一种大摆角五轴联动混联机床设计及运动学分析

提出一种由空间三自由度混联机构和二自由度运动平台组成的五轴联动混联机床构型,运用螺旋理论分析该机构的运动原理。采用闭环矢量法和速度映射关系,对该机床构型的运动学特性进行分析,给出了该机构的位置逆解,确定驱动杆和动平台之间的位姿关系。在此基础上,分析了速度性能及姿态空间,得到机构速度Jacobian矩阵。通过运动学仿真,验证了机床运动学分析的正确性。研究表明,具有该结构的机床可实现较大摆角的加工工作,刀具的摆角可达(-40°~90°),通过五轴联动和刀具的大摆角转动,可实现对复杂工件的五面精密加工。     

新型((3-RPR+R)&UPS)+P混联机床机构的位置逆解和工作空间分析

针对提出的新型((3-RPR+R)UPS)+P混联机床机构,根据螺旋理论对其进行了自由度分析;然后,利用解析矢量法建立了其位置逆解方程;基于位置逆解,对其工作空间进行了分析研究,研究结果表明该机床有效工作空间较大,刀具可实现较大摆角;运用MATLAB对位置逆解方程进行了求解,且利用ADAMS对求解结果进行了仿真验证,验证了逆解模型的正确性。     

空间曲面电火花线切割CAD/CAM系统

为解决高速走丝电火花线切割机床加工空间曲面的难题,实现大锥度空间复杂曲面零件的加工,以空间曲面数学模型和数控模型为基础,开发了一种计算机辅助设计/计算机辅助制造(Computer aided design/computer aided manufacturing,CAD/CAM)系统.其硬件系统以研制的数控转摆摆工作台为核心装置,并与现有高速走丝电火花线切割机床结合,组成空间曲面线切割加工系统.其软件系统可以根据上下导线的参数方程进行分析计算,建立空间曲面的三维模型,自动生成NC加工代码,进行加工仿真和空间曲面零件的加工.利用本系统进行典型空间复杂曲面零件的加工试验,结果表明加工结果与仿真结果基本相似.此外,还分析数控模型以及回摆间隙角对加工误差的影响.这些工作为解决高速走丝电火花线切割加工空间曲面的难题打下基础.     

复杂曲面通道多轴加工的刀具选择方法

针对复杂曲面通道零件多轴加工的刀具优化选择问题,提出一种基于点可行空间分析的刀具选择方法。分析了复杂曲面通道多轴加工刀具运动的几何约束,利用临界约束条件对通道加工的临界刀轴进行求解。通过分析单点可达区域与球头刀可行摆刀域之间的关系,提出一种无碰撞干涉条件下的最大刀具直径选择方法;在此基础上,通过对可行摆刀域内刀轴矢量的优化,获得了刀具直径最大条件下的最短刀具长度。以整体叶轮的五轴加工为例,对该方法进行了分析与验证,给出了叶片曲面上最大刀具直径与最短刀具长度的变化情况,并对不同刀具直径的加工效果进行了对比分析。结果表明,本文方法能获得复杂曲面通道类零件多轴加工的最大刀具直径、最小刀具长度,可显著提高该类零件的加工效率及加工稳定性。     

新型并联机构((2-RPR&RP)+R)&UPR构型及位置逆解分析

提出了一种新型1T2R大摆角并联机构。首先,运用螺旋理论中运动和约束的关系分析了该机构实现1T2R运动原理,计算出该机构的自由度,进行了输入选取;然后,利用解析矢量法及几何关系建立机构位置逆解方程;最后,应用MATLAB对逆解方程进行求解并利用ADAMS对求解结果进行仿真验证,验证了逆解模型的正确性及机构的可实现性。该并联机构可实现大的摆角,可作为并联模块应用于混联机床,实现大摆角五轴联动加工。     

含冗余驱动并联机构的混联加工单元运动学分析及实验验证

设计了一款以2UPR&2RPS冗余驱动并联机构为动力头的新型5自由度混联加工单元,并对其进行了运动学分析.首先,基于旋量理论计算混联加工单元的自由度,证实其具有空间两转动和三平动(2R3T)运动能力.其次,运用空间矢量法建立混联加工单元的运动学模型,推导出机构的位置正/逆解解析式.再次,基于分层搜索思想预估混联加工单元的工作空间,给出了5轴可达工作空间的分布.最后,通过开展实验样机的切削实验,验证了运动学分析的正确性.     

5-DOF并联机床串联式双摆角磨具结构

基于东北大学研制的三杆5-DOF并联机床，设计了一种可实现自由曲面模具表面磁力研磨的双摆角结构。通过对传统的单摆角刀具结构和双摆角刀具结构的分析，了解到单摆角刀具结构存在的缺点，解决了双摆角刀具结构带来的一些加工问题，实现了并联机床对自由曲面模具表面的磁力研磨。     

七轴混联机床机构干涉校验算法及工作空间快速校验的研究

在加工具有复杂曲面的工件时,同六轴并联机床相比,七轴混联机床的加工能力有所提高,能够快速加工多个曲面,降低由于多次装夹造成的加工误差,缩短加工时间,有利于充分发挥并联机床的优势。为了避免加工过程中出现干涉碰撞问题,同时确保整个工件都在加工空间内,提出并详细讨论了七轴混联机床的机构干涉校验算法及工作空间快速校验算法。这些算法对混联机床的设计和控制系统的开发有着一定意义。     

3-UPS/PU-XY混联机床的机构设计及运动学分析

提出一种由空间三自由度并联机构和二自由度运动平台组成的混联机床构型,运用螺旋理论分析机构的运动原理,算出了自由度,对机构驱动输入的合理性进行验证。采用闭环矢量法和速度映射关系,对该机床的运动学特性分析,给出了该机构的位置逆解,确定驱动杆和动平台之间的位姿关系。在此基础上,分析了速度性能及姿态空间,得到机构速度Jacobian矩阵。通过运动学仿真,验证了机床运动学分析的正确性,研究表明,具有该结构的机床具有较大的工作空间,实现对大型工件的精密加工。     

五轴加工中刀具非线性误差的优化策略

五轴联动机床是实现复杂曲面高精度、高效率加工的有效工具,在增加两回转轴扩大刀具自由度的同时,也增加了回转轴造成的刀具姿态误差。针对回转轴的非线性运动造成的刀具姿态误差过大会导致低的表面加工精度,如叶轮、叶片等复杂曲面零件会在进出汽边发生过切、欠切现象,提出了一种姿态误差优化策略。首先对回转轴线性插补产生刀具姿态误差进行分析;其次通过投射线性插补刀轴矢量来优化刀具空间姿态;最后通过仿真及叶轮试件切削加工,论证了该方法的有效性。     

基于RGRR-Ⅰ并联双自由度转动机构的混联五轴机床研究

传统的串联式数控机床存在刚度低的缺点.并联双自由度转动机构RGRR-Ⅰ刚度高,且有着工作空间/机构尺寸比大、耦合为零、制造容易等一系列的优点.运用RGRR-Ⅰ构造的并联双自由度转动刀头摆动精度高、工作空间大.基于混联五轴联动车床的工作要求,研究能实现绕xyz三个直线运动坐标移动,两个运动轴坐标回转的混联五轴联动机床,分析其工作机理,建立有关模型.该研究也可为其他混联机床的设计与制造提供借鉴.     

伸缩杆式二自由度并联机构及应用

介绍一种伸缩杆式二自由度并联机构的结构特点,该并联机构的动平台可实现空间内二自由度的转动。利用螺旋理论分析该并联机构的自由度,并对其进行位置正反解分析,得出相对应的数学模型,并确定伸缩杆长的变化与空间翻转角度的关系,以及翻转角度与结构尺寸的关系。将该并联机构应用于自动化数控夹具,通过调节杆长,可实现将空间任意平面翻转至水平面,便于空间任意平面和孔的加工,扩大了机床的加工功能。     

高温发汗润滑体单胞接触应力分析模型研究

采用“无限大板”中孤立小孔应力集中方法,建立了一种新的以特征参数λ表征的厚壁单胞体接触应力理论模型;以高温发汗润滑体为对象,采用该模型仿真分析了单胞体在特征参数λ≤0.4情况下的胞内应力分布状态。结果表明：随着外载荷的增大,接触半径逐渐增大,且接触区域的各向应力（绝对值）均逐渐变大;最大剪应力逐渐从胞体表面向胞体内部迁移,其y向最大应力从接触中心逐渐向孔边θ=0和θ=-π,r=r₂处转移,x向最大应力从接触中心逐渐向孔边θ=-π/2,r=r₂处转移;该应力集中区逐渐取代胞体接触表面而成为微裂纹诱发源。λ对胞体接触应力分布也有很大影响：当λ=0.4时,孔穴应力集中区与胞体接触区的y向应力差值最大;当λ=0.1时,两处的x向应力差值最大;当外载荷大于1000N时,λ=0.2的胞体内的最大剪应力具有最小值。     

混联式机床的并联机构刚度解析

了混联式机床中的3－RPS并联机构刚度的边界元解析方法。采用关节合成的方法对并联杆系机构的机械结构系统进行静力学建模;将构件作为柔性体,利用边界元法对并联机构的静力学特性进行了。得出了3－RPS并联机构各分支的受力状态及系统的刚度。     

Applying bidirectional kinematics to assembly error analysis for five-axis machine tools with general orthogonal configuration

Since a five-axis machine tool has two more rotary axes and two more degrees of freedom than a three-axis machine tool, it can manufacture a complex surface more efficiently. However, there are more error terms due to the extra axes. Error sources for machine tools include structural error, dynamic error, and static error. The static error, which includes thermal and geometric errors, is the main source of machining inaccuracy in machine tools. Although a large number of studies have been made on geometric errors, the influence of individual error term on volumetric error is seldom discussed. This paper analyzes assembly error that belongs to the category of static error, and the analytic method can be applied to general orthogonal configurations. By adopting the machine tool form-shaping function, the effect of assembly errors on volumetric errors has been investigated. And the error terms that cannot be compensated by driving single control axis have been recognized and explored for general orthogonal configurations.     

RESEARCH ON POLISHING PROCESS OF A SPECIAL POLISHING MACHINE TOOL

In this paper, a serial-parallel hybrid special polishing machine tool based on the elastic polishing theory is developed, which is used for polishing mould surface by using bound abrasives. This machine tool mostly consists of parallel mechanism of three-dimensional moving platform, series rotational mechanism of two degrees of freedom and elastic polishing tool device. The parallel mechanism controls the spatial position of the polishing tool. The series mechanism controls the pose of the polishing tool. The elastic polishing tool system can realize active control by a pneumatic servo system and passive conformity by a spring. The main process parameters that have influence on surface roughness and polishing efficiency are tool speed, feed rate, force, pose angle and polishing number of times. Optimal combination of process parameters is presented by the Taguchi and grey relational analysis, which provide a choice of parameters as a basis for free-form surface polishing in practice.     

新型万能直角坐标串并联机构

基于传统的单纯串联机构工作空间大、运动学正解简单的优点,考虑到单纯并联机构结构刚度大、承载能力强、运动学反解简单等特点,参考国际国内有关串并混联机构的研究成果,结合现实加工领域的需要,提出一种全新结构的直角坐标串并联机构。通过线性驱动,它可以实现机构上下层动平台之间的输出主轴空间6自由度运动。通过解析几何作图法,得知机构的工作空间形态为四棱柱或三棱柱,并给出了机构出现奇异时的奇异结构与工作空间形态。机构输出主轴处于空间任一位姿时,运用解析作图法取得输出主轴在三维空间的极限摆角范围,采用该方法还找到了机构运动学一般位置反解的几组可能解。进一步分析可知输出主轴平行于垂直导轨方向时有三组可行解,不平行时有五组可行解。     

一种新型四自由度并联机构的运动学分析

对一种新型的四滑块驱动的二平移二转动并联机构，进行了结构学分析，包括其自由度计算及输出运动类型分析；给出了位置分析的正、逆解，用一维搜索法求解了其数值位置正解，还对该机构的工作空间进行了分析。该机构可作为虚轴坐标测量机、并联机床及其他运动平台的可选机型，为该并联机器人机构的误差分析、动力学分析计算及工业应用奠定了基础。     

离心叶轮的小摆角五坐标数控加工方法研究

由于工作台摆动角度受机床结构的限制 ,小摆角五坐标数控机床不能直接进行离心叶轮的连续加工。本文在分析机床结构和叶轮曲面特点的基础上 ,提出了两种解决该问题的方法 :叶型直纹方向重构法和立卧转换对接法 ,并给出了实现算法     

并联机床工件自动定位

根据并联机床的几何约束条件 ,提出并联机床工件自动定位的算法。该算法简单实用 ,对一个复杂曲面可以自动找到其在并联机床工作空间中可以加工的位置。