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基本信息
- 項目名稱：
- 三桿并聯(lián)機床研究
- 小類：
- 機械與控制
- 簡介：
- 該機構(gòu)由上、下平臺、軸向可調(diào)的六根伸縮桿、控制系統(tǒng)及軟件組成。通過軟件控制電機改變伸縮桿的伸縮協(xié)調(diào)來實現(xiàn)主軸的位置和姿態(tài)以滿足刀具軌跡需要。
- 詳細(xì)介紹：
- 3-TPT并聯(lián)機床是由東北大學(xué)首次提出的一種新型三桿三自由度并聯(lián)機構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單，運動學(xué)和動力學(xué)正反解計算簡單、易于實現(xiàn)實時控制及作業(yè)空間大等優(yōu)點。該機構(gòu)有活動平臺、固定平臺、平行機構(gòu)和驅(qū)動桿等幾部分組成。三根并聯(lián)安裝的驅(qū)動桿和平行機構(gòu)將活動平臺連接在固定的平臺上。每個驅(qū)動桿兩端分別用虎克鉸T和固定平臺及活動平臺連接。通過改變各驅(qū)動桿的長度，可以調(diào)整活動平臺的位置。移動副P由電機驅(qū)動的絲杠組成，承受外力；由從動平臺和支撐桿組成的平行機構(gòu)限制三個轉(zhuǎn)動自由度，承受外力矩。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 為了解決并聯(lián)機床運動學(xué)與動力學(xué)仿真過程中的問題，本文基于國內(nèi)外并聯(lián)機床的研究現(xiàn)狀，深入探討了3-TPT并聯(lián)機床的運動學(xué)，動力學(xué)理論，其中對作用空間的計算和機床的虛擬裝配有推廣價值。 首先，分析機構(gòu)的基本構(gòu)成，計算自由度，研究確定其基本運動形式；接著數(shù)學(xué)推導(dǎo)建立運動方程，用Matlab進(jìn)行仿真計算，確定其最大工作空間。運用雅可比矩陣計算活動平臺的速度和加速度；最后用Pro/E進(jìn)行簡單的模擬裝配。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨特之處
- 本文的理論計算嚴(yán)格按照機械原理和數(shù)學(xué)理論推導(dǎo)，并運用Matlab軟件編程求解，保證了結(jié)果的嚴(yán)謹(jǐn)性和科學(xué)性。三自由度并聯(lián)機床是當(dāng)前應(yīng)用研究中的熱點，與傳統(tǒng)機床及多自由度并聯(lián)機床相比具有結(jié)構(gòu)簡單剛度大、控制方便、加工精度高、造價低等優(yōu)點。尤其是本文在研究機床運動學(xué)理論中巧妙的應(yīng)用其運動學(xué)方程確定了3-TPT并聯(lián)機床的最大作業(yè)空間，隨后運用Pro/E進(jìn)行虛擬裝配，該研究思路也值得同類課題借鑒。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 并聯(lián)機床，具有高剛度、高精度以及良好的動態(tài)特性等優(yōu)點。對機床制造、設(shè)計、理論研究和整個制造業(yè)必將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。本課題深入研究了3-TPT并聯(lián)機床的運動學(xué)、作業(yè)空間，對三桿并聯(lián)機床進(jìn)行三維實體建模、整機的裝配，為我國現(xiàn)代并聯(lián)機床的設(shè)計和制造提夠了理論基礎(chǔ)和技術(shù)指導(dǎo)，對我國發(fā)展豐富并聯(lián)機床的理論和技術(shù)，具有重大的意義，同時對形成多種系列產(chǎn)品和高科技產(chǎn)業(yè)，具有社會效益、實際使用價值和產(chǎn)業(yè)意義。
學(xué)術(shù)論文摘要
- [1]陳文家，王洪光，房立金.并聯(lián)機床的發(fā)展與展望 [2]盛忠起，姚群，蔡光起.并聯(lián)機床研究 [3]孫希龍，蔡光起. 三桿并聯(lián)機器人計算機仿真研究 [4]邱志成，張紅，趙明揚.新型無坐標(biāo)并聯(lián)機床的機構(gòu)學(xué)及運動學(xué) [5] 姚 東，王愛民，馮 峰. Matlab命令大全 [6] 黃忠霖， 黃 京. Matlab符號運算及其應(yīng)用
獲獎情況
- 1、趙恒華?；赟tewart平臺虛軸機床運動學(xué)仿真研究，《撫順石油學(xué)院學(xué)報》，2000、243-47 2、趙恒華；唐曉初；王墅。三自由度虛擬軸機床作業(yè)空間研究，《石油化工高等學(xué)校學(xué)報》，2002、1，pp51-54 3、程仙國，趙恒華，高興軍。并聯(lián)機床的研究現(xiàn)狀與發(fā)展，機械制造與自動化，總第190期，2007.3：8-10 4、程先國，趙恒華.基于Matlab對3-TPT并聯(lián)機床的運動學(xué)仿真，2008，1期：19-22 5、李經(jīng)偉，趙恒華。并聯(lián)焊接機器人虛擬樣機設(shè)計，焊接技術(shù)，第38卷第1期2009.1：44-46
鑒定結(jié)果
- 無
參考文獻(xiàn)
- [1] 顧玲，管榮根．基于卡爾曼濾波數(shù)據(jù)融合的并聯(lián)機床動態(tài)定位方法[J]．機械工程學(xué)報，2007，43(7)：195–201． [2] 李強，閆洪波，張玉寶．并聯(lián)機床發(fā)展的歷史、研究現(xiàn)狀與展望[J]．機床與液壓，2007，35(3)：206–209． [3] 高建設(shè)，程麗，趙永生．新型 5自由度并聯(lián)機床運動學(xué)自標(biāo)定研究[J]．計算機集成制造系統(tǒng)，2007，13(4)： 738–743． [4] 劉遠(yuǎn)偉，吳海兵．并聯(lián)機床加工性能的實驗研究[J]．機械科學(xué)與技術(shù)，2008，27(5)：625–627． [5] 陳靜，劉強．基于遺傳算法的新型2一DOF并聯(lián)機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[J]．機械設(shè)計，2008，25(2)：21–24．
同類課題研究水平概述
- 2000 年前后，并聯(lián)機床的研究由理論研究和實驗室試驗，逐漸向?qū)嵱没?、產(chǎn)業(yè)化過渡，各種結(jié)構(gòu)形式的并聯(lián)機床相繼面世，并被應(yīng)用于各種領(lǐng)域。在德國漢諾威歐洲機床展覽會(EMO’2001)上，展出的并聯(lián)機床主要有Starrag-Heckert公司德國Heckert工廠的SKM400三桿臥式加工中心，德國 ECKELMAHO公司的三桿加工中心TriCenter，法國 RA 公司的URANE SX 三桿并聯(lián)臥式機床。 從目前收集到的資料來看，國外新型并聯(lián)機床的進(jìn)給速度一般在30～100m/min之間，最高加速度一般在4.5～20m/s2之間(一些實驗機型可達(dá)3.5～5g)，定位精度一般在l0m左右，高的可達(dá)4m，重復(fù)定位精度一般在5m左右，高的可達(dá)1m。 國外的并聯(lián)機床發(fā)展至今，已不僅僅停留在實驗型樣機階段，眾多的公司、研究機構(gòu)已經(jīng)成功地開發(fā)了商品化的模型甚至產(chǎn)品，這些改進(jìn)型并聯(lián)機床雖然與高精度的傳統(tǒng)機床相比還有一定的差距，但已經(jīng)基本達(dá)到一般傳統(tǒng)機床的性能指標(biāo)，初步進(jìn)入了實用化階段。 在新世紀(jì)，北京中國國際機床展 CIMT’2001 上，有4臺并聯(lián)機床展出：哈爾濱工業(yè)大學(xué)與哈爾濱量具刃具廠聯(lián)合研制的商品化 BLJ-I 型并聯(lián)機；清華大學(xué)與昆明機床廠聯(lián)合研制的6自由度五軸數(shù)控鏜銑并聯(lián)機床 XNZ63；北京航空航天大學(xué)研制三自由度并聯(lián)磨床；中科院沈陽自動化所研制龍門式五自由度并聯(lián)機床；國防科技大學(xué)和香港科技大學(xué)聯(lián)合研制的銀河-2000 六自由度并聯(lián)機床；北京理工大學(xué)的六自由度變軸數(shù)控并聯(lián)機床BKX-I；西安理工大學(xué)與秦川機床聯(lián)合研制六軸混聯(lián)龍門式機床6PM2；西安交通大學(xué)與漢江機械廠聯(lián)合研制的八軸八聯(lián)動混聯(lián)機床，河北工業(yè)大學(xué)研制五自由度數(shù)控臥式并聯(lián)機床 DOG-I；燕山大學(xué)的繼六自由度并聯(lián)機器人樣機 ，又在2003年推出的新型五自由度并聯(lián)機床。 根據(jù)我們調(diào)研所掌握的情況看，東北大學(xué)蔡光起教授主持研制的專門用于鋼坯修磨的并聯(lián)機器人化機床，有效地解決了我國鋼坯修磨的難題，克服了鋼坯修磨極度的惡劣作業(yè)環(huán)境，代替了人的體力勞動，并且生產(chǎn)效率很好，是我國并聯(lián)機床成功的典范。還有，哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的小型并聯(lián)機床，已經(jīng)在哈爾濱量具刃具廠成功使用，生產(chǎn)效率高，加工質(zhì)量好，在我國產(chǎn)生了極好的影響。對我國并聯(lián)機床的研究工作起到了極大的推動作用。
