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《北京航空航天大学》 2002年
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并联数控刀具磨床的动力学优化设计

郭祖华  
【摘要】:并联机床是一种新型结构的机床,其刚度质量比大,移动速度快,易于实现模块化设计,制造成本低。国内外许多研究机构都进行了并联铣削加工中心的研发。为开发出我国自己的并联数控刀具磨床品牌,在以前研究的基础上,本课题进行了并联数控刀具磨床的研制工作。论文围绕机床的设计,运用仿真的方法,从并联平台机构的支链分析入手,展开了相关的理论研究,并最终完成了并联机床的动力学优化设计。本论文首先对并联机床的现状及其理论研究进行了综述,然后针对并联机床的运动学分析、动力学建模及优化和并联机床的设计等三个方面展开了研究工作。具体内容如下: 首先,本文进行了Stewart 平台型并联机构的运动学分析。当动静平台的铰链都不采用球面副时,6 自由度的并联平台机构的每一个支链都是一个标准的6 自由度的串联机构,支链上各个构件的运动情况比较复杂。为了能够详细分析这种复杂支链的并联机构,本文以并联机构的支链为研究对象,建立了支链运动学方程并给出了串联支链的解析反解。承接前面的工作,本文对并联机构的支链进行了速度和加速度分析,给出了支链各个构件的关节速度和加速度与动平台速度和加速度之间的关系,构造了了支链雅克比矩阵并推导了机构支链的二阶导数矩阵,为机构的动力学建模奠定了基础。在支链运动学分析的基础上,笔者进一步分析了并联机构的速度和加速度,给出了动平台速度、加速度和驱动关节的速度、加速度之间的映射关系,为并联机构的误差分析,运动学仿真以及运动学控制奠定了基础。根据建立的运动学模型,本文对并联机构进行了运动学仿真,绘制了支链各个关节的位移、速度和加速度曲线;分析了机构实际运动过程中,动平台的速度和加速度误差与其轨迹离散步长间的关系。本文的分析方法克服了现有运动学模型无法对非球面副铰链构件进行分析的缺点。 其次,本文运用牛顿-欧拉方法建立了该并联机构的完整动力学模型,克服了建模时将铰链简化成一点而导致的难以描述非球面副铰链的不足。牛顿-欧拉方法具有计算效率高的特点,故文中首先用牛顿-欧拉方法建立了并联平台机构的递推形式的动力学模型。在本文模型中不仅包含了动平台及连杆的质量、重力以及铰链的摩擦力,而且
【学位授予单位】:北京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TG596

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