并聯(lián)變胞切割機構的構型綜合與性能優(yōu)化研究
發(fā)布時間：2021-08-14 06:49
面向現(xiàn)代艦船制造的工程背景,在船體空間復雜曲面上切割形狀各異的大尺寸工藝孔是加工過程中的關鍵項目。由于船體結(jié)構的變化和船用材料的更新?lián)Q代,現(xiàn)有切割裝備已經(jīng)不能滿足“高性能”制造需求,也無法保障孔型任務的加工精度與性能指標等。因此,研究能夠解決艦船復雜曲面切割難題的新型加工方法—數(shù)字化敏捷切割技術,并研制具有高效率、高精度和高質(zhì)量加工特性的切割機構與數(shù)控切割設備,對艦船制造中需要解決的重要問題,具有重要的理論意義和工程價值。本文將空間復雜曲面零件測量—再設計—數(shù)控加工一體化和數(shù)控切割設備的機構設計與性能優(yōu)化視為數(shù)字化敏捷切割技術領域中的兩個核心要素,開展了空間復雜曲面孔型輪廓及其切割軌跡的參數(shù)化建模方法、并聯(lián)變胞機構的構型綜合方法、全構態(tài)運動性能分析與綜合評價優(yōu)化方法研究,也進行了并聯(lián)變胞切割機構的運動優(yōu)化設計和虛擬仿真研究。一方面建立了復雜曲面曲線數(shù)控加工一體化以及并聯(lián)變胞機構構型綜合與優(yōu)化的理論方法,另一方面為解決復雜曲面加工難題提供了新型切割機構。本文主要研究內(nèi)容包括:構建了空間復雜曲面孔型輪廓及其切割軌跡的參數(shù)化模型。根據(jù)空間曲面的數(shù)字化敏捷切割需求,構造了由一般參數(shù)轉(zhuǎn)化為特殊參...
【文章來源】：哈爾濱工程大學黑龍江省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：190 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．３可鎖死ｙ副和３－ＣＰｔ／并聯(lián)變胞機構??Ｆｉｇ．?１．３?Ａ?ｌｏｃｋａｂｌｅ?ｕｎｉｖｅｒｓａｌ?ｊｏｉｎｔ?ａｎｄ?３－ＣＰＵ?ｐａｒｅｌｌｅｌ?ｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｃ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ??
需要確定其在空間復雜曲面工件和切割輪廓中的姿態(tài)，即事先構建出Ｖ型、Ｘ??型等形式的坡口向量模型。基于空間幾何理論［１４３］，結(jié)合材料去除方式給出與坡口有關??的參考面和空間角度如圖２．１所示。其中，是工件坐標系，Ｆ是工件材料模型，ｒ??上的空間曲面采用參數(shù)方程ｒ（ｗ，ｖ）表示。Ｄ是材料去除區(qū)域，Ｄ上的空間輪廓曲線采??用參數(shù)表達式表示。從是當前切割點，定義為切割介質(zhì)在工件上的映射點。ｒＡ，是??切割點的切線方向，指定切割介質(zhì)的運動方向。：是切割點的法剖面，它是過Ｍ點??并且以邊界矢量和法矢量的叉積為法線的參考平面，能夠描述切割介質(zhì)在厚度方向上??的輪廓邊界。??＾ｕ?ＴｙｐｅＶ??圖２．１坡口模型的參考面和空間幾何描述??Ｆｉｇ．?２．１?Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?ａｎｄ?ｓｐａｔｉａｌ?ｇｅｏｍｅｔｒｙ?ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ?ｏｆ?ｇｒｏｏｖｅ?ｍｏｄｅｌ??在法剖面上描述切割點Ｍ處的坡口模型，是找出任意坡口形式中的去除材料區(qū)域??的輪廓邊界，它對應切割介質(zhì)的姿態(tài)，以表示。Ｍ＇是坡口向量與工件表面的交??點，７Ｖ是沿厚度／／的方向上，坡口留根位置的參考點。為了保留原有設計孔型的有效??功能區(qū)域
??典型并聯(lián)變胞機構及其結(jié)構組成如圖３．１所示。其中，圖３．１?（ａ）是單工作變胞支??鏈型并聯(lián)變胞機構，它包含３條常規(guī)環(huán)形單開鏈結(jié)構和１條中間支撐工作變胞??單開鏈動平臺具有２種不同的約束狀態(tài)［６（）］。圖３．１?（ｂ）是全工作變胞支鏈??型并聯(lián)變胞機構，它包含３條工作變胞單開鏈通過改變自身結(jié)構切換為單開鏈??和凡使得末端具有無約束、純移動和純轉(zhuǎn)動等不??同的運動形式［６４］。圖３．１（ｃ）是附加變胞支鏈型并聯(lián)變胞機構，它包含３條常規(guī)單開鏈??［／八７結(jié)構以及２組專用于構態(tài)變換（改變Ｖ副的轉(zhuǎn)動軸線方向）但不能為動平臺提供??３４??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]3T1R并聯(lián)機構運動學分析與優(yōu)化設計[J]. 楊桂林,吳存存,陳慶盈,王逸,張馳. 農(nóng)業(yè)機械學報. 2017(12)
[2]Tripod并聯(lián)機器人工作空間完全解析與實驗驗證[J]. 牟家旺,于今,吳超宇,程敏,錢小吾. 農(nóng)業(yè)機械學報. 2017(07)
[3]Optimal Design of a 3-Leg 6-DOF Parallel Manipulator for a Specific Workspace[J]. FU Jianxun,GAO Feng. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2016(04)
[4]冗余并聯(lián)機構運動學性能分析與優(yōu)化[J]. 陳修龍,蔣德玉,陳林林,王清. 農(nóng)業(yè)機械學報. 2016(06)
[5]含冗余驅(qū)動支鏈4-UPS&UP并聯(lián)機構的運動學性能分析[J]. 董成林,劉海濤,黃田. 機械工程學報. 2016(05)
[6]含正則支鏈的并聯(lián)機器人雅可比簡化分析方法[J]. 卜王輝,鄭鈺馨,張攀,華濱濱. 機械工程學報. 2016(09)
[7]Singularity Analysis of a 3-RPS Parallel Manipulator Using Geometric Algebra[J]. LI Qinchuan,XIANG Ji’nan,CHAI Xinxue,WU Chuanyu. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2015(06)
[8]有理參數(shù)曲線的最優(yōu)參數(shù)化[J]. 厲玉蓉,李丹. 計算機輔助設計與圖形學學報. 2015(10)
[9]基于QR分解的少自由度并聯(lián)機構運動學及剛度分析[J]. 王唱,趙鐵石,趙延治,耿明超,李二偉. 機械工程學報. 2015(23)
[10]并聯(lián)機構動力學性能評價指標的研究[J]. 史革盟,師俊平,魯開講. 機械強度. 2015(04)
博士論文
[1]一類可重構并聯(lián)機構的結(jié)構設計方法與運動學分析[D]. 葉偉.北京交通大學 2016
[2]面向功能和性能的機構綜合性能分析和評價方法研究[D]. 孫志娟.北京工業(yè)大學 2014
[3]隱參數(shù)曲線曲面及基于PHT樣條的間斷圖像縮放[D]. 張偉紅.中國科學技術大學 2014
[4]主船體數(shù)字化設計與分段測量數(shù)據(jù)匹配方法研究[D]. 管官.大連理工大學 2013
[5]一類三自由度并聯(lián)機構的特性研究與優(yōu)化設計[D]. 姚太克.中國科學技術大學 2013
[6]少自由度并聯(lián)機構性能評價指標體系研究[D]. 孫濤.天津大學 2012
[7]一種兩自由度并聯(lián)機構優(yōu)化設計及動力學控制研究[D]. 郝齊.清華大學 2011
[8]變胞并聯(lián)機構的結(jié)構設計方法與運動特性研究[D]. 張克濤.北京交通大學 2010
[9]管件帶坡口相貫線數(shù)控切割建模與仿真研究[D]. 董本志.東北林業(yè)大學 2010
[10]曲線曲面的幾何約束造型與近似合并[D]. 陳軍.浙江大學 2010
碩士論文
[1]基于等效阻力梯度的約束變胞運動副結(jié)構綜合[D]. 魏強.東北大學 2012
[2]基于三次B樣條的三維重建方法的研究[D]. 南良改.武漢理工大學 2009
本文編號：3341991
【文章來源】：哈爾濱工程大學黑龍江省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：190 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．３可鎖死ｙ副和３－ＣＰｔ／并聯(lián)變胞機構??Ｆｉｇ．?１．３?Ａ?ｌｏｃｋａｂｌｅ?ｕｎｉｖｅｒｓａｌ?ｊｏｉｎｔ?ａｎｄ?３－ＣＰＵ?ｐａｒｅｌｌｅｌ?ｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｃ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ??
需要確定其在空間復雜曲面工件和切割輪廓中的姿態(tài)，即事先構建出Ｖ型、Ｘ??型等形式的坡口向量模型。基于空間幾何理論［１４３］，結(jié)合材料去除方式給出與坡口有關??的參考面和空間角度如圖２．１所示。其中，是工件坐標系，Ｆ是工件材料模型，ｒ??上的空間曲面采用參數(shù)方程ｒ（ｗ，ｖ）表示。Ｄ是材料去除區(qū)域，Ｄ上的空間輪廓曲線采??用參數(shù)表達式表示。從是當前切割點，定義為切割介質(zhì)在工件上的映射點。ｒＡ，是??切割點的切線方向，指定切割介質(zhì)的運動方向。：是切割點的法剖面，它是過Ｍ點??并且以邊界矢量和法矢量的叉積為法線的參考平面，能夠描述切割介質(zhì)在厚度方向上??的輪廓邊界。??＾ｕ?ＴｙｐｅＶ??圖２．１坡口模型的參考面和空間幾何描述??Ｆｉｇ．?２．１?Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?ａｎｄ?ｓｐａｔｉａｌ?ｇｅｏｍｅｔｒｙ?ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ?ｏｆ?ｇｒｏｏｖｅ?ｍｏｄｅｌ??在法剖面上描述切割點Ｍ處的坡口模型，是找出任意坡口形式中的去除材料區(qū)域??的輪廓邊界，它對應切割介質(zhì)的姿態(tài)，以表示。Ｍ＇是坡口向量與工件表面的交??點，７Ｖ是沿厚度／／的方向上，坡口留根位置的參考點。為了保留原有設計孔型的有效??功能區(qū)域
??典型并聯(lián)變胞機構及其結(jié)構組成如圖３．１所示。其中，圖３．１?（ａ）是單工作變胞支??鏈型并聯(lián)變胞機構，它包含３條常規(guī)環(huán)形單開鏈結(jié)構和１條中間支撐工作變胞??單開鏈動平臺具有２種不同的約束狀態(tài)［６（）］。圖３．１?（ｂ）是全工作變胞支鏈??型并聯(lián)變胞機構，它包含３條工作變胞單開鏈通過改變自身結(jié)構切換為單開鏈??和凡使得末端具有無約束、純移動和純轉(zhuǎn)動等不??同的運動形式［６４］。圖３．１（ｃ）是附加變胞支鏈型并聯(lián)變胞機構，它包含３條常規(guī)單開鏈??［／八７結(jié)構以及２組專用于構態(tài)變換（改變Ｖ副的轉(zhuǎn)動軸線方向）但不能為動平臺提供??３４??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]3T1R并聯(lián)機構運動學分析與優(yōu)化設計[J]. 楊桂林,吳存存,陳慶盈,王逸,張馳. 農(nóng)業(yè)機械學報. 2017(12)
[2]Tripod并聯(lián)機器人工作空間完全解析與實驗驗證[J]. 牟家旺,于今,吳超宇,程敏,錢小吾. 農(nóng)業(yè)機械學報. 2017(07)
[3]Optimal Design of a 3-Leg 6-DOF Parallel Manipulator for a Specific Workspace[J]. FU Jianxun,GAO Feng. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2016(04)
[4]冗余并聯(lián)機構運動學性能分析與優(yōu)化[J]. 陳修龍,蔣德玉,陳林林,王清. 農(nóng)業(yè)機械學報. 2016(06)
[5]含冗余驅(qū)動支鏈4-UPS&UP并聯(lián)機構的運動學性能分析[J]. 董成林,劉海濤,黃田. 機械工程學報. 2016(05)
[6]含正則支鏈的并聯(lián)機器人雅可比簡化分析方法[J]. 卜王輝,鄭鈺馨,張攀,華濱濱. 機械工程學報. 2016(09)
[7]Singularity Analysis of a 3-RPS Parallel Manipulator Using Geometric Algebra[J]. LI Qinchuan,XIANG Ji’nan,CHAI Xinxue,WU Chuanyu. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2015(06)
[8]有理參數(shù)曲線的最優(yōu)參數(shù)化[J]. 厲玉蓉,李丹. 計算機輔助設計與圖形學學報. 2015(10)
[9]基于QR分解的少自由度并聯(lián)機構運動學及剛度分析[J]. 王唱,趙鐵石,趙延治,耿明超,李二偉. 機械工程學報. 2015(23)
[10]并聯(lián)機構動力學性能評價指標的研究[J]. 史革盟,師俊平,魯開講. 機械強度. 2015(04)
博士論文
[1]一類可重構并聯(lián)機構的結(jié)構設計方法與運動學分析[D]. 葉偉.北京交通大學 2016
[2]面向功能和性能的機構綜合性能分析和評價方法研究[D]. 孫志娟.北京工業(yè)大學 2014
[3]隱參數(shù)曲線曲面及基于PHT樣條的間斷圖像縮放[D]. 張偉紅.中國科學技術大學 2014
[4]主船體數(shù)字化設計與分段測量數(shù)據(jù)匹配方法研究[D]. 管官.大連理工大學 2013
[5]一類三自由度并聯(lián)機構的特性研究與優(yōu)化設計[D]. 姚太克.中國科學技術大學 2013
[6]少自由度并聯(lián)機構性能評價指標體系研究[D]. 孫濤.天津大學 2012
[7]一種兩自由度并聯(lián)機構優(yōu)化設計及動力學控制研究[D]. 郝齊.清華大學 2011
[8]變胞并聯(lián)機構的結(jié)構設計方法與運動特性研究[D]. 張克濤.北京交通大學 2010
[9]管件帶坡口相貫線數(shù)控切割建模與仿真研究[D]. 董本志.東北林業(yè)大學 2010
[10]曲線曲面的幾何約束造型與近似合并[D]. 陳軍.浙江大學 2010
碩士論文
[1]基于等效阻力梯度的約束變胞運動副結(jié)構綜合[D]. 魏強.東北大學 2012
[2]基于三次B樣條的三維重建方法的研究[D]. 南良改.武漢理工大學 2009
本文編號：3341991
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