基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和換刀動作特性的加工中心運(yùn)動方案設(shè)計方法研究.pdf

1、本論文內(nèi)容以圖論和組合理論為基礎(chǔ),運(yùn)用機(jī)構(gòu)配置矩陣、樹圖以及功能分析等方法主要針對四軸、五軸加工中心研究其機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、換刀動作及其運(yùn)動鏈結(jié)構(gòu)。將拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特性、換刀動作特性以及運(yùn)動鏈設(shè)計特點(diǎn)三部分基礎(chǔ)內(nèi)容相融合,提出以加工中心為典型機(jī)構(gòu)的開鏈機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案系統(tǒng)化設(shè)計方法。 首先針對現(xiàn)有的加工中心做廣泛的資料收集和分析整理,以機(jī)構(gòu)配置矩陣和圖論理論分析了加工中心的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和換刀動作,提出拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特性和換刀動作特性。運(yùn)用功能分析法揭示

2、ArC換刀的基本規(guī)律,根據(jù)換刀動作和方向性提出換刀動作類型以及動作順序,作為加工中心動作綜合以及運(yùn)動方案設(shè)計的基礎(chǔ)。 接著利用構(gòu)型碼和形狀創(chuàng)成函數(shù)從機(jī)構(gòu)運(yùn)動鏈的角度研究加工中心運(yùn)動鏈的設(shè)計需求和限制條件,將其同加工中心拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特性以及換刀動作特性相融合并轉(zhuǎn)化為基于樹圖的特殊化規(guī)則以及設(shè)計限制條件,進(jìn)而提出加工中心運(yùn)動方案設(shè)計方法,并以實例詳細(xì)說明設(shè)計方法和設(shè)計步驟,系統(tǒng)地得出加工中心的運(yùn)動方案。 在加工中心運(yùn)動鏈分析過程

3、中,詳細(xì)分析了五軸加工中心的運(yùn)動鏈構(gòu)成類型及不同類型的優(yōu)、缺點(diǎn),并簡單討論了其工作空間問題。本文對加工中心自動換刀裝置的各種換刀時間的計量和標(biāo)示方法也做了詳細(xì)討論,并提出了合理、實用的換刀時間計量和標(biāo)示方法。 本設(shè)計方法的第一步是給出一個或多個合乎設(shè)計需求的現(xiàn)有加工中心機(jī)構(gòu),當(dāng)作設(shè)計的原始機(jī)構(gòu)。分析此類型現(xiàn)有機(jī)構(gòu),并歸納出其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、動作特性和運(yùn)動鏈設(shè)計條件；第二步是根據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)和基于圖論理論的機(jī)構(gòu)樹圖定義,將加工中心機(jī)構(gòu)以樹圖

4、方法來表示；第三步是根據(jù)機(jī)構(gòu)的一般化方法,將具有各種不同機(jī)件和運(yùn)動副的機(jī)構(gòu)樹圖轉(zhuǎn)化成只具有連桿和一般化運(yùn)動副的一般化樹圖；第四步是根據(jù)圖論理論,找出具有所需連桿數(shù)和運(yùn)動副數(shù)的所有樹圖,給出樹圖目錄；第五步是根據(jù)機(jī)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特征和運(yùn)動鏈設(shè)計限制條件所制定出的特殊化規(guī)則,將所需要的連桿類型和運(yùn)動副類型特殊化到每一個樹圖上去,并將不合乎設(shè)計要求的樹圖刪除,從而得到所有的特殊化樹圖；第六步是根據(jù)運(yùn)動以及動作特征所制定的動作設(shè)計程序,將所需的連

5、桿間的相對運(yùn)動形態(tài)分配到每一個可行特殊化樹圖上去,并將不符合設(shè)計需求的機(jī)構(gòu)刪除,最后得到可行的運(yùn)動方案。 根據(jù)本研究所提出的運(yùn)動方案系統(tǒng)化設(shè)計方法,主要以四軸加工中心實例來說明設(shè)計方法的整個過程。得到無換刀臂四軸輪鼓式刀庫加工中心,其七桿和八桿的機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案數(shù)分別為20個和70個,其中的R副可特殊化為A軸或B軸；對于有換刀臂四軸加工中心,其八桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案為74個；九桿有換刀臂四軸加工中心機(jī)構(gòu),工作臺與固定桿間自由度為0,1,2

6、,3,4的機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案分別為80,124,64,26,6個,其中的R副可特殊化為A軸或B軸。對于五軸加工中心可以利用本研究提出的相應(yīng)設(shè)計規(guī)則進(jìn)行運(yùn)動方案的設(shè)計。由本設(shè)計方法所得的機(jī)構(gòu)樹圖,運(yùn)用換刀方向特性以及刀庫的插拔刀動作研究結(jié)果可以得出相同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和相同換刀動作的多種不同結(jié)構(gòu)配置方案。本文簡單探討了加工中心的某些評價、選用標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合其它性能要求本研究結(jié)果對進(jìn)一步研究加工中心的運(yùn)動方案評價優(yōu)選以及布局設(shè)計有重要意義。 本研究所