一种新型并联机床的运动学分析及受力分析

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1、一种新型并联机床的运动学分析及受力分析范守文!徐礼钜"!#电子科技大学电子机械系，四川成都$!%%&’；"(四川大学，四川成都$!%%%%摘要：提出了以四自由度空间并联机构作为主进给机构，辅以双向移动工作台实现多坐标数控加工的一种新型并联机床的布局设计方案。该并联机床具有工作空间大、可实现姿态角大、位置与姿态解耦等优点。建立了主进给机构的封闭形式的运动学方程，导出了一、二阶运动影响系数矩阵。通过建立机构的静力平衡方程，分析了切削加工载荷在各条驱动腿之间的分配情况。最后，给出了仿真研究的数值实例。

2、关键词：并联机床；虚拟轴机床；运动学；受力分析中图分类号：)*&%"文献标识码：+文章编号：!%%!,""$（&"%%"）%-,%%./,%’!"#$%&’"(&#&)*+"+&#,)-&,&#&)*+"+.-/&#$0’*1$1&/&))$)%&(2"#$’--)0+123456789:;<=534+’/&(’：+>?@5A?5@7A48BA37E7B4@D876?FG7GD@DHH7HEDA3<87?44（HIJ)）<>G@4G4>7K<8?3<>GDG7@#L8?3<>

3、>A37E7，D’K4B>GD?E<>5?ED<8B77KE7A3D8<>E，6><>?D8A74BD?64K<@7A?<48E4NDOH764@P?DOH7，E5H?1REDA3<8<8CAD8O7@7DH?FG7IJ)78=4F>>4E7DKND8?DC7>4N7@A48N78?<48DHA458?7@GD@?>：HD@C764@P>GDA7，C44KK7S?7@

4、7KB4@EP<87ED?4BED<8B77KE7A3D8<>ED@77>?DOH<>37K，487D8K?644@K7@7BB7A?A47BBD@7K7@?@<>D8DHF><>7KOF7>?DOH<>3<8C4B>?D?

5、48>#15E7@D@7C?@D?<48#!$*0-/,+：GD@DHH7HEDA3<87?44H；N<@?5DHDS<>EDA3<87?44H；P<87ED?<>；H4DKD8DHF><>并联机床（ID@DHH7HJDA3<87)44H）又称为虚拟轴机合成即可实现数控机床加工所需的自由度要求，该布床（U<@?5DH+S<>JDA3<87)44H），是V%年代中期问世的数控机床新结构，是机器人技术与机床结构技术结合的产物，其原型是并

6、联机器人操作机［!］。近年来，国内外研究者在这一领域进行了大量的研究工作。但目前并联机床的原型大多都是基于2?76D@?平台及其变形型式的结构。此类并联机床最大特点是加工精度高、结构抗震性及切削稳定性好，但同时也存在工作空间小、难于实现大倾角加工等不足。我们提出了一种基于四自由度空间并联机构的并联机床的新结构［"］。!新型并联机床布局方案图!为新型并联机床的布局方案图，该并联机床图!新型并联机床布局方案的主进给机构为一个四自由度空间并联机构，该机构局结构形式使得并联机床的工作空间大为增加，实现由

7、一固定平台（!!、!"、!.）和一运动平台（"!、""、".）了位置和姿态控制的解耦并且可以实现大倾角加工。组成。固定平台与动平台之间通过四条腿相联，其中周围三条腿与固定平台之间通过虎克铰或球铰相联，"运动学分析周围三条腿与动平台之间通过球铰相联，中间腿一端图"为四自由度主进给机构的机构图，如图所示，与固定平台的中心#刚性固联，另一端通过球铰#!与动平台相联。周围三条腿的长度分别为$!、$"、$.，中间腿的长度为$’。将该机构的固定平台与机床的机架刚性固联，使并联机构倒置于工作台上方，工作台在伺

8、服电机驱动下完成%、&方向的进给运动，两个运动"%%"年第-期!·8$#%#’1)!(+$&*$#!$(.${（.）8$!%*$!!$(.$将式（’）（-）代入上式，经整理可得：·［8$#］%［7:$#］［4］（/）{·［8$!］%［7:$!］［4］式中：［7:$#］%［+!$］［7］&*$［#.!$］［;$］)［"*(*1］，［7:$!］%*$［!.!$］［;$］由于：·8%%#’1)!(+%（#"）将式（’）代入上式整理可得：·［8%］%［<］［4］（##）图!主进给机构图式中：［<］%［+