基于二并联机床的运动误差和标定系统研究

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随着工业自动化和智能制造的发展,人们对数控机床的要求越来越高,而并联机床由于高刚度、高承载能力、高精度等一系列优点,在工业上的应用越来越广泛。各界专家在传统的Stewart并联构型的基础上,通过改进自由度布置方案,得到了更多适应某种工况的少自由度并联机床,使得机床的结构大大精简、精度进一步提升、动态性能更加优异。并联机床的误差和精度问题是困扰并联机床发展的重要因素之一,并联机床的高刚度、高承载能力并未得到体现,与同级别加工装配工艺的串联机床的加工精度还差很多,并联机床的非线性特性,使得相关研究难度更大,相关问题至今尚未得到妥善解决。本文以二并联刃磨机床为原理机,分别进行了机床的关节误差映射建模与分析、柔性误差分析、标定算法建模与分析和标定系统设计与实验研究,对并联机床的误差问题做了进一步的分析研究。论文的主要研究内容包括:(1)国内外研究现状分析。本部分综合了并联机床的发展趋势和研究现状,对并联机床发展遇到的一般性问题进行了概述,并提出本课题的的研究目的及意义和主要研究内容。(2)运动学建模与误差映射分析。对二并联机床的运动学进行建模,分析了机床的工作空间,求解带有关节误差的映射模型,分析机床关节误差对末端误差的影响,利用误差映射矩阵建立机床误差敏感度,分析工作空间内任意点的误差分布规律。(3)柔性误差建模与分析。对机床进行静力学和动力学建模,利用拉格朗日法建立了机床并联杆件的微分动力学方程,使用Ansys和Adams建立机床的刚柔耦合的误差仿真模型,分析柔性杆件对末端位姿影响。(4)标定算法分析与建模。分析了机床的误差来源和避免方法,建立了基于遗传算法的外部标定法的数学模型,并使用算例进行了算法的可靠性分析;然后,根据机床实际状况,进行标定算法改进,使用标准量块和测针,建立了标准量块触测法的标定模型。(5)标定系统设计与实验研究。根据标准量块触测法的基本原理和数学模型,建立了机床的标定系统控制方案,设计了机床标定系统的操作界面,并使用算例对标准量块触测法进行的算例分析,对标定系统的可靠性进行验证。
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