三自由度并联包装机构动力学建模与分析

目的为了提高一种三自由度并联包装机构动态性能,对其进行动力学建模与仿真研究。方法首先建立机构三维模型并进行位置反解计算,而后应用凯恩法列出动力学方程。在对支链模态分析基础上依托多体动力学仿真软件ADAMS与有限元软件Ansys,将各连接杆件由刚体转换为柔性体进行刚柔耦合动力学分析。结果通过动力学建模求得了驱动杆在广义坐标下的驱动力。由模态分析求得支链的第1阶到第6阶固有频率分别为88.656,108.95,119.96,125.33,131.07,138.77 Hz,以及机构在各个阶次下的振型。得到了机构动平台质心运动位移、速度、加速度,以及关节驱动力、力矩变化曲线。结论并联包装机构中刚度薄弱环节位于球铰连接两端,在各阶模态振型中,振动相对位移较大位置位于动平台和支链中部滑块;连接杆件会对动平台运动性能、关节驱动力产生一定的影响。分析结果为并联机构进一步优化提供了理论依据。     

平面整体式三自由度全柔顺并联机构拓扑优化构型设计及振动频率分析

通过建立并联原型机构的微分雅克比矩阵方程,实现平面整体式三自由度全柔顺并联机构与并联原型机构之间的矢量同构映射。在此基础上,建立平面整体式3-PRR型全柔顺并联机构SIMP拓扑优化模型,并采用优化准则算法,结合矢量同构映射方程,进行了平面整体式3-PRR型全柔顺并联机构同构构型设计,通过应力分布和前四阶振动固有频率仿真对比研究表明：所采取的拓扑优化设计方法使平面整体式全柔顺并联机构具有一定的均布刚度和较好的振动抑制性能,且对其振动频率的分析可为机构尺寸优化及振型优化提供了重要的依据。同时,微运动特性的仿真表明其与传统并联原型机构之间的运动学同构性一致。该结果对平面整体式全柔顺并联机构的构型拓扑优化设计有实际意义。     

6—SPS并联机器人动力学解析模型

本文提出了６－ＳＰＳ并联机器人基于上平台位姿参数的动力学解析模型，定义了矩阵的一种乘法运算，建立了上平台与驱动构件之间的运动关系。     

三自由度车削在复杂回转面车削加工中的应用

经济的快速发展需要以实体行业为依托,而实体业则需要建立在先进的加工制造业的基础上。车削加工是机械加工中的重要的组成部分,相较于传统的普通的圆柱形零部件的车削加工,复杂回转面的车削加工无论是在加工工艺还是在加工要求上都有其明显的特点,在复杂回转面的加工上,由于其外廓的投影并非为圆形的曲线。使用普通的数控车床无法完成复杂的曲线的加工,具体表现为在复杂回转面的车削加工中,普通的数控车床在完成复杂回转面的车削加工的过程中,不论是在加工的精度还是加工的效率方面都存在着较大的不足。因此,应当在做好对于复杂回转面加工特点分析的基础上对刀具的运动轨迹建立起相应的数学模型,从而进入切线倾斜角作为复杂回转面加工过程中的新的变量,从而将传统的二自由度的车削加工转变为三自由度的车削加工,从而完成对于复杂回转面加工过程中刀具转角的精密控制,做好对于复杂回转面的加工。     

基于计算全息的无衍射光莫尔条纹三自由度测量方法研究

针对工作台运动误差,提出了一种基于计算全息的无衍射光莫尔条纹三自由度测量方法。通过液晶空间光调制器(SLM)生成无衍射光,利用两束无衍射光干涉生成莫尔条纹。设计了无衍射光莫尔条纹三自由度测量光路,建立了三自由度运动误差数学模型,并用几何分析法将三种运动误差(偏摆角、滚转角和俯仰角)进行分离。利用旋转台模拟不同大小的三自由度运动误差,带有误差信息的无衍射光和莫尔条纹图案分别由CCD1和CCD2接收。实验结果表明,通过光斑中心偏移量计算出的实际运动误差值接近理论值,测量误差不超过0.0104°,验证了无衍射光莫尔条纹三自由度测量系统的可行性与正确性。     

三自由度半正定系统随机振动仿真与试验研究

目的研究三自由度半正定系统在随机振动条件下的加速度动态响应以及加速度功率谱密度。方法以运输包装中常见的三自由度半正定系统为原型,建立了三自由度半正定系统的质量-弹簧-阻尼系统。依据美国ASTM-D4728随机振动标准,利用Matlab/Simulink仿真平台,建立仿真模型,并输入模型参数,得到了三自由度半正定系统随机振动下的动态响应。基于相同试验标准进行试验,对比分析试验结果与仿真结果的差异。结果在低频段内(小于80 Hz),Simulink仿真模拟随机振动的加速度功率谱密度值与随机振动试验的加速度功率谱密度值的相关性系数达到0.983,加速度功率谱密度值最大处仅相差8.8%。在高频段内(大于80 Hz),Simulink仿真模拟随机振动的加速度功率谱密度值与随机振动试验的加速度功率谱密度值的相关性系数只达到0.745,加速度功率谱密度值最大处相差13.1%。结论利用Matlab/Simulink仿真平台分析包装系统的低频随机振动是一种简单可行的方法,一定程度上可以作为随机振动试验的代替手段。     

三自由度并联分拣机器人的动力学建模与仿真

目的 针对自动化生产线上分拣机器人的动力可控性问题,提出一种2UU-UPU三自由度并联分拣机器人,以提高分拣的精度可控性。方法 分析该机器人的机构自由度,以及各参数之间的关系,基于闭环矢量法建立并联机构的运动学逆解模型;利用拉格朗日动力学方程推导该机器人的动力学表达式,并进行数值计算,采用Matlab Simulink和Adams进行动力学联合仿真,对理论值和仿真值进行误差分析。结果 揭示了该机器人动平台的运动规律,得到了驱动力矩曲线,理论值与仿真值的误差较小,3个驱动力矩的最大误差分别为0.379%、0.283%、0.146%。结论 通过验证可知,该机构具有较好的动力学特性,这为后续电机的选型和精准控制奠定了基础。     

三自由度加载系统高精度加载控制方法试验研究

针对三自由度加载系统,对其控制方法进行了较为系统的研究。对现有较为精确的控制方法进行了分析介绍,利用三自由度拟静力试验加载控制软件,在哈尔滨工业大学大型多功能三自由度加载系统上进行了弯剪试验验证,对比分析竖向基于作动器反馈的力-位移混合控制方法,竖向基于LVDT反馈的力-位移混合控制方法和考虑几何非线性的控制方法的准确性。研究结果表明:考虑几何非线性的控制方法对三自由度加载试验的控制最为准确。     

基于Lex和Yacc的开放式并联机床后置处理系统开发

针对常见数控系统的后置处理模块具有专用、封闭等特点,从而限制了其在新型并联加工装备中的应用的问题,研究了开放式并联机床后置处理系统开发的关键环节.首先,基于Lex和Yacc编译工具实现了数控代码的解析功能,此功能能够适用于不同体系的数控代码格式,提高数控系统的开放性和通用性.其次,对并联机床后置处理中的关键算法进行了研...     

含闭环球铰的三自由度并联机构工作空间分析

目的 提出一种SPR+UPS+UPR非对称并联机构,用于不同类型产品的贴标与喷码。方法 首先用SolidWorks对机构进行三维建模;然后用螺旋理论和修正的G-K公式计算机构的自由度;并用封闭矢量环法求出机构的位置逆解;最后用三维动态法和Matlab编程求出该机构的可达工作空间。结果 SPR+ UPS+UPR并联机构共有两转一移3个自由度,且运动性能良好。结论 该机构可用于不同类型产品的贴标与喷码,降低了成本,提高了效率。     

基于改进干扰观测器的虚拟轴机床滑模控制研究

圆弧齿轮加工用虚拟轴机床伺服系统存在的不确定性会影响系统的性能,从而降低圆弧齿轮的加工精度;同时,滑模控制中抖动现象会影响控制的精度和稳定性.为提高虚拟轴机床的加工精度和抑制滑模控制中的抖动现象,提出了基于改进观测器的滑模变结构控制算法来控制虚拟轴机床的伺服电机,算法中采用该干扰观测器对系统中的不确定性进行观测,利用饱和函数代替符号函数来抑制滑模控制中的抖动现象.推导了基于改进观测器的滑模变结构控制律,并证明了所设计控制器的稳定性;为验证算法的有效性,在MATLAB中进行了仿真,仿真结果表明:所提出的算法能够有效地观测系统中存在的不确定性因素,并抑制滑模控制中的抖动现象,系统具有较强的位置跟踪性能和抗干扰能力.     

并联机床的动力学特性对加工精度影响的分析

为了提高并联机床的加工精度,分析了并联机床的动力学特性对加工精度的影响。根据牛顿—欧拉方程,得到并联机床的动力学方程,解得连杆的驱动力;根据杆件轴向伸长量与受力之间的关系,得到连杆的长度误差;以无长度误差的连杆长度为优化目标,用优化的方法,得到动平台的位姿,并与连杆有长度误差时动平台的位姿比较,得动平台的位姿误差;根据刀具在动平台坐标系中位置,得刀具加工位置误差及对被加工零件精度的影响。结果表明：并联机床连杆的长度误差,引起刀具加工位置误差,使被加工零件产生形位误差和尺寸误差;并联机床电主轴偏心引起连杆的长度误差的扰动,产生刀具加工位置的扰动误差,影响被加工零件的表面粗糙度。     

Reliability modeling and analysis for CNC machine tool based on meta-action

Traditional machine tool reliability modeling methods take static parts as the research object, ignoring the characteristic that the function and performance of computer numerical control (CNC) machine tool are ultimately driven by its most basic actions, and the traditional reliability modeling methods do not fully consider the randomness of machine tool failure. In view of this, this paper gave an improved four-parameter nonhomogeneous Poisson process reliability modeling method based on meta-action (MA), and a comprehensive method of system reliability was presented. A CNC machine tool made in China was taken as an example, and the reliability model of MA and the whole machine were built by the proposed method. The proposed method was compared with other methods by Akaike information criterion and Bayesian information criterion, and the method proposed in this paper was proved to be better. The reliability indexes of the system were simulated, and then the general trend of system reliability indexes was obtained by least squares support vector machines. The results verify the applicability and validity of this method, and lay a foundation for further research on the machine tool reliability based on metamotion.     

数控机床整机动态特性评价方法

动态特性是衡量机床性能的一项重要指标,但目前并没有较好的数控机床整机动态特性评价方法。利用真实的动态切削力对数控机床进行激励,能够快速获取机床在切削力作用下的动态特性。鉴于切削参数会影响各频率成分对应的切削力幅值,基于不同工件材料和切削参数下的动态切削力,建立动态激振力模型,通过分频段激励来检验数控机床在不同频段下的动态特性。通过有限元仿真分析,判断数控机床在各个频段下的动态特性;对振动信号进行快速傅里叶变换,得到机床振动时的主要频率成分,为优化机床动态特性提供指导;对比各种动态切削力激振下不同机床的动刚度,评价不同机床动态特性的优劣。最后,通过激振试验验证了仿真结果的准确性。结果表明上述方法简单实用,能快速评价数控机床的动态特性,具有一定的实用价值。     

Analysis and calculation of fatigue loading of machine tool gears

Based on the specific features of the load and speed pattern of machine tools and their power and torque characteristics, and applying fatigue strength theory and statistical analysis methods, theoretical formulae for calculating the fatigue loading of machine tool gears under various working conditions are derived. By using these formulae in the calculation of the fatigue strength of machine tool gears, more accurate results than those using conventional methods may be obtained.     

分布式驱动用永磁同步电机电磁转矩的解析计算

针对分布式驱动电动汽车车身阶次振动和车内噪声的主要振源—外转子表贴式永磁同步电机6k阶（ ）转矩波动,提出了一种分布式驱动用永磁同步电机电磁转矩的解析计算方法。基于永磁同步电机磁场畸变,对永磁磁极在均匀气隙中的径向分量进行了傅里叶级数分解,通过磁链、电压的计算,最终得到电磁转矩的解析解,为永磁同步电机的阶次振动与振源识别提供了理论基础。当不考虑电流谐波的影响时,对电磁转矩做了阶次分析,论证了由永磁体磁场谐波引起的电磁转矩波动频率是电源频率的6k倍频。最后,通过有限元计算验证了该解析计算结果。     

Clamping effects on the dynamic characteristics of composite machine tool structures

Substituting composite structures for conventional metallic structures has many advantages for structural dynamic characteristics because composite materials have the higher specific stiffness and damping characteristics than conventional materials. However, the dynamic characteristics such as the fundamental natural frequency and damping of composite structures are influenced much by their joints. In this work, the effects of clamping conditions on the dynamic characteristics of cantilever type composite machine tool structures with clamped joint were investigated to increase the natural frequency and damping of structures. In order to improve the shear property of the clamping part of composite machine tool bar, a new method for the clamping part was developed with metal core or sleeve inserted in the composite body at the clamping part. From the finite element and experimental results, suitable clamping conditions for the maximum dynamic stiffness were obtained for the composite structures with clamped joint.     

机床产品形态艺术设计分析与实践

分析和研究机床产品造型设计规律,形式与功能统一,外观形态具有艺术性,满足用户审美精神需求,要关注认知、作业的人性化,要兼顾安全和环保,并通过设计实践来发展分析研究成果.     

基于CSO-SVM的数控机床主轴热误差建模

针对数控机床多热源所致的温升与主轴热误差之间复杂的非线性关系问题,提出一种鸡群优化（chicken swarm optimization, CSO）算法与支持向量机（support vector machines, SVM）相结合的主轴热误差预测模型（以下简称热误差模型）。以某精密数控机床的主轴单元为研究对象,采用五点法对其在空转状态下的轴向热变形进行测量,并借助热电偶传感器对机床的4个关键温度测点的温度进行采集。以SVM为理论基础,随机选取75%的数据样本进行训练,进而构建主轴热误差模型。其中,利用CSO算法优化SVM模型的惩罚参数c和核参数g,以提升热误差模型的预测能力及鲁棒性。以余下的25%的样本作为测试数据集,对所得热误差模型进行验证。利用CSO-SVM模型对不同工况下主轴的热误差进行预测,并将预测结果与测量结果进行对比。结果表明：当主轴转速为3 000 r/min时,CSO-SVM模型的平均预测精度高达97.32%,相较于多元线性回归模型和基于粒子群优化的SVM模型分别提升了6.53%和4.68%;当主轴转速为2 000, 4 000 r/min时,CSO-SVM模型的平均预测精度分别为92.53%、91.82%,表明该模型具有较高的预测能力和良好的鲁棒性。CSO-SVM模型具有较强的实用性和工程应用价值。     

A self-calibrating robot based upon a virtual machine model of parallel kinematics

A delta-type parallel kinematics system for Additive Manufacturing has been created, which through a probing system can recognise its geometrical deviations from nominal and compensate for these in the driving inverse kinematic model of the machine. Novelty is that this model is derived from a virtual machine of the kinematics system, built on principles from geometrical metrology. Relevant mathematically non-trivial deviations to the ideal machine are identified and decomposed into elemental deviations. From these deviations, a routine is added to a physical machine tool, which allows it to recognise its own geometry by probing the vertical offset from tool point to the machine table, at positions in the horizontal plane. After automatic calibration the positioning error of the machine tool was reduced from an initial error after its assembly of ±170?µm to a calibrated error of ±3?µm. Excelling by speed, the calibration was executed in less than 3?min.