并联立式车床的理论及应用研究

论文摘要

并联机床PMT （Parallel Machine Tool）是上个世纪90年代中期问世的新型制造装备,它是机构学理论、机器人技术和数控技术结合的产物。相对于传统的串联式机床来说,并联机床具有高刚度、高承载能力、高精度以及重量轻、结构简单、标准化程度高等一系列优点,所以它是新一代机床结构的重要发展方向,在许多领域已得到了成功应用,受到国内外学术界的广泛关注。近几年来,少自由度并联机构成为新的研究热点,本文借鉴前人对并联机构的理论研究,对2-PRR型并联机床进行了初步性研究,为该机构的进一步研究和发展奠定了基础,也为少自由度并联机构的研究增添了新的结构形式。在运动学分析中,通过建立运动坐标系,对并联机床进行运动分析。计算2-PRR型并联机床的自由度；设计并联机构的机床组合模型；建立该2-PRR型并联机床的位置、速度、加速度方程。在机构的性能分析中,本文通过雅可比矩阵来计算并联机床的奇异位置,分析机床的奇异特性。结合空间搜索法计算并联机床的工作空间,并分析机床的工作空间特性,利用工作空间综合设计并联机构。通过雅可比矩阵条件数计算并联机床的灵巧性,分析并联机床的运动特性。动力学分析中,首先对机床进行静力学分析,分析并联机床在静止平衡状态的受力情况；其次对并联机床进行动态静力学分析,分析并联机床在动态中平衡状态的受力情况,其力学平衡方程引入惯性力及惯性力矩约束；最后对并联机床进行动力学分析,采用拉格朗日方程建立并联机床动力学微风方程。仿真分析中,利用Matlab-Simulink模块对并联机床进行运动学仿真,采用闭环矢量法建立机床的Simulink模型,得出2-PRR型并联机床的速度,加速度和位移曲线。采用Matlab-SimMechanics模块对并联机床进行动力学逆解求解仿真,通过联立机构模块建立运动模型,得出该2-PRR型并联机床的运动状态和驱动力变化曲线。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 并联机床
• 1.2 国内外并联机床的研究现状与发展趋势
• 1.2.1 国内外并联机床研究现状
• 1.2.2 并联机床的发展趋势
• 1.2.3 少自由度并联机构
• 1.3 并联机床理论与关键技术
• 1.4 本课题研究背景、意义和主要任务
• 1.4.1 本课题研究的背景
• 1.4.2 本课题研究的意义
• 1.4.3 本课题主要研究内容
• 第2章 2-PRR型并联机构的运动学分析
• 2.1 并联机器人的分类及基本机构
• 2.2 2-PRR型并联机床的机构简图
• 2.3 自由度分析
• 2.4 2-PRR型并联机构的结构设计
• 2.4.1 2-PRR型并联机床的模块化设计
• 2.4.2 2-PRR并联机床的可组合型式及其特点
• 2.5 2-PRR型并联机构的位置分析
• 2.5.1 求并联机构位置正反解的常用方法
• 2.5.2 2-PRR型并联机构的位置正反解
• 2.6 并联机床速度和加速度方程
• 2.7 本章小结
• 第3章 2-PRR型并联机床的性能分析
• 3.1 雅克比矩阵求解及奇异性分析
• 3.2 2-PRR型并联机床的工作空间计算及分析
• 3.2.1 工作空间的定义
• 3.2.2 并联机构工作空间的约束分析
• 3.2.3 2-PRR型并联机床的工作空间分析
• 3.2.4 2-PRR并联机构的工作空间综合
• 3.3 2-PRR型并联机构的灵巧度分析
• 3.3.1 雅可比矩阵的条件数
• 3.3.2 机构的可操作度
• 3.4 本章小结
• 第4章 2-PRR型并联机床的力学分析
• 4.1 静力学分析
• 4.2 动态静力分析
• 4.3 动力学分析
• 4.3.1 动力学简介
• 4.3.2 动力学求解方法
• 4.3.3 拉格朗日方程
• 4.3.4 机构的动力学方程
• 4.4 本章小结
• 第5章 2-PRR型并联机床仿真分析
• 5.1 MATLAB软件简介
• 5.1.1 MATLAB的发展
• 5.1.2 MATLAB的主要特点
• 5.2 并联机床运动仿真的内容和步骤
• 5.2.1 仿真分析的内容
• 5.2.2 仿真分析的步骤
• 5.3 运动学仿真
• 5.3.1 2-PRR型并联机床速度分析
• 5.3.2 2-PRR型并联机床加速度分析
• 5.4 动力学仿真
• 5.4.1 SimMechanics动力学仿真
• 5.4.2 2-PRR型并联机床的动力学逆解
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢