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并聯(lián)機(jī)床實(shí)驗(yàn)臺(tái)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
開題報(bào)告
班級(jí)(學(xué)號(hào)):機(jī) 姓名:
指導(dǎo)老師:
一、選題綜述
1、理論意義
三連桿虛擬軸數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)被認(rèn)為是本世紀(jì)最具革命性的機(jī)床設(shè)計(jì)突破。如果充分發(fā)揮這種新型機(jī)床在結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)，就有可能為大幅度地提高機(jī)床的性能開辟一條新途徑。虛擬軸機(jī)床不太適合加工大范圍、多坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的零件。但從另一個(gè)角度看，在實(shí)際生產(chǎn)中需要多坐標(biāo)加工的復(fù)雜零件畢竟是少數(shù)，而占主導(dǎo)地位的還是普通常規(guī)零件的加工。因此，研究如何利用虛擬軸機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在常規(guī)零件的高速、高效加工上發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，將更具有實(shí)際意義。
2、現(xiàn)實(shí)意義
具有六個(gè)自由度的三連桿結(jié)構(gòu)的虛軸加工中心，是利用三根并聯(lián)絲杠調(diào)節(jié)刀具進(jìn)給的新興設(shè)備，取代了傳統(tǒng)機(jī)床的固定主軸。所謂的虛軸其實(shí)就是它的主軸，與傳統(tǒng)機(jī)床相比，它的最大特點(diǎn)就是裝卡刀具的主軸可以依照加工要求，大幅度地改變其位置。通過主軸的移動(dòng)，一次性加工完成復(fù)雜表面的創(chuàng)新型數(shù)控銑床。解決了復(fù)雜零件的需要多次裝卡、定位的問題。從而簡(jiǎn)化了部分加工中涉及到的工藝流程，大大提高了效率。
3、理論的淵源及演進(jìn)過程
在1965年,由Stewart提出并聯(lián)機(jī)構(gòu),原是作為飛行模擬器用于訓(xùn)練飛行員中應(yīng)用。后來由澳大利亞著名機(jī)構(gòu)學(xué)教授Hunt在1978年提出,可將Stewart平臺(tái)機(jī)構(gòu)應(yīng)用到并聯(lián)機(jī)構(gòu)中應(yīng)用。從此,并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研制與開發(fā)工作開始了。經(jīng)過數(shù)十年的探索,并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究已從基礎(chǔ)理論工作過渡到實(shí)踐應(yīng)用中。并聯(lián)機(jī)構(gòu)在工業(yè)上、在航空上、在航海上、在地下工程方面及在微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)都得到廣泛的應(yīng)用。特別是在機(jī)械加工領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用更是令人矚目的,可用于砂輪或銑刀打毛刺、倒角、鉆油孔、低精度焊接、自動(dòng)裝配的壓配合等。并聯(lián)機(jī)床從問世以來經(jīng)過了幾年的發(fā)展，經(jīng)歷了一個(gè)由快速發(fā)展到穩(wěn)步研究的發(fā)展過程，隨著人們對(duì)并聯(lián)機(jī)床的認(rèn)識(shí)越來越深入，并聯(lián)機(jī)床相關(guān)技術(shù)的研究和開發(fā)工作的步伐正逐漸趨于平穩(wěn)。研究人員認(rèn)識(shí)到并聯(lián)機(jī)床與傳統(tǒng)機(jī)床相比所表現(xiàn)出的鮮明的特有優(yōu)勢(shì)，這鼓舞著國內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)和機(jī)床廠商堅(jiān)持不懈地積極從事并聯(lián)機(jī)床技術(shù)的研究和開發(fā)工作；另一方面，經(jīng)過幾年的研究，研究人員也發(fā)現(xiàn)并聯(lián)機(jī)床存在一些缺陷，同時(shí)并聯(lián)機(jī)床在較多方面的理論研究和應(yīng)用技術(shù)研究尚不夠成熟，還有很多難題要突破。世界各國的研究機(jī)構(gòu)和機(jī)床廠商在這一問題上基本達(dá)成了共識(shí)，認(rèn)為并聯(lián)機(jī)床這種新型的加工裝備與傳統(tǒng)機(jī)床相比，在一些方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，然而在現(xiàn)階段，并聯(lián)機(jī)床尚不能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)和市場(chǎng)化，并聯(lián)機(jī)床技術(shù)也有待進(jìn)一步發(fā)展完善。
4、國外有關(guān)研究的綜述
1997年，L Molinari Tosatti等提出了并聯(lián)機(jī)床的集成化設(shè)計(jì)方法，提出了并聯(lián)機(jī)床設(shè)計(jì)環(huán)境中的主要組成部分，并以Stewart平臺(tái)為例進(jìn)行了Stewart平臺(tái)的拓?fù)涮匦苑治觥⒆鳂I(yè)空間評(píng)估、誤差分析、剛度分析、機(jī)構(gòu)的敏感性分析以及機(jī)床動(dòng)力學(xué)建模等。
??? 2001年，Marco Leonesio等提出了并聯(lián)機(jī)床的虛擬原型環(huán)境，該虛擬原型環(huán)境是在商業(yè)軟件Adams的基礎(chǔ)上開發(fā)的，以一個(gè)三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)為例，簡(jiǎn)單分析了機(jī)構(gòu)原型的運(yùn)動(dòng)特性和力特性。
5、國內(nèi)研究的綜述
國內(nèi)在并聯(lián)機(jī)床的設(shè)計(jì)技術(shù)方面目前基本與國外同步，清華大學(xué)、天津大學(xué)等高等院校取得了一些具有世界先進(jìn)水平的設(shè)計(jì)理論和技術(shù)成果，并成功設(shè)計(jì)了多臺(tái)不同構(gòu)型的并聯(lián)機(jī)床產(chǎn)品樣機(jī)。2001年，在北京第七屆中國國際機(jī)床展覽會(huì)上展出了清華大學(xué)與企業(yè)單位聯(lián)合設(shè)計(jì)的三臺(tái)并聯(lián)機(jī)床，在國內(nèi)外產(chǎn)生一定影響。2002年，清華大學(xué)與齊齊哈爾第二機(jī)床廠合作，成功開發(fā)了新型大型龍門式五軸混聯(lián)機(jī)床，目前即將投入應(yīng)用，這表明并聯(lián)機(jī)床的研究開發(fā)向產(chǎn)業(yè)化邁出了一大步。從1999年開始，清華大學(xué)在國內(nèi)開始進(jìn)行并聯(lián)機(jī)床數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)和虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)境的研究，在系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、并聯(lián)構(gòu)型設(shè)計(jì)、尺度綜合模型、動(dòng)力學(xué)建模、有限元分析、數(shù)字化仿真等方面取得了初步的研究成果，為關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)一步研究和設(shè)計(jì)平臺(tái)的開發(fā)奠定了很好的基礎(chǔ)。
二、研究?jī)?nèi)容
1、為什么要研究并聯(lián)虛軸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
國內(nèi)外文獻(xiàn)和專利查新結(jié)果表明，目前有關(guān)并聯(lián)機(jī)床的國內(nèi)外研究主要集中在新構(gòu)型設(shè)計(jì)、作業(yè)空間分析、動(dòng)力學(xué)建模與分析、精度保證等關(guān)鍵技術(shù)方面，國外已有學(xué)者開始研究并聯(lián)機(jī)床的集成化設(shè)計(jì)方法和虛擬原型設(shè)計(jì)環(huán)境等相關(guān)技術(shù)，但目前尚未出現(xiàn)支持并聯(lián)機(jī)床設(shè)計(jì)的集成化、一體化、數(shù)字化并聯(lián)機(jī)床快速開發(fā)環(huán)境，國內(nèi)外都沒有相關(guān)的專利。因此，進(jìn)行并聯(lián)機(jī)床快速開發(fā)環(huán)境的研究具有創(chuàng)新性和先進(jìn)性。虛擬軸機(jī)床具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛度高、利于實(shí)現(xiàn)高速加工等優(yōu)點(diǎn)。
2、研究方向
能夠設(shè)計(jì)出入開篇附圖那樣的三連桿虛軸加工試驗(yàn)臺(tái)，能夠有較為完善的電路控制，從而實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的加工。
3、研究?jī)?nèi)容
設(shè)計(jì)三連桿機(jī)構(gòu)，利用鉸鏈連接絲杠副，實(shí)現(xiàn)三根絲杠的上下運(yùn)動(dòng)，從而調(diào)節(jié)道具的位置，進(jìn)行銑削加工。確保試驗(yàn)臺(tái)機(jī)械強(qiáng)度、電路對(duì)加工試驗(yàn)臺(tái)的簡(jiǎn)單基本控制。
（1）并聯(lián)機(jī)床實(shí)驗(yàn)裝置總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（2）對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真計(jì)算分析
（3）驅(qū)動(dòng)與數(shù)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
4、系統(tǒng)功能
能夠在設(shè)計(jì)的三連桿徐州試驗(yàn)臺(tái)下裝卡銑刀，通過電路控制，調(diào)節(jié)三根絲杠的進(jìn)給長度，
以達(dá)到加工復(fù)雜表面零件的目的。
（1） 完成并聯(lián)機(jī)床實(shí)驗(yàn)裝置的總體設(shè)計(jì)方案
（2） 完成并聯(lián)機(jī)床實(shí)驗(yàn)裝置驅(qū)動(dòng)與數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
5、系統(tǒng)成型后的基本要求
（1）工作空間350*350*350
（2）主軸刀具最大傾角±25°
（3）主軸額定功率1kw
三、實(shí)現(xiàn)方法及預(yù)期目標(biāo)
1、初步方案
設(shè)計(jì)出以三根絲杠調(diào)節(jié)刀具加工角度的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，絲杠分別帶有進(jìn)給電機(jī)，電機(jī)輸出端加入諧波減速器，以保證大扭矩的輸出和保持高精度：刀具由虛軸帶動(dòng)，配以驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
2、重點(diǎn)
確定絲杠參數(shù)，解決連接鉸鏈強(qiáng)度，控制電路的設(shè)計(jì)。
3難點(diǎn)及環(huán)境
作為在校的學(xué)生，所接觸過的機(jī)械問題比較淺薄，考慮問題不夠全面，研究課題完全靠自己。無論是資料、設(shè)備都不夠齊全，條件比較艱苦，好在信息飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)是個(gè)很好的助手，可以在畢設(shè)期間給予我很大幫助。
在研究過程中，肯定會(huì)有很多意想不到或難以解決的問題。我認(rèn)為最大的難點(diǎn)就是計(jì)算各個(gè)零部件及聯(lián)接點(diǎn)的剛度、受力，還有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制著兩大核心部分。
四、對(duì)進(jìn)度的具體安排
1、第1-3周 實(shí)習(xí)調(diào)研基本結(jié)束；
2、第4周 撰寫并提交調(diào)研報(bào)告和開題報(bào)告；
3、第5-6周 系統(tǒng)的整體方案的確立；
4、第7-9周 計(jì)算零件的尺寸
5、第10-11周 繪制草圖
6、第12 周 校核零件強(qiáng)度
7、第13-14周 繪制大圖
7、第15-16周 撰寫并提交畢業(yè)論文；審閱、評(píng)審并修改畢業(yè)論文
8、第17周 完成畢業(yè)答辯
五、參考文獻(xiàn)
東北大學(xué) 沈陽10004 (劉陽;蔡光起);沈陽建筑工程學(xué)院 沈陽110025(羅繼曼)
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梁宏寶,鐘詩勝,王知行; 虛擬機(jī)械加工環(huán)境的建造 [J];高技術(shù)通訊; 2001年02期
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指導(dǎo)教師：(簽署意見并簽字) 年 月 日
督導(dǎo)教師：(簽署意見并簽字) 年 月 日
領(lǐng)導(dǎo)小組審查意見：
審查人簽字： 年 月 日