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本论文主要研究空间并联机床的静平衡问题。静平衡是指机床在任意位姿下,机床自身重力及其产生的惯性力和惯性力矩对机床驱动关节的合力矩为零。实现机床静平衡是十分必要的,因为机床重力会产生振动、噪声、磨损及其它负效应,造成机床加工精度降低和疲劳寿命缩短,同时机床为了克服自身重力还需要选取大功率的电机,提高制造成本。当并联机床处于静平衡时,无论动平台处于何种位姿,驱动关节都不用输出额外的转矩来克服活动构件的重力,因此驱动关节只用来提供运动部件的运动及切削力,这样就可以选用尺寸和功率更小的驱动电机,这对提高机床加工精度是十分有利的。同时,平衡后的机床还可以改善其动态特性,降低机构的耦合、改善机床的运动性能、提高整机的控制精度、减小因系统惯性力引起的振动、降低噪声、延长机床的疲劳寿命。
论文选取了两种具有代表性的并联机床-3-TPS并联机床(可变杆长)和3-PRS并联机床(固定杆长),主要采用理论分析和仿真验证形式对3-TPS、3-PRS两种并联机床进行静平衡分析。3-TPS并联机床采用配重法、弹簧法和液压平衡法实现其静平衡分析;3-PRS并联机床采用配重法和弹簧法实现其静平衡分析。具体内容包括:
1.采用ADAMS仿真软件分析了机床自重对机床性能所造成的影响,仿真结果表明机床重力对机床的影响很大,不容忽视,表明对机床进行静平衡十分必要;
2.深入研究了两种并联机床的自重分布规律和势能变化规律,并建立了与之相对应的数学模型并推导出实现机床平衡的充分条件;
3.利用ADAMS仿真软件对机床平衡的充分条件进行仿真验证及参数优化。结果验证了理论推导的正确性,同时对平衡结果进行进一步的优化仿真,以修正理论分析过程中简化模型所产生的误差,得到更好的结果;
4.根据机床平衡效果的优劣及其可实现性对三种平衡方法进行了对比分析,总结了三种方法的优、缺点并归纳了每种方法的适用范围。
论文研究成果为并联机床静平衡分析提供了理论依据,具有一定的参考价值和科学意义。