一种弧形件加工机床的机构构型设计与研究

机床制造业是“中国制造2025”的十大重要领域之一,作为机械制造的母机,机床的性能直接关乎零件、产品的质量。针对交通、航天、军工、医疗器械等领域大量使用弧形零件的情况,本文基于3-PRPUR/RUP并联机构设计出一种弧形件加工机床的构型,这种构型的机床可以满足具有弧度变化弧形件的加工;以这种弧形件加工机床的构型为研究对象,对它的运动学、动力学性能进行研究。首先,设计出一种弧形件加工机床的构型;对该构型进行自由度分析,验证了机构能够满足期望运动要求;基于驱动选取原则选取出了合适的运动副作为驱动,并验证了驱动选取的正确性。其次,通过D-H参数法和刚体变换法分别描述了动坐标系在静坐标系中的位姿,根据两种位姿描述的对等性,得出了末端输出点的独立参量和非独立参量之间的关系;利用解析几何法及动平台边长固定这一条件求出了机构的位置反解,通过封闭解法建立了机构的位置正解约束方程;通过数值点验证了位置正、反解的正确性。进行了速度分析,得出了机构的雅克比矩阵。然后,基于刚体平面运动分析各个支链上各个主要构件的运动,对工况下机构各主要构件的受力情况进行分析;利用虚功原理建立机构的动力学数学模型,通过实例和仿真对比验证了分析的正确性。最后,分析了影响机构工作空间的因素,通过Matlab软件搜索出机构的可达工作空间云点图,与SolidWorks软件仿真出的工作空间图对比说明了工作空间求解的正确性;通过Adams软件和SolidWorks软件联合构建出所设计构型的虚拟样机,按照一定轨迹对虚拟样机进行了位置正解、位置反解、速度、加速度以及动力学的仿真,仿真曲线平滑且没有突变,说明机构运动、动力性能良好。