一种五轴联动混联机床的性能分析

混联机床是串、并联机构以及机器人技术的结合,兼顾了各自优点,已越来越多地应用于复杂工件的加工中。提出一种可完成五轴联动的混联机床,同时分析该机床加工过程的实现及原理;基于并联模块中杆长约束条件,构建加工过程中的运动学模型;并利用速度投影,求解出并联模块雅可比矩阵;结合拉格朗日方程以及雅可比矩阵,建立机床动力学模型。最后结合Matlab对理论分析结果进行数值计算,并在已知机床切削量的情况下,求解机床驱动端位移、速度以及驱动力输入情况;结合运动学结果,对机床工作空间进行了分析。结果表明,该混联机床具有良好的运动学、动力学以及大范围工作空间等性能,并能满足复杂零部件的加工,也为混联机床的开发和研究提供理论依据。     

并联六杆机构在虚拟轴机床上的运动学建模

结合加工中心机床的复杂工序，分析数控加工过程中，刀位与6-PSS并联六杆机构的运动联系，利用机构等同性条件，推导出显式形式的机床运动学方程和速度雅可比矩阵，并得出对于不同类型的数控加工，其运动学模型具有相似形式的结论。     

新型龙门式五轴联动混联机床机构设计及位置逆解研究

提出了一种以新型四自由度并联机构(3-RPR+R)UPS作为并联加工模块,辅以能实现并联加工模块滑动的直线导轨来共同实现五坐标联动加工的一种新型龙门式大摆角混联机床的机构设计方案。首先,运用螺旋理论中运动和约束的关系分析了该机床实现3T2R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行性。     

PRS-XY混联数控机床运动学仿真件开发

根据PRS-XY型混联机床结构特点构建机床运动学模型,介绍了其运动的逆解和正解过程.在Windows环境下,应用Visual C++6.0调用OpenGL实现了该机床的实体建模和运动学仿真.运动学仿真软件能够实时显示出机床机构形态、模拟出混联数控机床的加工运动过程,可实现并联机构干涉校验,进而保证加工轨迹规划的合理性、...     

新型3T2R龙门式混联机床动力学模型

提出了一种以能实现沿X、Z轴平移和绕X、Y轴转动的新型并联机构2-RPU2-UPS作为主体,辅以能实现主体Y轴滑动的直线导轨来共同实现五坐标联动加工的一种新型龙门式混联机床的机构设计方案。运用螺旋理论分析了该机床实现3T2R运动原理,计算出该机床的自由度,进行输入选取与论证,并进行机床机构奇异分析,提出减少奇异的参数设计条件。建立该机床的位置反解数学模型,推导出了该机床的速度雅可比矩阵和加速度分析表达式,求解了该机床的位置反解、速度和加速度。基于虚功原理和该机床的运动学模型建立该机床的动力学模型,并采用Adams软件对该机床动力学进行模拟仿真,模拟结果表明理论结果完全正确。     

龙门式并联结构的运动学特性及数学建模研究

龙门式数控机床中并联结构的运动特性对机床加工精度有着重要的影响,本文针对龙门式并联结构的运动特性进行建模,并分析结构的动态响应性能。以平面运动的龙门式并联结构为研究对象,针对具有平行四边形结构特点的并联结构进行运动分解并建立系统运动学模型。研究了龙门式并联结构的运动控制方法,建立了输入与输出之间的象函数模型。基于此,采用优化算法得到了并联结构的最优的运动控制参数,该方法可大大提高并联结构的快速响应性能。     

一种3自由度并联机床的性能分析

混联机床同时兼顾了串、并联机构的优点,已越来越多的应用于复杂零部件的生产加工;提出一种3-RPS构型的三自由度并联机床,基于杆长条件建立了该机床位置反解方程,利用运动副速度投影求解了驱动杆速度输入变化规律,并推导了系统的雅克比矩阵;利用拉格朗日方程,求解了机床动力学模型;为后续对机床的运动学和动力学性能研究奠定了基础。最后结合原型机模型和Matlab对推导结果进行仿真,绘制了运动学和动力学曲线,总结出该机床运动学、动力学性能,结果表明该机床完全满足混联机床中并联模块的性能要求,并能满足航空、航天等复杂零部件和异形曲面的加工需求。     

双转台五轴数控机床运动变换及求解方法的研究

数控加工后置处理是实现多坐标数控机床正确、高效完成加工任务的关键步骤.在后置处理器系统设计中,机床运动变换尤为重要,它的任务是将刀位点信息和刀轴矢量信息.转化为各运动轴在机床坐标系中的运动量.五轴数控加工后置处理的难点是机床坐标运动变换;以双转台机床为例,利用机构运动学原理,推导出了刀位矢量及刀位点运动变换模型,给出了其表达式;通过仿真分析对该算法进行了验证;检验结果表明所提出方法是正确可行的而且适用于其他任何类型的五轴机床.     

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。     

基于机床运动学约束球头刀多轴加工刀轴矢量优化方法

针对目前航空发动机叶片进排气边加工精度和表面质量较差的问题,提出了一种基于机床运动学约束球头刀多轴加工刀轴矢量优化方法。建立刀位优化变量与刀位数据之间的关系方程,同时建立刀位数据与机床回转轴角度之间的运动变换方程,从而推导出刀位优化变量与机床回转轴角度之间的关系方程。通过求解上述方程得到球头刀多轴加工复杂曲面的刀轴矢量计算公式。在此基础上,给出球头刀多轴加工刀轴矢量优化方法和刀轨生成方法。同时,以某航空发动机叶片为例,分析了本文算法和Sturz算法对机床回转轴角度的影响。分别利用本文算法和Sturz算法生成该叶片进气边加工的刀轨,并在五轴数控机床上进行加工试验。试验结果表明,该算法能够避免加工过程中机床回转轴的大幅波动,使机床轴运动更加平稳和光滑,从而提高曲面的加工质量和加工效率,具有一定的实际应用价值。     

新型五轴混联机床的后置处理与轨迹仿真

为适应我国航空航天大型整体结构件的加工需求,以一种采用三坐标并联动力头的新型五轴混联机床为对象,基于矢量链方法建立了机床工作空间到驱动轴的运动学映射模型,在此基础上开发了机床的后置处理模块和刀具轨迹仿真模块。在后置处理模块中,对计算机辅助制造系统生成的刀位文件在工作空间中插补并进行坐标变换,得到加工程序点集,然后通过调用运动学逆解模块将其转换成驱动轴的运动控制序列,并对进给速度进行校验,以实现对混联机床的五轴控制。所开发的轨迹仿真模块基于运动学正解模型,实现了驱动轴电机位移参数采集、刀具工作空间轨迹显示、刀具运行状态监测。以"S"型试件为例进行了编程与加工实验,初步验证了开发模块的性能。     

复杂曲面五轴侧铣加工的运动学优化方法

针对五轴侧铣加工中刀轴的运动可能导致加工材料过切与效率低下的问题,提出采用多约束自适应的刀轴运动学优化方法来解决该问题。建立球头铣刀在刀具路段上的运动学模型,通过分析刀轴运动对刀刃微元去除材料的影响,确定刀轴运动优化的约束条件。在虚拟环境中仿真复杂曲面五轴侧铣加工过程,通过自适应控制器调整刀轴运动速度,使机床在多约束加工条件下最大限度地发挥其工作潜能。整个刀轴运动规划过程随刀具与工件接触区域的变化而不断优化,最后将优化结果存储在每个刀位点上。仿真与实验结果表明,刀轴自适应控制的运动学优化方法有效可行,为五轴侧铣加工过程提供了有力的分析工具。     

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...     

PRS-XY型混联数控机床误差建模及敏感度分析

以PRS-XY型混联数控机床为对象,以加工、装配精度为依据,建立该机床完整的误差模型.设计能反映机床运动精度的典型轨迹,利用该轨迹,通过对该模型的求解和分析,得出主要误差源对机床运动精度的影响.为指导该混联机床的精度设计和误差补偿提供了数据.     

新型直驱四轴混联数控机床运动学分析

基于模块化设计技术,提出了一种完全由直线电动机驱动的新型四轴混联数控机床,并介绍了其基本结构型式.以该机床并联主轴模块为研究对象,建立了主轴机构运动学方程,并给出了机构的位置正逆解,由此得到机床主轴的工作空间分布.最后,基于雅克比矩阵,对主轴机构进行了运动性能仿真研究,为机床主轴的运动性能优化和运动控制提供了理论依据.     

三杆混联数控机床的运动学研究

介绍了一种3-TPS(RRR)型混联机床,该机床既可进行立式加工,将工作头旋转一定角度后又可实现卧式加工。在工作头下面安装一个数控转台,并配置自动换刀系统后,机床可进化为一台五轴联动的数控加工中心。在分析其约束机构的基础上,给出了机构的位置、速度、加速度逆解方程及雅可比矩阵的计算公式,并进行了机床的工作空间分析。理论分析表明,3-TPS(RRR)型混联机床运动学方程形式简洁,计算简单,控制计算方便,在运动空间内无运动干涉和耦合,无奇异点和不定形位,可操作性良好,有效工作空间大。     

双转台五轴数控机床设置与加工仿真

五轴机床运动结构复杂,配置多样,几乎每台机床的后处理都需要单独配置。针对AC轴双转台五轴机床,分析了该类型机床的基本运动结构,构建了机床中心与旋转轴中心的空间位置模型;介绍了机床旋转轴中心偏置的测量、对刀操作方法;借助UG NX软件介绍了后处理制作流程;以某零件的实际加工过程为例,利用宇龙数控加工仿真软件对整个操作过程进行模拟,并进行仿真加工,验证了程序编制和机床操作的正确性,为实际加工提供了依据。     

新型3自由度并联机构运动性能及精度分析

混联机构结合了串、并联机构的优点,已经越来越多地应用在复杂自由曲面零件的加工装备中.提出一种能够实现一个移动和两个转动的3自由度并联3-PSP机构,同时该机构存在伴生运动.通过对3-PSP机构运动模式的分析,简化传统的欧拉角描述方式,采用更适合的倾斜-扭转角描述动平台的运动.在此基础上,建立运动学模型,进行包括伴生运动和被动关节变量的完整运动学求解.基于运动学分析,对3-PSP机构的关节行程、速度特性和精度特性进行分析,证明该机构完全适用于混联结构中的并联模块,并能够满足航空、航天、汽车等领域复杂零件的加工需要.     

一种新型混联机床的机构设计与运动学分析

提出了以四自由度1PS+4TPS型混联机构为主进给机构,辅以双向移动工作台实现多坐标数控加工的一种新型混联机床的布局设计方案。该混联机床方案中定平台通过4个结构完全相同的TPS驱动分支以及一个PS约束分支与动平台相联,动平台可以实现一维平动和三维转动,该方案具有可实现姿态角大、工作空间大等优点。对主进给机构进行了机构设计,推导出了主进给机构一、二阶运动影响系数矩阵,建立了主进给机构封闭形式的运动学方程。文中给出了运动学分析的数值实例。     

3-TPS混联机床的运动控制算法的研究国家高技术的研究

针对一种新型立卧转换式混联机床的运动控制算法进行了研究.根据不同的控制要求,分别对该机床提出了几种运动控制算法.这些算法从控制对象到机床本体的加工运动之间一系列的转换,正是混联机床控制的基础,为数控系统的控制设计提供了参考依据.