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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 三桿并聯(lián)機(jī)床研究
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 簡介：
- 該機(jī)構(gòu)由上、下平臺(tái)、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(jī)改變伸縮桿的伸縮協(xié)調(diào)來實(shí)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(jī)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(jī)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)正反解計(jì)算簡單、易于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制及作業(yè)空間大等優(yōu)點(diǎn)。該機(jī)構(gòu)有活動(dòng)平臺(tái)、固定平臺(tái)、平行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)桿等幾部分組成。三根并聯(lián)安裝的驅(qū)動(dòng)桿和平行機(jī)構(gòu)將活動(dòng)平臺(tái)連接在固定的平臺(tái)上。每個(gè)驅(qū)動(dòng)桿兩端分別用虎克鉸T和固定平臺(tái)及活動(dòng)平臺(tái)連接。通過改變各驅(qū)動(dòng)桿的長度，可以調(diào)整活動(dòng)平臺(tái)的位置。移動(dòng)副P由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的絲杠組成，承受外力；由從動(dòng)平臺(tái)和支撐桿組成的平行機(jī)構(gòu)限制三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)仿真過程中的問題，本文基于國內(nèi)外并聯(lián)機(jī)床的研究現(xiàn)狀，深入探討了3-TPT并聯(lián)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)，動(dòng)力學(xué)理論，其中對作用空間的計(jì)算和機(jī)床的虛擬裝配有推廣價(jià)值。 首先，分析機(jī)構(gòu)的基本構(gòu)成，計(jì)算自由度，研究確定其基本運(yùn)動(dòng)形式；接著數(shù)學(xué)推導(dǎo)建立運(yùn)動(dòng)方程，用Matlab進(jìn)行仿真計(jì)算，確定其最大工作空間。運(yùn)用雅可比矩陣計(jì)算活動(dòng)平臺(tái)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(dú)特之處
- 本文的理論計(jì)算嚴(yán)格按照機(jī)械原理和數(shù)學(xué)理論推導(dǎo)，并運(yùn)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(jī)床是當(dāng)前應(yīng)用研究中的熱點(diǎn)，與傳統(tǒng)機(jī)床及多自由度并聯(lián)機(jī)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(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。尤其是本文在研究機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)理論中巧妙的應(yīng)用其運(yùn)動(dòng)學(xué)方程確定了3-TPT并聯(lián)機(jī)床的最大作業(yè)空間，隨后運(yùn)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(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 并聯(lián)機(jī)床，具有高剛度、高精度以及良好的動(dòng)態(tài)特性等優(yōu)點(diǎn)。對機(jī)床制造、設(shè)計(jì)、理論研究和整個(gè)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(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)、作業(yè)空間，對三桿并聯(lián)機(jī)床進(jìn)行三維實(shí)體建模、整機(jī)的裝配，為我國現(xiàn)代并聯(lián)機(jī)床的設(shè)計(jì)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(jī)床的理論和技術(shù)，具有重大的意義，同時(shí)對形成多種系列產(chǎn)品和高科技產(chǎn)業(yè)，具有社會(huì)效益、實(shí)際使用價(jià)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(jī)床的發(fā)展與展望 [2]盛忠起，姚群，蔡光起.并聯(lián)機(jī)床研究 [3]孫希龍，蔡光起. 三桿并聯(lián)機(jī)器人計(jì)算機(jī)仿真研究 [4]邱志成，張紅，趙明揚(yáng).新型無坐標(biāo)并聯(lián)機(jī)床的機(jī)構(gòu)學(xué)及運(yùn)動(dòng)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(yùn)算及其應(yīng)用
獲獎(jiǎng)情況
- 1、趙恒華?；赟tewart平臺(tái)虛軸機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真研究，《撫順石油學(xué)院學(xué)報(bào)》，2000、243-47 2、趙恒華；唐曉初；王墅。三自由度虛擬軸機(jī)床作業(yè)空間研究，《石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)》，2002、1，pp51-54 3、程仙國，趙恒華，高興軍。并聯(lián)機(jī)床的研究現(xiàn)狀與發(fā)展，機(jī)械制造與自動(dòng)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(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，2008，1期：19-22 5、李經(jīng)偉，趙恒華。并聯(lián)焊接機(jī)器人虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)，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(jī)床動(dòng)態(tài)定位方法[J]．機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2007，43(7)：195–201． [2] 李強(qiáng)，閆洪波，張玉寶．并聯(lián)機(jī)床發(fā)展的歷史、研究現(xiàn)狀與展望[J]．機(jī)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(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)自標(biāo)定研究[J]．計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2007，13(4)： 738–743． [4] 劉遠(yuǎn)偉，吳海兵．并聯(lián)機(jī)床加工性能的實(shí)驗(yàn)研究[J]．機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2008，27(5)：625–627． [5] 陳靜，劉強(qiáng)．基于遺傳算法的新型2一DOF并聯(lián)機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]．機(jī)械設(shè)計(jì)，2008，25(2)：21–24．
同類課題研究水平概述
- 2000 年前后，并聯(lián)機(jī)床的研究由理論研究和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，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(jī)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(jī)床展覽會(huì)(EMO’2001)上，展出的并聯(lián)機(jī)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(jī)床。 從目前收集到的資料來看，國外新型并聯(lián)機(jī)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(shí)驗(yàn)機(jī)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(jī)床發(fā)展至今，已不僅僅停留在實(shí)驗(yàn)型樣機(jī)階段，眾多的公司、研究機(jī)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(jī)床雖然與高精度的傳統(tǒng)機(jī)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(jī)床的性能指標(biāo)，初步進(jìn)入了實(shí)用化階段。 在新世紀(jì)，北京中國國際機(jī)床展 CIMT’2001 上，有4臺(tái)并聯(lián)機(jī)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(jī)；清華大學(xué)與昆明機(jī)床廠聯(lián)合研制的6自由度五軸數(shù)控鏜銑并聯(lián)機(jī)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(dòng)化所研制龍門式五自由度并聯(lián)機(jī)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(jī)床；北京理工大學(xué)的六自由度變軸數(shù)控并聯(lián)機(jī)床BKX-I；西安理工大學(xué)與秦川機(jī)床聯(lián)合研制六軸混聯(lián)龍門式機(jī)床6PM2；西安交通大學(xué)與漢江機(jī)械廠聯(lián)合研制的八軸八聯(lián)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床，河北工業(yè)大學(xué)研制五自由度數(shù)控臥式并聯(lián)機(jī)床 DOG-I；燕山大學(xué)的繼六自由度并聯(lián)機(jī)器人樣機(jī) ，又在2003年推出的新型五自由度并聯(lián)機(jī)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(jī)器人化機(jī)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(dòng)，并且生產(chǎn)效率很好，是我國并聯(lián)機(jī)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(jī)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(jī)床的研究工作起到了極大的推動(dòng)作用。
