六自由度并联机构设计说明书.doc

学校代码： 10128企鹅号： 1663714557 本科毕业设计说明书（题 目：六自由度伸缩式并联机床结构设计学生姓名：学 院：机械学院系 别：机械系专 业：机械电子工程班 级：机电10-4班指导教师：讲师需微要信 swan165摘 红字 要并联系联机微床信，也可叫获取做整套并联结构机床(Parallel Structured Machine Tools)、虚拟轴机床(Virtual Axis Machine Tools)，曾经被称为六条腿机床、六足虫(Hexapods)并联机床是近年来国内外机床研究的方向，它具有多自由度、刚度高、精度高、传动链短、制造成本低等优点但其也不足之处，其中位置正解复杂就是关键的一条6-THRT伸缩式并联机床是Stewart机床的一种变形结构形式，它主要构成是运动和静止的两个平台上的6个关节点分别分布在同一个平面上，且构成的形状相似并联机床是一种气动机械，集气（液），在一个典型的机电一体化设备的控制技术，它是很容易实现“六轴联动”，在第二十一世纪将成为主要的高速数控加工设备。

本次毕业设计题目结合本院实验室现有的六自由度并联机床机构进行设计，使其能根据工艺要求进行加工 d)dL%9K$ 提高学生的工程素质、创新能力、综合实践及应用能力 此次毕业设计的主要内容是对并联机床结构设计，其内容主要包括机器人结构设计总体方案的确定，机器人机构设计的相关计算，以及滚珠丝杠螺母副、步进电机、滚动轴承、联轴器等主要零部件的计算选用，并利用CAXA软件绘制各相关零部件的零件图和总装配图，以期达到能直观看出并联机床实体机构的效果关键词：并联机床；步进电动机；空间变换矩阵；滚珠丝杠螺母副AbstractPMT (Parallel Machine Tools), also known as the parallel structure machine (Parallel Structured Machine Tools), Virtual Axis Machine Tool, has also been known as the six-legged machine, six-legged insects (Hexapods).Parallel machine is in recent years the domestic machine tool research hot spot, it has multiple degrees of freedom, high rigidity, high precision, short transmission chain, with low manufacturing cost.But its shortcomings, in which the forward solution of position of a complex is the key. 6-THRT telescopic type parallel machine tool is Stewart machine tools, a deformable structure form, it is the main characteristics of dynamic, static platform on the 6joints are respectively distributed on the same plane, and form the shape similarity.Parallel machine is a mechanical, pneumatic (hydraulic), control technology in one of the typical electrical and mechanical integration equipment. Parallel machine is easy to achieve "six-axis", is expected to become the 21st century, the main high-speed light CNC machining equipment. The combination of hospital laboratory construction project, located six-DOF parallel machine tool sector, so that it can be processed according to process requirements. Improve their engineering quality, innovation, comprehensive practice and application of skills.The main topics for the design of parallel machine tool design, its content includes the determination of robot design, robot design and calculation, and the ball screw pair, stepping motor, bearings, couplings, limit switch, spindle ,and other major components using CAXA software to draw the relevant parts of the parts drawings, and assembly drawings to achieve the parallel machine tool can directly see the effect of physical bodies.Keywords: parallel machine；Six axis linkage；space transformation matrix；ball screw pair 目 录第一章 绪论 11.1 课题的研究背景 11.2 课题研究的意义 21.3 课题的研究内容步骤 21.3.1并联机构介绍 31.3.2并联机床设计类型的选定 31.3.3 并联机床结构设计的相关计算 41.3.4 各零部件与装配图的设计出图 5第二章 并联机床部件设计与计算 62.1 6-THRT 伸缩式并联机床位置逆解计算与分析 62.1.1 6-THRT并联机器人机械结构简介 72.1.2坐标系的建立 72.1.3 初始条件的确立 82.1.4 空间变换矩阵的求解 92.1.5 新坐标及各轴滑块移动量的计算 102.2 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 132.2.1 最大工作载荷的计算 132.2.2 最大动载荷的计算 142.2.3 规格型号的初选 142.2.4 传动效率的计算 152.2.5 刚度的验算 162.2.6 稳定性的校验 172.3 滚动轴承的选用 182.3.1 基本额定载荷 182.3.2 滚动轴承的选择 182.3.3 轴承的校核 202.4 步进电动机的计算与选型 202.4.1 步进电机转轴上总转动惯量的计算 202.4.2 步进电机转轴上等效负载转矩的计算 222.4.3 步进电动机尺寸 252.5 联轴器的选用 26第三章 并联机床的结构设计 293.1 机床中的并联机构 293.1.1概念设计 293.1.2运动学设计 293.2杆件的配置 293.2.1 杆件设计 303.2.2 伸缩套筒 313.3铰链的设计（虎克铰） 313.4机床框架和床身的设计 32第四章 并联机床的装配出图 344.1 Pro/E软件的概述 344.2 Pro/E的功能 344.3 CAXA电子图版简介 344.4 二维图的绘制处理 35第五章 并联机床面临的主要技术问题及前景 365.1 引言 365.2机床的关节运动精度问题 365.3 并联机床的未来展望 37结论 38参考文献 39谢辞 40第一章 绪论1.1 课题的研究背景为了改善生产环境的适应性，满足快速变化的市场需求，近年来制造设备和系统，全球机床制造业正在积极探索和开发新的功能，其中在机床结构技术上的突破性进展当属90年代中期问世的并联机床(Parallel Machine Tools)，又称虚(拟)轴机床(Virtual Axis Machine Tool)或并联运动学机器(Parallel Kinematics Machine)[12]。

并联机床实质上是机器人技术与机床结构技术结合的产物，其原型是并联机器人操作机与实现等同功能的传统五坐标数控机床相比，并联机床具有如下优点： 1、刚度与重量的比大：通过使用并行静态和非静态成员，并在静态情况下，传动部件的理论二力杆拉压载荷，单位重量的驱动机构具有很高的承载2、响应速度快：惯性大大减少，有效地提高了伺服控制器的动态品质的运动部件，允许移动平台来实现一个高的进给速度和加速度，特别适用于各种高速数控操作3、环境适应性强：方便重组和模块化设计，布局和自由度，可结合不同的形式在移动平台上的安装工具可以多轴铣，钻，磨，抛光，和异形刀具磨削设备的机械手腕，高能束源或CCD相机和其他的末端，但也能完成特殊加工，精密装配，测量操作4、技术附加值高：并联机床具有“硬件”简单，“软件”复杂的特点，是一种技术附加值很高的机电一体化产品，因此可望获得高额的经济回报当今，国际学术界和工程界的高度重视，对并联机床的研究与开发，并在90年代中期推出产品结构是不同的1994年在芝加哥国际机床博览会上，美国Ingersoll铣床公司、Giddings & Lewis公司和Hexal公司首次展出了称为“六足虫”(Hexapod)和“变异型”(VARIAX)的数控机床与加工中心，引起轰动。

此后，英国Geodetic公司，俄罗斯Lapik公司，挪威Multicraft公司，日本丰田、日立、三菱等公司, 瑞士ETZH和IFW1研究所，德国亚琛工业大学、汉诺威大学和斯图加特大学等单位也研制出不同结构形式的数控铣床、激光加工和水射流机床、坐标测量机和加工中心与之相呼应，由美国Sandia国家实验室和国家标准局倡议，已于1996年专门成立了Hexapod用户协会[13]，并在国际互联网上设立站点近年来，有关并联机床和层出不穷的并联机器人学术会议，如七分之四的年度会议上，1999~CIRA1998会议上，美国机械工程师协会五分之二十届第十机制，TMM世界大会上有大量的关于这方面的文章由美国国家科学基金会的活动，在意大利，米兰在并联机床国际会议第一次会议在1998日召开的研讨会，并决定于2000在美国密歇根大学举行在此期间从1994到1999，在以前的大型国际机床展览会有这种类型的机床展，并有望成为第二十一世纪的高速数控加工的主要设备中国取得了并联机床的研究与开发已列入国家“九五”项目和863高技术发展计划的，连续的基础理论研究是由国家自然科学。