細(xì)長(zhǎng)活塞桿加工工藝及夾具設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說(shuō)明書(shū)】

資源目錄里展示的全都有，所見(jiàn)即所得。下載后全都有,請(qǐng)放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問(wèn)可加】 大學(xué) 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 3軸并聯(lián)銑床 作者：Milos Glavonjic ，Dragan Milutinovic ， Sasa Zivanovic ， Zoran Dimic ，Vladimir Kvrgic 摘要：盡管平行（并聯(lián)機(jī)床）運(yùn)動(dòng)機(jī)床仍是許多實(shí)驗(yàn)室的研究對(duì)象與發(fā)展主題，但不幸的是它們并沒(méi)有一套很完整的并聯(lián)機(jī)床。因此，作為對(duì)收購(gòu)并聯(lián)機(jī)床領(lǐng)域基本經(jīng)驗(yàn)的建議，使用桌面3軸并聯(lián)機(jī)床會(huì)有所幫助。所開(kāi)發(fā)的是在桌面3軸并聯(lián)銑床的基礎(chǔ)上新建立的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)空間。本文介紹了機(jī)械結(jié)構(gòu)，建模方法，以及控制和編程系統(tǒng)基于PC的Linux實(shí)時(shí)擴(kuò)展和EMC2（增強(qiáng)型機(jī)床控制器）軟件系統(tǒng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)。 關(guān)鍵詞：并聯(lián)機(jī)床 運(yùn)動(dòng)學(xué)建模 臺(tái)式銑床 1介紹 從機(jī)械制造方面的研究與并聯(lián)在飛行模擬器中使用的Stewart平臺(tái)開(kāi)始，包括混合并行的機(jī)構(gòu)已被用于許多不同的并聯(lián)機(jī)構(gòu)3 - 6自由度的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)機(jī)床相比，平行（并聯(lián)機(jī)床）動(dòng)力學(xué)機(jī)床有很多優(yōu)點(diǎn)，比如更高的剛度和較高的力量，重量比。這被視為對(duì)機(jī)床的革命性的概念?，F(xiàn)今，許多并聯(lián)機(jī)床不同的研究工作的不同方面已公布，但不幸的是它們?nèi)匀皇且粋€(gè)研發(fā)專題，在許多實(shí)驗(yàn)室、研究機(jī)構(gòu)、大學(xué)實(shí)驗(yàn)室、和絕大多數(shù)企業(yè)中沒(méi)有并聯(lián)機(jī)床。究其原因，很明顯，作為教育和培訓(xùn)新技術(shù)，一臺(tái)并聯(lián)機(jī)床需要如此高的費(fèi)用。 為了取得實(shí)際經(jīng)驗(yàn)以促進(jìn)并聯(lián)機(jī)床的造型，設(shè)計(jì)，控制，編程和使用，并聯(lián)銑床的功能模擬器已經(jīng)開(kāi)始在開(kāi)發(fā)中，然后一個(gè)低成本的桌面3軸并聯(lián)銑床被提出。在所開(kāi)發(fā)的桌面3軸并聯(lián)銑床的基礎(chǔ)上新開(kāi)發(fā)的3 自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)是首次用實(shí)驗(yàn)立式銑床詳細(xì)介紹了樣機(jī)研制成功。在幾十年的發(fā)展中，在立式銑床工業(yè)規(guī)模的原有經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，我們得出的結(jié)論是，基于同樣的機(jī)構(gòu)，低成本的桌面3軸并聯(lián)銑床可以發(fā)展成為一個(gè)收購(gòu)的并聯(lián)機(jī)床過(guò)程中有幫助的基本經(jīng)驗(yàn)。 本文介紹了機(jī)械結(jié)構(gòu)，建模方法，開(kāi)發(fā)的桌面3軸并聯(lián)銑床樣機(jī)，擁有基于PC的Linux實(shí)時(shí)擴(kuò)展和EMC2軟件系統(tǒng)平臺(tái)的控制和編程系統(tǒng)。 2機(jī)構(gòu)描述 眾所周知形狀、體積和工作空間是并聯(lián)機(jī)床的最大弱點(diǎn)之一。 Hexaglide和Triaglidemechanisms 在工作區(qū)的擴(kuò)展是通過(guò)拉長(zhǎng)主要運(yùn)動(dòng)軸，它是所有機(jī)器的共同特點(diǎn)之一。隨著主軸運(yùn)動(dòng)，一個(gè)新的3 自由度的水平和垂直空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)銑床已被開(kāi)發(fā)出來(lái)。如圖所示。 1，機(jī)制的移動(dòng)由平臺(tái)組成，三個(gè)聯(lián)合平行四邊形的C1，C2和C3，并固定兩平行導(dǎo)軌。C1和兩個(gè)交叉的平行四邊形C2即萬(wàn)向節(jié)，關(guān)節(jié)，是它們的一端連接到移動(dòng)平臺(tái)與S1和S2的獨(dú)立滑桿的另一端，具有一個(gè)共同的導(dǎo)軌，使它們供電和控制關(guān)節(jié)平移。 第三個(gè)平行四邊形C3是一個(gè)連接點(diǎn)，目的是通過(guò)被動(dòng)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)和平移到移動(dòng)平臺(tái)。它的另一端是與旋轉(zhuǎn)三向滑塊連接，使導(dǎo)軌與第二，第三動(dòng)力控制平移關(guān)節(jié)。在滑塊的S1，S2驅(qū)動(dòng)下，S3提供了三自由度的移動(dòng)平臺(tái)。因此，在其通過(guò)空間移動(dòng)平臺(tái)保持不變的移動(dòng)方向。 該機(jī)構(gòu)的工作區(qū)形狀和對(duì)體積結(jié)構(gòu)的影響有以下幾點(diǎn)： 平行導(dǎo)軌的支持： 任意X方向長(zhǎng)度的工作區(qū)，定量Y方向上的工作區(qū)，即Ymin=常數(shù) Ymax =常數(shù)。 平行四邊形的公共交點(diǎn)c1 和 c2： 減少X向工作區(qū)導(dǎo)軌的長(zhǎng)度，小曲率形式：Xmin和Xmax工作區(qū)的邊界。 Y方向被平移的自由度： 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的解耦和Y平臺(tái)在Z專業(yè)方向,與Zmin 特殊的工作空間規(guī)律常量在Zmax常量和邊境, Ymin≤Y≤Ymax 具有類似的機(jī)構(gòu)比較發(fā)達(dá)，它有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，如：規(guī)則的形狀，而在工作區(qū)（略加修改塊）類似串行機(jī);更大的性質(zhì)Struts的安排剛度，比在整體機(jī)構(gòu)工作空間里有更良好的力量和速度。 這種方差機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)解決方案，使它范圍廣泛應(yīng)用于3軸立式、臥式銑床，如前所述, 如[5，6]中描述其中首先研制樣機(jī)立式銑床已提交。 3直接與逆向運(yùn)動(dòng)學(xué) 圖2表示一個(gè)幾何模型機(jī)構(gòu)。 圖1中，每個(gè)平行四邊形是作為一個(gè)獨(dú)特的物體。 向量B和向量P的坐標(biāo)屬于基本框架和移動(dòng)平臺(tái)，它們總是相互平行的，參考向量B和向量P記為Bv和Pv。 圖1機(jī)構(gòu)模型 圖2機(jī)構(gòu)幾何模型 中間的位置矢量Pi，i = 1、2、3在此定義為向量P，在移動(dòng)平臺(tái)聯(lián)合中心的框架上。如pPpi，pPp1=[c4 d zp1]T, pPp2=[ 0 0 zp2]t, pPp3=[xp3 yp3 zp3]T,zp1=zp2。 刀尖的位置矢量也定義為向量P，如pPT=[xTP yTP zTP]T。 駕駛軸參考點(diǎn)的位置矢量Oi和滑塊上的聯(lián)合中心的中點(diǎn)位置向量定義為向量{B}。 如BPOi和Bdi, BPO1=[xO1 0 0]T, BPO2=[xO2 0 0]T, BPO3=[xO3 xO3 zO3]T, Bd1=Bd3=[0 0 0]T, Bd2=[0-d0]T。 聯(lián)合坐標(biāo)向量： P=[P1 P2 P3]T，Pi，i=1,2,3 由變量控制制動(dòng)器Bsi=[-1 0 0]T是單位向量。 （1） 其他載體和參數(shù)的定義如圖2所示，Bei和Bai是單位向量，ci i=1,2,3表示固定長(zhǎng)度的平行四邊形。 （2） （3） 由于載體Bsi和Bdi的是互相正交的，如果在方程兩邊平方。 則(3)采取下列關(guān)系式 （4） 方程（4）是運(yùn)用圓周率計(jì)算二階多項(xiàng)式和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解，可以由BpT的刀尖位置和機(jī)器參數(shù)推導(dǎo)出圓周率。 （5） 將參數(shù)帶入（4），得到下列3個(gè)方程組： （6） （7） （8） 由上可推出： （9） （10） （11） 以及作為直接運(yùn)動(dòng)方程： （12） （13） （14） 顯而易見(jiàn)，(4)是逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的解決方案。(5)操作簡(jiǎn)便，即使在最一般的機(jī)理模型中。這其實(shí)是非常機(jī)械的控制算法和校準(zhǔn)，即在建筑和實(shí)際機(jī)械問(wèn)題中的一些錯(cuò)誤是不可避免的，所以有些在載體組件，定義機(jī)器的參數(shù)不能為零，因此該模型更接近于準(zhǔn)確的模型。這意味著，能夠達(dá)標(biāo)。(6)-(8)獲得更復(fù)雜，更別說(shuō)解方程的步驟了。 一般情況下，能夠提出問(wèn)題的解決方案，對(duì)直接運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)構(gòu)的形式明確是必不可少的。盡管可能會(huì)明確，為了簡(jiǎn)化幾何模型所表現(xiàn)出的機(jī)器的參數(shù)要選擇合適的。 4 Singularity分析 針對(duì)并聯(lián)構(gòu)型機(jī)床(PKM)的奇異性意義, 在圖2[5,6]中進(jìn)行了機(jī)械模型的詳細(xì)分析，得到微分方程(9)-(11)以及時(shí)間的導(dǎo)數(shù)矩陣J表達(dá)式。微分方程(6)-(8)的隱函數(shù)聯(lián)合之后,通過(guò)微分，導(dǎo)數(shù)矩陣J可得： （15） Jp和Jx是直接反向動(dòng)力學(xué)導(dǎo)數(shù)矩陣。通過(guò)這種方式,三種不同類型的奇異性分析,例如,奇點(diǎn)的直接反向運(yùn)動(dòng)學(xué)以及聯(lián)合奇異性。 對(duì)導(dǎo)數(shù)矩陣影響因素的深入分析，奇點(diǎn)的直接反向運(yùn)動(dòng)學(xué)和聯(lián)合奇異性是必須注意的?；瑝Ks1 和s2不能彼此錯(cuò)開(kāi)。圖1和2,三個(gè)滑動(dòng)直接反向動(dòng)學(xué)的奇異性,和一個(gè)聯(lián)合奇異性是非常有意義的。 （16） （17） 圖3特殊類型 (18) 圖3顯示這些可能的機(jī)制的奇異配置與相應(yīng)的描述方程。可見(jiàn), 從理論上所有的奇點(diǎn)的邊界可達(dá)到理論上可完成的工作空間邊界。用足分的設(shè)計(jì)解決方案和/或機(jī)械的驅(qū)使,或控制算法是可以較易避免誤差的。這意味著,有效的工作空間是小于理論上的工作空間,即有效的工作空間的邊界可以從理論上可達(dá)到的工作空間的邊界移除。 5.工業(yè)型樣機(jī)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn) 除了選擇合適的運(yùn)動(dòng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),選擇合適的幾何維度是非常重要，因?yàn)樾阅芎艽蟪潭壬鲜懿⒙?lián)構(gòu)型機(jī)床(PKM)的幾何尺寸的影響。 選擇合適的尺寸是一項(xiàng)艱巨的任務(wù),依據(jù)設(shè)計(jì)工具的發(fā)展, 并聯(lián)構(gòu)型機(jī)床(PKM)仍然是一個(gè)開(kāi)放的研究。然而,結(jié)構(gòu)解耦的運(yùn)動(dòng)機(jī)理及其X,Y,和Z方向幾何能使其相對(duì)容易?；驹O(shè)計(jì)參數(shù)的確定對(duì)于一個(gè)給定的工作空間尺寸X,Y,和Z。程序是本質(zhì)上的迭代，因?yàn)榛驹O(shè)計(jì)參數(shù)注重的是結(jié)構(gòu)要素和結(jié)構(gòu)鑒定試驗(yàn)（J）和((J-1)T)決定因素價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)之間可能出現(xiàn)的沖突。 在簡(jiǎn)化機(jī)械幾何模型中，如圖4, 工作區(qū)的Y尺寸主要是受平行四邊形c1和c2和平臺(tái)長(zhǎng)度尺寸c4影響。為確定一個(gè)的Y的尺寸，需要測(cè)定這些工作區(qū)的參數(shù),應(yīng)注重考察s1和s2滑塊之間可能發(fā)生的干擾；滑塊和連接的平行四邊形c1和c2；連接的平行四邊形和動(dòng)平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)距離的適應(yīng)性，如圖3。這些影響可能涉及的距離是滑塊間的Δxmin和ΔXmax,即α1和α2角度。這些參數(shù)，以及適宜的工作空間X尺寸，將會(huì)影響測(cè)定s1和s2滑塊的導(dǎo)軌長(zhǎng)度。 圖4.簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)的幾何模型 很容易從圖4看到,工作區(qū)Z在工作空間位置維數(shù)和Z方向主要的影響是長(zhǎng)度關(guān)節(jié)c3和平行四邊形的s3滑塊導(dǎo)軌的位置,如zO3整合。這些對(duì)于一個(gè)給定的Z工作空間的維度參數(shù)的確定,值得注意的是其中可能存在的干擾,α3價(jià)值的角度以及對(duì)部件之間的充分性距離中可能的奇異點(diǎn)，如圖3。 構(gòu)想第一臺(tái)垂直銑機(jī)器原型的出發(fā)點(diǎn)是游動(dòng)主軸的聯(lián)系，即在工作空間尺寸X,Y,和Z方向。采用常見(jiàn)的約為5:2.5:1比例的垂直系列運(yùn)動(dòng)學(xué)銑床。對(duì)Y = 500毫米的工作空間維度和Z = 200毫米，連接平行四邊形c1,c2的長(zhǎng)度，動(dòng)平臺(tái)有效長(zhǎng)度c4，連接平行四邊形c3,與坐標(biāo)zO3進(jìn)行了迭代過(guò)程[5,6]的分析。最終采納數(shù)據(jù):c1 = 1,003 mm, c2 =1,026, c3= 500毫米、c4 = 1,019 mm,d= 150毫米,xO1 =1130 mm,xO2=1,565mm,xO3=1750 mm,zO3=843 mm,zP2= 0,xP3=500毫米,zP3 =250mm,xTP=300毫米,yTP =-150毫米, zTP= 198毫米。 在此已采納的概念和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，第一臺(tái)立式升降臺(tái)銑床實(shí)驗(yàn)樣機(jī)已經(jīng)建成,圖5。圖6顯示了已開(kāi)發(fā)的圖5原型中工作空間的形狀和大小。 圖5. 實(shí)驗(yàn)立式升降臺(tái)銑床的原型 圖6.工作區(qū)原型 6.臺(tái)式銑床的發(fā)展 利用先前的經(jīng)驗(yàn),這一領(lǐng)域的并聯(lián)構(gòu)型機(jī)床(PKM)的發(fā)展，第一個(gè)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的研制成功、新開(kāi)發(fā)的立式升降臺(tái)銑床[5,6]機(jī)制,產(chǎn)生了一個(gè)想法：針對(duì)發(fā)展中國(guó)家的一種低成本桌面教學(xué)3軸并行結(jié)構(gòu)銑床。最初,得出開(kāi)發(fā)機(jī)制適用于其設(shè)計(jì)和技術(shù)方面的問(wèn)題。隨著這一事實(shí):一個(gè)完整分析建模和奇異性機(jī)理作了初步分析在industrial-size原型開(kāi)發(fā)、控制和編程系統(tǒng)的存在以及經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)、構(gòu)建、組裝、的概念，對(duì)桌面機(jī)器進(jìn)行探討。 第一步是建立目標(biāo)總結(jié)如下: l 它是一個(gè)低成本的桌面教學(xué)機(jī)。 l 它能制造柔軟的材料。 l 它是一種常見(jiàn)編程設(shè)計(jì)方式。 l 它對(duì)于初學(xué)者也是完全安全。從而確定采用的目標(biāo),闡述涉及的概念。 l 量綱分析的桌面教學(xué)機(jī)及其工作原理。 l 選擇的可能解決方案基本單位的概念。 兩個(gè)步驟強(qiáng)烈的協(xié)同,因?yàn)楸仨毑扇?duì)先前設(shè)定的目標(biāo)和約束條件的考慮，如:那它是一臺(tái)臺(tái)式機(jī),主要部件(步驟電機(jī)、數(shù)控、滑動(dòng)論文、關(guān)節(jié)等。)可以很容易地找到的話,其他所有的部件都可以建在一個(gè)實(shí)驗(yàn)室,及控制與編程Linux系統(tǒng)是基于PC平臺(tái)的實(shí)時(shí)系統(tǒng)軟件系統(tǒng)的延伸和EMC2。 圖7. 臺(tái)式銑床CAD模型 分析證明:比例因子5相比第一個(gè)實(shí)驗(yàn)industrial-size銑床原型（圖5）將會(huì)有最優(yōu)解。五次較小的整體尺寸和五次小的工作空間總體尺寸,保持了所有優(yōu)勢(shì)的機(jī)制使用。在我們的實(shí)驗(yàn)室這些尺寸也提供申請(qǐng)現(xiàn)有的低成本元件以及建筑的其他部件。 圖7顯示CAD模型的開(kāi)發(fā)桌面教育3-axis并行結(jié)構(gòu)銑床所有必要的技術(shù)文件已經(jīng)產(chǎn)生。幾何模型的桌面教學(xué)銑床是相同的發(fā)展模式：industrial-size銑床，如圖2、4，基本參數(shù)c1 = 201 mm,c2 = 205毫米,c3 = 100毫米,c4 = 203.8 mm,d = 30毫米,xO1 = = 226 mm,xO2 313 mm,xO3= 350毫米,zO3 130毫米,zP2 = = 0,xP3 = 100毫米,zP3 =55毫米,xTP yTP = = 60毫米,40毫米,zTP = 70毫米。為其提供同樣的工作空間形狀像在圖6, 尺寸是比較小，大約總體的五倍，如圖8。 圖8.銑床平面工作區(qū) 7. 第一臺(tái)臺(tái)式銑床原型 在此基礎(chǔ)上被領(lǐng)養(yǎng)的概念和設(shè)計(jì)參數(shù),第一個(gè)低成本的教學(xué)3軸平行臺(tái)式銑床已經(jīng)在我們的實(shí)驗(yàn)室建成并測(cè)試,圖9。 圖9. 臺(tái)式銑床原型 圖10. 結(jié)構(gòu)控制和編程系統(tǒng) 圖10提出了一個(gè)簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)的控制和編程系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)是基于PC Linux平臺(tái)提供實(shí)時(shí)的延伸和EMC2軟件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制的機(jī)床,機(jī)器人,hexapods等。 EMC2最初創(chuàng)造出來(lái)的美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院)和是一個(gè)免費(fèi)軟件發(fā)布的條款下GPL(通用公共許可證)[7、8]?；贓qs。(9)-(14),運(yùn)動(dòng)學(xué)模塊是用C寫(xiě)的語(yǔ)言,在EMC2集成軟件系統(tǒng)。根據(jù)外形尺寸和估計(jì)精度的發(fā)展臺(tái)式銑床原型、基本校正對(duì)加工中心進(jìn)行在組裝期間的過(guò)程圖。 由于這是一個(gè)復(fù)雜的教學(xué)虛擬機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué),一個(gè)真實(shí)的機(jī)器也包括控制和編程系統(tǒng)。虛擬機(jī)的設(shè)計(jì)是在使用多個(gè)類預(yù)定的對(duì)象導(dǎo)向的Python編程語(yǔ)言。 部分流程是十分常規(guī)的,通過(guò)使用滲碳層深度逆問(wèn)題求解轉(zhuǎn)換CL，轉(zhuǎn)換成G代碼程序文件。在EMC2擬合軟件加載條件下,刀具路徑進(jìn)行驗(yàn)證。在程序開(kāi)始運(yùn)行時(shí),擬指令在準(zhǔn)確的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行并產(chǎn)生控制信號(hào)指向一個(gè)真正的和/或虛擬機(jī)。不同的虛擬機(jī)在模擬時(shí),可以做出基于用戶需求的真實(shí)機(jī)器可能性假設(shè),例如,驗(yàn)證的程序在桌面機(jī)器工作,如圖11。 圖11.虛擬桌面銑削機(jī) 參考文獻(xiàn)： 1. Stewart D (1965) A platform with six degrees of freedom. Proc Institution Mech Engineers 180(15):371–386. doi:10.1243/ PIME_PROC_1965_180_029_02 2. Merlet J-P (2000) Parallel robots. Kluwer, Dordrecht. ISBN 0- 7923-6308-6 3. Weck M, Staimer D (2002) Parallel kinematic machine tools— current state and future potentials. CIRP Annals—Manufacturing Technology 51(2):671–683. doi:10.1016/S0007-8506(07) 61706-5 4. Glavonjic M, Milutinovic D, Zivanovic S (2008) Functional simulator of 3-axis parallel kinematic milling machine. Int J Adv Manuf Technol . doi:10.1007/s00170-008-1643-x 5. Milutinovic D, Glavonjic M, Kvrgic V, Zivanovic S (2005) A new 3-DOF spatial parallel mechanism for milling machines with long X travel. CIRP Annals—Manufacturing Technology 54(1):345– 348. doi:10.1016/S0007-8506(07)60119-X 6. Glavonjic M, Milutinovic D (2008) Parallel structured milling machines with long X travel. Robot Computer-Integrated Manuf 24:310–320. doi:10.1016/j.rcim.2006.12.001 7. http://www.isd.mel.nist.gov/projects/rcslib/ 8. http://www.linuxcnc.org/ 9. Hebsacker M, Trieb T, Zirn O, Honegger M (1999) Hexaglide 6 dof and triaglide 3 dof parallel manipulators. In: Boer CR et al (eds) Parallel kinematic machines, theoretical aspects and industrial requirements. Springer, London, pp 345–355. ISBN 18-5233- 613-7 10. Tsai L-W (1999) Robot analysis: the mechanics of serial and parallel manipulators. Wiley, New York. ISBN 0-471-32593-7 第12頁(yè) 共12頁(yè)