混联机床关键结构振动特性分析与误差研究

现代机床的发展趋势逐渐朝向高精度、高效化、高可靠性发展,对机床的动态特性有了越来越严格的要求。机床的整体性能对工件的加工质量有着极其重要的影响,本文针对混联机床的关键结部件进行实验模态分析并对薄弱环节进行结构优化,同时对机床加工精度影响最大的并联机构几何误差进行了建模分析,为机床的后续优化及误差补偿提供参考。针对混联机床关键结构:动平台、工具板以及龙门框架进行了实验模态分析,采用东方所研制的智能数据采集和信号分析系统,以力锤激励法对关键结构进行激励,并分别通过PolyLSCF频域法和特征系统实现算法对试验结果进行分析拟合,通过综合比较确定机床关键部件的模态参数:前四阶固有频率,阻尼以及振型,确定横梁结构为混联机床的薄弱环节。针对混联机床的薄弱环节——横梁结构进行了基于ANYS Workbench中的多目标响应面优化法进行结构优化,选取对横梁整体刚度与质量影响最大的五个尺寸:横梁主体的长度、宽度和高度以及导轨座的长度和宽度作为优化  (本文共82页) 本文目录 | 阅读全文>>

中北大学

一种六自由度冗余混联机床机构的性能分析

现代制造业发展迅猛,机床具有举足轻重的位置,其中混联机床为机构学领域提供了新的研究方向,已得到国内外学者的广泛关注。混联机床兼备并联机床加工精度高、响应速度快和串联机床工作空间大的优点,在航空航天、国防军工等领域的运用具有广阔前景。同时,冗余驱动可在一定程度上消除奇异位形,可对关节驱动力进行有效改善,提高机床驱动的平稳性,故也逐渐成为一种发展趋势。本文针对一种由平面3自由度并联机构和空间3自由度冗余并联机构组成的混联机床机构,对其进行了机构构型分析、运动学和动力学性能分析,在此基础上,进行了机床结构刚度分析和模态分析,并通过仿真算例验证了分析的合理性。研究表明,该冗余驱动混联机床具有工作范围大、刚度高、无奇异位形、操作方便的优点,可用于加工精密整体结构件,为后续机床的结构设计、制造和控制模型的建立奠定了理论基础。主要研究内容如下:1、利用螺旋理论对该混联机床机构进行了构型分析。运用螺旋理论分析了该机构的运动原理和自由度,通过G-...  (本文共88页) 本文目录 | 阅读全文>>

中北大学

新型五自由度混联机床机构（(3-RPR+R)&UPS）+P的基础研究

先进的制造业及重工业是体现国家综合国力的标准之一,而高性能的数控机床产业则在这其中扮演着举足轻重的角色。数控机床行业在航空航天、铁路、汽车、国防军工等领域中具有良好的应用前景且具有深远的影响。本文针对大型工业复杂细长整体结构件的加工时刚度大,响应速度快及承载能力强等性能要求,将设计出一种新型五自由度混联机床机构,并对该混联机床机构的基础理论进行分析。研究的主要内容概括如下:设计出该新型五自由度混联机床机构的构型,并对其构型进行了介绍。基于螺旋理论研究了该新型混联机床机构实现五自由度运动模式的机理,并验证理论分析的正确性;基于螺旋的相关理论选取了机构的驱动输入及对机构的奇异性进行了分析。对新型五自由度混联机床机构进行了运动学分析。运用解析矢量法求解出该混联机构的位置反解方程,在已知动平台位姿及机床刀尖点坐标的情况下,求得机构各驱动的输入位移;通过运用影响系数法推导出机构的一阶影响系数矩阵与二阶影响系数矩阵即Jacobian矩阵和H...  (本文共86页) 本文目录 | 阅读全文>>

东北大学

3-TPS混联机床数控系统功能开发

数控系统的功能开发对混联机床的进一步发展是有利的,过于繁琐复杂的操作面板及冗杂的程序结构不利于非专业编程人员对混联机床的功能利用,基于Clipper的3-TPS混联机床数控系统的搭建为其功能的继续拓展开发提供了可能。本文针对东北大学自主研制的3-TPS混联机床开发了与传统机床类似的数控功能,在基于PMAC硬件平台的基础上,主要对以下几个方面进行了深入的研究:(1)以3-TPS混联机床为研究对象,推导了 3-TPS混联机床逆运动学位置反解及由笛卡尔空间到驱动杆关节空间的速度雅阁比矩阵,(2)针对3-TPS混联机床分析比较了各个插补算法的优劣,利用数据采样插补法研究了直线插补与圆弧插补算法,并编写了混联机床的直线与圆弧插补程序;(3)开发了执行G代码指令功能的含有运动学位置反解的子程序;(4)基于Turbo PMAC硬件平台,开发了与传统数控系统相同的数控程序自动运行及混联机床手动操作等功能,实现了进给倍率修调、搜索回零、正负软硬件...  (本文共89页) 本文目录 | 阅读全文>>

吉林大学

五轴混联机床3RPS并联机构运动学标定研究

高效、高精度、高表面质量要求作为叶片类复杂曲面零件加工的发展趋势,五轴混联机床以工作范围大、结构质量刚度比高、末端质量轻等优点为适应该发展趋势提供了新的可能。并联机构的末端精度问题作为制约五轴混联机床在复杂曲面零件加工领域广泛应用的瓶颈所在,而运动学标定作为并联机构末端精度改善的最佳手段,得到了国内外研究人员的广泛关注。通过对并联机构运动学标定领域国内、外相关文献的综合分析,本文针对五轴混联机床中3RPS并联机构的末端精度问题,就其几何误差源进行了运动学标定理论研究与实验验证。针对末端位置分析分别展开了末端伴生运动、末端位置逆解和正解研究。以各支链只能在固定平面内运动为约束条件,推导了伴生运动的解析表达式,仿真结果表明:越靠近工作空间的边缘部位,末端伴生位移、转角的绝对值越大。通过将末端位置逆解转化为各支链的绝对杆长,推导了末端位置逆解的解析解的计算模型,仿真结果表明:末端沿、绕任意独立坐标轴的运动为所有主动支链驱动参数的非线性...  (本文共85页) 本文目录 | 阅读全文>>

中北大学

一种大摆角五轴联动混联机床的构型设计及性能分析

和传统的串联机床对比,并联机床有较高的刚度重量比、响应速度快、加工精度也比普通的机床要高、而且它的柔性较好,同时也具有机构工作空间狭小、灵活程度低、加工范围窄的缺点,因而在一定程度上阻碍了其在工程领域的应用和发展。混联机床兼有并、串联机床的优点,同时也避免了各自构型的劣势,已成为并联机床未来发展的一种趋势。考虑到并联机构与串联机构在构型方面有着对偶的关系,将二者进行合理的组合,提出一种由空间三自由度并联机构和二自由度运动平台构成的混联机构新构型,并将该构型作为机床的本体构建了一种大摆角五轴联动混联机床,在此基础上,对其运动学、动力学以及误差精度等工作性能进行了深入的研究与分析,解决了现有并/混联机床在保证刚度前提下刀具摆角受限的问题,有效拓展了刀具的工作空间。主要研究内容如下:1、对大摆角五轴联动混联机床的构型设计进行了分析。针对传统并联机构在高刚度下摆角受限的缺点,提出一种由空间三自由度混联机构和二自由度运动平台构成的五轴联动...  (本文共95页) 本文目录 | 阅读全文>>