面向并联机床数控编程技术的研究

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1、摘要并联机床是并联机构学、数控技术和计算机控制技术在数控机床领域的创造性应用，它相对于传统数控机床具有诸多优点，适合加工复杂曲面零件。本文以开发面向5-UPS／PRPU并联机床CAD／CAM集成系统和研究并联机构分析新方法的实施过程作为主要研究内容。系统分析了面向5-UPS／PRPU并联机床的CAD／CAM集成系统体系结构、后置处理技术、工件坐标系定位算法、快速干涉检验算法、数控加工仿真技术和并联机构分析新方法等问题，并做了加工实验。目的是一方面解决并联机床数控加工编程的关键技术，实现5-UPS／PRPU并联机床对零件(尤其是复杂

2、曲面零件)的数控加工，推动并联机床的产业化和实用化：另一方面是寻求一种分析并联机构的简便、快捷的新方法，为并联机构分析提供有效的工具。内容如下：提出了面向5-UPS／PP,_PU并联机床CAD／CAM集成系统软件的总体结构，给出了系统软件的信息流程；对该集成系统软件进行了模块划分，并阐述了各模块的功能和实现方法。采用一种铣刀的通用模型进行刀位计算，导出了五坐标曲面加工的通用刀位计算公式；对5-UPS／PRPU并联机床和刀具双摆动5坐标机床(A—B)进行了详细的运动分析，得出并联机床动平台两个可变化的姿态角具有与刀具双摆动5坐标机床

3、(A—B)中两个摆动转角相同的性质。阐述了5-UPS／PRPU并联机床后置处理器的设计原则和功能，该后置处理器的结构和后置处理过程；研究了后置处理过程中的关键问题，并给出了相应问题的具体算法；用曲面加工的计算机仿真．验证了后置处理器的正确性。阐述了并联机床工件坐标系定位的重要性及其原则；通过对并联机床灵巧度评价指标的分析，提出了综合灵巧度系数和综合灵巧度的概念，介绍了综合灵巧度在5-UPS／PRPU并联机床轨迹规划中的应用：把5-UPS／PRPU并联机床工件坐标系的定位问题归结为在满足工作空间的前提下，对刀位文件综合灵巧度的优化，

4、并利用复合形法对这个优化问题进行了求解，得到定位矢量：结合一个曲面定位的具体实例，给出了算法验证。燕山大学工学博士学位论文利用单开链分析方法推导出5-UPS／PRPU并联机床的运动学方程，这种方法在一次运动求解中就可以求出杆件的长度和各虎克铰、球铰的转角，适合于并联机床工作空间的快速干涉检验；给出了该方法的算法流程：对具体算法进行了实现和验证。提出了一种在中小型三维CAD软件SolidWorks2000平台下应用OLE接口技术实现5-UPS／PRPU并联机床机构实体和刀具加工过程整合仿真的方法，并开发了相应的软件。以VisualB

5、asic和Access作为开发工具，采用基于参数化特征的三维建模方式，开发了具有可扩展性的刀具和刀柄三维标准件库。提出了装配体参数化设计的方法，并应用该方法实现了并联机床仿真过程中自动换刀操作和毛坯的自动设计。给出了仿真实例，并做了加工实验。提出了综合利用CAD软件所具有的装配约束和尺寸标注功能来实现并联机构分析的新方法。该方法可在普通的PC机上采用小型CAD软件，不建立数学模型完成并联机构的运动分析，它具有简单、快捷、直观、求解精度高和重复性好的优点。详细阐述了应用该方法实现5-UPS／PRPU并联机床运动仿真、虚实映射计算、运

6、动学正解计算、驱动杼速度和加速度计算的过程，并给出了方法的正确性验证。该方法为并联机构的分析提供了一种有效的手段，是对空间并联机构传统研究方法的补充，具有一定的理论意义和实用价值。关键词并联机床：5．UPS／PRPU：复杂曲面；数控加工；CAD／CAM；运动学分析IIAbstractParallelmachinetool(PMT)isacreativeapplicationofparallelmechanism，NCtechnologyandcomputercontroltechnologyintheareaofNCmachine

7、t001．PMThasmanyadvantagesovertraditionalmachinetool，andissuitableformachiningpartswithcomplicatedsurfaces．ThispaperfocusesonthedevelopmentofCAD／CAMsystemorientedto5-UPS／PRPUPMTandconduetsresearchintotheoperationofanewsolutionforanalysisofparallelmechanisms．Topicsinclu

8、desgeneralstructureofCAD／CAMsystemorientedto5-UPS／PRPUPMT,techniquesofNCpostprocessing，orientationalgorithmofworkpiececoordi