论文题目: 3-TPS混联机床相关控制算法研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械制造及其自动化
作者: 石宏
导师: 蔡光起
关键词: 混联机床,开放式数控系统,机床运动控制,插补,刀具补偿
文献来源: 东北大学
发表年度: 2005
论文摘要: 混联机床是针对传统机床和纯并联机床的不足而进行的一种变异设计。它将串联结构与并联结构有机结合，继承了传统机床工作空间大、灵活度大、各轴可独立控制以及易于标定等特点，同时继承了并联机床刚度重量比大、响应速度快、加工精度高、环境适应能力强以及技术含量高等优点，摒弃了纯并联机床和纯串联机床的弊病，使得机床的可重组性、加工能力和加工精度得到有效的提高。 论文对东北大学新设计的3-TPS混联机床的相关控制算法进行了研究，给出了相应的控制算法，具体工作内容如下： 1、研究了基于PC机的开放式数控系统的几种结构，阐述了并联机床开放式数控系统的特点与结构要求以及开放式网络化数控系统的基本结构和应用现状。 2、分析了3-TPS混联机床的结构特点及自由度的计算方法，总结了3-TPS混联机床的位置正、反解算法、机构的输入输出速度算法，分析了影响工作空间的因素。 3、针对复杂零件的加工问题，给出了复杂零件建模时曲线曲面的生成算法。 4、从多轴加工角度考虑，建立了3-TPS混联机床三轴和五轴加工时刀具轨迹算法的数学模型，并对其相应算法所产生的非线性误差进行了分析计算，同时给出了误差的补偿算法。 5、根据3-TPS混联机床的独特结构和运动特性，建立了3-TPS混联机床在实现三轴、四轴、五轴加工以及在实现立卧转换加工时的坐标变换方程，并给出了相应加工条件下机床运动控制算法的数学模型，并作了仿真研究。 6、针对3-TPS混联机床的结构特点，建立了该机床在实现三轴、四轴及五轴加工时的长度补偿算法的模型，同时给出了3-TPS混联机床在实现三轴和四轴加工时的半径补偿算法，并给出了不同转接条件下转接点坐标值的算法。 7、在分析了3-TPS混联机床插补控制策略的基础上，给出了空间直线和圆弧的插补算法，提出了采用软件控制策略实现粗、精插补的设计思想，提出了采用前加减速控制的速度控制策略。 8、根据并联结构机床具有机器人特征的这一特点，提出了一种基于位移螺旋与Chasles定理的轨迹规划算法。
论文目录:
声明
中文摘要
ABSTRACT
目录
第1章 绪论
1.1 课题研究意义
1.2 问题的提出及课题背景
1.2.1 问题的提出
1.2.2 课题背景
1.3 并联机床的研究现状及相关理论研究的发展趋势
1.3.1 国内外并联机床的研究现状
1.3.2 并联机床相关理论研究与发展趋势
1.4 本文的主要研究内容
第2章 开放式数控系统
2.1 前言
2.2 数控系统的发展历程
2.3 数控系统的开放性
2.3.1 开放式数控系统的概念
2.3.2 几种典型的开放式数控系统的体系结构
2.4 基于PC机的开放式数控系统
2.4.1 NC板插入PC
2.4.2 PC版嵌入NC(PC+运动控制器)
2.4.3 软件CNC
2.5 并联机床的开放式数控系统
2.6 开放式的网络化数控系统
2.6.1 开放式网络化数控平台的基本结构
2.6.2 开放式网络化数控的应用
2.7 本章小结
第3章 3-TPS混联结构机床的机构分析
3.1 引言
3.2 3-TPS混联机床结构分析
3.2.1 机床结构描述
3.2.2 机构的自由度
3.3 3-TPS混联机床的位置分析
3.3.1 位置反解
3.3.2 位置正解
3.4 3-TPS混联机床的运动分析
3.4.1 机构输入输出速度分析
3.4.2 机构输入输出加速度分析
3.4.3 速度、加速度仿真
3.5 工作空间分析
3.5.1 影响工作空间的因素
3.5.2 3-TPS混联机床的工作空间
3.6 3-TPS混联机床结构特点
3.7 本章小结
第4章 复杂形状零件的几何建模与刀具轨迹计算
4.1 引言
4.2 复杂零件的几何建模
4.2.1 曲线的生成
4.2.2 蒙皮曲面法设计B样条曲面
4.2.3 曲面求交及集合运算
4.3 刀具轨迹的计算
4.3.1 概述
4.3.2 三轴加工时的刀具轨迹计算
4.3.3 五轴加工时的刀具轨迹计算
4.4 本章小结
第5章 3-TPS混联机床后置处理算法
5.1 引言
5.2 3-TPS混联机床立式加工时的机床运动变换
5.2.1 建立坐标变换矩阵
5.2.2 机床运动参数计算
5.3 3-TPS混联机床卧式加工时的机床运动变换
5.3.1 三轴卧式加工时的机床运动变换
5.3.2 四轴卧式加工时的机床运动变换
5.4 3-TPS混联机床五轴联动加工时的机床运动变换
5.4.1 3-TPS混联机床五轴加工时刀轴的姿态
5.4.2 3-TPS混联机床五轴加工时刀具位置计算
5.4.3 计算摆刀中心
5.5 机床运动变换仿真
5.6 建立杆长与检测角度θ_1,θ_2,θ_3之间的关系
5.7 建立杆长与D点之间的关系
5.8 NC代码转换
5.8.1 3-TPS混联机床三轴加工时的NC代码转换
5.8.2 3-TPS混联机床四轴加工时的NC代码转换
5.8.3 3-TPS混联机床五轴加工时的NC代码转换
5.9 本章小结
第6章 3-TPS混联机床运动控制算法
6.1 引言
6.2 刀具补偿
6.2.1 刀具长度补偿
6.2.2 三轴加工时的刀具半径补偿
6.3 3-TPS混联机床插补算法
6.3.1 插补控制策略
6.3.2 空间直线和圆弧的插补算法—粗插补
6.3.3 B样条插值—精插补
6.4 3-TPS混联机床进给速度的控制
6.4.1 速度控制原理
6.4.2 前加减速的控制
6.5 3-TPS混联机床的位置控制
6.6 3-TPS混联机床的轨迹控制
6.6.1 螺旋理论与Chasles定理
6.6.2 基于位移螺旋与Chasles定理的轨迹规划算法
6.7 本章小结
第7章 结论与建议
参考文献
致谢
附录A: 作者简介
附录B: 攻读博士学位期间发表的论文
发布时间: 2006-10-25
参考文献
- [1].混联机床运动学标定及其开放式数控系统研究[D]. 彭中波.西安理工大学2004
- [2].混联机床中并联机构的动力学特性分析方法的研究[D]. 王世军.西安理工大学2004
- [3].虚拟轴机床非线性动力学的正问题和逆问题[D]. 解顺强.中国农业大学2003
- [4].三杆少自由度混联机床精度分析及相关问题的研究[D]. 郭建烨.东北大学2009
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- [3].面向并联机床数控编程技术的研究[D]. 陈修龙.燕山大学2006
- [4].数控系统的插补算法及加减速控制方法研究[D]. 赵巍.天津大学2004
- [5].高速机床若干关键技术问题研究[D]. 张耀满.东北大学2006
- [6].少自由度并联机床约束链的若干问题研究[D]. 杨斌久.东北大学2006
- [7].五杆五环并联运动机床开发设计及关键技术研究[D]. 谢红.同济大学2007