韩先国[1]2002年在《并联机床相关理论及设计方法研究》文中进行了进一步梳理并联机床是90 年代中期问世的新型数控加工设备,同传统结构形式的数控机床相比具有许多优点,但是由于并联机床的出现才不过几年的时间,还有许多理论和技术问题有待攻克。本文紧密围绕并联机床的设计,对并联机床的相关理论和设计方法进行了深入的研究。由于少自由度机构有着与6 自由度Stewart 机构不同的运动学性质,需要首先确定其运动特性。本文首先采用螺旋和反螺旋理论分析了3-PSS 并联机构的运动特性,得出其动平台受到叁个线性无关反螺旋力偶的约束,限制了其叁个转动自由度,只能具有叁个平动自由度。在此基础上,结合其位置方程,将3-PSS 并联机构简化为一简单的等效机构,从而得到其位置正解的解析解。对于6-SPS 位置正解,本文基于路径跟踪原理,提出了预估-校正法。采用该方法针对一组杆长,通过选择不同初值,可找出3-6 式Stewart 并联机构的所有16 组位置正解。本文还将并联机构的每一正解定义为一个构型,机构只能在一构型空间中运动。对于奇异性,本文提出并联机构产生奇异的原因为位置存在多解性,奇异应分布在不同构型空间交界上的新观点。为此,在位置正解的基础上,验证了所有中外已发现的着名Stewart 平台机构奇异,结果均是不同构型空间的交界。随后分析了Stewart 的奇异曲面,并给出了其姿态奇异曲面的分布特征。通过对6-PSS 并联机构的奇异进行分析,得出奇异复杂性与位置正、反解复杂性是一致的结论。最后还分析了结构参数对奇异性的影响关系。并联机构的设计需要满足多项性能指标要求:如工作空间,灵活度等。本文采用快速极坐标搜索法确定6-PSS 并联机构工作空间边界,并总结了工作空间边界的特征。并联机构的灵活度是反映并联机构速度和承载力的综合传动性能,也是并联机床结构参数设计所需考虑的重要因素,可以用雅可比矩阵条件数来衡量。本文分析了6-PSS 并联机
屠凤莲[2]2006年在《2-PRR并联机床的设计理论及方法研究》文中进行了进一步梳理二十世纪六十年代,Stewart平台被发明出来并用于飞行模拟器,九十年代,Stewart平台结构被用于机床设计中,一些并联机床的样机相继在美、日、俄等国问世,我国也研制出并联机床样机,但少自由度并联机床尚有很多问题没有解决。本课题完成了少自由度并联机床的结构设计和精度分析等,为并联机床设计提供了理论依据。 本文在分析了并联机床在国内外的发展历史和研究现状的基础上,对2-PRR并联机构进行了运动分析,并完成了2-PRR并联机床的模块化设计和精度分析,以及对2-PRR并联机床主运动机构的运动仿真。其主要工作和结论如下: 1、回顾并展望了并联机床的研究历史和发展前景,概括了并联机床的结构特点及分类。 2、对2-PRR并联机构进行了运动学分析,建立了该机构的运动学正反解方程。并利用空间模型理论对2-PRR并联机构进行了分析,得出各子区间的尺寸型,避免了奇异位形。 3、采用模块化设计思想,完成了2-PRR并联机床的模块化设计,给出了机床的组合形式,并对2-PRR并联机床的基本形式进行了结构设计,组合成一台叁自由度并联机床。 4、对2-PRR并联机床主运动机构进行了详细精度分析,建立了杆长误差和转动副间隙对末端执行器的影响关系。 5、建立了2-PRR并联机构的仿真模型,验证了该机构的运动情况。 以上的理论研究结论有助于研究人员更好地了解少自由度并联机床的运动性能、工作性能,为少自由度并联机床的进一步研究与开发提供了良好的理论基础。
石宏[3]2005年在《3-TPS混联机床相关控制算法研究》文中研究说明混联机床是针对传统机床和纯并联机床的不足而进行的一种变异设计。它将串联结构与并联结构有机结合，继承了传统机床工作空间大、灵活度大、各轴可独立控制以及易于标定等特点，同时继承了并联机床刚度重量比大、响应速度快、加工精度高、环境适应能力强以及技术含量高等优点，摒弃了纯并联机床和纯串联机床的弊病，使得机床的可重组性、加工能力和加工精度得到有效的提高。 论文对东北大学新设计的3-TPS混联机床的相关控制算法进行了研究，给出了相应的控制算法，具体工作内容如下： 1、研究了基于PC机的开放式数控系统的几种结构，阐述了并联机床开放式数控系统的特点与结构要求以及开放式网络化数控系统的基本结构和应用现状。 2、分析了3-TPS混联机床的结构特点及自由度的计算方法，总结了3-TPS混联机床的位置正、反解算法、机构的输入输出速度算法，分析了影响工作空间的因素。 3、针对复杂零件的加工问题，给出了复杂零件建模时曲线曲面的生成算法。 4、从多轴加工角度考虑，建立了3-TPS混联机床叁轴和五轴加工时刀具轨迹算法的数学模型，并对其相应算法所产生的非线性误差进行了分析计算，同时给出了误差的补偿算法。 5、根据3-TPS混联机床的独特结构和运动特性，建立了3-TPS混联机床在实现叁轴、四轴、五轴加工以及在实现立卧转换加工时的坐标变换方程，并给出了相应加工条件下机床运动控制算法的数学模型，并作了仿真研究。 6、针对3-TPS混联机床的结构特点，建立了该机床在实现叁轴、四轴及五轴加工时的长度补偿算法的模型，同时给出了3-TPS混联机床在实现叁轴和四轴加工时的半径补偿算法，并给出了不同转接条件下转接点坐标值的算法。 7、在分析了3-TPS混联机床插补控制策略的基础上，给出了空间直线和圆弧的插补算法，提出了采用软件控制策略实现粗、精插补的设计思想，提出了采用前加减速控制的速度控制策略。 8、根据并联结构机床具有机器人特征的这一特点，提出了一种基于位移螺旋与Chasles定理的轨迹规划算法。
孙伟[4]2007年在《现代机械产品设计规划及可视优化设计方法研究》文中进行了进一步梳理产品设计是产品开发过程最重要的一个环节,设计效果的好坏会直接影响产品的最终质量。先进而实用的设计理论方法对很好地完成产品设计工作有很大的促进作用,因而备受科研人员和企业界的重视。据不完全统计,目前学者们已经提出了近60种设计方法,这些设计方法对提高产品的设计质量都起到了不同程度的作用。在一个具体的产品设计中,应用所有的设计方法进行设计是不现实的,也是不必要的。现代机械综合设计理论方法在总结现有设计理论方法的基础上,提出了应用产品设计规划、功能优化设计、动态优化设计、智能优化设计、可视优化设计、设计质量检验等主要技术手段来对产品进行设计,以确保和提升产品的广义质量(全部功能与性能)。综合设计理论方法的提出避免了设计方法选择的随意性和不规范性,因而有着重要的意义。目前,对综合设计法总体框架的研究已经较为完善,部分研究成果已经被广大学者和企业界人士所接受。但是,在其理论框架下,一些具体的设计理念、技术和方法还有待进一步深入研究。本文重点研究综合设计法理论框架下的产品设计规划和可视优化设计法,力图通过对这两个环节进行深入研究,来完善产品设计规划和可视优化设计的具体技术或方法。本文的研究工作得到了国家自然科学基金重点项目(编号：50535010)的支持。其研究结论对于综合设计法的进一步丰富以及推广与应用都有着重要意义。具体研究内容如下：对综合设计法的理论框架做了进一步深入研究与概括。详细介绍了产品的广义质量与广义优化两个重要概念。将综合设计法的理论体系按产品设计的流程划分为设计规划、功能优化、技术设计(动态优化设计、智能优化设计、可视优化设计)和设计质量检验四部分。提出创建设计集成平台是应用综合设计方法的重要手段,并给出了设计平台的体系结构,即将平台分为界面层、应用层、技术层和环境层四个层面。在总结和分析与产品设计规划相关研究成果的基础上,提出了3L/8D产品设计规划理论方法,即从设计战略、设计业务、设计质量检验叁个层面,具体包括：设计环境、设计思想、设计目标、设计内容、设计方法、设计过程、设计的潜在问题分析和设计质量评价等8个环节,来对产品设计进行全面规划,以提高设计效率和设计的成功率。对产品设计规划工作进行了细致地研究,提出了产品设计规划各阶段的决策模型及具体的规划方法,从而初步建立了3L/8D设计规划的理论框架,为进一步深入研究产品设计规划提供了参考。围绕3L/8D产品设计规划相关理论,用计算机技术实现了设计规划几个重要环节的辅助规划系统的开发,具体包括创建顾客需求重要度评判系统、顾客的模糊聚类分析系统、设计实例搜索系统、设计任务分解及相关性评判系统、设计质量的模糊评判系统。研究中具体论述了每个系统的功能模块、实现原理和实现过程。以上系统均具有可视化的操作界面,能自动生成相关报告,从而可以辅助产品开发人员快速获得可以指导制定设计规划的决策信息。进行了现代机械可视优化设计方法及实现措施研究。通过对现代机械设计特点的具体分析以及在总结前人研究成果的基础上,确定了可视优化法的研究内涵、研究内容、技术流程、关键技术、研发支撑软件以及具体的应用原则,从而建立了可视优化设计法的理论框架。进一步,对可视优化设计的具体环节,即运动学和动力学状态、工作过程和控制过程、加工制造和装配过程等可视优化的内容和方法也进行了讨论,详细介绍了其原理、目标和方法。在介绍产品设计平台内涵的基础上,重点研究了搭建可视优化设计平台的策略与技术。研究中,提出了可视优化设计平台的体系结构及功能模块。可视优化设计平台,从体系结构上看可以分为4个层次,分别是：技术操作层、主要功能层、辅助功能层和技术支持层。平台按需要可以分为快速建模系统、加工过程可视化仿真系统、装配过程可视化仿真系统、运动学可视化仿真系统等10个功能模块。确立了搭建可视优化设计平台的构建策略,可以概括为16字方针,即“自我评价、追求效益、力求节约、分步实现”。提出了搭建可视优化设计平台的一般流程,包括6个关键步骤,分别是：现场调研、需求分析、制定规划、实际开发、功能测试和投入使用。以东北大学自主研制3-TPT并联运动机床为实例,采用可视优化设计法对其进行了研究。主要对其进行了参数化设计、运动学可视化、动力学可视化、工作过程可视化、装配过程可视化等环节的研究。实践表明,在机械产品设计研发过程中采用可视优化设计技术是行之有效的,且可以提升产品的设计质量。
彭斌彬[5]2002年在《新型五自由度五轴数控并联卧式机床运动学设计方法研究》文中研究表明本文对一种新型五自由度五轴并联卧式数控机床进行了系统地分析。 由于五轴并联机床的运动的特殊性，本文提出一种双平行四边形机构用于理解其运动。通过分析并联机床的可操作性，发现了并联机床具有两个特性：一致性和对称性，并从并联机床的结构特点解释了产生这两特性的原因，这两个特性极大地方便了我们对新型五自由度五轴并联卧式数控机床的分析。 基于对机器人运动的工作空间的重新定义，本论文提出了一套并联机床的设计方法，并用该方法确定了并联机床的一些结构参数。同时利用机床的一致性特性和重新定义的机器人工作空间的概念，采用一种新的方法描述了并联机床的工作空间，得到了很多具有实用价值的工作空间分布图。 通过分析并联机床的奇异位形，发现其奇异位形也具有一定的特性，利用这些特性，可以大大减少对并联机床奇异位形分析的工作量。 由于铰链约束的存在，论文中讨论了几种铰链的安装方式，同时还提出一些新型铰链结构用于改善传统的铰链结构。最后建立了一个支链间干涉模型，对并联机床的支链干涉情况进行了分析。
鲁岩[6]2017年在《一种大摆角五轴联动混联机床的构型设计及性能分析》文中认为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,提出一种由空间叁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,提出一种由空间叁自由度混联机构和二自由度运动平台构成的五轴联动混联机床构型,运用螺旋理论对机构的运动原理及其自由度进行了分析,利用一种基于螺旋系线性相关性和约束反螺旋概念的判别法对各个驱动杆件的驱动合理性进行了判别。结果表明,本文提出的大摆角五轴联动混联机床的构型,可实现五自由度运动,且结构合理、并联模块属于少自由度的构型,各杆件运动驱动合理。2、对大摆角五轴联动混联机床的运动学性能进行了研究。首先运用闭环矢量法对并联模块进行运动学建模,对刀具位姿参数进行解耦性分析,获得了其位置逆解,在此基础上,分别运用数值法和神经网络法分析机床驱动角的位置正解,基于运动影响系数对速度和加速度进行运动学仿真分析,采用数值搜寻法,以位置逆解为条件来求得机床刀具加工的空间。通过mat lab数值算例,对以上结果进行了仿真分析验证。研究表明,该机床的加工稳定性良好,工作空间相对较大,摆角可达(7)-40~90(8)??范围,且加工过程中未发生奇异点现象。3、对大摆角五轴联动混联机床的动力学性能进行研究。以驱动分支运动和动平台运动之间的映射关系为基础,采用凯恩方法分别对各个驱动杆件和动平台进行动力学建模给出了机床并联模块的动力学方程,对凯恩方程进行求解分析。运用Adams、mat lab等仿真软件对机床进行动力学模拟仿真研究,分析机床各个驱动杆件以及动平台的受力情况,验证了理论分析的准确性。研究表明机床各个驱动杆受力合理,动平台工作性能良好。4、对大摆角五轴联动混联机床虚拟样机的操作误差进行研究与分析。将机床并联模块的各个驱动支链作为假定的单开支链,采用误差独立作用原理建立并联模块的误差模型,求出杆长误差、滑块上铰接点位置误差、动平台铰接点位置误差与机床动平台位置误差的映射关系。经过对模拟仿真算例的运算,分析误差影响因子对机床动平台运动精度的影响规律。结果表明,该机床的结构及其尺寸参数符合机械加工的精度需要,动平台的输出误差处于合理范围,该误差模型的创建为该机床的结构优化设计以及误差补偿提供了理论依据。
邱焕仁[7]2008年在《一种叁并联万向腕关节的理论研究》文中进行了进一步梳理并联机构所具有的一系列优点,如刚度高、承载能力强、动态性能好、速度快和结构简单等,引起了国际上的广泛关注,并给予了大量的研究。它是机器人和数控机床发展进化的方向之一。然而,并联机构同时又受到数学模型复杂而难于实现快速的实时控制、机构工作空间相对较小、铰链自身存在间隙和接触刚性差等问题的制约,使得大多数并联机构的研究都停留在原理样机阶段,难于实现产业化。尽快解决应用中所面临的关键瓶颈技术问题,在某些局部领域实现并联机构应用的突破并实现产业化具有十分重要的意义。本文提出一种基于变型万向节的叁并联万向腕关节。它的机械结构决定了其具有较大的工作摆角,并且末端执行器(万向节的输出端)在自转的同时可以靠两个并联杆驱动运动平台而获得所需的工作位姿。因此,本机构既可以应用于机器人的腕关节,又可以应用于数控机床的工作头。本机构研究的目的就是针对目前阻碍并联机构广泛应用的一些关键问题,推出一种新型的并联机构进行理论和实验研究,以寻求并联机构应用的有效途径,为并联机床(机器人)产品化提供理论基础和关键技术,推动制造装备技术的发展。首先,本文通过查阅大量国内、外相关文献,对并联机构在国内、外的发展现状和趋势,优缺点等进行了详细的综述。阐述了本课题的研究意义。其次,对本机构进行了相关理论的研究。建立了机构的矢量运动学模型,推导了机构的雅可比矩阵,分析了机构的输入、输出速度以及加速度关系,并且对并联杆的速度、加速度进行了详细分析；运用虚位移原理,建立了机构静力学模型,阐明了机构外力、驱动力以及自身重力之间的关系；运用拉格朗日方程,首次推导了机构动力学模型；以机构静力学研究和刚度理论为基础,首次推导了机构静刚度模型,得到机构刚度矩阵,运用机构刚度矩阵条件数,分析得到机构的刚度性能；首次通过分析机构质量矩阵,研究机构的动力学特性；首次通过分析重力系数,研究了机构的重力特性。最后,还基于UG对机构进行了叁维实体模型设计、机构叁维运动仿真；基于MATLAB语言的机构静力学、静刚度、机构重力特性、机构动力学特性的仿真和基于MATLAB/Simulink的机构运动学、动力学仿真；并且对机构进行详细的结构设计,绘制机构二维装配图,零件图。
左扣成[8]2005年在《3-TPT型并联机床的误差分析与仿真》文中认为并联机床(PMT，Parallel Machine Tool)是世界上近年来逐渐兴起的一种新型制造装备。由于其具有刚度质量比大、移动速度快、易于实现模块化设计、制造成本低等优势，已经成为新一代机床发展的重要方向。本文以东北大学研制的3-TPT并联机床为研究对象，对其结构特点、运动学问题、运动性能、误差以及仿真等方面进行分析研究，为其进一步的运动学标定和误差补偿提供必要的理论依据。具体内容如下： 1) 对所研究的3-TPT型并联机床的结构特点和运动学问题进行了详细的分析。其中包括并联机床的机构组成和自由度分析，位置正解和反解的分析与仿真，雅可比矩阵的计算，速度和加速度正解和反解的分析与仿真。 2) 分析了3-TPT型并联机床的工作空间、奇异性、可操作度和灵巧性等指标。对机构在工作空间内的奇异性和灵巧性进行分析可知工作空间内无奇异形位和不定形位，具有良好的可操作性和灵巧性。 3) 对3-TPT型并联机床的误差进行了详细的分析和仿真。介绍了并联机床误差的基本分类和影响并联机床加工精度的误差来源。接着指出并联机床精度分析的关键是建立动平台位置误差模型，并提出并联机床误差模型的建立思想。分别依照矩阵法和误差独立作用原理建立了3-TPT型并联机床的误差模型。对杆长误差和铰链间隙误差进行了随机抽样，利用蒙特卡洛方法分析了杆杆长误差和铰链间隙误差对动平台的位置误差的影响。仿真结果表明，动平台在工作空间内位置综合误差较小，杆长误差对动平台位置综合误差的影响小于铰链间隙误差对动平台位置综合误差的影响。 4) 利用Pro／ENGINEER和ADAMS软件对机床进行了叁维运动仿真研究。通过仿真验证了机床的工作原理、工作空间的大小和形状以及机构的运动学模型，检查了机构的干涉情况，考察了虎克铰的转角范围。
张天[9]2010年在《基于二并联螺旋面钻尖刃磨机床的理论分析及其运动轨迹仿真》文中研究说明螺旋面钻头应用广泛,它的特点是具有较好的自动定心性作用,可提高钻孔精度,减少精加工工序余量,并且降低轴向钻削力,提高了耐用度,非常适合用于数控机床。并联机床由于其本身具有刚度高、承载能力强、动态性能好、速度快和结构简单等诸多优点,可以通过数控程序、机床伺服控制实现完成对刀具的刃磨。课题提出的二并联螺旋面钻尖刃磨机床只需二轴联动即可实现螺旋面钻尖刃磨。随着计算机软、硬件技术的发展,利用计算机技术来对并联机床在空间上进行运动轨迹仿真已成为行之有效的方法。运用仿真技术进行诸如参数设置,调试等工作可以提高效率,节省成本。近年来发展起来的虚拟仿真技术可以实现叁维环境的建立和与外界实时的交互,其越来越多地应用在并联机床仿真领域中。为了给此二并联机床的控制系统的建立打下坚实的基础,在对其做出必要的运动学理论分析前提下,运用VRML(虚拟现实建模)语言创建虚拟环境和二并联机床的叁维模型,利用脚本语言JavaScript设计开发一个基于网页(HTML)的交互式虚拟仿真平台。该平台提供友好界面,使用户能够便利的选取各个功能模块,控制二并联机床各构件在叁维虚拟场景中运动,实现二并联机床的运动轨迹仿真,可以直观地观察机构的运动情况和存在的问题。基于创建的叁维虚拟环境,仿真系统可从不同角度观察二并联机床各构件的运动过程,操作者容易获得沉浸感。通过与机床刃磨机理以及实体样机的轨迹曲线进行对比,证明课题基于二并联刃磨机床的运动轨迹仿真是可行的,且效果是令人满意的。由于仿真系统开发灵活且平台通用,扩展性好,随着网络在各个领域的日益渗入,易于移植、可扩展是本系统的一大优势。
李庆龄[10]2006年在《5-UPS/PRPU并联机床的动态特性分析》文中认为随着科技的进步,现代机床向高刚度、高速度、高精密、轻量化方向发展,其构件的弹性变形所引起的误差已不容忽视,单纯的刚体动力学分析已不能满足现代工业的要求。因此以弹性体为分析对象的动态特性分析成为机床研究中的一个重要分支。动态特性是评价机床性能的重要的指标,动态特性的指标也是结构优化的参考依据,因而动态特性在并联机床研究中占有重要的地位。 本文以5-UPS/PRPU并联机床为研究对象,用D-H法对PRPU分支的运动学特性做了简要分析,求解了机床的运动学反解。运用拉格朗日方程建立了机床的刚体动力学数学模型。 参照并联机床结构,通过适当的简化和等效处理,利用ANSYS软件建立并联机床的叁维空间几何模型。用叁维实体单元对机床几何模型进行离散化处理,通过定义合理的运动副来描述机床各部件的相对运动,从而得到一种有效的并联机床有限元模型。 以有限元理论为依据对5-UPS/PRPU并联机床的有限元模型进行模态分析,求得并联机床的固有频率和固有振型。针对计算结果进行分析说明,找出机床结构的薄弱环节,总结了机床的动态特性。 采用实验模态分析理论,用锤击试验的方法获取并联机床的低阶频率和主振型,对测试和计算中的影响因素进行了详细分析。将动态测试结果与仿真计算结果分析对比,从而验证有限元模型的有效性。
参考文献：
[1]. 并联机床相关理论及设计方法研究[D]. 韩先国. 北京航空航天大学. 2002
[2]. 2-PRR并联机床的设计理论及方法研究[D]. 屠凤莲. 河北工业大学. 2006
[3]. 3-TPS混联机床相关控制算法研究[D]. 石宏. 东北大学. 2005
[4]. 现代机械产品设计规划及可视优化设计方法研究[D]. 孙伟. 东北大学. 2007
[5]. 新型五自由度五轴数控并联卧式机床运动学设计方法研究[D]. 彭斌彬. 燕山大学. 2002
[6]. 一种大摆角五轴联动混联机床的构型设计及性能分析[D]. 鲁岩. 中北大学. 2017
[7]. 一种叁并联万向腕关节的理论研究[D]. 邱焕仁. 东北大学. 2008
[8]. 3-TPT型并联机床的误差分析与仿真[D]. 左扣成. 东北大学. 2005
[9]. 基于二并联螺旋面钻尖刃磨机床的理论分析及其运动轨迹仿真[D]. 张天. 东北大学. 2010
[10]. 5-UPS/PRPU并联机床的动态特性分析[D]. 李庆龄. 燕山大学. 2006
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