6-UPU型并联机床数控系统研究与设计

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并联机床是近数十年发展起来的新型机床,与传统机床相比具有刚度重量比大、动态性能好、模块化程度高和技术附加值高等优点。为使高校学生尽快了解这种新型机床的结构、功能、控制原理与控制方法,让学生们能动手编制控制程序,操作这种机床,加工各种复杂的机械零件模型,需研制适合教学需要的并联机床及数控系统。本文结合6-UPU教学型并联机床的结构特点和使用需求,对其数控系统进行了深入研究。本文的主要研究内容如下:研究了并联机床数控系统的总体设计方案,确定了“PC+运动控制卡”的硬件结构、面向对象的编程技术以及模块化的软件开发思路,设计了人性化的软件界面。对6-UPU教学型并联机床进行了运动学分析研究,在五自由度加工要求下对多余自由度的选取进行了简化,并提出了一种基于刀具矢量描述动平台空间位姿的新方法,最后利用该方法建立了并联机床的运动学反解模型。提出了并联机床数控系统的编程结构和格式,并设计开发了相应程序编译模块。本文研究了并联机床的非线性误差问题,提出了减小非线性误差的基于刀轴矢量的轨迹细分方法,在该方法的基础上实现了并联机床的空间直线插补、空间圆弧插补和空间转角插补,同时本文还提出了一种用于精插补阶段的插补算法——斜率脉冲分配法。所有的插补算法都已经通过加工实验验证了其正确性。本文研究了并联机床的C功能刀具半径补偿,提出了利用刀具偏置矢量来判断刀具半径补偿时转接过渡类型的方法和各种转接类型的转接矢量计算的具体步骤,并给出了程序实现的流程和仿真结果,最后对所有的算法进行了加工验证。
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