并联机床构型及其设计方法初探.pdf

收稿日期“ “ 7 6 A B C B D E H NN N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N “ 文章编号 3 1 , * “ . 3 “ 1 3 并联机床构型及其设计方法初探 朱煜-汪劲松-张华-张永忠“ * 8清华大学 精密仪器与机械学系-北京 ’ , / “ 8中国矿业大学 机电与材料工程学院-江苏 徐州“ “ ’ . 摘要在对现有各种并联构型分析的基础上-从联接型式O驱动方式和自由度数三方面对并联机 床构型进行了分类4结合典型并联机床分析了不同类型并联构型的特点-并对并联机床构型设 计的目标O步骤和具体方法进行了研究4提出了可以采用型数综合法O构型衍生法和运动约束法 完成并联构型的具体设计8 关键词并联机床/并联构型/概念设计 中图分类号L P 7 7 HR 7 7 E 7 .和混联型8 .纯并联型 其基础平台与末端操作器平台 间由多个运动支链联接而成-每个支链最多含一个 驱动器-各驱动器间形成运动学上的完全并联关 系8 X G E Y G 6 东北大学 等也开发了各自的自由度机 床’ M自由度 自由度并联机床一般都属于变结构 或混联结构机床如采用自由度转动主轴头的英 国的N 6 ; H 6 0 O机床 瑞典生产的K 4 0 O 6 2 系列 腿M坐标并联机床我国东北大学M轴联动杆虚 轴数控机床中科院沈阳自动化所研制的M轴并联 机床 M 清华大学平面自由度并联机构附加转 动主轴头和运动工件平台的并联机床均为典型的 混联结构’ 由于 O 6 S S ; T 2 3 4 3 5 5 6 5 3 4 O G 0 6 O 9 4 6 确定主进给机构和工件平台运动要求 并 联机床加工中刀具相对于工件运动因此构型设计 首先要确定刀具的主进给机构和工件平台分别实 现的运动要求’上述构型整体设计方案要以具体加 工要求特点以及整机作业性能为依据合理确定 运动分配’例如主进给机构为空间自由度移动 工件平台实现自由度转动U主进给机构为平面 自由度并联机构串联主轴头回转工件平台实现垂 直于主进给机构平面的移动’ 主进给机构构型设计 根据所确定的主进 给机构运动要求确定其机构方案并具体完成构型 设计’既可采用纯并联或串并联构型直接实现所需 的全部运动要求也可以仅由其实现部分运动要求 “如空间位置运动 其余通过附加串联运动机构 “如回转主轴头形成混联来实现’ 工件平台构型设计 与主进给机构构型设 计类似确定工件平台的机构方案并完成具体的构 型设计’ P ’ F 在考虑 构件数目和铰链形式变化的基础上提出 种可 用并联构型并指出构型差异主要在于运动副配置 和驱动方式的组合形式’ W W Y年 C4 9 8 X 等人将 空间并联机构视为几何尺寸可变的珩架结构通过 WW 第期朱煜等R并联机床构型及其设计方法初探 万方数据 型 数 综 合 得 到 种 可 能 的 并 联 构 型“ 年图 ; 数综合 根据空间并联机构的自由度计 算公式0 3 1 3 型综合 在数综合的基础上 5 构型优化 运用运动学分析手段对上述 并联构型进行分析 运动综合支链配置策略 是通过对确定 动平台运动能力的各支链运动能力的分析和综合 直接确定各支链运动副配置方案“该设计策略基于 动平台运动是由与动平台联接的各条支链所提供 的运动协同作用结果的原则 3 组合配置分析淘汰策略 与上述策略不 同变异法 构型衍生法就是在成熟并联构型的基础上图5 为 G ’ K K 图 G K ’ K的一种变异 ;衍生构型 图R 与NA J B S 等人 的并联构型;图3 有相当的相似之处 是在自由度构型 * 基础上删除9 / 5 A / 5B C D4 ’ E 0 1 / 5 7 ,8/ H ’ “ 1 J ’ K / 5 L L L M N ; O / , P B DO - - ’ 5 ’ * .’ , O 8.0 ;R A ; , / 5 1 B B L L M ; O / , S T U V W X Y Z W [J , 1 ’ 2 / , “ k 8 / * ;k 3 8 l / 5;98Q , / 5 \ ;9, / 5B C D0 ’ “ F, - Q / 5 / ’ ’ “ / 54 ’ E , “ 0 1 / 5 ,8/ H ’ “ 1 J ’ K / 5 ; L L L M N ;O / , P B D3 / 1 O / ’ 1 ’ , 2 ’ FI * j ’ / ’ ;0 , I , / ;j , / \ ;L m L L L ;O / , S T U V W X Y Z W [ ’F “ E “ 1 1 “ “ ’ 1 2 ’ H ’ - E ’ 2 / ’ * “ F * * “ F / 5 ’ F “ E “ ’ 1 , / 2] 2 ’ / / 5 ’ , - “ ’ , 2 I * “ F’ 2E “ ’ 1 P , / 2 ’1 “ * , ’a , 1 I * , H ’ ’, - 1 / “ ’ , 1 ’ 1 D0 ’n , / I * \ I 5 ’ / / ’1 “ * , ’ * , H ’ ’ 2 ’ “ ’ , 1 ’ 1 , / 2 ’, H I * 2 ’ - , - A ’ 2o ’ - ’ “ / / ’5 “ , E ’ / ’- , I ’ “ 1 * , H ’ ’a ’ F’1 “ / 5 ’ “ Dj ’1 “ * , ’a , 1 I * ’, H ’ ’ 1 F, / - I, 1 “ a ’ 2 ’2 ’ - , - A ’ 2o ’ - ’ “ / / ’5 “ , E ’ / ’- , I ’ “ 1 D bc de f X g V [, H ’ ’ P , “ P E “ ’ E , “ , / P E “ 1 1 “ “ ’ P 1 “ * , ’ , “ , ’ “ 1 1 C责任编辑 李成俊S mLm 第m期朱煜等[并联机床构型及其设计方法初探 万方数据