六自由度伸缩(滑块)(剪)式并联机床结构设计

学校代码： 10128 学 号： 201020102。

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题 目：六自由度伸缩式并联机床结构设计 学生姓名：xxx 学 院：机械学院 系 别：机械系 专 业：机械电子工程 班 级：机电10-班 指导教师：xx 讲师

二 〇 一 四 年 六 月

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摘 要

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

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Abstract

Keywords: parallel machine；Six axis linkage；space transformation matrix；ball screw pair

目录

引言 ....................................................................................................................................... 1 第一章 总体方案的确定 .................................................................................................... 2 1.1 课题的研究背景 ......................................................................... 错误！未定义书签。 1.2 课题研究的意义 ........................................................................................................... 2 1.3 课题的研究内容步骤 ................................................................................................. 2

1.3.1并联机构介绍 .................................................................................................... 2 1.3.2并联机床设计类型的选定 ................................................................................ 2 1.3.3 并联机床结构设计的相关计算 ..................................................................... 3 1.3.4 各零部件与装配图的设计出图 ....................................................................... 4 第二章 并联机床部件设计与计算 ..................................................................................... 5 2.1 6-THRT 伸缩式并联机床位置逆解计算与分析 ....................................................... 5

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引言

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六根伸缩杆的下端，则是通过铰链和云平台连接，从而实现了主轴部分具有了六自由度的运动。待工件固定在工作台上时，需要加工的零件不需要任何的运动即可完成对零件的加工。

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第一章 总体方案的确定

并联，串联和混合的数控机床，不仅具有并联机床的优点，并已在使用更多的实用价值。

1.2 课题研究的意义

提高学生的工程素质、创新能力、综合实践及应用能力。

1.3 课题的研究内容步骤

第五、在时间允许的情况下可以对并联机床进行三维的建模以及简单的动态仿真以验证设计的正确合理性。

1.3.1并联机构介绍

1.3.2并联机床设计类型的选定

组成空间机构的一些基本运动副有如表1-1所示：

表1-1 运动副的自由度

运动副 转动 移动 球面 虎克铰 螺旋 圆柱 平面 符号 R P S T H C E 相对自由度f 1 1 3 2 1 2 3 6自由度并联机器人有很多种结构类型，如6-SPS型、6-PTRT型、6-PSS型、6-THRT等等。根据导师提供的参考资料以及毕业设计任务书，选定6-THRT型并联机床进行设计。

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6-THRT伸缩式并联机构是将6套驱动机构固定在连杆上，每套驱动机构连接1套连杆机构，连杆机构末端与运动平台连接，由步进电机驱动丝杠螺母副，使螺母滑座做倾斜（与连杆平行）方向的运动，然后通过连杆联动，带动运动平台产生运动。可以被定义为运动平台和固定平台是由六个的运动链连接，机构具有6个自由度，一个闭环机伸缩和并联。其中铰链的选择如表1-2所示：

表1-2 球铰与虎克铰的性能比较

铰链 虎克铰 球铰 刚度 一般 较高 转角 较大 一般 价格 较低 偏高 寿命 较长 较长 摩擦力 小 小 磨损 小 小 自由度 2 3 通过两个铰链的性能对比，综合考虑其他因素，杆与平台之间的连接选用虎克铰链来连接，它的转角范围为800×900,而球铰的转角范围为为200×200×3600。综合转角同时满足六自由度的机构要求，在加入一个转动副R，这样每条连杆的构成形式就如下[11]： 上固定平台 → 虎克铰（T）→ 滚珠丝杠（H）→ 转动副(R) → 虎克铰（T）→ 下运动平台 因此由并联机床的命名为6-THRT并联机器人。 此类型并联机床主要零部件包括步进电机、滚珠丝杠螺母副、连杆、运动平台、底座、立柱、顶盖、运动铰链（虎克铰）等，在研究过程中必须加强理解，使设计的并联机床结构更合理。 1.3.3 并联机床结构设计的相关计算

I、并联机器人位置逆解的算：

① 坐标系的建立； ② 初始条件的确立； ③ 空间变换阵的求解；

④ 求各轴的变化距离，实现逆解； ⑤ 计算结果的简化分析。 II、滚珠丝杠螺母副的计算与选型 III、步进电机的计算与选型 IV、其他主要零部件的计算与选用

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1.3.4 各零部件与装配图的设计出图

为了更好直接的看出机床的结构特征，利用CAXA出一张整体的装配图，一张部件图，和零件图若干，以便打印出图对设计的后期修改。

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第二章 并联机床部件设计与计算

本章主要包括6-THRT伸缩式并联机床位置逆解的有关计算与分析，滚珠丝杠螺母副的计算与选型，滚动轴承的选用，步进电机的计算与选型，联轴器的选用与校核的选用等。所设计的6-THRH伸缩式并联机床三维图如图2-1所示：

此处有Pro/E三维模型

图2-1 6-THRT伸缩式并联机床三维模型

2.1 6-THRT 伸缩式并联机床位置逆解计算与分析

该部由6-PTRT并联机器人一种逆解算法研究里面介绍了6-PTRT并联机器人位置逆解的一种求解方法[1]，该方法利用坐标变换原理，在新的坐标转换任意点的移动平台，经过旋转后，根据6-THRT机械结构的特点，通过几何法计算各轴移动滑块的距离，从而实现逆解，，并根据并联运动机床加以求解与分析[2]。

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