基于Workbench的混联机床静刚度分析.pdf

设计与研究 D e s ig n a n d R e se a rc h 基于 Wo r k b e n c h的混联机床静刚度分析 李兴 山① 蔡光起② ① 沈阳理工大学机械学院， 辽宁 沈阳 1 1 0 1 6 8 ； ②东北大学机械工程与 自动化学院， 辽宁 沈 阳 l 1 0 0 0 4 摘要 为了研究混联机床的静刚度 ， 首先利用 S o l i d wo k s建立 2 T P T- P T T混联机床 的三维实体模型 ， 采用 有限元方法对混联机床的刚度进行研究。在 Wo r k b e n c h环境下 ， 建立了 2 T P T - P T T混联机床 的静 刚度有限元模型 ， 并对机床在不同受力情况下的静态刚度进行分析。研究结果表明 该机构 z向的 刚度远大于 、 y向的刚度， 其 中虎克铰及平行机构的刚度是影响机床整体刚度的重要因素。 关 键 词 混联机床有限元静刚度 中图分类号 T P 2 4 2 ． 2 文献标识码 A St a t i c s t if f n e s s a n a l y s i s o f h y b r i d p a r a l l e l ma c h i n e t o o l s b a s e d o n W o r k b e n c h LI Xi n g s ha n CAI Gu a n g q i S e h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， S h e n y a n g L i g o n g U n i v e r s i t y ， S h e n y a n g 1 1 0 1 6 8 ，C H N； ②S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n gA u t o ma t i o n ，N o r t h e a s t e rn U n i v e r s i t y ，S h e n y a n g 1 1 0 0 0 4， C H N Abs t r a c t The 3 D mo d e l o f 2TFr PrI 丫 r h y b r i d p a r a l l e l ma c hi n e t o o li s s e t up a n d t h e f i n i t e e l e me n t me t h o d i S u s e d t o a n a l y z e t h e s t a t i c s t i f f n e s s ． T h e FEM mo d e l o f s t a t i c s t i ffn e s s o f 2TP T h y b r i d p a r a l l e I ma c h i n e t o o 1 i s bu i l t i n W o r k b e n c h a n d t h e s t a t i c s t i f f n e s s i S s t u d i e d wi t h d i f f e r e nt f o r o e ．Th e r e s u l t i n d i c a t e s t h a t t h e s t a t i c s t i f f n e s s i n Z d i r e c t i o n i S l a r g e r t ha n t h e s t i f f n e s s i n X a n d Y d i r e c t i o ns a nd t h e h o o k o i nt a nd p a r a l l e l me c h a n i s m a r e t h e i mp o a nt f a c t o r s t o e ffe c t t h e s t i f f n e s s o f t he wh o l e me c h a ni s m． Ke y wo r dsHy b r i d P a r a l l e l Ma c h i n e To o l s；Fi n i t e El e me nt ；S t a t i c S t i f f ne s s 并联机床 P a r a l l e l ma c h i n e t o o l s 是机器人技术 与 机床结构技术相结合的新型机床， 与传统的串联机床 相比， 具有精度高 、 刚度大 、 易实现复杂 曲面加 工等优 点。近年来 ， 各工业 部门及研究机构相继开展这方面 的研究。 目前 的并联机 构大多基于 S t e w a r t 平 台及其 变形结构 ， 该结构存 在1 作 空间复杂 、 姿 态能 力 、 运 动学解析求解 困难 、 驱动控制复杂等不足。为了有效 解决纯并联机构存在 的不足 ， 充分 发挥 串并联机构的 特点 ， 在机构的结构设计 L 常采用混联机构 ， 形成 了新 型 的混联 机 床 ～ 。 机床的整体刚度为机床的各种构件对切削力及重 力移位所产生的反应特性， 是机床抵抗恒定载荷的能 力， 保证机床加工精度和表面加工质量的重要性能指 标。它影响机床的抗振性 、 运动平稳性等性能。因此 ， 并联机床的刚度研究是提高其工作性能的一个重要途 径。由于混联机构末端执行器 的变形并非各单元简单 的叠加， 是一个耦合的非线性系统， 比传统机床的静刚 度更加复杂。目 前， 并联机床静刚度的研究主要采用 6 0 矩阵分析 、 映射模型分析和有限分析等方法 。 1 2 T P T P T T混联机床的机构组成 2 T P T P T T 并联机床是基于东北 大学3 一 T 并联 2 3 l 一 固定 ’ 白；2 一 驱动杆 ；3 ～虎 克铰 ； 4 一运动平台；5 一平行机构；6 一滑块。 图1混联机床三维实体模型 U I凳 ～ 用 4 朋