新型复合加工中心创新设计方法研究

论文摘要

创新设计是指采用新技术、新原理、新机构和非常规方法进行的设计，使得所设计的产品在整体或局部是前所未有或前所未知的。只有创新设计才能产生真正具有市场竞争力的创新产品。近年来复合加工中心作为一类新型数控机床倍受人们的关注和重视，论文在具有加工功能复合、粗精加工机构复合、并联与串联原理复合特点的新型复合加工中心的新原理、新机构及虚拟样机仿真软件的开发等方面进行了较为全面的、系统的、深入的并具有一定创新意义的理论和试验研究。 论文主要研究的内容如下： 1．论文在对现有的车铣复合加工中心和并联机器人研究分析基础上，创新设计开发出一种全新型11轴6联动复合加工中心，该加工中心具有车铣磨加工功能、粗精加工机构、串联与并联原理混合等特点。 2．研究开发了一种过导向粗精加工机构复合与独立使用的机构模式，精加工机构具有3—5个运动轴，加工时粗精机构独立工作，提高了精加工的精度保持性；粗加工机构又可带动精加工机构移动，扩大了精加工机构的使用范围；过导向原理提高了粗加工机构的抗颠覆力矩的能力。 3．将并联原理引入到车铣磨复合加工中心的创新设计，提出了一种3-PRS三轴并联运动和包含车削C轴的三轴串联运动相结合的串并联复合模式；推导了其3-PRS并联机构的静、动力学逆解，并作了仿真：对3-PRS并联机构的奇异位姿进行了求解，并提出了避免的结构方案；对由搜索得到的3-PRS并联机构的可达工作空间，提出了伪象限方法并借助于三维CAD软件生成了该可达工作空间的三维实体；提出了一种剖切方法对3-PRS并联机构的可达工作空间进行研究得到了该工作空间内的姿态分布。 4．提出了一种空间倾角配置方法，克服了并联机构转动范围小的缺点，研究开发出一种可实现立卧加工的新型3-PRS三轴并联原理主轴头部件，并进行了精度试验。 5．提出了一种过约束滚滑复合原理的新型被动关节，兼有刚度高、精度稳定性好的特点，应用虚拟样机技术对并联机构中的被动关节进行设计和优化，并通过试验和应用进行了验证考核。 6．开发出一种虚拟样机仿真软件——虚拟加工过程仿真软件，在该系统中可以完成创新开发机床的整体建模、各轴行程设定、读入NC代码、执行实时切削过程仿真、实时显示切削过程及最终

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 虚拟样机技术
• 1.2.1 虚拟样机技术的概念
• 1.2.2 虚拟样机技术现状及应用
• 1.2.3 虚拟样机技术在本文的应用
• 1.3 复合加工技术
• 1.4 并联机器人技术
• 1.4.1 并联机器人发展历史
• 1.4.2 并联机器人的研发现状
• 1.4.3 并联机器人现存问题及展望
• 1.5 数控加工仿真技术
• 1.6 本课题研究的主要内容
• 2 新型复合加工中心的方案创新设计研究
• 2.1 概述
• 2.2 现有结构分析及解决方案
• 2.3 方案创新设计及数字样机构建
• 2.3.1 各功能部件数字样机建模
• 2.3.2 总体结构布局原理
• 2.3.3 各种方案配置形式
• 2.3.4 总体结构布局的其他形式
• 2.4 新型复合加工中心的粗精加工机构复合技术
• 2.5 新型复合加工中心开发中采用的关键技术
• 2.6 新型复合加工中心主要参数
• 2.7 本章小结
• 3 并联机构被动关节的创新开发与试验研究
• 3.1 概述
• 3.2 滚滑复合被动关节的原理
• 3.3 滚滑复合被动关节的数学模型及优化
• 3.4 试验
• 3.5 应用方法
• 3.6 本章小结
• 4 3-PRS并联机构建模与解析
• 4.1 概述
• 4.2 3-PRS并联机构速度、加速度分析
• 4.2.1 3-PRS并联机构位置逆解及被动关节求解
• 4.2.2 3-PRS并联机构运动关联
• 4.2.3 速度及加速度求解
• 4.2.4 速度及加速度仿真
• 4.3 3-PRS并联机构力学分析
• 4.3.1 静力学分析
• 4.3.2 动力学分析
• 4.4 奇异性分析及验证
• 4.5 3-PRS并联机构的可达工作空间姿态研究
• 4.5.1 可达工作空间求解
• 4.5.2 可达工作空间分析
• 4.5.3 带姿态可达工作空间算例
• 4.6 3-PRS并联机构工作空间实体生成
• 4.6.1 剖切3-PRS并联机构工作空间
• 4.6.2 用伪象限法处理截面数据
• 4.6.3 工作空间实体生成
• 4.7 本章小结
• 5 立卧加工三轴并联主轴头部件的开发与试验研究
• 5.1 概述
• 5.2 立卧加工三轴并联主轴头机构的倾角参数配置
• 5.3 立卧加工三轴并联主轴头机构的参数优化目标分析
• 5.4 立卧加工三轴并联主轴头机构的参数优化
• 5.4.1 关键参数选择
• 5.4.2 关键参数优化
• 5.5 立卧加工三轴并联主轴头机构模块设计
• 5.6 三轴并联主轴头部件运动精度试验
• 5.6.1 运动精度测量原理
• 5.6.2 实验
• 5.7 本章小结
• 6 数控机床功能仿真系统的研究与开发
• 6.1 概述
• 6.2 数控机床功能仿真软件功能及系统结构
• 6.3 仿真软件开发中的关键技术
• 6.4 虚拟加工仿真软件开发
• 6.4.1 NC代码转换
• 6.4.2 换刀
• 6.4.3 刀具半径补偿
• 6.4.3.1 刀补建立
• 6.4.3.2 刀补维持
• 6.4.3.3 刀补撤消
• 6.4.4 车削加工
• 6.4.5 铣削加工
• 6.4.6 出错检查
• 6.5 虚拟加工仿真实例
• 6.5.1 仿真加工零件要求及加工代码
• 6.5.2 仿真程序运行关键步骤
• 6.6 本章小结
• 7 全文工作总结
• 7.1 研究结论
• 7.2 创新点
• 7.3 进一步的研究工作
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文及研究成果
• 一、发表论文
• 二、专利申请: