两种新型并联机床加工自由曲面的研究

论文摘要

并联机床作为一种全新构型的机床,与传统数控机床形成很强的互补。随着并联机床技术的进一步发展,少自由度并联机床逐渐显示出应有的潜力。本文在分析国内外少自由度并联机床研究与应用发展状况的基础上,用解析法和计算机辅助几何法研究了两种三自由度并联机床加工自由曲面和刻字的过程。基于CAD的几何约束、尺寸约束、尺寸方程和尺寸驱动技术构造出两种三自由度3UPU和2UPU+SPR并联机构模拟机构。用解析法对两种三自由度3UPU和2UPU+SPR并联机构进行了位置、速度和加速度分析;用计算机辅助几何法对两种机构进行了位置和工作空间分析。基于几何约束和尺寸驱动技术,在两种三自由度并联机构3UPU和2UPU+SPR模拟机构的基础上创建了两种新型并联机床。根据并联机床加工自由曲面的走刀路线和刻字轨迹,我们可以记录出相应的三个杆长和动平台位姿的变化数值,并将解析和模拟的结果进行了实例验证。用CAD软件中的运动学模块对两种并联机床加工自由曲面和刻字过程进行了仿真,实现了前面的研究工作的可视化,并证明了论文中计算机辅助几何法提供的数据代码的正确性。对非对称3UPU并联机床的控制系统进行了分析,系统硬件采用开放式结构,由“PC机+运动控制卡”构成。采用基于Windows平台开发的控制软件,实现了并联机床实验平台的基本控制功能,并对非对称3UPU并联机床实验平台进行了编程。本论文的工作为进一步研究三自由度并联机床加工自由曲面的实用性奠定了一定的理论基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 并联机床国内外研究现状
• 1.3 并联机床设计理论研究概述
• 1.4 并联机床发展趋势
• 1.5 自由曲面造型技术发展状况与趋势
• 1.6 CAD 技术在机构设计中的应用
• 1.7 论文选题的意义和研究内容
• 第2章 理论基础
• 2.1 位置反解的分析
• 2.2 解析法分析机构运动的理论基础
• 2.3 计算机辅助几何法的理论基础
• 2.4 自由曲面的造型方法基础
• 2.5 本章小结
• 第3章 非对称3UPU 并联机床加工自由曲面分析
• 3.1 非对称3UPU 并联机构分析
• 3.2 非对称3UPU 并联机构位置分析
• 3.2.1 位置反解的解析法分析
• 3.2.2 位置的计算机辅助几何法分析
• 3.2.3 实例求解位置反解
• 3.3 非对称3UPU 并联机构速度、加速度分析
• 3.3.1 速度的解析法分析
• 3.3.2 加速度的解析法分析
• 3.3.3 实例求解速度、加速度
• 3.4 工作空间分析
• 3.5 非对称3UPU 并联机床的计算机辅助几何法
• 3.5.1 自由曲面S
• 3.5.2 走刀平面 P
• 3.5.3 非对称3UPU 并联机床模拟机构
• 3.5.4 对于给定走刀路线加工自由曲面的过程
• 3.6 在自由曲面上刻字
• 3.7 本章小结
• 第4章 2UPU+SPR 并联机床加工自由曲面分析
• 4.1 2UPU+SPR 并联机构分析
• 4.2 2UPU+SPR 并联机构位置分析
• 4.2.1 位置反解的解析法分析
• 4.2.2 位置的计算机辅助几何法分析
• 4.2.3 实例求解位置反解
• 4.3 2UPU+SPR 并联机构速度、加速度分析
• 4.3.1 速度、加速度的解析法分析
• 4.3.2 实例求解速度、加速度
• 4.4 工作空间分析
• 4.5 2UPU+SPR 并联机床的计算机辅助几何法
• 4.5.1 自由曲面S 和走刀平面P
• 4.5.2 2UPU+SPR 并联机床模拟机构
• 4.5.3 2UPU+SPR 并联机床给定走刀路线加工自由曲面的过程
• 4.5.4 加工自由曲面模拟结果的分析
• 4.6 在自由曲面上刻字
• 4.7 本章小结
• 第5章 并联机床加工自由曲面和刻字仿真
• 5.1 概述
• 5.2 并联机床的三维建模
• 5.3 设置建模基本环境
• 5.3.1 基本环境
• 5.3.2 模型的构成及定义
• 5.4 本章小结
• 第6章 试验平台的控制系统介绍
• 6.1 概述
• 6.2 并联机床试验平台的总体情况
• 6.3 控制系统介绍
• 6.4 控制系统软件介绍
• 6.5 并联机床运动分析
• 6.6 本章小结
• 结论
• 附录1
• 附录2 具体数值验证
• 附录3 非对称 3UPU 并联机床的控制程序
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介