本文關鍵詞： 并聯(lián)激光切割機床 豎式6-PUS并聯(lián)機構(gòu) 運動學分析 性能分析 激光加工試驗　出處：《南京航空航天大學》2015年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：本文研究了目前的激光加工設備,發(fā)現(xiàn)驅(qū)動激光加工頭均采用傳統(tǒng)的串聯(lián)機構(gòu),具有剛度差、笨重復雜、累積誤差大等缺點。而并聯(lián)機構(gòu)作為串聯(lián)機構(gòu)的對偶機構(gòu),具有剛度大、結(jié)構(gòu)簡單、精度高、高速性能好等優(yōu)點。為此,提出以并聯(lián)機構(gòu)作為激光加工頭的驅(qū)動系統(tǒng),開發(fā)了豎式6-PUS并聯(lián)激光切割機床,實現(xiàn)了對空間復雜曲面的切割加工。論文首先對豎式6-PUS并聯(lián)機構(gòu)的運動學正解和奇異性進行了分析。首次將6-PUS并聯(lián)機構(gòu)的位置變量和姿態(tài)變量進行了解耦,推導出了其半解析化的正解表達式。根據(jù)推導的奇異軌跡解析表達式,分析了各姿態(tài)角對位置奇異的影響,得到增大姿態(tài)角會減小位置空間的規(guī)律。將無奇異姿態(tài)球半徑作為衡量機構(gòu)姿態(tài)能力(姿態(tài)空間)大小的指標,研究了機構(gòu)參數(shù)和位置參數(shù)對姿態(tài)能力的影響;得出位置偏離中心越遠機構(gòu)的姿態(tài)能力越差的結(jié)論,并進一步導出姿態(tài)能力與偏離距離的近似線性關系表達式。在此基礎上,分別從反解和正解的角度分析了6-PUS并聯(lián)機構(gòu)的工作空間。對6-PUS并聯(lián)機構(gòu)的力傳遞性能和整體剛度做了分析;基于此,利用“性能圖譜和優(yōu)質(zhì)尺度域”的機構(gòu)尺度綜合理論對豎式6-PUS并聯(lián)機構(gòu)進行了優(yōu)化設計,得到了優(yōu)化的機構(gòu)參數(shù);并以運動/力傳遞性能為評價指標,對優(yōu)化前和優(yōu)化后的機構(gòu)做了分析比較,結(jié)果表明,優(yōu)化后機構(gòu)的靜平臺半徑與連桿長度的尺寸相接近,可顯著提高機構(gòu)的運動/力傳遞性能,同時滿足了優(yōu)質(zhì)工作空間的設計要求。基于優(yōu)化的機構(gòu),進行了豎式6-PUS并聯(lián)機構(gòu)的激光切割機床虛擬樣機設計和動力學分析。采用動力學分析軟件RecurDyn對其進行運動仿真得到了多種典型運動條件下所需的驅(qū)動力,為樣機的電機選型提供依據(jù);并利用MFBD多柔體動力學分析技術,對機構(gòu)進行剛?cè)峄旌舷到y(tǒng)仿真,獲得了機構(gòu)在不同運動模式下的最大應力、應變值,為實際樣機的設計提供了參考。最后搭建了豎式6-PUS并聯(lián)機構(gòu)的激光切割機床樣機,并進行了平板切割和曲面切割實驗。通過平板切割的單因素試驗和正交實驗,探討了各工藝因素對切割質(zhì)量的影響,并得到了切割碳鋼薄板的較佳工藝參數(shù)。最后通過曲面切割,考察機床的固有特性(剛度、各向異性等)對加工精度的影響,為機床的進一步優(yōu)化提供了依據(jù)。
[Abstract]:In this paper, the current laser processing equipment has been studied. It is found that the traditional series mechanism is used to drive the laser machining heads, which has the advantages of poor stiffness and heavy complexity. The parallel mechanism has the advantages of large stiffness, simple structure, high precision and good high-speed performance. Using parallel mechanism as the driving system of laser machining head, a vertical 6-PUS parallel laser cutting machine tool is developed. In this paper, the kinematics positive solution and singularity of vertical 6-PUS parallel mechanism are analyzed firstly. The position and attitude variables of 6-PUS parallel mechanism are firstly analyzed. Decoupling is performed. The semi-analytic positive solution expression is derived and the influence of attitude angles on position singularity is analyzed according to the derived analytic expression of singular locus. The rule that increasing the attitude angle will reduce the position space is obtained. The influence of the mechanism parameters and the position parameters on the attitude capability is studied by taking the spherical radius of the non-singular attitude as the index to measure the attitude capability of the mechanism (attitude space). A conclusion is drawn that the attitude capability of the mechanism farther away from the center is worse, and the approximate linear relationship between attitude capability and deviation distance is derived. On the basis of this, an approximate linear relationship between attitude capability and deviation distance is derived. The workspace of 6-PUS parallel mechanism is analyzed from the point of view of inverse solution and forward solution respectively. The force transfer performance and overall stiffness of 6-PUS parallel mechanism are analyzed. Based on this, the mechanism scale synthesis theory of "performance map and high quality scale domain" is used to optimize the design of the vertical 6-PUS parallel mechanism, and the optimized mechanism parameters are obtained. Taking the performance of motion / force transfer as the evaluation index, the mechanism before and after optimization is analyzed and compared. The results show that the radius of the static platform of the optimized mechanism is close to the dimension of the length of the connecting rod. It can significantly improve the kinematic / force transfer performance of the mechanism and meet the design requirements of the high quality workspace. The virtual prototype design and dynamic analysis of laser cutting machine tool for vertical 6-PUS parallel mechanism are carried out, and several typical kinematic conditions are obtained by using dynamic analysis software RecurDyn to simulate its motion. The driving force you need. It provides the basis for the motor selection of the prototype. Using the MFBD multi-flexible body dynamics analysis technology, the rigid-flexible hybrid system simulation is carried out, and the maximum stress and strain value of the mechanism under different motion modes are obtained. Finally, a prototype of laser cutting machine with vertical 6-PUS parallel mechanism is built. Through the single factor experiment and orthogonal experiment, the influence of each technological factor on the cutting quality is discussed. The optimum technological parameters of cutting carbon steel sheet are obtained. Finally, the influence of the inherent characteristics (stiffness, anisotropy, etc.) of the machine tool on the machining accuracy is investigated through curved surface cutting, which provides the basis for the further optimization of the machine tool.
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG485

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 周惠麗,王德義,陳鳳英;激光切割機在板類件加工中的應用[J];現(xiàn)代化農(nóng)業(yè);2002年03期

2 馬守華,李金和;激光切割機在汽車行業(yè)的應用[J];機械工人.冷加工;2003年07期

3 ;西門子控制和驅(qū)動技術在管道彎曲和激光切割機床中的應用[J];制造技術與機床;2005年06期

4 ;百超首臺國產(chǎn)激光切割機閃亮登場[J];現(xiàn)代制造;2005年30期

5 ;華工國產(chǎn)激光切割機打入國際市場[J];電器工業(yè);2005年05期

6 李雁東;許強;;激光切割機在制作樣板和工裝時的巧用[J];機械工程師;2006年01期

7 ;精致的高效激光切割機[J];現(xiàn)代制造;2008年07期

8 馬偉;;被低估的激光切割機?[J];中國機電工業(yè);2008年06期

9 孔永強;鐘寒;;宏山激光切割機購買半年多次維修遭投訴[J];商品與質(zhì)量;2008年39期

10 ;世界首創(chuàng)光纖激光切割機[J];激光與光電子學進展;2009年05期

相關會議論文 前3條

1 程古林;曹南;;激光切割機取代大型平板繪圖儀可行性分析[A];中國造船工程學會’04 MIS/S&A學術交流會學術論文集[C];2004年

2 翁世平;東繼光;;小型CO_2激光數(shù)控切割機床的新發(fā)展[A];2001年中國機械工程學會年會暨第九屆全國特種加工學術年會論文集[C];2001年

3 王瑞延;;2D激光切割機切割圓管[A];上海市激光學會2005年學術年會論文集[C];2005年

相關重要報紙文章 前10條

1 記者 鄭欣榮;激光切割機金屬板上“繡花”[N];長江日報;2010年

2 粵聞 曉琳;激光切割機服裝業(yè)應用優(yōu)勢顯著[N];中國服飾報;2010年

3 ;激光切割機操作13“須知”[N];中國服飾報;2012年

4 沈佳;高端激光切割機助力軍機用鈦合金蒙皮生產(chǎn)[N];中國有色金屬報;2014年

5 徐明天;8年面壁造出一把“激光刀”[N];深圳商報;2006年

6 駐太倉首席記者 徐允上;高精度激光切割機“太倉造”[N];蘇州日報;2008年

7 成莉玲　張炳橋;國內(nèi)最大板厚激光切割機落戶武橋重工[N];中華建筑報;2009年

8 武華;世界最大幅面磁懸浮激光切割機出口埃及[N];中國工業(yè)報;2010年

9 ;如何選擇合適的激光切割機[N];中國服飾報;2012年

10 占其　小武 整理;把脈激光切割機10項疑難問題[N];中國服飾報;2012年

相關博士學位論文 前1條

1 王超群;并聯(lián)激光切割機床若干關鍵問題研究[D];南京航空航天大學;2015年

相關碩士學位論文 前10條

1 周文聘;激光切割機控制系統(tǒng)軟件的研究與開發(fā)[D];華中科技大學;2007年

2 張曉娜;連桿裂解槽三軸數(shù)控激光切割機設計與仿真[D];吉林大學;2010年

3 林瑞雪;大功率厚板數(shù)控激光切割機和三維數(shù)控激光切割機的動力學分析[D];燕山大學;2012年

4 楊陽;大功率厚板數(shù)控激光切割機和三維數(shù)控激光切割機的可靠性分析[D];燕山大學;2013年

5 許智;激光切割機管理與控制系統(tǒng)的研制[D];東南大學;2004年

6 鄭華;水導激光切割機控制系統(tǒng)設計與晶圓預對準研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2013年

7 李寧;激光切割機床大臂機械特性分析[D];天津大學;2008年

8 李文華;激光切割機控制系統(tǒng)的改進研究[D];四川大學;2005年

9 張宏偉;激光切割機開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究[D];天津大學;2004年

10 范春衛(wèi);光纖激光切割機的運動控制方法研究與應用[D];東華大學;2014年

，

本文編號：1453006