細長活塞桿加工工藝及夾具設計【含CAD圖紙、說明書】

資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 大學 屆畢業(yè)設計說明書 3軸并聯銑床 作者：Milos Glavonjic ，Dragan Milutinovic ， Sasa Zivanovic ， Zoran Dimic ，Vladimir Kvrgic 摘要：盡管平行（并聯機床）運動機床仍是許多實驗室的研究對象與發(fā)展主題，但不幸的是它們并沒有一套很完整的并聯機床。因此，作為對收購并聯機床領域基本經驗的建議，使用桌面3軸并聯機床會有所幫助。所開發(fā)的是在桌面3軸并聯銑床的基礎上新建立的三自由度并聯機構空間。本文介紹了機械結構，建模方法，以及控制和編程系統(tǒng)基于PC的Linux實時擴展和EMC2（增強型機床控制器）軟件系統(tǒng)平臺結構。 關鍵詞：并聯機床 運動學建模 臺式銑床 1介紹 從機械制造方面的研究與并聯在飛行模擬器中使用的Stewart平臺開始，包括混合并行的機構已被用于許多不同的并聯機構3 - 6自由度的拓撲結構。與傳統(tǒng)機床相比，平行（并聯機床）動力學機床有很多優(yōu)點，比如更高的剛度和較高的力量，重量比。這被視為對機床的革命性的概念?，F今，許多并聯機床不同的研究工作的不同方面已公布，但不幸的是它們仍然是一個研發(fā)專題，在許多實驗室、研究機構、大學實驗室、和絕大多數企業(yè)中沒有并聯機床。究其原因，很明顯，作為教育和培訓新技術，一臺并聯機床需要如此高的費用。 為了取得實際經驗以促進并聯機床的造型，設計，控制，編程和使用，并聯銑床的功能模擬器已經開始在開發(fā)中，然后一個低成本的桌面3軸并聯銑床被提出。在所開發(fā)的桌面3軸并聯銑床的基礎上新開發(fā)的3 自由度空間并聯機構，這種機構是首次用實驗立式銑床詳細介紹了樣機研制成功。在幾十年的發(fā)展中，在立式銑床工業(yè)規(guī)模的原有經驗基礎上，我們得出的結論是，基于同樣的機構，低成本的桌面3軸并聯銑床可以發(fā)展成為一個收購的并聯機床過程中有幫助的基本經驗。 本文介紹了機械結構，建模方法，開發(fā)的桌面3軸并聯銑床樣機，擁有基于PC的Linux實時擴展和EMC2軟件系統(tǒng)平臺的控制和編程系統(tǒng)。 2機構描述 眾所周知形狀、體積和工作空間是并聯機床的最大弱點之一。 Hexaglide和Triaglidemechanisms 在工作區(qū)的擴展是通過拉長主要運動軸，它是所有機器的共同特點之一。隨著主軸運動，一個新的3 自由度的水平和垂直空間并聯機構銑床已被開發(fā)出來。如圖所示。 1，機制的移動由平臺組成，三個聯合平行四邊形的C1，C2和C3，并固定兩平行導軌。C1和兩個交叉的平行四邊形C2即萬向節(jié)，關節(jié)，是它們的一端連接到移動平臺與S1和S2的獨立滑桿的另一端，具有一個共同的導軌，使它們供電和控制關節(jié)平移。 第三個平行四邊形C3是一個連接點，目的是通過被動關節(jié)的旋轉和平移到移動平臺。它的另一端是與旋轉三向滑塊連接，使導軌與第二，第三動力控制平移關節(jié)。在滑塊的S1，S2驅動下，S3提供了三自由度的移動平臺。因此，在其通過空間移動平臺保持不變的移動方向。 該機構的工作區(qū)形狀和對體積結構的影響有以下幾點： 平行導軌的支持： 任意X方向長度的工作區(qū)，定量Y方向上的工作區(qū)，即Ymin=常數 Ymax =常數。 平行四邊形的公共交點c1 和 c2： 減少X向工作區(qū)導軌的長度，小曲率形式：Xmin和Xmax工作區(qū)的邊界。 Y方向被平移的自由度： 運動系統(tǒng)的解耦和Y平臺在Z專業(yè)方向,與Zmin 特殊的工作空間規(guī)律常量在Zmax常量和邊境, Ymin≤Y≤Ymax 具有類似的機構比較發(fā)達，它有幾個優(yōu)點，如：規(guī)則的形狀，而在工作區(qū)（略加修改塊）類似串行機;更大的性質Struts的安排剛度，比在整體機構工作空間里有更良好的力量和速度。 這種方差機構的結構和設計解決方案，使它范圍廣泛應用于3軸立式、臥式銑床，如前所述, 如[5，6]中描述其中首先研制樣機立式銑床已提交。 3直接與逆向運動學 圖2表示一個幾何模型機構。 圖1中，每個平行四邊形是作為一個獨特的物體。 向量B和向量P的坐標屬于基本框架和移動平臺，它們總是相互平行的，參考向量B和向量P記為Bv和Pv。 圖1機構模型 圖2機構幾何模型 中間的位置矢量Pi，i = 1、2、3在此定義為向量P，在移動平臺聯合中心的框架上。如pPpi，pPp1=[c4 d zp1]T, pPp2=[ 0 0 zp2]t, pPp3=[xp3 yp3 zp3]T,zp1=zp2。 刀尖的位置矢量也定義為向量P，如pPT=[xTP yTP zTP]T。 駕駛軸參考點的位置矢量Oi和滑塊上的聯合中心的中點位置向量定義為向量{B}。 如BPOi和Bdi, BPO1=[xO1 0 0]T, BPO2=[xO2 0 0]T, BPO3=[xO3 xO3 zO3]T, Bd1=Bd3=[0 0 0]T, Bd2=[0-d0]T。 聯合坐標向量： P=[P1 P2 P3]T，Pi，i=1,2,3 由變量控制制動器Bsi=[-1 0 0]T是單位向量。 （1） 其他載體和參數的定義如圖2所示，Bei和Bai是單位向量，ci i=1,2,3表示固定長度的平行四邊形。 （2） （3） 由于載體Bsi和Bdi的是互相正交的，如果在方程兩邊平方。 則(3)采取下列關系式 （4） 方程（4）是運用圓周率計算二階多項式和逆運動學求解，可以由BpT的刀尖位置和機器參數推導出圓周率。 （5） 將參數帶入（4），得到下列3個方程組： （6） （7） （8） 由上可推出： （9） （10） （11） 以及作為直接運動方程： （12） （13） （14） 顯而易見，(4)是逆運動學方程的解決方案。(5)操作簡便，即使在最一般的機理模型中。這其實是非常機械的控制算法和校準，即在建筑和實際機械問題中的一些錯誤是不可避免的，所以有些在載體組件，定義機器的參數不能為零，因此該模型更接近于準確的模型。這意味著，能夠達標。(6)-(8)獲得更復雜，更別說解方程的步驟了。 一般情況下，能夠提出問題的解決方案，對直接運動學機構的形式明確是必不可少的。盡管可能會明確，為了簡化幾何模型所表現出的機器的參數要選擇合適的。 4 Singularity分析 針對并聯構型機床(PKM)的奇異性意義, 在圖2[5,6]中進行了機械模型的詳細分析，得到微分方程(9)-(11)以及時間的導數矩陣J表達式。微分方程(6)-(8)的隱函數聯合之后,通過微分，導數矩陣J可得： （15） Jp和Jx是直接反向動力學導數矩陣。通過這種方式,三種不同類型的奇異性分析,例如,奇點的直接反向運動學以及聯合奇異性。 對導數矩陣影響因素的深入分析，奇點的直接反向運動學和聯合奇異性是必須注意的。滑塊s1 和s2不能彼此錯開。圖1和2,三個滑動直接反向動學的奇異性,和一個聯合奇異性是非常有意義的。 （16） （17） 圖3特殊類型 (18) 圖3顯示這些可能的機制的奇異配置與相應的描述方程?？梢? 從理論上所有的奇點的邊界可達到理論上可完成的工作空間邊界。用足分的設計解決方案和/或機械的驅使,或控制算法是可以較易避免誤差的。這意味著,有效的工作空間是小于理論上的工作空間,即有效的工作空間的邊界可以從理論上可達到的工作空間的邊界移除。 5.工業(yè)型樣機發(fā)展的經驗 除了選擇合適的運動拓撲結構,選擇合適的幾何維度是非常重要，因為性能很大程度上受并聯構型機床(PKM)的幾何尺寸的影響。 選擇合適的尺寸是一項艱巨的任務,依據設計工具的發(fā)展, 并聯構型機床(PKM)仍然是一個開放的研究。然而,結構解耦的運動機理及其X,Y,和Z方向幾何能使其相對容易?；驹O計參數的確定對于一個給定的工作空間尺寸X,Y,和Z。程序是本質上的迭代，因為基本設計參數注重的是結構要素和結構鑒定試驗（J）和((J-1)T)決定因素價值標準之間可能出現的沖突。 在簡化機械幾何模型中，如圖4, 工作區(qū)的Y尺寸主要是受平行四邊形c1和c2和平臺長度尺寸c4影響。為確定一個的Y的尺寸，需要測定這些工作區(qū)的參數,應注重考察s1和s2滑塊之間可能發(fā)生的干擾；滑塊和連接的平行四邊形c1和c2；連接的平行四邊形和動平臺的動力學距離的適應性，如圖3。這些影響可能涉及的距離是滑塊間的Δxmin和ΔXmax,即α1和α2角度。這些參數，以及適宜的工作空間X尺寸，將會影響測定s1和s2滑塊的導軌長度。 圖4.簡化機構的幾何模型 很容易從圖4看到,工作區(qū)Z在工作空間位置維數和Z方向主要的影響是長度關節(jié)c3和平行四邊形的s3滑塊導軌的位置,如zO3整合。這些對于一個給定的Z工作空間的維度參數的確定,值得注意的是其中可能存在的干擾,α3價值的角度以及對部件之間的充分性距離中可能的奇異點，如圖3。 構想第一臺垂直銑機器原型的出發(fā)點是游動主軸的聯系，即在工作空間尺寸X,Y,和Z方向。采用常見的約為5:2.5:1比例的垂直系列運動學銑床。對Y = 500毫米的工作空間維度和Z = 200毫米，連接平行四邊形c1,c2的長度，動平臺有效長度c4，連接平行四邊形c3,與坐標zO3進行了迭代過程[5,6]的分析。最終采納數據:c1 = 1,003 mm, c2 =1,026, c3= 500毫米、c4 = 1,019 mm,d= 150毫米,xO1 =1130 mm,xO2=1,565mm,xO3=1750 mm,zO3=843 mm,zP2= 0,xP3=500毫米,zP3 =250mm,xTP=300毫米,yTP =-150毫米, zTP= 198毫米。 在此已采納的概念和設計的基礎上，第一臺立式升降臺銑床實驗樣機已經建成,圖5。圖6顯示了已開發(fā)的圖5原型中工作空間的形狀和大小。 圖5. 實驗立式升降臺銑床的原型 圖6.工作區(qū)原型 6.臺式銑床的發(fā)展 利用先前的經驗,這一領域的并聯構型機床(PKM)的發(fā)展，第一個實驗樣機的研制成功、新開發(fā)的立式升降臺銑床[5,6]機制,產生了一個想法：針對發(fā)展中國家的一種低成本桌面教學3軸并行結構銑床。最初,得出開發(fā)機制適用于其設計和技術方面的問題。隨著這一事實:一個完整分析建模和奇異性機理作了初步分析在industrial-size原型開發(fā)、控制和編程系統(tǒng)的存在以及經驗設計、構建、組裝、的概念，對桌面機器進行探討。 第一步是建立目標總結如下: l 它是一個低成本的桌面教學機。 l 它能制造柔軟的材料。 l 它是一種常見編程設計方式。 l 它對于初學者也是完全安全。從而確定采用的目標,闡述涉及的概念。 l 量綱分析的桌面教學機及其工作原理。 l 選擇的可能解決方案基本單位的概念。 兩個步驟強烈的協同,因為必須采取對先前設定的目標和約束條件的考慮，如:那它是一臺臺式機,主要部件(步驟電機、數控、滑動論文、關節(jié)等。)可以很容易地找到的話,其他所有的部件都可以建在一個實驗室,及控制與編程Linux系統(tǒng)是基于PC平臺的實時系統(tǒng)軟件系統(tǒng)的延伸和EMC2。 圖7. 臺式銑床CAD模型 分析證明:比例因子5相比第一個實驗industrial-size銑床原型（圖5）將會有最優(yōu)解。五次較小的整體尺寸和五次小的工作空間總體尺寸,保持了所有優(yōu)勢的機制使用。在我們的實驗室這些尺寸也提供申請現有的低成本元件以及建筑的其他部件。 圖7顯示CAD模型的開發(fā)桌面教育3-axis并行結構銑床所有必要的技術文件已經產生。幾何模型的桌面教學銑床是相同的發(fā)展模式：industrial-size銑床，如圖2、4，基本參數c1 = 201 mm,c2 = 205毫米,c3 = 100毫米,c4 = 203.8 mm,d = 30毫米,xO1 = = 226 mm,xO2 313 mm,xO3= 350毫米,zO3 130毫米,zP2 = = 0,xP3 = 100毫米,zP3 =55毫米,xTP yTP = = 60毫米,40毫米,zTP = 70毫米。為其提供同樣的工作空間形狀像在圖6, 尺寸是比較小，大約總體的五倍，如圖8。 圖8.銑床平面工作區(qū) 7. 第一臺臺式銑床原型 在此基礎上被領養(yǎng)的概念和設計參數,第一個低成本的教學3軸平行臺式銑床已經在我們的實驗室建成并測試,圖9。 圖9. 臺式銑床原型 圖10. 結構控制和編程系統(tǒng) 圖10提出了一個簡化的結構的控制和編程系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)是基于PC Linux平臺提供實時的延伸和EMC2軟件系統(tǒng)計算機控制的機床,機器人,hexapods等。 EMC2最初創(chuàng)造出來的美國國家標準與技術研究院(美國國家標準與技術研究院)和是一個免費軟件發(fā)布的條款下GPL(通用公共許可證)[7、8]。基于Eqs。(9)-(14),運動學模塊是用C寫的語言,在EMC2集成軟件系統(tǒng)。根據外形尺寸和估計精度的發(fā)展臺式銑床原型、基本校正對加工中心進行在組裝期間的過程圖。 由于這是一個復雜的教學虛擬機運動學,一個真實的機器也包括控制和編程系統(tǒng)。虛擬機的設計是在使用多個類預定的對象導向的Python編程語言。 部分流程是十分常規(guī)的,通過使用滲碳層深度逆問題求解轉換CL，轉換成G代碼程序文件。在EMC2擬合軟件加載條件下,刀具路徑進行驗證。在程序開始運行時,擬指令在準確的時間內執(zhí)行并產生控制信號指向一個真正的和/或虛擬機。不同的虛擬機在模擬時,可以做出基于用戶需求的真實機器可能性假設,例如,驗證的程序在桌面機器工作,如圖11。 圖11.虛擬桌面銑削機 參考文獻： 1. 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