搅拌摩擦焊机床3-PRS并联头精度分析

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1、硕士学位论文搅拌摩擦焊机床3-PRS并联头精度分析PRECISIONANALYSISON3-PRSPARALLELHEADOFFRICTIONSTIRWELDINGMACHINE贾浩洲哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TG502.13学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文搅拌摩擦焊机床3-PRS并联头精度分析硕士研究生：贾浩洲导师：刘文涛副教授申请学位：全日制工程硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG502.13U.D.C:621D

2、issertationfortheMasterDegreeinEngineeringPRECISIONANALYSISON3-PRSPARALLELHEADOFFRICTIONSTIRWELDINGMACHINECandidate:JiaHaozhouSupervisor:AssociateProf.LiuWentaoAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:MechanicalEngineeringAffiliation:SchoolofMechatronicsEngineeringDate

3、ofDefence:July,2015Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要搅拌摩擦焊技术是上世纪末发明的新型固相焊接技术，广泛应用在航空航天、汽车、船舶等工业领域。由于搅拌摩擦焊过程作用力较大，对机床刚度要求高，因此多自由度搅拌摩擦焊机床经常采用并联结构。本文针对所开发的3-PRS结构搅拌摩擦焊并联头，根据其制造和加工中可能存在的误差，以及厚板搅拌摩擦焊过程的载荷情况，对该结构并联头的精度进行了分析。具体内容如下：首先，对3-PRS并联机构的运动学进

4、行了研究。包括建立3-PRS并联机构的数学模型和姿态描述方式，求得了该机构的逆解，以及在此基础上，利用数值法求出正解。其次，对机构的制造安装误差对精度的影响进行了研究。包括建立3-PRS机构的六自由度等效机构来抵消3-PRS机构自身约束，找出3-PRS机构中所有对精度有影响的制造安装误差源并将它们对应到六自由度等效机构中，采用正解模拟法研究各误差源的影响。然后，对3-PRS并联头的静刚度进行了研究。包括对机构的整体受力分析，根据单支路的受力特点将其等效为两个方向的弹簧，利用有限元方法计算其刚度，在求得各支路变形之后利用动平台约束方程求最终刀头点的变形。最后，编

5、写了3-PRS并联机床辅助设计软件误差分析的部分。包括利用MATLAB.GUI编写受载后刀头变形计算界面和制造安装误差输入界面以及误差存在时的正逆解计算界面。然后根据上面的分析，结合具体实例进行计算，并与仿真结果进行对比分析，验证了软件的稳定性和计算结果的可靠性。关键词：3-PRS并联机构；精度分析；制造安装误差；静刚度；界面编程I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractFrictionStirWelding(FSW)isakindofsolidstateweldingmethodinventedlateinthe20thcentury,whichisn

6、owwidelyappliedinaerospace,automobileandshippingindustries.ButbecauseoftheheavyloadduringtheprocessofFSW,themachineneedsgreatstiffness,thereforetheFSWdevicesareusuallyparallelmachines.Inthispaper,theprecisionof3-PRSparallelstructuredheadwhichwasdesignedfortheFSWhasbeenanalyzed.Thesd

7、udyhasbeenmainlyfocusedonthestructurederrorswhichmightappearduringthemanufacturingandinstallingprocesses,aswellastheerrorscausedbytheheavyloadswhilethethickplatesweldingprocesses.Thispaperhasmainlyfocusedonstudiesasfollows:Firstly,thekinematicsof3-PRSmechanismhasbeenstudied.Inthestu

8、dythemathmaticsmode