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伯特利數(shù)控 加工中心 鉆攻中心

前言：

并聯(lián)加工中心是上世紀(jì)90年代中期發(fā)展起來(lái)的一種新概念加工中心，這種加工中心將機(jī)構(gòu)學(xué)理論、并聯(lián)機(jī)器人技術(shù)和CNC技術(shù)相結(jié)合，和傳統(tǒng)加工中心相比，具有剛度重量比大、累計(jì)誤差小、動(dòng)態(tài)性能好、結(jié)構(gòu)緊湊和復(fù)雜曲面加工能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn):雖然并聯(lián)加工中心優(yōu)點(diǎn)很多，但是由于其驅(qū)動(dòng)桿多，互相牽制，導(dǎo)致其存在運(yùn)動(dòng)范圍小，回程范圍有限的缺點(diǎn),

混聯(lián)加工中心的出現(xiàn)彌補(bǔ)了并聯(lián)加工中心的諸多缺點(diǎn)，對(duì)混聯(lián)機(jī)床的研究，從加工靈活度和加工效率的角度出發(fā)，其并聯(lián)模塊應(yīng)具備很高的轉(zhuǎn)動(dòng)靈活度，以動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)能力達(dá)到90。為,而這是傳統(tǒng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的局限性所在，比較有名的s_pnill

Z³并聯(lián)主軸頭〃¹的轉(zhuǎn)動(dòng)能力也僅為⁴〇_^:>:可見(jiàn)，在保證髙剛度的前提下突破傳統(tǒng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)擺角受限是加工中心的研發(fā)過(guò)程中亟待突破的問(wèn)題。本文提出的大擺角五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床的并聯(lián)模塊也同屬于少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)中的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)兩維移動(dòng)和一維轉(zhuǎn)動(dòng)，其刀具可以實(shí)現(xiàn)更大的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，擺角范圍為（-40° ~90°)。和傳統(tǒng)的tricept機(jī)器人相比擺角范圍更大，實(shí)現(xiàn)五個(gè)面的加工工作，而且剛度大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更好將此并聯(lián)模塊與兩自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)組合形成大擺角的五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)加工中心，解決了傳統(tǒng)CNC加工中心及現(xiàn)有并/混聯(lián)加工中心刀具擺角受限的弊端，可以方便地對(duì)空間復(fù)雜工件進(jìn)行立臥轉(zhuǎn)換、五面精密加工，目前雖然有該類機(jī)床的及文章的研究，但是對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析一直是研究的重點(diǎn)，而位置正運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究一直是研究的難點(diǎn)。

對(duì)加工中心正運(yùn)動(dòng)學(xué)的求解方法主要有兩類方法：解析法和

數(shù)值法，解析法主要是消去加工中心約束方程中的未知參數(shù)，使方程降低維數(shù)，最終求解位置正解，解析法優(yōu)點(diǎn)是可以求出所有可能解，不需要設(shè)定初始值，但公式推導(dǎo)復(fù)雜且對(duì)求解精度有較髙要求^;〈。數(shù)值解法優(yōu)點(diǎn)在于建模過(guò)程簡(jiǎn)單，不需要繁瑣的公式推導(dǎo)，但計(jì)算速度慢，而且機(jī)構(gòu)在接近奇異位置時(shí)不易收斂，也不能求解出其全部的解，結(jié)果和初始值的選取有直接的關(guān)系^g :本文提出_種大擺角五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)加工中心機(jī)構(gòu)的模型，并根據(jù)其結(jié)構(gòu)模型的特點(diǎn)，提出兩種求解位置正解的方法，一種是解析法，該解析法運(yùn)用桿長(zhǎng)關(guān)系推導(dǎo)計(jì)算公式，求得其位置正解.，另_種方法是基于liP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法來(lái)分析位置正解，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是將位置逆解結(jié)果作為訓(xùn)練樣本，采用levenberg~marquardt算法[¹⁽* ,實(shí)現(xiàn)了從關(guān)節(jié)變量空間到加工中心工作空間的非線性映射關(guān)系，從而求得加工中心位置正解。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和傳統(tǒng)的解析法、數(shù)值法相比具有運(yùn)算量小、推導(dǎo)簡(jiǎn)單、耗時(shí)少的特點(diǎn)..，

1大擺角五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)加工中心構(gòu)型的提出

1-1加工中心并聯(lián)模塊的坐標(biāo)系建立

文中涉及的大擺角五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)加工中心的機(jī)構(gòu)構(gòu)型，三維模型如圖1所示：圖2為該加工中心的并聯(lián)模塊示意圖，該加工中心主要包括加工中心底座1、底座導(dǎo)軌4、并聯(lián)模塊、末端刀具16、移動(dòng)導(dǎo)軌平臺(tái)⁵及轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)3等部分；并聯(lián)模塊包括：立柱l、ll、III,兩個(gè)運(yùn)動(dòng)分支、動(dòng)平臺(tái)及各運(yùn)動(dòng)副，各部分形成一個(gè)空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)；分支為I’UU型運(yùn)動(dòng)支鏈，包含移動(dòng)副和虎克鉸；第二分支由四條相同的I’RR支鏈、連接塊6組成，連接塊通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副K和加工中心動(dòng)平臺(tái)相連。包含連桿1111、連桿11112、連桿IV13、連桿V14。記分支為PUU型運(yùn)動(dòng)支鏈的桿長(zhǎng)為I:,記第二分支的II —V四條驅(qū)動(dòng)支鏈桿長(zhǎng)為，山+=2~5)點(diǎn)丄到七..1,的垂直距離記為2&,邊丄= 2",動(dòng)平臺(tái)為正方形，邊長(zhǎng)記為：W,連接塊也為正四邊形，且鉸接點(diǎn)從、込與鉸接點(diǎn)認(rèn)、/)₄的距離記為〃,，鉸接點(diǎn)認(rèn)、/>₄到動(dòng)平臺(tái)的垂直距離記為</,刀桿長(zhǎng)度為/,,、以點(diǎn)」，所在矩形幾何中心建立慣性坐標(biāo)系 o-%yz, 記為*U},轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)的坐標(biāo)系與慣性坐標(biāo)系重合記為_〇1 ,記為{B},

動(dòng)平臺(tái)質(zhì)心處建立刀具動(dòng)坐標(biāo)系〇₂i₂y₂2₂記為{C}。