并联机床专题讲座(并联)1.ppt

1、2003年11月19日清华大学精密仪器研究所王立平教授关于并联机床的专题讲座并联机床又称并联机床或虚拟轴机床。它是并联机器人技术和现代数控机床技术相结合的产物。它同时考虑了机床和机器人的许多特性。它既可以被视为机器人机床(可以完成机床的切削任务)，也可以被视为机器机器人(可以完成许多精确的机器人操作)。它能提供机器人的灵活性和灵活性，并具有机床的刚性和精度。它是一种新型的多功能机电设备。与传统机床相比，并联机床具有以下优点：(1)刚度重量比大；(2)传动构件理论上是只承受拉压载荷的二力杆，因此传动机构的单位重量具有较高的承载能力；高精度：并联机床的运动由各独立支链的进给驱动提供，没有串联误差积

2、累。理论上，它比串联机床更容易达到更高的精度；响应速度快：运动部件的惯性大大降低，有效提高了伺服控制器的动态品质，使运动平台获得较高的进给速度和加速度，特别适合各种高速数控操作；功能性强：并联机床的主轴平台可以有3-6个自由度，可以灵活实现空间姿态，提供强大的加工、装配和测量能力；结构灵活，成本低：并联机床配置多样，结构简单，零部件少，重组性强，便于模块化设计。它具有硬件简单、软件复杂的特点，所以制造成本低。并联机构的发展并联机构的概念可以追溯到1895年，但直到1948年，高夫才真正将并联机构应用于实践，设计出轮胎机械手。1965年，斯图尔特首次提出了一种6自由度并联机构，它由6条腿连接静态

3、平台和运动平台。作为一个飞行模拟器，这种并行机制被称为平台。1978年，亨特提出斯图尔特平台可以用作机器人机构。进入20世纪80年代后，随着工业机器人应用的发展，机器人的研究逐渐成为热点，工业机器人的结构正朝着多元化的方向发展。人们开始意识到并联机构运动结构的重要性。在接下来的十年里，亨特、费希特、戈瑟林等。对并联机器人和并联机构的理论进行了广泛而深入的研究，并取得了许多研究成果。如克拉维尔于1986年提出的DELTA机制、皮埃罗于1991年提出的Hexa机制、赫夫于1992年提出的Star机制、蔡氏于1996年提出的Tsai机制和赫布萨克于1999年提出的河西-滑翔机制等。目前，国际学术界和

4、工程界非常重视并联机床的研究和开发。20世纪90年代中期，美国、英国、德国、俄罗斯、瑞士、瑞典、日本等国家的相关研究机构和机床制造商推出了具有不同结构形式和功能特点的并联机床。1994年，在芝加哥国际机床展览会上，吉丁斯刘易斯和英格索尔展示了第一批两台并联机床，如图所示。清华大学和天津大学于1995年开始研究并联机床，并于1997年成功研制出VAMT1Y桁架式六轴并联机床样机。东北大学、哈尔滨工业大学、天津大学等。从那以后，我们引进了不同结构的并联机床。图1.2英格索尔公司的哈克萨德，图1.1吉丁斯刘易斯公司的瓦里安。并联机构的应用随着并联机构技术应用的深入，并联配置不仅仅局限于并联机床等加工

5、设备，而是广泛应用于人们生产和生活的各个方面。如航空和航海、加工制造、装配、轻工和医疗设备、特殊加工、微动机构、测量操作、焊接、铆接、土方开挖、采煤、娱乐设施、天文望远镜、机器人手臂和灵巧眼等图2.1医疗器械用并联机构，图2.2飞行模拟器，图2.3食品包装机用德尔塔并联机器人，图2.4 24自由度机械臂，图2.6游戏动态椅，图2.5电子工业用并联机构，iii。并联机床的研究进展，1。并联机床运动学2。并联机床的精度和校准。并联机床的动力学。并联机床的切削性能和技术。并联机床快速开发平台。并联机床产业化进程1。并联机床运动学，空间三自由度并联机器人机构，(1)基于空间模型理论的并联机构设计方法和

6、新型机构的创新研究方向：Stewart平台等六自由度并联机构转向少自由度、串并联并联并联机构。研究了少自由度机构尺寸与性能的关系，进一步研究了机器人性能随尺寸变化的一般规律，从而达到根据性能图进行机构设计的目的，为解决机构尺寸设计的难题提供了有效途径。提出了多种具有重要应用的并联机构。这些并联机构可广泛应用于工业机器人、微型机器人、少自由度飞行模拟器、并联机床等领域，并已申请多项发明专利，为具有中国知识产权的相关产品的开发提供保障。二维移动和一维旋转三轴并联机床结构，二维移动和二维旋转四轴并联机床结构，四自由度并联结构，(2)求解非线性方程组边界的算法，并联机构的结构特点决定了其输入输出运动之

7、间存在复杂的非线性关系，因此机构的运动学、动力学、工作空间、误差分析和运动控制都涉及大量的非线性方程。基于流形理论和数值连续性算法，研究并开发了一种求解带参数非线性方程组解集边界的算法，该算法可以快速高效地直接搜索出非线性系统解集边界。建立了工作空间和机床运动精度的数学模型。XNZ2010工作空间的边界，L1=L2=1150，L1=L2=1200，L1=L2=1250，Stewart平台控制轴最短距离与刀具自转角的关系，XNZ2010的标定试验，并联机构精度与标定技术的研究，一种适用于工业现场环境的空间所有位置和姿态的测量方法和装置，通过测量单个自由度的相对位置信息，标定基础平台铰接点的位置矢

8、量。研究了基于小自由度测量信息的标定技术。如果不考虑铰链安装误差，补偿率为r=85.8%。如果考虑铰链安装误差干扰，补偿率为r=36.5%。(1)并联机床刚度分析，采用解析法和有限元法，研究并联机床的刚度特性和分布规律。两个结果的误差小于15，证明了刚度模型的可靠性和准确性，为基于刚度的并联机床设计提供了参考。并联机床动力学，VAMT1Y刚度分析(解析法)，有限元模型，VAMT1Y刚度有限元分析，XNZ63刚度理论分析，(a)沿X方向刚度，(b)沿Y方向刚度，(c)沿Z方向刚度框架变形与总变形之比，X方向刚度，Y方向刚度，Z方向刚度，框架变形与总变形有限元模型，XNZ63刚度有限元分析，与其他

9、软件的刚度分析，基于Admas软件的刚度分析， 基于ideas软件的有限元分析，XNZ63模态分析模型(解析法)1、2、3阶机床频率分布，(2)并联机床模态分析，XNZ63模态分析(有限元法)，有限元模型，一阶频率，机床表达姿态时的低阶频率等2。 的非线性特征和运动规律(4)非线性动力学研究，(1)弹性动态响应(XNZ63)，给定切削力下机床系统的动态响应，(4)并联机床的切削性能和工艺，(2)并联机床的动态特性及其对加工性能的影响研究，研究内容：建立基于刚体动力学的并联机床动力学模型；通过数值计算和计算机仿真，研究了并联机床在不同位置和姿态以及不同载荷下刚度的非线性特性和变化规律，研究了并联

10、机床刚度特性对加工精度的影响。考虑并联机床的分布参数效应、系统的内部阻尼、铰链与轴的弯扭耦合效应、不平衡、刚度不对称等非线性因素，构建并联机床弹性体系统的非线性动力学模型，研究并联机床的动态特性对不同加工过程的影响，从而形成相应的自动推理模块，保证加工过程的稳定性；研究了并联机床的振动特性及其对加工精度的影响，建立了并联机床动态特性实验监控系统，并对动态特性进行了实验监控和分析，验证了理论研究的正确性，提出了动态模型的修正方案。建立了并联机床切削力和精度测量实验监控系统，对相关实验数据进行了测量、处理和分析，验证了提高加工精度和稳定性策略的正确性；在对并联机床关键技术进行理论和实验研究的基础上，从设计和控制策略方面提出合理化改进或指导方案，有利于提高机床的精度、刚度和稳定性等性能和指标，为新型并联机床的设计、制造和推广以及提高加工精度和可靠性的研究提供理论依据和相关的模块化软件系统。关键问题：并联机床动力学模型的建立；高效算法研究：并联机构的非线性特性和运动规律；并联机构动态特性对加工精度和加工过程稳定性的影响规律：通过对动态特性的研究，针对实际加工过程提出了相应的控制策略和相关的模块化软件系统。并联机床数字化设计技术及快速开发平台研究并联机床数字化快速开发平台的主要目的是实现并联机床的快速设计和开发，是研究人员研究并联机