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3-TPS混联机床相关控制算法研究

石宏  
【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。


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