三轴数控铣床培训装置机械滑台的设计.docVIP

本科毕业设计（外文翻译） 题 目 立柜式三轴数控铣床培训装置机械滑台设计 3轴并联铣床的功能模拟装置 摘要：并联机床是很多实验室的研发对象，但不幸的是它们中的许多连一台并联机床也没有。因此，使用低成本的3轴并联铣床的功能模拟装置被认为有助于获得并联机床领域的基本经验。这个想法是基于模拟装置能被常规的3轴数控机床（CNC）驱动控制的可能性。本文介绍了一个模拟装置的开发过程，包括一个相应的并联机构的选择、运动学建模和算法编程。在完整的运行条件下,一些软质材料的标准试件的成功制造已经验证了功能模拟装置的想法。 关键词：并联机床;功能模拟装置；建模与测试 1.引言 在世界各地,教育和培训的战略重要性,尤其在技术和科学学科,正在不断增加。这也适用于并联机床（PKMs））、轴的连接。始终与底座保持平行的通用平台，可以使主轴位于三个不同的正交的方向上，如图1所示。有几种可能的机构结构，其中一种平台位于三面体（）内的机构被选中因为它能使并联机构在串联机床的轴导轨上的安装变的容易。 ■ 串联的2自由度从动机构，用来解除串联机床的轴的耦合。 除了选择和调整安装在合适的串联机床上的模拟装置的机构，下面的程序、模型、算法和软件也需要明确和开发： – 并联机构运动学建模，即正逆运动学、雅克比矩阵和奇异位形的分析 – 分析工作空间并选择合适的功能模拟装置的设计参数 – 模拟装置的设计和制造 – 为了简化编程而提供的以便于调整并联机构的参考点的程序和配件 – 模拟装置编程的算法和软件 – 用于测试模拟装置在工作条件下的程序，可以通过加工各种软质材料的试件而使模拟装置处于工作条件下 3.模拟装置的机构 由于立式和卧式的3轴数控串联机床的轴是正交的，同时又是驱动模拟装置的轴，如果3自由度空间并联模拟装置的机构也具有正交的平移运动副，那将是最好不过了。由于串联数控机床的轴是耦合的，所以在一般情况下，至少有一个2自由度的从动串联机构来为它们解耦是必要的。与模拟装置最配套的 图 1. 功能模拟装置结构 数控机床是那些具有可移动的刀架和工作台的机床。在这样的结构中，三个轴中有两个是耦合的，因此，需要用一个2自由度的从动串联机构来为它们解耦并驱动模拟装置。 卧式和立式3轴数控机床的运动结构并没有分类,一些具有正交平移运动副的3自由度空间并联机构已经被考虑并在模拟装置中使用,这些实例如图2所示。它们的工作空间的形状也被展示在图2中。 上述类似的机构实例是图1所示的基本结构的正逆运动学问题的解决方案不同的结果。 用来解耦串联数控机床的轴的运动的2自由度从动串联机构的实例如图3所示。 在一些串联数控机床的结构中，它们的轴可能被直接用来作为模拟装置并联机构平移运动副。在这种情况下，如图2所示的模拟装置的机构的一般结构可以被简化。 图 2. 模拟装置并联机构的基本结构 图 3. 用来解耦机床运动轴的串联机构实例 在一些串联数控机床的结构中，它们的轴可能被直接用来作为模拟装置并联机构平移运动副。在这种情况下，如图2所示的模拟装置的机构的一般结构可以被简化。 图4展示了一个具有并联机构的简化的模拟装置的实例，这种并联机构没有自己的运动副。用来驱动的串联数控机床是一台卧式加工中心。相应的机械接口用于联合的平行四边形机构与解耦的加工中心的连接。2自由度的串联机构解除了加工中心的Y轴与Z轴的耦合。 图5显示了一个简化的模拟装置的设计，这个模拟装置拟安装在一台有两个轴是耦合的立式数控铣床上。模拟装置的机构有一个自己的平移运动副，同时也有一个用于解耦立式数控铣床的2自由度串联机构。 图 4. 没有自己的平移运动副的模拟装置的实例 4.模拟装置建模实例 图1所示的模拟装置的详细的运动学分析是基于如图6所示的它的几何模型。至于平台，通过机构的性质，保持与底座的平行，图1中的每一个空间平行四边形机构由一个撑杆表示。 事实上，连接到底座和平台的坐标系{B}和{P}是平行的，同时它们又平行于串联机床参考坐标系{M}，参考坐标系{M}可以泛化整个模拟装置的建模。这意味着把并联机构本身分离出来建模是可行的，而不用考虑并联机构是安装在 图 5. 一个立式数控铣床上的模拟装置的实例 卧式的还是立式的串联机床上，也不用考虑安装在串联机床的平台上的主轴的位置。在坐标系{B}和{P}中引用的向量v分别用Bv和Pv来表示。 模拟装置参数定义的向量: – 移动平台上铰链点之间的中点Ci 的位置向量在坐标系{P}中被定义为PPCi(i=1,2,3). – 刀尖的位置矢量在坐标系{P}中被定义为PPT,[xTP yTP zTP]T,在这里zTP=-h. 模拟装置的驱动轴参考点Ri的位置矢量被定义为BPRi（i=1，2，3