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并联机床相关理论及设计方法研究

韩先国  
【摘要】:并联机床是90 年代中期问世的新型数控加工设备,同传统结构形式的数控机床相比具有许多优点,但是由于并联机床的出现才不过几年的时间,还有许多理论和技术问题有待攻克。本文紧密围绕并联机床的设计,对并联机床的相关理论和设计方法进行了深入的研究。 由于少自由度机构有着与6 自由度Stewart 机构不同的运动学性质,需要首先确定其运动特性。本文首先采用螺旋和反螺旋理论分析了3-PSS 并联机构的运动特性,得出其动平台受到三个线性无关反螺旋力偶的约束,限制了其三个转动自由度,只能具有三个平动自由度。在此基础上,结合其位置方程,将3-PSS 并联机构简化为一简单的等效机构,从而得到其位置正解的解析解。 对于6-SPS 位置正解,本文基于路径跟踪原理,提出了预估-校正法。采用该方法针对一组杆长,通过选择不同初值,可找出3-6 式Stewart 并联机构的所有16 组位置正解。本文还将并联机构的每一正解定义为一个构型,机构只能在一构型空间中运动。 对于奇异性,本文提出并联机构产生奇异的原因为位置存在多解性,奇异应分布在不同构型空间交界上的新观点。为此,在位置正解的基础上,验证了所有中外已发现的著名Stewart 平台机构奇异,结果均是不同构型空间的交界。随后分析了Stewart 的奇异曲面,并给出了其姿态奇异曲面的分布特征。通过对6-PSS 并联机构的奇异进行分析,得出奇异复杂性与位置正、反解复杂性是一致的结论。最后还分析了结构参数对奇异性的影响关系。 并联机构的设计需要满足多项性能指标要求:如工作空间,灵活度等。本文采用快速极坐标搜索法确定6-PSS 并联机构工作空间边界,并总结了工作空间边界的特征。并联机构的灵活度是反映并联机构速度和承载力的综合传动性能,也是并联机床结构参数设计所需考虑的重要因素,可以用雅可比矩阵条件数来衡量。本文分析了6-PSS 并联机


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