三平移激光加工并联机床的设计与分析

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1、江苏大学硕士学位论文摘要并联机床具有结构简单紧凑、刚度好、运动速度快、精度高等优点，是新一代机床的发展趋势之一，也成为当前机床行业的研究热点。激光加工技术具有非接触、无污染、低噪音等特点。因此，结合并联机床与激光加工技术的特点，设计与研究一种三平移激光加工并联机床具有重要的理论研究意义与工程应用价值。针对三平移激光加工并联机床，本文在科技部与江苏省中小企业基金的资助下，主要做了以下工作，其中包括机床机构的选型、整体方案设计、机床工作空间与条件数等性能分析与参数优化、ADAMS运动学仿真验证与机床的ANSYS动态性能分析等。首先，应用并联机构构型方法，分析运动副组成，得到了以平移副作为驱动副的

2、单支链结构。结合平移副在静平台上位置矢量的分布，得到了一系列并联机构构型。通过比较，选择了一种结构对称、安装方便的并联机构作为机床结构，并计算机床的自由度。通过激光系统的介绍与分析比较，选择了Nd：YAG激光器与激光光纤柔性传输这一组合的激光系统，并最终得出三平移激光加工并联机床的整体方案。其次，通过建立并联机床的坐标系统，得到了机床的运动约束方程，并求解了机床的运动学正反解。通过求解机床的雅克比矩阵，得到了机床的奇异位形，进一步分析得到机床动平台的9条轨迹线下的各滑块速度特性曲线。通过求解微分方程，建立了机床的几何参数误差模型。之后，分别应用几何法与边界搜索法对并联机床的工作空间进行了求解

3、与分析；通过求解雅克比矩阵的条件数，得到了机床机构的局部条三平移激光加工并联机床的设计与研究件指标(LCI)与全局条件指标(GCD；基于工作空间与全局条件指标(GCI)，通过BP网络算法建立了目标函数，进而应用遗传算法对机床几何参数进行优化，并获得了满意的参数结果。最后，通过ADAMS软件建立了并联机床的数字化虚拟样机，对两种运动轨迹(立方体与螺旋线)，进行了仿真，验证了并联机床的运动学性能。应用ANSYS软件建立机床的有限元模型，分析机床两种姿态下的模态，得到了机床固有频率与模态振型。通过对27组不同几何参数组合下的机床进行模态分析，得到了固有频率与机床几何参数的关系，从而为机床的设计与进

4、一步优化提供了理论基础。本文的工作为三平移激光加工并联机床的设计与运动控制提供了理论依据。同时，为机床的构型、机构参数优化、机床的仿真与性能分析提供了方法，并积累了经验。关键词：并联机床，激光加工，性能分析，参数优化，运动仿真，模态分析江苏大学硕士学位论文ABSTRACTTheParallelmachinetoolhasbecomethenewgenerationmachinetoolandithasalsobeenthecurrentresearchfocusinthemachinetoolindustrybecauseofitssimpleandcompactstructure，good

5、stiffness，highspeed，etc．Thelaserprocessingtechnologyisanadvancedprocessingtechnologywhichhasthecharacteristicsofnon-contact，low．pollutionandless-noise．Soitissignificantandvaluabletodesignandstudya3-DOFtranslationallaserprocessingparallelmachinet001．Thispaperconsistsoffollowingparts：mechanismselecti

6、on，theoveralldesignofthemachinetool，workspaceanalysis，andconditionnumber’Ssolving,parametersoptimization，kinematicssimulationanddynamicperformanceanalysis．Firstly，withanalysisofthekinematicpaks，asinglechainwithatranslationalpair，whichisthedrivedevice，hasbeengot．Withthecombinationofthedistributionof

7、thepositionvectorwiththetranslationalpairsonthestaticplatform，avarietyoftheparallelmechanismconfigurationsaresynthesized．Bycomparison，asymmetricstructure，whichisalsoeasyforinstallation，isworkedoutandwillbeu