五轴车铣复合加工中心工作空间研究.pdf

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1、2013年4月机床与液压Apr．2013第41卷第7期MACHINETOOL&HYDRAULICSVe1．41No．7DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2013．07．003五轴车铣复合加工中心工作空间研究高丽萍，高建设，杨伟伟，刘德平(1．安阳鑫盛机床股份有限公司，河南安阳455000；2．郑州大学机械工程学院，河南郑州450001)摘要：分析五轴车铣复合加工中心的结构，基于D-H坐标系方法建立其运动学方程，求出运动学方程的正、逆解。分别运用蒙特卡罗方法和穷举法求解该加工中心的工作空间，利用MATLAB编

2、程得出加工中心工作空间云图。两种方法得到的结果吻合，五轴车铣复合加工中心的工作空间为近似的八面棱柱体，工作空间结构紧凑、运动灵活并且具有较强的加工能力。关键词：五轴车铣复合加工中心；运动学方程；蒙特卡罗法；穷举法；工作空间中图分类号：TH16文献标识码：A文章编号：1001—3881(2013)7—009—3ResearchonWorkspaceforFive·-axisMachiningCenterGAOLiping，GAOJianshe，YANGWeiwei，LIUDeping(1．AnyangXinshengMachineT

3、oolsCo．，Ltd．，AnyangHenan455000，China；2．SchoolofMechanicalEngineering，ZhengzhouUniversity，ZhengzhouHenan450001，China)Abstract：ThekinematicsequationwasbuiltbasedonD-Hmethodbyanalyzingthestructureoffive—axismachiningcenter．Thepositivekinematicssolutionandtheinversekinema

4、ticssolutionofthekinematicsequationweregotten．TheworkspacewassolvedU—singMonteCarlomethodandexhaustivesearchmethodbythemeaxISofMATLABprogramming．Bycomparingresultsoftwomethods，itisfoundthattheshapeofthetwoworkspacesissimilartoeachotherasaprism．Compactionworkspacewitho

5、utcavityisobserved．Themotionflexibilityandpowerfulmachiningabilityofthemachiningcenterareproved．Keywords：Five—axismachiningcenter；Kinematicsequation；MonteCarlomethod；Exhaustivesearchmethod；Workspace对于一般的机械系统，应从系统工程学及工程价建立D—H坐标系(如图2所示)，求解加工中心的运值学的观点去解决该系统机电及其他物理参数的协调动学

6、参数。图中，{M}为机床坐标系，{w}为旋转和匹配的分析与综合问题。研究这种分析与综合的方工作台坐标系，{T}为刀具坐标系，xlY为中间坐法和理论就导致了机电一体化学科的形成和发展。机标系，i=1，2，3，4。器人系统就是一个极其典型的机电一体化系统，机器人运动学及动力学则为这种系统的机电一体化的分析与综合提供必要的预备理论知识⋯。作者将机器人运动学的研究方法运用到加工中心中去。机器人的运动学方程是表示机器人操作机或机械手每个杆件在空间相对于绝对坐标系或相对于机器人机座坐标系的位置及方向的方程。对于加工中心来说，就是把具有相对运动

7、的各个部件看成杆件，用方程来表示铣头刀尖点相对于机床坐标系的位置和方向。1一床身卜立柱3一滑鞍4一铣头滑座s一铣头体6一铣头生轴7一工作台1Jjn-r中心运动学方程的建立图l五轴车铣复合加工中心根据五轴加工中心的结构特点(如图1所示)，收稿日期：2012—03—08基金项目：国家科技重大专项资助项目(2009ZXIMO01—033)作者简介：高丽萍(1969一)，女，助理工程师，主要从事数控机床研究与开发。E—mail：ayxswyp@163．com。第7期高丽萍等：五轴车铣复合加工中心工作空间研究·11·下面介绍代数法中的递推逆

8、变换法。完，就可利用等式两端矩阵中所包含对应元素相等的将一组逆矩阵连续左乘式(6)两端，可得若干关系式，求得所需全部待求运动参数。矩阵方程，每个矩阵有12个方程式；在这些关系式式(6)两边同时左乘，即·1W·中可选择只包含一个或不多于两个待求运动参