学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

6-TPS并联平台型数控铣床关键技术的研究

作　者: 王瑞
导　师: 钟诗胜
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 数控改造并联平台并联机构结构参数标定 COM组件开放式数控系统
分类号: TG547
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 518次
引　用: 7次
阅　读: 论文下载

内容摘要

为了实现5坐标加工能力,充分利用大量传统立式铣床的资源,同时积累相应的铣床数控改造的经验,本文提出了两种改造方案,并对方案的可行性及相关理论进行了研究分析,最终采用其中的一种方案,研制出6-TPS并联平台型数控铣床,为以后传统立式铣床的多自由度数控改造提供一种可行方案。建立了6-TPS并联平台型数控铣床需要的三个必要的坐标系(工件、上平台、基座坐标系),给出了坐标系之间的转化关系,采用合适的上平台姿态角表示方法,实现了从刀位文件到最终支路驱动量之间的转变,同时也给出了由支路驱动量到刀具加工点位姿的求解,针对刀位文件速度校验的需要,进行了数控铣床的运动学分析,针对结构参数的设计需要,对铣床进行了姿态灵活度、位置灵活度的推导求解。考虑到倒置和正置式铣床布局结构的不同,采用刀头点在上平台上的可达空间作为铣床的工作空间。为了快速对刀位文件进行校验,本文采用记录不同高度对应的工作空间的内切圆柱体的半径、高度、刀具姿态角,形成相应刀具对应的工作空间表单,利用极坐标求解的方法确定工作空间具有求解速度快,数据存储量小的特点,而且有利于数据量大的刀位文件进行快速校验,提高工作效率。合理设计并联平台的结构参数,在工作空间范围内考虑驱动支路的惯量、上平台质量及主轴质量对动力学性能的影响。针对6-TPS并联平台型铣床刀具刀头点位置参数与并联工作台的结构参数存在较大的耦合性,采用了加权分类隔离的标定方法,把结构参数分为两大类,在工作台上加工一辅助工艺孔,借助该工艺孔,固定一类参数,标定另一类参数,在并联工作台的结构参数标定过程中,采用了二次优化和改进后的共轭梯度法进行标定,提高了标定效率。通过多轮标定,最终可以提供一套结构参数,使其能够保证工件的加工精度,考虑立式铣床的主轴独立于并联平台,获取主轴中心线的倾斜方向角,采用修正刀位文件姿态参数的方法,消除刀具加工过程中可能产生的“搓板”现象。为了改进传统数控软件存在的诸如软件结构复杂、升级困难、不易维护等缺点,考虑目前用软件复用,软件重构等软件开发新技术对开放式数控系统进行研究的趋势,采用了COM组件技术,开发一系列铣床加工需要的底层组件、中间组件,形成由文档与数据库层、中间自动化组件层、上层数控软件应用层组成的三层结构。中间组件层采用了聚合技术,可以实现组件的高效应用,这种结构有利于数控软件的快速并行开发、组件的快速替换、便于升级和维护,可在较高层次上满足开放式数控系统的要求。对第二种数控改造方案XY-RPS型铣床本文第二章也进行了相关理论的分析推导,其中推导出合理的姿态角表示方式,给出了RPS并联机构简洁的约束方程,利用约束方程可以方便地进行运动学分析求解,文章还提出了改进的杆长逼近正解算法,该算法较传统数值算法以及封闭正解算法更加方便快捷。分析了加工过程中离散时间、步长对两种铣床上平台运动性能的影响,另外也对两种方案刀具的工作空间进行了分析比较。本文最终采用6-TPS并联平台型数控铣床作为改造方案,成功实现了铣床必需的手控模块、定位模块、过程监控等模块,完成了铣床50个结构参数的标定工作,验证了各章节理论推导的正确性。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-16
第1章绪论  16-32
  1.1 研究目的和意义  16-17
  1.2 并联机床的研究概况  17-26
    1.2.1 并联机床的国外研究现状  17-22
    1.2.2 并联机床的国内研究现状  22-24
    1.2.3 传统铣床数控改造的国内外研究现状  24-26
  1.3 并联机床相关理论研究  26-31
    1.3.1 并联机床的位置学与动力学分析  27
    1.3.2 并联机床的工作空间分析  27-28
    1.3.3 并联机床的刚度分析  28
    1.3.4 并联机床的灵活度分析  28
    1.3.5 并联机床的标定  28-29
    1.3.6 并联机床的数控系统研究  29-31
  1.4 课题来源及本文研究的主要内容  31-32
第2章两种铣床方案的运动学分析  32-53
  2.1 方案的提出  32
  2.2 6-TPS并联平台型铣床的位姿分析  32-38
    2.2.1 动平台位姿描述  32-34
    2.2.2 6-TPS并联平台型铣床的位姿逆解  34-35
    2.2.3 6-TPS并联平台型铣床的位姿正解  35-38
  2.3 6-TPS并联平台型铣床的运动学分析  38-43
    2.3.1 刀具相对速度分析  38-40
    2.3.2 刀具相对加速度分析  40
    2.3.3 位姿灵活度和姿态灵活度  40-43
  2.4 XY-RPS 型铣床的位姿分析  43-47
    2.4.1 上平台姿态参数的确定  43-44
    2.4.2 XY-RPS型铣床的位姿逆解  44-46
    2.4.3 XY-RPS型铣床的位姿正解  46-47
  2.5 XY-RPS 型铣床的运动学分析  47-50
    2.5.1 刀具相对速度分析  47-49
    2.5.2 刀具相对加速度分析  49-50
  2.6 两种方案的运动学仿真  50-51
  2.7 本章小结  51-53
第3章 6-TPS并联平台型铣床的工作空间与动力学分析  53-71
  3.1 上平台运动可达空间分析  53
  3.2 刀头点在上平台坐标系中的可达空间  53-56
  3.3 两种方案刀头点工作空间比较  56-57
  3.4 刀头点工作空间的快速校验  57-61
    3.4.1 刀头点工作空间数据库的生成  57-59
    3.4.2 刀位文件的快速校验  59
    3.4.3 刀位的速度校验  59-61
  3.5 6-TPS并联平台型铣床的动力学分析  61-68
    3.5.1 动力学模型  61-65
    3.5.2 动力学仿真对比  65-68
  3.6 静力学刚度分析  68-69
  3.7 本章小结  69-71
第4章 6-TPS并联平台型数控铣床的标定方法  71-90
  4.1 并联机床结构参数的标定方法  71-72
  4.2 6-TPS并联平台型数控铣床结构参数及标定方法  72-73
  4.3 工作台水平度参数(2个)标定  73-75
  4.4 工作态厚度参数(1个)和刀具水平位置参数(2个)标定  75-79
  4.5 铣床刀头点高度参数(1个)标定  79-80
  4.6 并联机构参数(42个)标定  80-87
    4.6.1 驱动杆的回零过程  80-81
    4.6.2 回零时驱动杆长度(6个)标定  81-82
    4.6.3 铰点位置参数(36个)标定  82-87
  4.7 刀具相对工作台面姿态参数(2个)标定  87-88
  4.8 结构参数的最终标定  88-89
  4.9 本章小结  89-90
第5章数控系统的结构设计  90-105
  5.1 当前数控系统存在的问题  90-92
  5.2 组件软件  92-93
    5.2.1 组件的定义  92-93
    5.2.2 组件的优点  93
  5.3 利用ATL开发组件模块  93-98
    5.3.1 组件的开发途径  93-94
    5.3.2 6-TPS型铣床的数控软件结构  94-95
    5.3.3 6-TPS型铣床数控软件的开发过程  95-98
  5.4 数控软件组件间的数据流  98-100
  5.5 数控软件开发实例  100-103
    5.5.1 利用IDL语言描述杆长转换组件及代码的实现  100-101
    5.5.2 实现对数学工具等组件的聚合  101-102
    5.5.3 客户端数控软件的编写  102-103
  5.6 本章小结  103-105
第6章 6-TPS并联平台型数控铣床的试验研究  105-121
  6.1 6-TPS并联平台型数控铣床的结构组成  105-106
  6.2 数控系统的硬件结构  106-107
  6.3 数控系统软件开发  107-113
    6.3.1 手控模块  107-109
    6.3.2 定位模块  109-110
    6.3.3 刀位文件转换模块  110-111
    6.3.4 加工仿真模块  111-112
    6.3.5 运动执行模块  112
    6.3.6 过程监控模块  112-113
  6.4 6-TPS并联平台型数控铣床实际标定  113-118
    6.4.1 上平台初始参数水平度标定  114-115
    6.4.2 刀头点水平位置参数和上平台厚度参数标定  115-116
    6.4.3 并联机构铰点位置参数标定  116-118
  6.5 6-TPS并联平台型数控铣床实际切削试验  118-120
  6.6 本章小结  120-121
结论  121-123
参考文献  123-133
攻读博士学位期间发表的论文  133-135
致谢  135-136
个人简历  136

6-TPS并联平台型数控铣床关键技术的研究

内容摘要

全文目录

相似论文