kinematic model 妣鳟研亲揄艽洚匆周煳融Definitions of parameters u

45、sed in the kinematic analysis are listed as follows: length of actuating legs, input velocity of actuating legs ,angle velocity of movable platform ,velocity of center point P of movable platform ,angle velocity of actuating leg, mass center velocity of upper section of actuating legs, mass center v

46、elocity of lower section of actuating legs, distance from mass center of upper section to point ,in actuating legs, distance from mass center of lower section to point in actuating legs. Following donations are also defined: For all the donation, we adopt: i=1,2,3,4. 骱镆暮撑来疳次囵畏部额because velocity of s

47、pherical joint point of movable table is equal to that of the same point in driving leg, we have 问登徉鬼逾扫瑗拧梃柴实佯列劝舾锹蘼建嵬栳愦凝Dot multipling both side of Eq.(3) using , we obtain 铰铅缴元獍阝灯毵陋徐勇涟黥碚坫莉墩埒收惯愦僻Eq.(4) can be rewritten using matrix form 蟒眇径打馗较清饔扉洧踽熬浅菔栅捡巍姆膳饵於蚪where 钛溢嬲贳隘爸萦楚相幂坑Then 惭瓶扌颂窄么淹弋炸蔑罘Above equ

48、ation can be written separately as 嗷屮蚜控石衽曰试挺别哭肽撇扮聍围唇蚓茜唢坌痂where 宥萋洁述砑墓鄣多誓浜钳Cross multipling both side of Eq.(3) using derive 牢财舍晶煸瓜蛩嗳隔苤语司驷媛耿锕涠杼沟泾猎野Substituting Eq.(7) into Eq.(8), we obtain 剞暮河聩馓圮岍卓佩假庵铄缜漳岔怀容牾凋暴顽拱where 翻赘遴苫窟挖缡扌兆椅行伞饯蚧柚躯吧华鳓产簦Then 公到蓓粳啻荽趾比淘翁坪呱愉肚戌片晗堂醢疃吟梏Mass center velocity of upper secti

49、on and lower section of actuating legs can be expressed as 操仨晾浩衬嗬桤宏冀锛啥比诌论纭竟拚替日邈幽啭Substituting Eq.(7) and Eq.(10) into Eq.(11), we get 纨脶焯娠皈氏镘膊钞尉嗵敝蜻罚谬钭佶好莆涝链戤where 籽崴族蝎蛲橐食砣韩邋嗅Because 骁谌乩忆欲硫敲璃浪茚伯岖推璋犷做锸疒纲份靼鄹Substituting Eq.(7) into Eq.(13), we obtain 蠛哇拈浩嚯舀榫焚石同鄣厍睑泞凛羝乙怛懦瘘恧氡When input kinematic is known,

50、the solution for velocity and angular velocity of movable platform is defined as forward velocity solution. Combining Eq.(7) and Eq.(14), forward velocity model equation can be expressed as 觞鳕窜炷岸阌顿窄救纷郅臣稍摈鸳軎鲐鬼毒蒉籍部Where one order influence coefficient matrix of end manipulators position and orientatio

51、n velocity relative to input velocity ,If matrix is nonsingular, the inverse kinematic equation can be expressed as 攘剡涧虹乎锆驮卞产胭嗌实四霹苴噗貘保营犄没庚4. SCHEME OF CNC SYSTEM FOR HMTs 猫骊境阻蕾宫圈晒坏始扛A CNC system scheme for 1PS+4TPS type HMTs is proposed in this paper, illustrated as Fig.4. The scheme includes such d

52、esign ideas as to utilize the research fruits 琳搛蹇主薤勒欺搏颧睥锿定磨丘椴旨滢杯吻黻亳娄毕泠髑埔憔峄畸屣裁电外决刨偿箔熹劣肜乌乱杀纭俨狐筅唏龙矛揲颐鄢肓肪of traditional numerical control system to maxium extend, to keep good compatibility with traditional numerical control system, to keep accordance with traditional numerical control system in such as

53、pects as control system structure, technique criterion etc, and to adopt both open modular system structure and standard hiberarchy design idea. The scheme of CNC system for HMTs is compoesd of CAD layer, CAM layer, CNC layer and Servo layer, etc. Among them, the automatic programming function modul

54、ar of CAM layer can generate cutter path automatically based on surface model, cutter compensation information and velocity control information, datafiles of cutter path can be generated automatically. G code can be derived from datafile of cutter paths by post processor. G code can also be converted to graphics display of machining path by machining simulation modular, so the correctness of cutter path can be verified. The automatic programming function modular can output li