6-UPU型并联机床刀具轨迹控制系统研究

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作为一种新型的机械制造装备,并联机床具有高刚性和低惯性量的特点,且输入误差不累积承载能力高。在对新一代机床的研究中,成为研究的热点领域。这种新型并联机构的机床机械结构简单,控制复杂,在对控制系统进行设计研究时,与传统机床的控制方法不同。且不同结构的并联机床控制系统也不相同,为了提高6-UPU型并联机床机床主轴在空间的摆角范围,实现对刀具空间运动轨迹的控制,本文主要研究内容如下:研究了控制系统的总成,在并联机床控制系统编制时,为增大控制系统的可操作性及人性化,以传统的数控机床操作界面为蓝本,设计了控制系统的界面。对数控程序的编制规则参照传统的数控机床。分析了6-UPU型并联机床的机械结构及约束特性,对该机床进行了位置反解,对并联机床的工作空间进行了简要的分析。提出了实现并联机床轨迹控制的一种方法,首先对虚轴(刀具运动轴)进行运动分析,然后把虚轴的运动映射到实轴(并联机床的各杆件)上,最后通过控制实轴的运动来实现并联机床的运动控制。在虚轴运动规划时,提出了一种空间插补的算法。针对主轴空间转动提出了假想刀具以刀具与动平台的交点为圆点进行圆弧运动的方法,实现刀具的位姿与姿态的精确控制。基于运动轨迹控制理论,对并联机床机床刀具运动轴进行了运动规划,根据6-UPU型并联机床的机械结构,计算出了刀具运动轴与各分支杆件的映射关系,得出各分支杆件的变化量,研制出并联机床控制系统,通过对各分支的步进电机脉冲控制,实现了对并联机床的轨迹控制。该控制系统在6-UPU型并联机床上进行了实验验证,其主轴摆角范围在士30°之内,在倾角为30°的斜面上,对该机床的加工性能进行了验证,实验结果验证了上述理论的可行性,能够实现对并联机床运动轨迹的精确控制。
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