西北工業大學學報種雙擺角刀具結構虛軸機床的控制問研究要虹孫聯生王小椿。西安交通大學機械工程系，陜西西安710049；2.西北工業大學機械系，陜西西安7100721針對傳統單擺角刀具結構虛軸機床的加工空間較小運動不夠靈活不能躲避奇異點等問地灰出了中具矣雙擺角刀具結構的虛軸機床，考慮到這種機構在實際加工過程中出現的轉軸轉角過大和轉軸總轉角超出范圍等可能性，提出了避兔上述問銓發生的控制莩法。
虛軸機床具有結構簡單重量輕剛度大等優點，因此越來越引起人們的極大關注。目前，已有學者對其運動特性12機構分析3位置正解45誤差分析6等進行了定的研究，但所有的研究都是針對刀具和動平臺固接的結構簡稱單擺角結構而言的到14前為止，還沒有人就單擺自結構的其他刀具結構進行過分析和研究由于采用單擺角結構，從加丁范圍靈活性躲避奇異點等而具有定的弱點，針對上述問，本文提出了種新型的結構雙擺角結構，并根據該結構在運動過程中可能出現的轉軸轉角過大和總轉角超出范圍等問提出了如何避免的措施1雙擺角結構的提出虛軸機床的典型結構來源于316，行于1965年提出的種4有6個巾度的平臺。1所不。該機床是由活動平臺固定平臺和連接兩平臺的幾條可伸縮的腿如液壓缸組成的。把上平臺視為活動合，下平臺視為同定臺，并把乃具和工件分別安裝在上下兩平臺上當各腿由于長度發生變化而帶動上平臺運動時，安裝在上平臺上的刀具就可以對丁件進廳加工對虛軸機床的研究都只涉及到活動平臺和刀具固接上比較簡單，但由于在實際加工中其刀矢的變化完全是靠活動平臺的運動來帶動刀具實現的，所以這種結構存在兩個主要缺點加工叫小由于活動平臺的傾角越大，各腿之間的長短差異就越明顯，這樣就會使某些腿過快地超出覘定的桿長范圍，所以當活動平臺的傾角增大時，刀具的加工范圍隨之減小。
不利于躲避奇異點在機構的特殊位形處，機構將失去承受載荷的能力，產生瞬時自由度，因此工作中應絕對避免使機構達到特殊位形點。對于單擺角結構，*好的方法就是事先得出工作空間中奇異位形點并把它們排除掉，這樣就可以避免機構達到或通過奇異點。不難看出，單擺角結構不易躲避奇異點，有時甚至要犧牲加工范圍來躲避奇異點針對以上問，本文提出了種雙擺角結構，2加了軸和軸的兩個轉動，文中稱這種刀具結構為雙擺角結構。這樣，整個機構就又增加了兩個自由度，從而使刀矢相對于上平臺可呈不同的空間方向不難看出，軸和軸的兩個擺角運動，可以使刀具不依賴于活動平臺而運動，這樣就可以把原先單擺角結構中活動平臺的傾斜用雙擺角結構的兩個擺角的運動父合而成，從而可以避免活動3臺傾斜個很大的角度需要指出的是，對于雙擺角結構，由于4，軸般來說，活動平臺基本上不參與運動即保持平動，只有當4，軸不能2成規定運動時如總轉角越界和步之間轉速過大時，才借助活動平臺來完成，因此在這種結構中活動平臺的運動只是輔助運動。
由于雙擺角結構中上平臺活動平臺基本保持水平，只是在某些時候稍微有些小角度傾斜，因此雙擺角結構不但能夠克服單擺角結構所具有的加工空間較小和不能躲避奇異點等缺點，而且還可以避免部件和工件之間的干涉等。同時，由于增加了兩個自山度，也使刀具能夠加，活的運功2雙擺角結構可能遇到的問由于雙擺角結構的特殊性，所以當假設活動平臺在加工過程中保持平動時，即刀矢的運動全部由軸和。4軸共同完成，這種結構可能會遇到兩個問在加工過程中，如果刀矢在某步基本接近垂直時，那么在向下步過渡時，雖然兩步間刀矢的夾角變化量可能不大般來說小于5，但是有些時候會出現刀矢方向變化很大的情況，這樣就會造成，軸轉角過大的可能比如，已知個工件的加工步驟為其中。；2不加工點的坐標人灸小力點處刀矢的單位向通過計兌不難得到，8步和9，的刀矢夾角小穴同時第8步到第9步有兩種轉動方法，朝正向轉2 8352，朝正向轉143.130朝負向轉28352，朝負向轉36 8699這里，所謂正負方向只是相對而言，可自定可以看出，8步和9步間即使采用第2種方法，對于軸而言，步之內轉36.8699也會沿成1超速，需要指出的是，只有在刀矢夾角小于5時才會產生軸轉角超速問，而大于5時軸轉角不會超速，因為這是種在步之間曲率很大的情況，在排步，會在它們之間分成許多，由，每走屯，0軸都叫種轉動方法，所以當刀矢方向在相鄰兩步間的夾角大于5時，肯定有種使義，岬淖，牽，偕枵飭礁鱟，嵌際欽，法2顯然，如果從轉角方面考慮，第1種方法比第2種方法好，但實際上還要綜合考慮以下兩個問①如果軸當前值在正方向上的絕對值已經接近極限值出于結構上的考慮，規定軸的轉動范0分，莊，負和負。如，之。其中，和1都是正值，是根據結構要求而設定的，是否還應③為了實現運動過程中的迮續性和平沿性步的運動都應該是綜合考慮了它的前后各步才確定的，那么這步怎樣走才會為它前后兩步之間的運動起到個很好的銜接作用，實際上也就是如何很好地做到前瞻后顧的問3解決方法3.1解決原則考慮到結構和控制的實際要求，針對以上問合完成，如果僅靠，軸不能完成，不能完成的部分就應靠活動平臺的協助來共同完成如果相鄰兩步主軸的絕對擺角小于5時，刀矢變化可以主要靠活動平臺的運動完成當刀位由有效圓柱是指加工空間所包絡漸向圓柱中心過波，活動，的*大傾角也由廠連續增大到廠2之所以這樣是因為考慮到腿長的限制和活動平臺與工件的干涉等問，活動平0越接近1心位置戌角度變化越大=押，1和奸2是個人為設定值，可以理解為考慮了般的加工情況后所取的危險系數。
兩個擺角轉動的方向和大小的確定都應綜合考慮兩個軸的當前值和前后各步的走刀值，以便在加工過程能夠起到個比較好的銜接作。
綜合考慮以上原則，就可以確定，軸的轉動方向轉角大小和活動平臺的法向量。由于刀矢方向是者運動的多值組合，所以根據具體要求可以從中選取組可以用優化的方法來計算它們的值。以下是優化數學模型的建立3.2優化的數學模型0值。人是活動平合法矢的單位量相鄰兩步之間的，軸轉角27和，2分另1小于限定值2和，前面已經敘述過，活動平合在某加1點處的城大擺動角度聲在和沖。之叫呈線性分布，式的，灰5圓樸體的1徑，和加工點的坐標值由于希望運動過程中，軸的轉速不要太大，同時又因為，軸的轉速可以用相鄰兩步間20軸的轉角來體現，所以可以把2軸的轉角作為目標函數為了簡便起，采用加權式的單目標函數，權重可根據需要自定。
4輸出格式般宋說灰動刀矢的方變化是以，兩軸運動為主，活動平臺的運動為輔共同完成的，而這個運動的復合可以是多值的，所以，本文研究的目的就是為了找到*好的組解，以確定運動過程中，軸在每步之間朝什么方向轉動各轉動多少，突疃，教ǖ姆ㄏ蛄渴嵌嗌偌偕枋淙胛，鮮鏊，789步的格式各符號意義如。加工中便于補償刀具長度而不必再根據，轉角和活動平合法向；重兌刀矢；量，廠是要計算的值，分別代，總轉角值和上平臺的法向量楊向東，李鴻，汪勁松。自由度作業要求下汾。1平臺的運動特性。清華大學學報，1998，38孔憲文，楊廷力。種新型簡單63并聯機器人及其位置正解。機器人，1995，1715257梁崇高，榮輝。種如平臺型機械手位移正解。機械工程學報，199272230黃真，方躍法。六自由度并聯機器人的隨機位姿誤差分析。東北重型機械學院學報，1989，13318
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