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并聯(lián)機床實驗臺總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
開題報告
班級(學(xué)號):機 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)控機床的出現(xiàn)被認(rèn)為是本世紀(jì)最具革命性的機床設(shè)計突破。如果充分發(fā)揮這種新型機床在結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢，就有可能為大幅度地提高機床的性能開辟一條新途徑。虛擬軸機床不太適合加工大范圍、多坐標(biāo)運動的零件。但從另一個角度看，在實際生產(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床的結(jié)構(gòu)特點，在常規(guī)零件的高速、高效加工上發(fā)揮其優(yōu)勢，將更具有實際意義。
2、現(xiàn)實意義
具有六個自由度的三連桿結(jié)構(gòu)的虛軸加工中心，是利用三根并聯(lián)絲杠調(diào)節(jié)刀具進給的新興設(shè)備，取代了傳統(tǒng)機床的固定主軸。所謂的虛軸其實就是它的主軸，與傳統(tǒng)機床相比，它的最大特點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，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、理論的淵源及演進過程
在1965年,由Stewart提出并聯(lián)機構(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構(gòu)學(xué)教授Hunt在1978年提出,可將Stewart平臺機構(gòu)應(yīng)用到并聯(lián)機構(gòu)中應(yīng)用。從此,并聯(lián)機構(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)機構(gòu)的研究已從基礎(chǔ)理論工作過渡到實踐應(yīng)用中。并聯(lián)機構(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械系統(tǒng)(MEMS)都得到廣泛的應(yīng)用。特別是在機械加工領(lǐng)域的實際應(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、自動裝配的壓配合等。并聯(lián)機床從問世以來經(jīng)過了幾年的發(fā)展，經(jīng)歷了一個由快速發(fā)展到穩(wěn)步研究的發(fā)展過程，隨著人們對并聯(lián)機床的認(rèn)識越來越深入，并聯(lián)機床相關(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)識到并聯(lián)機床與傳統(tǒng)機床相比所表現(xiàn)出的鮮明的特有優(yōu)勢，這鼓舞著國內(nèi)外眾多研究機構(gòu)和機床廠商堅持不懈地積極從事并聯(lián)機床技術(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)機床存在一些缺陷，同時并聯(lián)機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。世界各國的研究機構(gòu)和機床廠商在這一問題上基本達成了共識，認(rèn)為并聯(lián)機床這種新型的加工裝備與傳統(tǒng)機床相比，在一些方面具有獨特優(yōu)勢，然而在現(xiàn)階段，并聯(lián)機床尚不能實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)和市場化，并聯(lián)機床技術(shù)也有待進一步發(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)機床的集成化設(shè)計方法，提出了并聯(lián)機床設(shè)計環(huán)境中的主要組成部分，并以Stewart平臺為例進行了Stewart平臺的拓?fù)涮匦苑治?、作業(yè)空間評估、誤差分析、剛度分析、機構(gòu)的敏感性分析以及機床動力學(xué)建模等。
??? 2001年，Marco Leonesio等提出了并聯(lián)機床的虛擬原型環(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，以一個三自由度并聯(lián)機構(gòu)為例，簡單分析了機構(gòu)原型的運動特性和力特性。
5、國內(nèi)研究的綜述
國內(nèi)在并聯(lián)機床的設(shè)計技術(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水平的設(shè)計理論和技術(shù)成果，并成功設(shè)計了多臺不同構(gòu)型的并聯(lián)機床產(chǎn)品樣機。2001年，在北京第七屆中國國際機床展覽會上展出了清華大學(xué)與企業(yè)單位聯(lián)合設(shè)計的三臺并聯(lián)機床，在國內(nèi)外產(chǎn)生一定影響。2002年，清華大學(xué)與齊齊哈爾第二機床廠合作，成功開發(fā)了新型大型龍門式五軸混聯(lián)機床，目前即將投入應(yīng)用，這表明并聯(lián)機床的研究開發(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)開始進行并聯(lián)機床數(shù)字化設(shè)計平臺和虛擬產(chǎn)品設(shè)計環(huán)境的研究，在系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、并聯(lián)構(gòu)型設(shè)計、尺度綜合模型、動力學(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)的進一步研究和設(shè)計平臺的開發(fā)奠定了很好的基礎(chǔ)。
二、研究內(nèi)容
1、為什么要研究并聯(lián)虛軸實驗系統(tǒng)
國內(nèi)外文獻和專利查新結(jié)果表明，目前有關(guān)并聯(lián)機床的國內(nèi)外研究主要集中在新構(gòu)型設(shè)計、作業(yè)空間分析、動力學(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)機床的集成化設(shè)計方法和虛擬原型設(shè)計環(huán)境等相關(guān)技術(shù)，但目前尚未出現(xiàn)支持并聯(lián)機床設(shè)計的集成化、一體化、數(shù)字化并聯(lián)機床快速開發(fā)環(huán)境，國內(nèi)外都沒有相關(guān)的專利。因此，進行并聯(lián)機床快速開發(fā)環(huán)境的研究具有創(chuàng)新性和先進性。虛擬軸機床具有機械結(jié)構(gòu)簡單、剛度高、利于實現(xiàn)高速加工等優(yōu)點。
2、研究方向
能夠設(shè)計出入開篇附圖那樣的三連桿虛軸加工試驗臺，能夠有較為完善的電路控制，從而實現(xiàn)簡單的加工。
3、研究內(nèi)容
設(shè)計三連桿機構(gòu)，利用鉸鏈連接絲杠副，實現(xiàn)三根絲杠的上下運動，從而調(diào)節(jié)道具的位置，進行銑削加工。確保試驗臺機械強度、電路對加工試驗臺的簡單基本控制。
（1）并聯(lián)機床實驗裝置總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
（2）對實驗裝置的運動進行仿真計算分析
（3）驅(qū)動與數(shù)控系統(tǒng)方案設(shè)計
4、系統(tǒng)功能
能夠在設(shè)計的三連桿徐州試驗臺下裝卡銑刀，通過電路控制，調(diào)節(jié)三根絲杠的進給長度，
以達到加工復(fù)雜表面零件的目的。
（1） 完成并聯(lián)機床實驗裝置的總體設(shè)計方案
（2） 完成并聯(lián)機床實驗裝置驅(qū)動與數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計方案
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、實現(xiàn)方法及預(yù)期目標(biāo)
1、初步方案
設(shè)計出以三根絲杠調(diào)節(jié)刀具加工角度的實驗臺，絲杠分別帶有進給電機，電機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，配以驅(qū)動電機。
2、重點
確定絲杠參數(shù)，解決連接鉸鏈強度，控制電路的設(shè)計。
3難點及環(huán)境
作為在校的學(xué)生，所接觸過的機械問題比較淺薄，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，肯定會有很多意想不到或難以解決的問題。我認(rèn)為最大的難點就是計算各個零部件及聯(lián)接點的剛度、受力，還有實現(xiàn)自動化控制著兩大核心部分。
四、對進度的具體安排
1、第1-3周 實習(xí)調(diào)研基本結(jié)束；
2、第4周 撰寫并提交調(diào)研報告和開題報告；
3、第5-6周 系統(tǒng)的整體方案的確立；
4、第7-9周 計算零件的尺寸
5、第10-11周 繪制草圖
6、第12 周 校核零件強度
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
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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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