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并聯(lián)機床實驗臺總體結(jié)構設計
開題報告
班級(學號):機 姓名:
指導老師:
一、選題綜述
1、理論意義
三連桿虛擬軸數(shù)控機床的出現(xiàn)被認為是本世紀最具革命性的機床設計突破。如果充分發(fā)揮這種新型機床在結(jié)構上的優(yōu)勢，就有可能為大幅度地提高機床的性能開辟一條新途徑。虛擬軸機床不太適合加工大范圍、多坐標運動的零件。但從另一個角度看，在實際生產(chǎn)中需要多坐標加工的復雜零件畢竟是少數(shù)，而占主導地位的還是普通常規(guī)零件的加工。因此，研究如何利用虛擬軸機床的結(jié)構特點，在常規(guī)零件的高速、高效加工上發(fā)揮其優(yōu)勢，將更具有實際意義。
2、現(xiàn)實意義
具有六個自由度的三連桿結(jié)構的虛軸加工中心，是利用三根并聯(lián)絲杠調(diào)節(jié)刀具進給的新興設備，取代了傳統(tǒng)機床的固定主軸。所謂的虛軸其實就是它的主軸，與傳統(tǒng)機床相比，它的最大特點就是裝卡刀具的主軸可以依照加工要求，大幅度地改變其位置。通過主軸的移動，一次性加工完成復雜表面的創(chuàng)新型數(shù)控銑床。解決了復雜零件的需要多次裝卡、定位的問題。從而簡化了部分加工中涉及到的工藝流程，大大提高了效率。
3、理論的淵源及演進過程
在1965年,由Stewart提出并聯(lián)機構,原是作為飛行模擬器用于訓練飛行員中應用。后來由澳大利亞著名機構學教授Hunt在1978年提出,可將Stewart平臺機構應用到并聯(lián)機構中應用。從此,并聯(lián)機構的研制與開發(fā)工作開始了。經(jīng)過數(shù)十年的探索,并聯(lián)機構的研究已從基礎理論工作過渡到實踐應用中。并聯(lián)機構在工業(yè)上、在航空上、在航海上、在地下工程方面及在微電子機械系統(tǒng)(MEMS)都得到廣泛的應用。特別是在機械加工領域的實際應用更是令人矚目的,可用于砂輪或銑刀打毛刺、倒角、鉆油孔、低精度焊接、自動裝配的壓配合等。并聯(lián)機床從問世以來經(jīng)過了幾年的發(fā)展，經(jīng)歷了一個由快速發(fā)展到穩(wěn)步研究的發(fā)展過程，隨著人們對并聯(lián)機床的認識越來越深入，并聯(lián)機床相關技術的研究和開發(fā)工作的步伐正逐漸趨于平穩(wěn)。研究人員認識到并聯(lián)機床與傳統(tǒng)機床相比所表現(xiàn)出的鮮明的特有優(yōu)勢，這鼓舞著國內(nèi)外眾多研究機構和機床廠商堅持不懈地積極從事并聯(lián)機床技術的研究和開發(fā)工作；另一方面，經(jīng)過幾年的研究，研究人員也發(fā)現(xiàn)并聯(lián)機床存在一些缺陷，同時并聯(lián)機床在較多方面的理論研究和應用技術研究尚不夠成熟，還有很多難題要突破。世界各國的研究機構和機床廠商在這一問題上基本達成了共識，認為并聯(lián)機床這種新型的加工裝備與傳統(tǒng)機床相比，在一些方面具有獨特優(yōu)勢，然而在現(xiàn)階段，并聯(lián)機床尚不能實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)和市場化，并聯(lián)機床技術也有待進一步發(fā)展完善。
4、國外有關研究的綜述
1997年，L Molinari Tosatti等提出了并聯(lián)機床的集成化設計方法，提出了并聯(lián)機床設計環(huán)境中的主要組成部分，并以Stewart平臺為例進行了Stewart平臺的拓撲特性分析、作業(yè)空間評估、誤差分析、剛度分析、機構的敏感性分析以及機床動力學建模等。
??? 2001年，Marco Leonesio等提出了并聯(lián)機床的虛擬原型環(huán)境，該虛擬原型環(huán)境是在商業(yè)軟件Adams的基礎上開發(fā)的，以一個三自由度并聯(lián)機構為例，簡單分析了機構原型的運動特性和力特性。
5、國內(nèi)研究的綜述
國內(nèi)在并聯(lián)機床的設計技術方面目前基本與國外同步，清華大學、天津大學等高等院校取得了一些具有世界先進水平的設計理論和技術成果，并成功設計了多臺不同構型的并聯(lián)機床產(chǎn)品樣機。2001年，在北京第七屆中國國際機床展覽會上展出了清華大學與企業(yè)單位聯(lián)合設計的三臺并聯(lián)機床，在國內(nèi)外產(chǎn)生一定影響。2002年，清華大學與齊齊哈爾第二機床廠合作，成功開發(fā)了新型大型龍門式五軸混聯(lián)機床，目前即將投入應用，這表明并聯(lián)機床的研究開發(fā)向產(chǎn)業(yè)化邁出了一大步。從1999年開始，清華大學在國內(nèi)開始進行并聯(lián)機床數(shù)字化設計平臺和虛擬產(chǎn)品設計環(huán)境的研究，在系統(tǒng)體系結(jié)構、并聯(lián)構型設計、尺度綜合模型、動力學建模、有限元分析、數(shù)字化仿真等方面取得了初步的研究成果，為關鍵技術的進一步研究和設計平臺的開發(fā)奠定了很好的基礎。
二、研究內(nèi)容
1、為什么要研究并聯(lián)虛軸實驗系統(tǒng)
國內(nèi)外文獻和專利查新結(jié)果表明，目前有關并聯(lián)機床的國內(nèi)外研究主要集中在新構型設計、作業(yè)空間分析、動力學建模與分析、精度保證等關鍵技術方面，國外已有學者開始研究并聯(lián)機床的集成化設計方法和虛擬原型設計環(huán)境等相關技術，但目前尚未出現(xiàn)支持并聯(lián)機床設計的集成化、一體化、數(shù)字化并聯(lián)機床快速開發(fā)環(huán)境，國內(nèi)外都沒有相關的專利。因此，進行并聯(lián)機床快速開發(fā)環(huán)境的研究具有創(chuàng)新性和先進性。虛擬軸機床具有機械結(jié)構簡單、剛度高、利于實現(xiàn)高速加工等優(yōu)點。
2、研究方向
能夠設計出入開篇附圖那樣的三連桿虛軸加工試驗臺，能夠有較為完善的電路控制，從而實現(xiàn)簡單的加工。
3、研究內(nèi)容
設計三連桿機構，利用鉸鏈連接絲杠副，實現(xiàn)三根絲杠的上下運動，從而調(diào)節(jié)道具的位置，進行銑削加工。確保試驗臺機械強度、電路對加工試驗臺的簡單基本控制。
（1）并聯(lián)機床實驗裝置總體結(jié)構設計
（2）對實驗裝置的運動進行仿真計算分析
（3）驅(qū)動與數(shù)控系統(tǒng)方案設計
4、系統(tǒng)功能
能夠在設計的三連桿徐州試驗臺下裝卡銑刀，通過電路控制，調(diào)節(jié)三根絲杠的進給長度，
以達到加工復雜表面零件的目的。
（1） 完成并聯(lián)機床實驗裝置的總體設計方案
（2） 完成并聯(lián)機床實驗裝置驅(qū)動與數(shù)控系統(tǒng)設計方案
5、系統(tǒng)成型后的基本要求
（1）工作空間350*350*350
（2）主軸刀具最大傾角±25°
（3）主軸額定功率1kw
三、實現(xiàn)方法及預期目標
1、初步方案
設計出以三根絲杠調(diào)節(jié)刀具加工角度的實驗臺，絲杠分別帶有進給電機，電機輸出端加入諧波減速器，以保證大扭矩的輸出和保持高精度：刀具由虛軸帶動，配以驅(qū)動電機。
2、重點
確定絲杠參數(shù)，解決連接鉸鏈強度，控制電路的設計。
3難點及環(huán)境
作為在校的學生，所接觸過的機械問題比較淺薄，考慮問題不夠全面，研究課題完全靠自己。無論是資料、設備都不夠齊全，條件比較艱苦，好在信息飛速發(fā)展，網(wǎng)絡是個很好的助手，可以在畢設期間給予我很大幫助。
在研究過程中，肯定會有很多意想不到或難以解決的問題。我認為最大的難點就是計算各個零部件及聯(lián)接點的剛度、受力，還有實現(xiàn)自動化控制著兩大核心部分。
四、對進度的具體安排
1、第1-3周 實習調(diào)研基本結(jié)束；
2、第4周 撰寫并提交調(diào)研報告和開題報告；
3、第5-6周 系統(tǒng)的整體方案的確立；
4、第7-9周 計算零件的尺寸
5、第10-11周 繪制草圖
6、第12 周 校核零件強度
7、第13-14周 繪制大圖
7、第15-16周 撰寫并提交畢業(yè)論文；審閱、評審并修改畢業(yè)論文
8、第17周 完成畢業(yè)答辯
五、參考文獻
東北大學 沈陽10004 (劉陽;蔡光起);沈陽建筑工程學院 沈陽110025(羅繼曼)
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肖鵬; 可調(diào)機構的分析與綜合研究 [D];西華大學; 2007年
姜蔭棠,施兆昌; 數(shù)控加工在雷達制造中的應用 [J];電子機械工程; 2002年01期
杜敬利,仇原鷹,段寶巖,保宏; LT50m縮比模型艙索系統(tǒng)與Stewart平臺動力學耦合分析 [J];中國機械工程; 2005年10期
杜敬利,仇原鷹,段寶巖,張杰; 剛?cè)狁詈隙夁\動調(diào)整系統(tǒng)動力學模型 [J];西安電子科技大學學報; 2005年04期
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李靈飛; 并聯(lián)機床機構的分析[J]; 河北理工學院學報; 2004年02期; 33-35
指導教師：(簽署意見并簽字) 年 月 日
督導教師：(簽署意見并簽字) 年 月 日
領導小組審查意見：
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