一種3-UPS混聯機床動態(tài)性能的研究.pdf

1、數控機床裝備水平決定國家的制造能力，具有許多明顯優(yōu)點的并聯機床是數控機床發(fā)展進化的方向之一。并聯機床因其為閉環(huán)機構鏈，理論上具有剛度好、精度高和配置多樣等優(yōu)勢，在制造領域具有很廣泛的應用前景。其中，少自由度并聯機構作為重要構型已成為制造裝備領域令人十分關注的熱點前沿。 目前世界各國對并聯機床的研發(fā)總體上仍處研究、試制和試用階段。與國外相比，國內對并聯機床理論、設計與應用等方面的關鍵技術研究仍有較大差距，我國已研究問世的大多數并聯

2、機床均存在動態(tài)剛度和加工精度相對較低的共同問題。因此，利用現有技術有效的分析機構運動學、動力學性能、對機床的工作能力進行合理評價，尋求提高機床動態(tài)性能的有效解決途徑，成為并聯機床研究中一個亟待解決的問題。 本文針對一種新型3-UPS混聯機床的機構構型、運動性能、動力學和動態(tài)性能等方面進行了比較深入的研究。 (1)在機構分析的基礎上，本文將3-UPS并聯機構分解為3條UPS主動鏈和1條平行從動約束鏈。以雅可比條件數作為機構

3、運動性能衡量指標，對3-UPS并聯機構的分析表明：含有從動約束鏈的3-UPS并聯機構，可操作性能不僅取決于主動鏈性能，同時還受約束鏈運動性能的影響，用作測量的約束鏈對整個機構可操作性能的影響要大于主動鏈產生的影響； (2)以機構靜剛度和剛度雅可比矩陣條件數為評價指標，對工作空間不同截面的機構剛度分析表明：機床在工作空間內，剛度變化平穩(wěn)，無突變，有利于保證加工過程穩(wěn)定性；3-UPS機構具有一般并聯機構所具有的承載能力強，支鏈變形對

4、機構執(zhí)行端無累積等優(yōu)點；機構靜剛度存在對稱性和較強的方向性，在主要受力方向上整機剛度遠大于支鏈剛度，機床布局方式適合于機械加工，有利于提高加工精度； (3)以多體動力學方法對3-UPS并聯機構進行動力學建模研究，采用拉格朗日法分別對3-UPS并聯機構子結構建立了動力學模型，并根據子結構間的約束關系建立了對應的運動約束方程，進而獲得了3-UPS并聯機構多體動力學模型； (4)基于虛擬樣機技術的并聯機床多體動力學建模方法易于

5、針對不同的設計要求及初始條件進行分析。通過對3-UPS并聯機構虛擬樣機模型的動力學及動態(tài)性能等問題的研究，確定了影響機床動態(tài)性能的薄弱環(huán)節(jié)，針對機床運動過程中構件受力彈性變形所引起的動態(tài)誤差提出了補償方法； (5)創(chuàng)新性地提出了在約束鏈關節(jié)增設剛度和阻尼控制器來改善機床動態(tài)性能的辦法，并對不同的控制方案進行了對比分析。分析結果表明，將阻尼控制器布置在模態(tài)分析確定的薄弱構件鉸節(jié)點位置，可明顯改善機床局部薄弱環(huán)節(jié)的固有特性，并提高機