论文摘要
并联机床是并联机构学、数控技术和计算机控制技术在数控机床领域的创造性应用,它相对于传统数控机床具有诸多优点,适合加工复杂曲面零件。本文以开发面向5-UPS/PRPU并联机床CAD/CAM集成系统和研究并联机构分析新方法的实施过程作为主要研究内容。系统分析了面向5-UPS/PRPU并联机床的CAD/CAM集成系统体系结构、后置处理技术、工件坐标系定位算法、快速干涉检验算法、数控加工仿真技术和并联机构分析新方法等问题,并做了加工实验。目的是一方面解决并联机床数控加工编程的关键技术,实现5-UPS/PRPU并联机床对零件（尤其是复杂曲面零件）的数控加工,推动并联机床的产业化和实用化;另一方面是寻求一种分析并联机构的简便、快捷的新方法,为并联机构分析提供有效的工具。内容如下:提出了面向5-UPS/PRPU并联机床CAD/CAM集成系统软件的总体结构,给出了系统软件的信息流程;对该集成系统软件进行了模块划分,并阐述了各模块的功能和实现方法。采用一种铣刀的通用模型进行刀位计算,导出了五坐标曲面加工的通用刀位计算公式;对5-UPS/PRPU并联机床和刀具双摆动5坐标机床（ A? B）进行了详细的运动分析,得出并联机床动平台两个可变化的姿态角具有与刀具双摆动5坐标机床（ A? B）中两个摆动转角相同的性质。阐述了5-UPS/PRPU并联机床后置处理器的设计原则和功能,该后置处理器的结构和后置处理过程;研究了后置处理过程中的关键问题,并给出了相应问题的具体算法;用曲面加工的计算机仿真,验证了后置处理器的正确性。阐述了并联机床工件坐标系定位的重要性及其原则;通过对并联机床灵巧度评价指标的分析,提出了综合灵巧度系数和综合灵巧度的概念,介绍了综合灵巧度在5-UPS/PRPU并联机床轨迹规划中的应用;把5-UPS/PRPU并联机床工件坐标系的定位问题归结为在满足工作空间的前提下,对刀位文件综合灵巧度的优化,并利用复合形法对这个优化问题进行了求解,得到定位矢量;结合一个曲面定位的具体实例,给出了算法验证。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 并联机床的发展状况1.1.1 并联机床在国际上的发展状况1.1.2 并联机床在国内的发展状况1.2 CAD/CAM 技术的发展状况1.3 数控加工编程技术的发展状况1.4 面向并联机床CAD/CAM 集成系统的研究现状1.5 面向并联机床的复杂曲面零件数控加工编程技术1.5.1 面向并联机床的复杂曲面零件数控加工的工艺特点1.5.2 传统五坐标数控机床与并联机床数控加工编程的差别1.5.3 面向并联机床的数控加工编程关键技术分析1.6 课题的意义1.7 课题研究的主要内容第2章 5-UPS/PRPU 并联机床的运动学分析2.1 引言2.2 5-UPS/PRPU 并联机床机构特点与运动自由度2.3 5-UPS/PRPU 并联机床运动学分析2.3.1 PRPU 约束分支运动学分析2.3.2 反解分析2.3.3 正解分析2.4 5-UPS/PRPU 并联机床雅克比矩阵2.5 本章小结第3章 面向5-UPS/PRPU 并联机床CAD/CAM 集成系统结构设计3.1 引言3.2 面向5-UPS/PRPU 并联机床CAD/CAM 集成系统的特点3.3 面向5-UPS/PRPU 并联机床CAD/CAM 集成系统开发平台选用3.3.1 PC-CAD/CAM 硬件开发环境3.3.2 操作系统的选用3.3.3 软件开发平台及编程接口3.3.4 开发语言的选用3.4 面向5-UPS/PRPU 并联机床CAD/CAM 集成系统软件的组成3.5 人机交互界面3.6 系统软件的信息流程及关键算法3.6.1 数控代码生成3.6.2 后置处理器3.6.3 数控加工仿真3.7 本章小结第4章 5-UPS/PRPU 并联机床与刀具双摆动机床（A-B）运动一致性分析4.1 引言4.2 复杂曲面数控加工编程技术4.2.1 五坐标曲面加工刀位点轨迹的计算4.2.2 五坐标曲面加工刀位文件的生成过程4.2.3 数控后置处理技术4.2.4 通用后置处理软件IMS-Post 概述4.3 5-UPS/PRPU 并联机床刀具姿态和动平台中心位置的分析4.3.1 刀具在工件坐标系中的姿态4.3.2 动平台中心在工件坐标系中的位置4.4 刀具双摆动五坐标机床（A-B）刀具姿态和摆动中心位置分析4.4.1 刀具在工件坐标系中的姿态4.4.2 摆动中心在工件坐标系中的位置4.5 NC 代码的生成4.6 本章小结第5章 5-UPS/PRPU 并联机床后置处理器模块5.1 引言5.2 5-UPS/PRPU 并联机床的加工坐标系5.2.1 机床坐标系5.2.2 工件坐标系5.2.3 机床参考点5.3 5-UPS/PRPU 并联机床后置处理器的设计原则和功能5.3.1 并联机床后置处理器的设计原则5.3.2 并联机床后置处理器的功能5.4 5-UPS/PRPU 并联机床后置处理器结构和后置处理过程5.4.1 并联机床后置处理器结构5.4.2 并联机床后置处理过程5.5 5-UPS/PRPU 并联机床后置处理算法5.5.1 数控代码格式变换5.5.2 并联机床虚轴空间的粗插补5.5.3 工件坐标系定位5.5.4 坐标变换5.5.5 杆长计算5.5.6 干涉检验5.5.7 驱动杆速度校验5.6 仿真验证5.7 本章小结第6章 5-UPS/PRPU 并联机床工件坐标系定位算法6.1 引言6.2 5-UPS/PRPU 并联机床工件坐标系的定位6.2.1 工件坐标系的定位6.2.2 并联机床工件坐标系的定位原则6.3 5-UPS/PRPU 并联机床灵巧度的综合评价指标6.3.1 灵巧度的度量指标6.3.2 灵巧度的综合评价指标6.3.3 灵巧度的综合评价指标在轨迹规划中的应用6.4 5-UPS/PRPU 并联机床工件坐标系的定位算法6.4.1 确定初始定位矢量6.4.2 确定初始复合形6.4.3 确定目标函数6.4.4 优化计算6.5 算法验证6.6 本章小结第7章 5-UPS/PRPU 并联机床工作空间快速干涉检验7.1 引言7.2 5-UPS/PRPU 并联机床工作空间的几何约束条件7.3 5-UPS/PRPU 并联机床工作空间快速干涉检验算法7.3.1 驱动链的分析7.3.2 约束链的分析7.3.3 算法流程7.3.4 算法分析7.4 算法验证7.5 本章小结第8章 5-UPS/PRPU 并联机床数控加工仿真模块8.1 引言8.2 5-UPS/PRPU 并联机床虚拟样机参数化实体建模8.2.1 虚拟样机的几何层次结构8.2.2 虚拟样机的实体造型8.2.3 虚拟样机的装配和干涉检查8.2.4 虚拟样机的形象建模8.3 5-UPS/PRPU 并联机床数控加工仿真系统结构8.3.1 数控加工仿真系统结构图8.3.2 数控加工仿真数据流模型8.3.3 数控加工仿真系统的扩展性和通用性8.4 刀位轨迹的显示验证8.4.1 刀位轨迹显示的方法8.4.2 刀位轨迹显示的程序实现8.4.3 显示验证的判断原则8.5 数控加工仿真的实现8.5.1 运动仿真的实现8.5.2 材料切除过程三维实体图形仿真的实现8.6 数控加工仿真模块中三维刀具和刀柄库的开发8.6.1 系统结构8.6.2 三维参数化标准件图素库的建立8.6.3 标准件特征参数库的建立8.6.4 零件参数化的实现8.6.5 装配体参数化的实现8.6.6 刀具和刀柄的设计实例8.7 数控加工仿真实例8.8 数控加工实例8.9 本章小结第9章 并联机构分析新方法的研究9.1 引言9.2 并联机构分析新方法的理论基础9.2.1 并联机构实体建模9.2.2 装配约束技术9.2.3 驱动尺寸和从动尺寸9.2.4 并联机构分析新方法的思想9.2.5 并联机构分析新方法可行性和优点9.3 5-UPS/PRPU 并联机床运动仿真9.3.1 运动仿真的原理9.3.2 并联机床分析模型中机床坐标系的选择9.3.3 数控代码预处理9.3.4 运动仿真的实施过程9.4 5-UPS/PRPU 并联机床虚实映射计算9.4.1 虚实映射计算的原理9.4.2 虚实映射计算的实施过程9.4.3 虚实映射计算的正确性分析9.5 5-UPS/PRPU 并联机床运动学正解计算9.5.1 运动学正解计算的原理9.5.2 运动学正解计算的实施过程9.5.3 运动学正解计算的正确性分析9.6 5-UPS/PRPU 并联机床驱动杆速度和加速度计算9.6.1 驱动杆速度和加速度计算的原理9.6.2 驱动杆速度和加速度计算的实施过程9.6.3 驱动杆速度和加速度计算的正确性分析9.7 本章小结结论参考文献攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果致谢作者简介
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