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并联机床是空间多环多自由度机构在数控机床工业的创造性应用,它是机构学理论、机器人技术与数控技术相结合的产物。并联机床自问世以来,以崭新的设计概念及潜在的市场需求已经成为世界机床行业的研究热点。九十年代初人们对于机构运动可靠性的研究刚刚开始,运动可靠性理论发展还不完善,有些重要的问题还没有解决,研究工作有待进一步进行。因此,研究机构的运动可靠性有着较大的理论价值和实用价值。目前国内对并联机床的研究和应用与国际水平有着较大的差距,提高国内并联机床的精度,有着很重要的现实意义。本论文在以往研究的基础上,对3-TPS(RRR)混联机床的运动精度从可靠性的角度进行了分析。具体包括以下内容:
(1)在分析了3-TPS(RRR)混联机床机构模型的特点及其能实现的自由度的基础上进一步推导出它的运动学位置反解。由于本论文的误差分析是面向制造的误差分析,故在给定尺寸参数的情况下,基于机构运动学位置反解求解出机床的工作空间,为后续的误差分析奠定了基础。
(2)分别依据矩阵法和独立误差作用原理建立了3-TPS(RRR)混联机床的静态误差模型,应用矩阵理论推导了3-TPS(RRR)混联机床的误差传递系数。从理论上推导出机构的误差敏感系数,误差敏感系数指标也就是机床的雅可比矩阵条件数指标,它既说明了机构的运动灵活性好坏,又说明了机构的误差放大系数稳定性。
(3)对比泰勒级数展开法和蒙特卡洛模拟法两种并联机构运动误差的计算方法,针对该机构特征,采用蒙特卡洛模拟法分别对影响机床加工精度的机构系统性误差和机构运动随机性误差进行分析。在进行系统性误差分析时,考虑单件生产和批量生产情况下的误差分布情况。在进行机构运动随机性误差分析时,基于实际加工的情况选取适当机床配置。基于该配置的误差范围,综合考虑驱动杆杆长误差和铰链间隙误差共同作用时,得出3-TPS(RRR)混联机床运动精度的分布规律,再分别考虑两种误差单独作用下,分析了动平台位姿误差分布规律及相关参数。
(4)基于本文所做的误差分析,根据所得出的误差分布规律及其参数,最后从可靠性角度对该3-TPS(RRR)混联机床进行了运动精度的预测和评估。