西北工业大学学报种双摆角刀具结构虚轴机床的控制问研究要虹孙联生王小椿。西安交通大学机械工程系，陕西西安710049；2.西北工业大学机械系，陕西西安7100721针对传统单摆角刀具结构虚轴机床的加工空间较小运动不够灵活不能躲避奇异点等问地灰出了中具矣双摆角刀具结构的虚轴机床，考虑到这种机构在实际加工过程中出现的转轴转角过大和转轴总转角超出范围等可能性，提出了避兔上述问铨发生的控制莩法。
虚轴机床具有结构简单重量轻刚度大等优点，因此越来越引起人们的极大关注。目前，已有学者对其运动特性12机构分析3位置正解45误差分析6等进行了定的研究，但所有的研究都是针对刀具和动平台固接的结构简称单摆角结构而言的到14前为止，还没有人就单摆自结构的其他刀具结构进行过分析和研究由于采用单摆角结构，从加丁范围灵活性躲避奇异点等而具有定的弱点，针对上述问，本文提出了种新型的结构双摆角结构，并根据该结构在运动过程中可能出现的转轴转角过大和总转角超出范围等问提出了如何避免的措施1双摆角结构的提出虚轴机床的典型结构来源于316，行于1965年提出的种4有6个巾度的平台。1所不。该机床是由活动平台固定平台和连接两平台的几条可伸缩的腿如液压缸组成的。把上平台视为活动合，下平台视为同定台，并把乃具和工件分别安装在上下两平台上当各腿由于长度发生变化而带动上平台运动时，安装在上平台上的刀具就可以对丁件进厅加工对虚轴机床的研究都只涉及到活动平台和刀具固接上比较简单，但由于在实际加工中其刀矢的变化完全是靠活动平台的运动来带动刀具实现的，所以这种结构存在两个主要缺点加工叫小由于活动平台的倾角越大，各腿之间的长短差异就越明显，这样就会使某些腿过快地超出觇定的杆长范围，所以当活动平台的倾角增大时，刀具的加工范围随之减小。
不利于躲避奇异点在机构的特殊位形处，机构将失去承受载荷的能力，产生瞬时自由度，因此工作中应绝对避免使机构达到特殊位形点。对于单摆角结构，*好的方法就是事先得出工作空间中奇异位形点并把它们排除掉，这样就可以避免机构达到或通过奇异点。不难看出，单摆角结构不易躲避奇异点，有时甚至要牺牲加工范围来躲避奇异点针对以上问，本文提出了种双摆角结构，2加了轴和轴的两个转动，文中称这种刀具结构为双摆角结构。这样，整个机构就又增加了两个自由度，从而使刀矢相对于上平台可呈不同的空间方向不难看出，轴和轴的两个摆角运动，可以使刀具不依赖于活动平台而运动，这样就可以把原先单摆角结构中活动平台的倾斜用双摆角结构的两个摆角的运动父合而成，从而可以避免活动3台倾斜个很大的角度需要指出的是，对于双摆角结构，由于4，轴般来说，活动平台基本上不参与运动即保持平动，只有当4，轴不能2成规定运动时如总转角越界和步之间转速过大时，才借助活动平台来完成，因此在这种结构中活动平台的运动只是辅助运动。
由于双摆角结构中上平台活动平台基本保持水平，只是在某些时候稍微有些小角度倾斜，因此双摆角结构不但能够克服单摆角结构所具有的加工空间较小和不能躲避奇异点等缺点，而且还可以避免部件和工件之间的干涉等。同时，由于增加了两个自山度，也使刀具能够加，活的运功2双摆角结构可能遇到的问由于双摆角结构的特殊性，所以当假设活动平台在加工过程中保持平动时，即刀矢的运动全部由轴和。4轴共同完成，这种结构可能会遇到两个问在加工过程中，如果刀矢在某步基本接近垂直时，那么在向下步过渡时，虽然两步间刀矢的夹角变化量可能不大般来说小于5，但是有些时候会出现刀矢方向变化很大的情况，这样就会造成，轴转角过大的可能比如，已知个工件的加工步骤为其中。；2不加工点的坐标人灸小力点处刀矢的单位向通过计兑不难得到，8步和9，的刀矢夹角小穴同时第8步到第9步有两种转动方法，朝正向转2 8352，朝正向转143.130朝负向转28352，朝负向转36 8699这里，所谓正负方向只是相对而言，可自定可以看出，8步和9步间即使采用第2种方法，对于轴而言，步之内转36.8699也会沿成1超速，需要指出的是，只有在刀矢夹角小于5时才会产生轴转角超速问，而大于5时轴转角不会超速，因为这是种在步之间曲率很大的情况，在排步，会在它们之间分成许多，由，每走屯，0轴都叫种转动方法，所以当刀矢方向在相邻两步间的夹角大于5时，肯定有种使义，岬淖，牵，偕枵饬礁鲎，嵌际钦，法2显然，如果从转角方面考虑，第1种方法比第2种方法好，但实际上还要综合考虑以下两个问①如果轴当前值在正方向上的绝对值已经接近极限值出于结构上的考虑，规定轴的转动范0分，庄，负和负。如，之。其中，和1都是正值，是根据结构要求而设定的，是否还应③为了实现运动过程中的迮续性和平沿性步的运动都应该是综合考虑了它的前后各步才确定的，那么这步怎样走才会为它前后两步之间的运动起到个很好的衔接作用，实际上也就是如何很好地做到前瞻后顾的问3解决方法3.1解决原则考虑到结构和控制的实际要求，针对以上问合完成，如果仅靠，轴不能完成，不能完成的部分就应靠活动平台的协助来共同完成如果相邻两步主轴的绝对摆角小于5时，刀矢变化可以主要靠活动平台的运动完成当刀位由有效圆柱是指加工空间所包络渐向圆柱中心过波，活动，的*大倾角也由厂连续增大到厂2之所以这样是因为考虑到腿长的限制和活动平台与工件的干涉等问，活动平0越接近1心位置戌角度变化越大=押，1和奸2是个人为设定值，可以理解为考虑了般的加工情况后所取的危险系数。
两个摆角转动的方向和大小的确定都应综合考虑两个轴的当前值和前后各步的走刀值，以便在加工过程能够起到个比较好的衔接作。
综合考虑以上原则，就可以确定，轴的转动方向转角大小和活动平台的法向量。由于刀矢方向是者运动的多值组合，所以根据具体要求可以从中选取组可以用优化的方法来计算它们的值。以下是优化数学模型的建立3.2优化的数学模型0值。人是活动平合法矢的单位量相邻两步之间的，轴转角27和，2分另1小于限定值2和，前面已经叙述过，活动平合在某加1点处的城大摆动角度声在和冲。之叫呈线性分布，式的，灰5圆朴体的1径，和加工点的坐标值由于希望运动过程中，轴的转速不要太大，同时又因为，轴的转速可以用相邻两步间20轴的转角来体现，所以可以把2轴的转角作为目标函数为了简便起，采用加权式的单目标函数，权重可根据需要自定。
4输出格式般宋说灰动刀矢的方变化是以，两轴运动为主，活动平台的运动为辅共同完成的，而这个运动的复合可以是多值的，所以，本文研究的目的就是为了找到*好的组解，以确定运动过程中，轴在每步之间朝什么方向转动各转动多少，突疃，教ǖ姆ㄏ蛄渴嵌嗌偌偕枋淙胛，鲜鏊，789步的格式各符号意义如。加工中便于补偿刀具长度而不必再根据，转角和活动平合法向；重兑刀矢；量，厂是要计算的值，分别代，总转角值和上平台的法向量杨向东，李鸿，汪劲松。自由度作业要求下汾。1平台的运动特性。清华大学学报，1998，38孔宪文，杨廷力。种新型简单63并联机器人及其位置正解。机器人，1995，1715257梁崇高，荣辉。种如平台型机械手位移正解。机械工程学报，199272230黄真，方跃法。六自由度并联机器人的随机位姿误差分析。东北重型机械学院学报，1989，13318
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