基于刚度组集的混联机床的静刚度分析与优化

为了深入研究基于冗余驱动并联机构的混联机床的静刚度,提出一种建立整机刚度模型的方法,这种方法考虑了滚动直线导轨副和轴承的变形.根据刚度组集原理建立整机刚度矩阵,得到整机静刚度分布情况,并讨论了滚动直线导轨对整机静刚度的影响,针对机床薄弱环节,进行结构优化.结果表明: 在一定工作空间内,整机x、 y、 z方向静刚度具有对称性, z向刚度最好, x向刚度最差.滚动直线导轨副对整机刚度影响较大.通过改进某些部件结构提高了整机x向刚度,为此类机床设计和优化提供了理论分析依据.     

重型混联机床XNZH2430的静刚度优化

为了提高机床的承力刚度,用有限元方法来研究了重型混联机床XNZH 2430的静刚度,在UG NX 2.0和AN-SY S 8.0的环境中分别建立了该机床的三维实体模型和有限元模型。计算了该机床在不同位形时承受一定载荷引起的变形位移。计算结果表明,该构型混联机床的x方向刚度较差,是薄弱环节;y方向和z方向刚度较好。为有效提高机床的x方向刚度,对机床某些部件的结构进行了改进。研究结果为该机床的设计和优化提供了依据。     

并联机床的平行机构对其静刚度的影响分析

为了研究机床静刚度对并联机床性能的影响,以东北大学研制的3-TPT并联机床为研究对象,通过对机床静刚度模型的理论分析,得出了机床静刚度的表达式.利用大型有限元分析软件ANSYS,在机床不同的受力条件下对机床主架静刚度和机床整机的静刚度进行仿真分析,指出了机床刚度的薄弱环节以及平行机构对机床整机的影响.分析结果表明:机床的z向刚度远大于水平方向的刚度;机床整机的刚度远大于机架的刚度,平行机构能使机床的刚度成倍增加,随着平行机构所在位置高度的增加,其z向刚度增大.     

并联机床支链刚度及载荷的确定方法

给出了并联机床各支链等效的非线性刚度及栽荷的确定方法。首先建立了考虑关节接触变形的并联机床数值分析模型，然后将实验获得的并联机床末端变形数据引入分析模型中，得到一组关于并联机床支链等效刚度的非线性方程组，并提出了非线性刚度矩阵的线性化求解方法。求得并联机床的支链刚度及栽荷后，将支链视为串联机构，可以进一步获得支链上各关节的刚度和栽荷，为并联机床整机的静态和动态性能分析奠定基础。实例计算结果表明了该方法的有效性。     

机床主轴系统静刚度的可靠性计算

本文利用可靠性理论对机床主轴系统静刚度进行了可靠性计算。结果表明:可靠性因子β直接与机床性能相联系。进行可靠性计算使得设计人员能以要求的可靠度保证机床达到要求的性能.可靠性分析从理论上彻底弄清楚了机床主轴系统静刚度的随机性.     

并联柔性铰机器人的静刚度研究

并联柔性铰机器人是一类具有超精密定位能力的微动操作手,对这类采用非常规运动副的微动机器人,其静刚度在相当程度上决定了机器人的有载定位精度。该文首先通过一系列坐标系的建立和转换,导出终端位姿的摄动位移与柔性铰微变形间的映射关系,进而利用虚功原理提出并联柔性铰机器人的静刚度模型,显示出影响静刚度的主要因素不仅与传动刚度有关还与柔性铰的刚度有关,此外通过该模型研究了静刚度特性,其结果可用于指导机构优化设计。最后,以实例分析了并联柔性铰机器人的静刚度。     

二自由度平移并联机器人空间静刚度分析

为提高一种二自由度平移并联机器人机构静刚度分析的准确度,该文建立了六维空间静刚度模型,并对主刚度及主方向做出评价.考虑机构的驱动刚度、结构刚度和空间外载荷3个因素对整机静刚度产生的影响,对机构的支链和滚珠丝杠进行静力学分析,求出它们的变形.采用虚拟机构法并根据输入输出之间的速度映射关系分别得到支链和滚珠丝杠引起动平台产生的位姿变形,再由小变形叠加原理推导出机构的整体变形.根据空间外力及外力矩与机构整体变形之间的关系,建立机构的整体空间静刚度模型.基于正交变换法,分析机构的最大最小线位移和角位移刚度的特性.研究结果表明该二自由度平面平移并联机器人机构的静刚度是空间六维的,沿导轨轴线方向的静刚度具有各向同性,垂直于导轨轴线方向的静刚度与其位置有关.     

剪力对机床主轴弯曲刚度的影响

本文讨论７在计算短、粗主轴弯曲刚度时，剪力时这一刚度的影响，给出了在计算剪切挠度时，剪切变形在空心主轴截面上不均匀分布系数Ｘ的近似值；作出了（ｙ＿ｓ／ｙ＿ｂ）％－（ａ／Ｄ）（Ｌ／Ｄ）的曲线，从而证明了在计算短、粗主轴弯曲刚度时，不应忽略剪力的影响。     

基于3-TPS混联机床的后置处理算法

介绍了一种新型立卧转换式三杆混联机床3-TPS(RRR)混联机床,对该机床的结构进行了分析.该机床具有工作空间大、立卧转换、五轴联动、五面加工等特点,并具有加工中心的功能.给出了该机床在实现三轴、四轴加工时的坐标变换过程及变换方程,给出了实现三轴、四轴加工时的后置处理算法及数学模型,并对该机床的立式加工和卧式加工两种情况进行了分析,给出了算法和显式方程.     

Stewart并联机床瞬时刚度分析与应用

对并联加工机床的6-6 Stewart并联机构动态加工过程进行了分析,利用螺旋矢量方法建立了机床6-6并联机构刚度数学模型,计算了动态瞬时刚度和刀具的偏移误差,并开发了应用软件,对6-6并联机床结构在多种不同参数变化条件进行了数值模拟.研究结果可为机床精确控制和实时标定提供算法,对优化机构设计、工作空间设计及载荷设计和布置提供理论依据.     

兼顾速度特性的三自由度混联机床尺度设计

以设计高速混联机床为目的,研究了一种两自由度并联机构的设计方法。建立了机构的运动学正逆封闭解方程、作业空间解析解和速度传递方程。根据机床的特点,定义出速度输出率和全域速度输出率指标,明确了机构输入和输出速度与设计参数之间的关系。提出一种兼顾速度和作业空间要求的并联机床尺度设计方法,并进行了具体的设计计算,结果证明该方法可行。基于此并联机构,给出了一台高速三轴混联机床的概念设计。     

并联机床机构的分析

介绍了并联机构的产生、发展及其应用，阐述了并联机床的发展，并对并联机床机构进行了位置、运动及其空间分析。     

并联机床刀位文件生成及后置处理

以6-TPS型并联机床为结构模型,阐述了数控代码生成原理及无干涉刀位文件的生成方法。给出了机床后置处理的公式化描述,建立了后置处理器的系统框架,探讨了后置处理过程中坐标变换和作业空间检验,提出了利用多余自由度优化动平台位姿的策略。研究了通过优化一组刀位文件的综合误差度来确定工件坐标系定位矢量的方法,提出了基于刀轴矢量的Descartes空间插补算法。提出的系统结构及算法已经在多台并联机床开发中得到应用和验证。     

面向并联机床的G代码编程软件的开发

以6-TPS型并联机床为结构模型,阐述了面向并联机床的G代码编程软件的开发思想和软件结构,以及无干涉刀位文件的生成方法．对若干关键技术进行了研究和探讨,包括数值计算、G代码的自动生成和编译、仿真验证、轨迹的插补和干涉校验等。     

六自由度并联机床的工件坐标系定位

以六自由度6-TPS型并联机床为模型,分析了工件坐标系定位对刀具加工范围和运动精度的影响,并据此将工件坐标系定位归结为一类兼顾作业空间和运动精度的有约束非线性规划问题。基于求解非线性规划的复合形法,提出并开发了工件坐标系定位算法,并给出具体的算法流程。这种方法包括确定初始定位矢量、构造定位矢量的初始复合形、建立目标函数和优化计算4部分。最后,针对一组给定的刀位文件,利用上述方法进行了机床的定位规划和计算,验证了算法的合理性和实用性。     

面向机床产品的协同设计支持环境的研究

分析了机床产品对协同设计支持环境的要求和机床产品协同设计支持环境的新特点，从功能体系结构和网络体系结构方面提出了满足机床产品要求的协同设计支持环境的体系结构，并对实现该体系结构的多Agent技术、协同应用技术、协同工具技术、决策支持技术、任务管理和产品开发环境建模技术等进行了研究．在此基础上，开发了机床产品协同设计支持环境的原型系统，为实现一个支持多通道交流的异地同步模式的协同设计支持环境奠定了基础。     

3种用于混联机床并联机构的分析

分析了不同参数条件下3种可用于混联机床的并联机构:Stewart并联机构、动平台共用铰链机构以及中心伸缩杆机构,提出了虚拟工作空间和虚拟最大内接圆半径作为指标评价姿态实现能力.     

3-RRR平面并联机构的刚度特性分析

导出了3-RRR平面并联机构基于守恒协调转换刚度矩阵机构刚度结构位形部分的解析表达式和外力作用影响部分的不完全解析表达式.给出了求机构刚度映射的一般方法,求出了不同参数下3-RRR平面并联机构的刚度映射曲线,并对机构的刚度特性进行了分析和讨论.研究发现,3-RRR平面并联机构的刚度是机构构型的函数,并与驱动力和关节刚度成比例;动平台中心趋于工作空间边界刚度增大,在工作空间的边界附近形成一个刚度较强的环状区域,而在工作空间的内部形成一个刚度较弱的区域.     

新型三自由度并联机床的工作空间分析

针对一种新型三自由度并联机床进行了研究，介绍了其结构布局特点，推导出位置反解方程，建立了结构约束条件，采用数值分析方法绘制出丁工作空间的Z截面边界图以及三维立体图，并定量分析了机构尺寸参数对上作空侧体积大小的影响，这些对该并联机床的合理化设计很有意义。