一種3-UPS混聯(lián)機(jī)床動(dòng)態(tài)性能的研究.pdf

1、數(shù)控機(jī)床裝備水平?jīng)Q定國(guó)家的制造能力，具有許多明顯優(yōu)點(diǎn)的并聯(lián)機(jī)床是數(shù)控機(jī)床發(fā)展進(jìn)化的方向之一。并聯(lián)機(jī)床因其為閉環(huán)機(jī)構(gòu)鏈，理論上具有剛度好、精度高和配置多樣等優(yōu)勢(shì)，在制造領(lǐng)域具有很廣泛的應(yīng)用前景。其中，少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為重要構(gòu)型已成為制造裝備領(lǐng)域令人十分關(guān)注的熱點(diǎn)前沿。 目前世界各國(guó)對(duì)并聯(lián)機(jī)床的研發(fā)總體上仍處研究、試制和試用階段。與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)對(duì)并聯(lián)機(jī)床理論、設(shè)計(jì)與應(yīng)用等方面的關(guān)鍵技術(shù)研究仍有較大差距，我國(guó)已研究問(wèn)世的大多數(shù)并聯(lián)

2、機(jī)床均存在動(dòng)態(tài)剛度和加工精度相對(duì)較低的共同問(wèn)題。因此，利用現(xiàn)有技術(shù)有效的分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)性能、對(duì)機(jī)床的工作能力進(jìn)行合理評(píng)價(jià)，尋求提高機(jī)床動(dòng)態(tài)性能的有效解決途徑，成為并聯(lián)機(jī)床研究中一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。 本文針對(duì)一種新型3-UPS混聯(lián)機(jī)床的機(jī)構(gòu)構(gòu)型、運(yùn)動(dòng)性能、動(dòng)力學(xué)和動(dòng)態(tài)性能等方面進(jìn)行了比較深入的研究。 (1)在機(jī)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，本文將3-UPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)分解為3條UPS主動(dòng)鏈和1條平行從動(dòng)約束鏈。以雅可比條件數(shù)作為機(jī)構(gòu)

3、運(yùn)動(dòng)性能衡量指標(biāo)，對(duì)3-UPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)的分析表明：含有從動(dòng)約束鏈的3-UPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)，可操作性能不僅取決于主動(dòng)鏈性能，同時(shí)還受約束鏈運(yùn)動(dòng)性能的影響，用作測(cè)量的約束鏈對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)可操作性能的影響要大于主動(dòng)鏈產(chǎn)生的影響； (2)以機(jī)構(gòu)靜剛度和剛度雅可比矩陣條件數(shù)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)工作空間不同截面的機(jī)構(gòu)剛度分析表明：機(jī)床在工作空間內(nèi)，剛度變化平穩(wěn)，無(wú)突變，有利于保證加工過(guò)程穩(wěn)定性；3-UPS機(jī)構(gòu)具有一般并聯(lián)機(jī)構(gòu)所具有的承載能力強(qiáng)，支鏈變形對(duì)

4、機(jī)構(gòu)執(zhí)行端無(wú)累積等優(yōu)點(diǎn)；機(jī)構(gòu)靜剛度存在對(duì)稱(chēng)性和較強(qiáng)的方向性，在主要受力方向上整機(jī)剛度遠(yuǎn)大于支鏈剛度，機(jī)床布局方式適合于機(jī)械加工，有利于提高加工精度； (3)以多體動(dòng)力學(xué)方法對(duì)3-UPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模研究，采用拉格朗日法分別對(duì)3-UPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)子結(jié)構(gòu)建立了動(dòng)力學(xué)模型，并根據(jù)子結(jié)構(gòu)間的約束關(guān)系建立了對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)約束方程，進(jìn)而獲得了3-UPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)多體動(dòng)力學(xué)模型； (4)基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的并聯(lián)機(jī)床多體動(dòng)力學(xué)建模方法易于

5、針對(duì)不同的設(shè)計(jì)要求及初始條件進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)3-UPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)虛擬樣機(jī)模型的動(dòng)力學(xué)及動(dòng)態(tài)性能等問(wèn)題的研究，確定了影響機(jī)床動(dòng)態(tài)性能的薄弱環(huán)節(jié)，針對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)過(guò)程中構(gòu)件受力彈性變形所引起的動(dòng)態(tài)誤差提出了補(bǔ)償方法； (5)創(chuàng)新性地提出了在約束鏈關(guān)節(jié)增設(shè)剛度和阻尼控制器來(lái)改善機(jī)床動(dòng)態(tài)性能的辦法，并對(duì)不同的控制方案進(jìn)行了對(duì)比分析。分析結(jié)果表明，將阻尼控制器布置在模態(tài)分析確定的薄弱構(gòu)件鉸節(jié)點(diǎn)位置，可明顯改善機(jī)床局部薄弱環(huán)節(jié)的固有特性，并提高機(jī)