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并联平台由于其本身具有的诸多优点,如高承载能力、高运动精度、大刚度、良好的动力特性等受到了国际学术界和工程界的广泛重视。
本文对一种基于并联机构激光辅助微铣削机床进行了研究,依据三杆五自由度并联机构,用UG软件做出了实体建模,并计算出了并联机构的自由度;在并联机构上建立了坐标系,并定义了其结构参数,通过矢量方程,求出了位置反解的解析解和正解解析解;用微分法推导出了3PTT并联机构的雅可比矩阵;应用UG软件对并联机构进行了运动学和动力学仿真。通过仿真可以看出,计算得到的理论数据和仿真软件得到的仿真试验数据基本一致,这证明了运动学和动力学分析的正确性。最后还应用ANSYS软件对机床的重要部件进行了有限元分析,包括对驱动杆和机床机架的静力分析以及对电主轴的模态分析和热分析。
(1)叙述了本课题研究的目的意义,回顾了并联平台的发展历史,论述了并联平台国内外的研究现状。针对硬脆难加工材料微细加工的特点,设计了基于五自由度并联平台激光辅助微加工机床。
(2)详细阐述了三维有限单元法在并联平台上的应用,建立了三维有限单元的应力应变方程和单元刚度矩阵,建立了并联平台的有限元模型。
(3)建立了并联平台运动学正解及雅可比逆矩阵数学模型,给出了并联平台不同位姿伸缩杆及动平台的速度、加速度仿真结果。
(4)应用ANSYS有限元软件对并联平台进行了动力学分析,得出了机床主架和整机在不同位置时的应力应变图,分析了机床应力分布规律。根据并联平台的静刚度理论,对并联平台进行了有限元刚度分析,给出了不同位姿时整机的变形图和刚度值。
(5)分析了并联平台的运动轨迹并设计了动平台插补程序,分别采用数字积分插补和时间分割插补,通过并联平台的运动学逆解求得三杆的长度,控制并联平台运动。