基本信息
- 项目名称：
- 三杆并联机床研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 该机构由上、下平台、轴向可调的六根伸缩杆、控制系统及软件组成。通过软件控制电机改变伸缩杆的伸缩协调来实现主轴的位置和姿态以满足刀具轨迹需要。
- 详细介绍：
- 3-TPT并联机床是由东北大学首次提出的一种新型三杆三自由度并联机构，具有结构简单，运动学和动力学正反解计算简单、易于实现实时控制及作业空间大等优点。该机构有活动平台、固定平台、平行机构和驱动杆等几部分组成。三根并联安装的驱动杆和平行机构将活动平台连接在固定的平台上。每个驱动杆两端分别用虎克铰T和固定平台及活动平台连接。通过改变各驱动杆的长度，可以调整活动平台的位置。移动副P由电机驱动的丝杠组成，承受外力；由从动平台和支撑杆组成的平行机构限制三个转动自由度，承受外力矩。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 为了解决并联机床运动学与动力学仿真过程中的问题，本文基于国内外并联机床的研究现状，深入探讨了3-TPT并联机床的运动学，动力学理论，其中对作用空间的计算和机床的虚拟装配有推广价值。 首先，分析机构的基本构成，计算自由度，研究确定其基本运动形式；接着数学推导建立运动方程，用Matlab进行仿真计算，确定其最大工作空间。运用雅可比矩阵计算活动平台的速度和加速度；最后用Pro/E进行简单的模拟装配。
科学性、先进性及独特之处
- 本文的理论计算严格按照机械原理和数学理论推导，并运用Matlab软件编程求解，保证了结果的严谨性和科学性。三自由度并联机床是当前应用研究中的热点，与传统机床及多自由度并联机床相比具有结构简单刚度大、控制方便、加工精度高、造价低等优点。尤其是本文在研究机床运动学理论中巧妙的应用其运动学方程确定了3-TPT并联机床的最大作业空间，随后运用Pro/E进行虚拟装配，该研究思路也值得同类课题借鉴。
应用价值和现实意义
- 并联机床，具有高刚度、高精度以及良好的动态特性等优点。对机床制造、设计、理论研究和整个制造业必将产生深远的影响。本课题深入研究了3-TPT并联机床的运动学、作业空间，对三杆并联机床进行三维实体建模、整机的装配，为我国现代并联机床的设计和制造提够了理论基础和技术指导，对我国发展丰富并联机床的理论和技术，具有重大的意义，同时对形成多种系列产品和高科技产业，具有社会效益、实际使用价值和产业意义。
学术论文摘要
- [1]陈文家，王洪光，房立金.并联机床的发展与展望 [2]盛忠起，姚群，蔡光起.并联机床研究 [3]孙希龙，蔡光起. 三杆并联机器人计算机仿真研究 [4]邱志成，张红，赵明扬.新型无坐标并联机床的机构学及运动学 [5] 姚 东，王爱民，冯 峰. Matlab命令大全 [6] 黄忠霖， 黄 京. Matlab符号运算及其应用
获奖情况
- 1、赵恒华。基于Stewart平台虚轴机床运动学仿真研究，《抚顺石油学院学报》，2000、243-47 2、赵恒华；唐晓初；王墅。三自由度虚拟轴机床作业空间研究，《石油化工高等学校学报》，2002、1，pp51-54 3、程仙国，赵恒华，高兴军。并联机床的研究现状与发展，机械制造与自动化，总第190期，2007.3：8-10 4、程先国，赵恒华.基于Matlab对3-TPT并联机床的运动学仿真，2008，1期：19-22 5、李经伟，赵恒华。并联焊接机器人虚拟样机设计，焊接技术，第38卷第1期2009.1：44-46
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] 顾玲，管荣根．基于卡尔曼滤波数据融合的并联机床动态定位方法[J]．机械工程学报，2007，43(7)：195–201． [2] 李强，闫洪波，张玉宝．并联机床发展的历史、研究现状与展望[J]．机床与液压，2007，35(3)：206–209． [3] 高建设，程丽，赵永生．新型 5自由度并联机床运动学自标定研究[J]．计算机集成制造系统，2007，13(4)： 738–743． [4] 刘远伟，吴海兵．并联机床加工性能的实验研究[J]．机械科学与技术，2008，27(5)：625–627． [5] 陈静，刘强．基于遗传算法的新型2一DOF并联机构优化设计[J]．机械设计，2008，25(2)：21–24．
同类课题研究水平概述
- 2000 年前后，并联机床的研究由理论研究和实验室试验，逐渐向实用化、产业化过渡，各种结构形式的并联机床相继面世，并被应用于各种领域。在德国汉诺威欧洲机床展览会(EMO’2001)上，展出的并联机床主要有Starrag-Heckert公司德国Heckert工厂的SKM400三杆卧式加工中心，德国 ECKELMAHO公司的三杆加工中心TriCenter，法国 RA 公司的URANE SX 三杆并联卧式机床。 从目前收集到的资料来看，国外新型并联机床的进给速度一般在30～100m/min之间，最高加速度一般在4.5～20m/s2之间(一些实验机型可达3.5～5g)，定位精度一般在l0m左右，高的可达4m，重复定位精度一般在5m左右，高的可达1m。 国外的并联机床发展至今，已不仅仅停留在实验型样机阶段，众多的公司、研究机构已经成功地开发了商品化的模型甚至产品，这些改进型并联机床虽然与高精度的传统机床相比还有一定的差距，但已经基本达到一般传统机床的性能指标，初步进入了实用化阶段。 在新世纪，北京中国国际机床展 CIMT’2001 上，有4台并联机床展出：哈尔滨工业大学与哈尔滨量具刃具厂联合研制的商品化 BLJ-I 型并联机；清华大学与昆明机床厂联合研制的6自由度五轴数控镗铣并联机床 XNZ63；北京航空航天大学研制三自由度并联磨床；中科院沈阳自动化所研制龙门式五自由度并联机床；国防科技大学和香港科技大学联合研制的银河-2000 六自由度并联机床；北京理工大学的六自由度变轴数控并联机床BKX-I；西安理工大学与秦川机床联合研制六轴混联龙门式机床6PM2；西安交通大学与汉江机械厂联合研制的八轴八联动混联机床，河北工业大学研制五自由度数控卧式并联机床 DOG-I；燕山大学的继六自由度并联机器人样机 ，又在2003年推出的新型五自由度并联机床。 根据我们调研所掌握的情况看，东北大学蔡光起教授主持研制的专门用于钢坯修磨的并联机器人化机床，有效地解决了我国钢坯修磨的难题，克服了钢坯修磨极度的恶劣作业环境，代替了人的体力劳动，并且生产效率很好，是我国并联机床成功的典范。还有，哈尔滨工业大学研制的小型并联机床，已经在哈尔滨量具刃具厂成功使用，生产效率高，加工质量好，在我国产生了极好的影响。对我国并联机床的研究工作起到了极大的推动作用。
