平面两自由度新型数控磨削机床的设计与实现

设计了一种以平面五杆机构为主体的新型平板玻璃周边磨削机床.通过对五杆机构雅可比矩阵的分析,提出了避免机床在工作时出现奇异位形的方法.以"PC+运动控制卡"为硬件平台,设计并开发了五杆机床的数控系统和高性能的数控软件.     

冗余轴解决五轴加工奇异问题的研究

为解决五轴加工在奇异点附近加工误差较大且易对工件和机床造成冲击的问题,对带有冗余ABC三转轴机床解决CA双摆头型五轴奇异问题进行了研究。建立了机床模型,依此得出了此冗余轴机床的运动关系,并根据加工刀位点特点对刀路进行初步研究。仿真结果表明,与其他解决奇异问题方法相比,该冗余轴机床可以有效克服五轴机床奇异问题,基本消除奇异区域的较大加工误差,并且各轴旋转角度得到了优化,从而使加工效率大大提高。     

固体火箭发动机药柱整形虚拟轴机床的运动学分析

概述了机床的软件、硬件,计算了该数控机床并联机构的自由度。建立了并联结构机床的反解和正解,计算了机床的雅可比矩阵,并给出了奇异点的条件,为机床的下一步分析做好了准备。     

五轴加工奇异问题机理分析及其避免策略

五轴加工后置处理在奇异区域内反解旋转角时,产生的旋转轴运动突变,不仅会引起较大的加工非线性误差,而且会损害工件与机床部件。针对以上问题,以五轴AB双转台卧式数控机床为研究对象,根据机床结构与运动链,运用齐次坐标变换原理,推导出其后置处理算法,将刀轴矢量的可行值域简化为球体,并通过将AB轴的运动类似为球体上的AB阶跃,分析了奇异问题的产生机理,提出了加工奇异区域的检测方法。对刀轴矢量投影局部放大后,通过刀位点和刀轴矢量插值分解B阶跃后重新生成刀具路径的方法,得到了奇异问题的避免策略。仿真加工验证表明,该方法可以在原有刀位轨迹不变的基础上较好地消除奇异问题,提高加工质量,同时也可推广到同类结构相似的机床上用于消除奇异问题。     

S试件加工中奇异点优化算法的研究

针对S试件在五轴加工中产生的奇异点问题,对奇异点的产生原因进行了分析。为减小奇异点处非线性误差过大的影响,在后置处理阶段提出一种优化算法,通过线性插值增加刀位点数量,控制C轴程序段中的最大变化值,进而减小非线性误差。通过仿真及实际加工,验证了这一优化算法的正确性。     

机器人逆运动学的奇异鲁棒性算法

为了解决机器人逆运动学数值解法中的雅可比矩阵奇异性问题,提出了一种新的奇异处理算法。在阻尼最小二乘法的基础上,利用雅可比矩阵奇异值分解,构建了一个新的奇异性指标--第二条件数k2,弥补了条件数k对奇异性表示的不全面性,并通过实验验证了k2的实用性和准确性,继而基于k2提出了一种新的阻尼系数自适应调整方法,增强了逆解算法的奇异鲁棒性。实验及仿真结果验证了算法的有效性,即在奇异点附近求逆稳定,各关节运动连续平稳。     

非对称球面五杆机构的奇异轨迹与灵巧度分析

针对非对称球面五杆机构,研究了机构的奇异轨迹曲线和灵巧度.首先建立了球面五杆机构的运动学正、反解模型,并导出了机构的速度方程和雅可比矩阵.基于机构的雅可比矩阵,对机构的奇异位形和灵活度进行了计算分析,绘制了机构的奇异轨迹和灵巧度分布曲线,并讨论了球面五杆机构的结构参数对机构全条件指标的影响.     

非正交双转台五轴机床后置处理通用方法

针对非正交结构的双转台型五轴机床,提出一种从工件坐标系变换到机床坐标系的逆运动学求解方法。该方法适用于正交及非正交情况下,双转台型、摆头+转台型和双摆头型五轴机床的后置处理问题。分析非正交双转台型五轴机床的结构特点,建立此类机床的通用结构形式。基于点绕空间任意轴的旋转变换公式,建立非正交五轴机床各运动坐标同刀位数据之间的映射关系,实现机床平动坐标和转动坐标的计算。针对机床C轴转动坐标的求解,分析出现奇异位置的情况,给出奇异值问题的处理方法。对整体叶轮流道及叶片加工刀位轨迹进行后置处理,并通过Vericut软件进行仿真试验,验证后置处理方法的可行性和高效性。     

五轴加工奇异区域内的刀具路径优化

针对五轴加工在奇异区域内由于旋转轴运动的剧烈变化导致非线性误差过大并对工件、刀具和机床部件造成损害等问题,给出一种奇异区域内加工路径的优化方法。以AC双转台五轴联动数控机床为研究对象,在反向运动学变化中根据正弦、余弦三角函数的周期性对C轴转角进行初次优化;按照加工是否通过奇异点两种情况,采用设定奇异点处的C角值或者修改奇异点附近的刀轴方向两种方法,进一步降低C轴过大转角;以当前加工区间的非线性误差是否超过允许值为判断条件,对仍然不满足精度要求的区间进行递归插值处理。仿真试验和实际加工结果表明,与单纯采用线性插值方法相比,该方法在提高奇异区域内加工精度的同时,有效减少新插入点的数量,从而尽量降低加工速度的损失。     

五轴加工奇异问题分析与非线性误差控制

在计算机辅助制造软件中进行五轴加工编程时,后置处理反求旋转轴角度存在无解,即五轴加工的奇异问题,具体表现为旋转轴运动产生突变、非线性误差增大、加工质量下降。以A-C型五轴机床为例,通过研究刀轴的运动过程,证明C轴的转角是奇异问题产生的原因。基于该结论提出一种新的检测奇异刀位点的刀轴分量k值遍历法和基于刀轴矢量插值与样条曲线拟合的非线性误差控制方案。通过S样件的五轴加工实验表明,相比于线性插值,所提方案在奇异区域内误差显著减小,曲面更加光滑,加工效率有所提高。