并聯激光切割機床若干關鍵問題研究.pdf

1、本文研究了目前的激光加工設備，發(fā)現驅動激光加工頭均采用傳統(tǒng)的串聯機構，具有剛度差、笨重復雜、累積誤差大等缺點。而并聯機構作為串聯機構的對偶機構，具有剛度大、結構簡單、精度高、高速性能好等優(yōu)點。為此，提出以并聯機構作為激光加工頭的驅動系統(tǒng)，開發(fā)了豎式6-(P)US并聯激光切割機床，實現了對空間復雜曲面的切割加工。
　　論文首先對豎式6-(P)US并聯機構的運動學正解和奇異性進行了分析。首次將6-(P)US并聯機構的位置變量和姿態(tài)變量

2、進行了解耦，推導出了其半解析化的正解表達式。根據推導的奇異軌跡解析表達式，分析了各姿態(tài)角對位置奇異的影響，得到增大姿態(tài)角會減小位置空間的規(guī)律。將無奇異姿態(tài)球半徑作為衡量機構姿態(tài)能力（姿態(tài)空間）大小的指標，研究了機構參數和位置參數對姿態(tài)能力的影響；得出位置偏離中心越遠機構的姿態(tài)能力越差的結論，并進一步導出姿態(tài)能力與偏離距離的近似線性關系表達式。在此基礎上，分別從反解和正解的角度分析了6-(P)US并聯機構的工作空間。
　　對6-(P

3、)US并聯機構的力傳遞性能和整體剛度做了分析；基于此，利用“性能圖譜和優(yōu)質尺度域”的機構尺度綜合理論對豎式6-(P)US并聯機構進行了優(yōu)化設計，得到了優(yōu)化的機構參數；并以運動/力傳遞性能為評價指標，對優(yōu)化前和優(yōu)化后的機構做了分析比較，結果表明，優(yōu)化后機構的靜平臺半徑與連桿長度的尺寸相接近，可顯著提高機構的運動/力傳遞性能，同時滿足了優(yōu)質工作空間的設計要求。
　　基于優(yōu)化的機構，進行了豎式6-(P)US并聯機構的激光切割機床虛擬樣機

4、設計和動力學分析。采用動力學分析軟件 RecurDyn對其進行運動仿真得到了多種典型運動條件下所需的驅動力，為樣機的電機選型提供依據；并利用MFBD多柔體動力學分析技術，對機構進行剛柔混合系統(tǒng)仿真，獲得了機構在不同運動模式下的最大應力、應變值，為實際樣機的設計提供了參考。
　　最后搭建了豎式6-(P)US并聯機構的激光切割機床樣機，并進行了平板切割和曲面切割實驗。通過平板切割的單因素試驗和正交實驗，探討了各工藝因素對切割質量的影響