基于拓扑结构和换刀动作特性的加工中心运动方案设计方法研究（可编辑）.docVIP

基于拓扑结构和换刀动作特性的加工中心运动方案设计方法研究 申请上海交通大学博士学位论文 基才拓扑结构和换刀动作特性的加工中心 运动方案设计方法研究 博士生: 刘建慧 口.『加弘Ⅳ 导师: 邹慧君教授 颜鸿森教授 专业: 机械设计及理论 方 向: 机构系统创新设计 上海交通大学机械与动力工程学院 二零零六年五月基于拓扑结构和换刀动作特性的加工中心 运动方案设计方法研究 摘要 本论文内容以图论和组合理论为基础,运用机构配置矩阵、树图以及功能分 析等方法主要针对四轴、五轴加工中心研究其机构拓扑结构、换刀动作及其运动 链结构。将拓扑结构特性、换刀动作特性以及运动链设计特点三部分基础内容相 融合,提出以加工中心为典型机构的开链机构运动方案系统化设计方法。 首先针对现有的加工中心做广泛的资料收集和分析整理,以机构配置矩阵和 图论理论分析了加工中心的拓扑结构和换刀动作,提出拓扑结构特性和换刀动作 特性。运用功能分析法揭示换刀的基本规律,根据换刀动作和方向性提出 换刀动作类型以及动作顺序,作为加工中一动作综合以及运动方案设计的基础。 接着利用构型码和形状创成函数从机构运动链的角度研究加工中心运动链的设 计需求和限制条件,将其同加工中心拓扑结构特性以及换刀动作特性楣融合并转 化为基于树图的特殊化规则以及设计限制条件,进而提出加工中心运动方案设计 方法,并以实例详细说明设计方法和设计步骤,系统地得出加工中心的运动方案。 在加工中心运动链分析过程中,详细分析了五轴加工中心的运动链构成类型及不 同类型的优、缺点,并简单讨论了其工作空间问题。本文对加工中心自动换刀装 置的各种换刀时间的计量和标示方法也做了详细讨论,并提出了合理、实用的换 刀时间计量和标示方法。 本设计方法的第一步是给出一个或多个合乎设计需求的现有加工中心机构, 当作设计的原始机构。分析此类型现有机构,并归纳出其拓扑结构、动作特性和 运动链设计条件:第二步是根据坐标系统和基于图论理论的机构树图定义,将加 工中心机构以树图方法来表示;第三步是根据机构的一般化方法,将具有各种不 同机件和运动副的机构树图转化成只具有连杆和一般化运动副的一般化树图;第 四步是根据图论理论,找出具有所需连杆数和运动副数的所有树图,给出树图目 录;第五步是根据机构的拓扑结构特征和运动链设计限制条件所制定出的特殊化 规则,将所需要的连杆类型和运动副类型特殊化到每一个树图上去,并将不合乎 设计要求的树图删除,从而得到所有的特殊化树图;第六步是根据运动以及动作 特征所制定的动作设计程序,将所需的连杆间的相对运动形态分配到每一个可行 特殊化树图上去,并将不符合设计需求的机构删除,最后得到可行的运动方案。 根据本研究所提出的运动方案系统化设计方法,主要以四轴加工中心实例来说明 设计方法的整个过程。得到无换刀臂四轴轮鼓式刀库加工中心,其七杆和八杆的 机构运动方案数分别为个和个,其中的副可特殊化为轴或轴;对于有换刀臂四轴加工中心,其八杆机构运动方案为个;九杆有换刀臂四轴加 工中心机构,工作台与固定杆间自由度为,,,,的机构运动方案分别为 ,,,,个,其中的副可特殊化为轴或轴。对于五轴加工中 心可以利用本研究提出的相应设计规则进行运动方案的设计。由本设计方法所得 的机构树图,运用换刀方向特性以及刀库的插拔刀动作研究结果可以得出相同拓 扑结构和相同换刀动作的多种不同结构配置方案。本文简单探讨了加工中心的某 些评价、选用标准,结合其它性能要求本研究结果对进一步研究加工中心的运动 方案评价优选以及布局设计有重要意义。 本研究所提出的设计方法也可以应用于其它不同运动轴配置的机床运动方 案的设计,并可推广应用到其它具有拓扑及动作要求的开链机构运动方案的分析 和设计。 关键词:方案设计,开链机构,图论,运动链,加工中心,运动特性,自动换 刀装置,拓扑结构 唧, . . ? ∞ ,. , . . ., , . ,., . , . ; ; ; ; ; . , ,/ , , . Ⅱ ,. . .,,,, ,,,,∞ .. ,. .. .彻. ?. : ,? , , , 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下, 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本 论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名: 别建考, 日期:多年月诟上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定, 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论