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基于stewart平台机构的并联机床设计理论及方法研究

卢强  
【摘要】: 二十世纪六十年代,Stewart平台被发明出来并用于飞行模拟器,九十年代,Stewart平台结构被用于机床设计中,一些并联机床的样机相继在美、日、俄等国问世,我国也研制出并联机床样机。尽管并联机床被认为具有结构简单,运动灵活,适合曲面加工等优点,但也具有工作空间有限且受刀具姿态影响大等缺点,更何况国内外学术界和工程界对并联机床的加工精度能否达到传统机床的水平还没有定论。这些因素将制约并联机床在我国的研究和发展。通过本课题的研究,将为并联机床的结构设计和精度设计提供一些理论依据,使并联机床的性能更加满足加工性能要求。 本文首先建立了能描述Stewart平台族的参数模型,在此基础上对Stewart平台进行了运动学分析,为后续的结构设计和精度设计打下了理论基础。 在并联机床的结构设计中,针对并联机床的工作空间有限且受刀具姿态影响大的弱点,提出了以保证非零最小可达章动角球形主工作空间的基础上,使操作灵敏度暨刚度分布最优化的设计目标,优化方法的选用了遗传算法,结合神经网络技术,该方法取得了很好的结果。 在并联机床的精度设计部分,本文在并联机床的几何误差模型基础上,利用蒙特卡洛方法综合分析了包括铰链间隙的各项误差源对加工误差的影响,并建立了三类误差敏感度以全面评估并联机床的精度特点。在精度综合工作中,本文提出一种基于蒙特卡洛方法的精度综合方法,利用该方法能较好地选择铰链的配合精度。 在理论实现部分,本论文开发了基于OpenGL的Stewart平台运动仿真软件和基于VB和Matlab的误差分析软件,这些工作将对并联机床的设计提供一些辅助作用。


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