光纤激光切割机_激光切割机-深圳市创智激光智能装备有限公司

平面光纤激光切割机实验平台的参数设计

行业新闻2020-02-243257

平面光纤激光切割机实验平台的结构参数本文基于三自由度6PRR冗余并联机构设计了一种平面机构切割机实验平台,该机构由运动平台、固定平台、6个完全相同的PRR(P为移动副,R为转动副)支链构成。每个PRR运动支链由三个运动副连接两个构件组成。其中,动平台与定平台分别通过6个相同的转动副R和6个相同的移动副P与PRR运动支链连接。通过控制运动支链移动副的伸缩可以使得动平台位置和姿态发生改变。

平面机构切割机实验平台的性能和工作空间受机构整体尺寸和各运动支链长度影响较大。因此有必要先确定该实验平台的整体尺寸和各运动支链长度。6PRR并联机构底座,用来连接各个支链及动平台的基础部件,在机构运行中,底座是一直保持静止。为了防止机构运动时连接杆承受力过大而发生变形,所以在动平台的下面(底座上)添加了万向球如图3所示,为了去支撑动平台。该支链由两个杆件和三个运动副构成,设计的PRR支链结构图。该支链杆的尺寸定为240mm,采用45号钢。图5为动平台的结构图,六个转动副铰点沿圆周阵列均匀分布,这样使机构动平台受力更加均勾,减少应力集中,铰点中心到动平台质心的距离为212mm,采用45号钢。


运动支链中的移动副P可根据实际情况选用液压缸或滚珠丝杠,考虑到实际工况,本文采用了一种滚珠丝杠机构,与普通的梯形滑动丝杠相比,滚珠丝杠有以下特点:定位精度高、传动效率高、使用寿命高。

并联机构由于具有速度快、运动精度高、结构刚度高等优势,在现代制造领域得到广泛的应用。采用冗余驱动可以有效避免并联机构产生奇异,在一定程度上可以提高机构的动态性能。数控光纤激光切割机具有切割精度高、割缝细、切割质量好及切割无噪声等优点,是激光加工技术中更具有发展前景和工业应用背景的技术。高速切割对机床结构动态性能提出了更高的要求。机床结构动态性能越好,其抗振能力越强,加工精度越高。将具有高精度、响应快、易于控制等特点的冗余并联机构应用在平面激光切割领域具有重要的意义。正因为冗余并联机构的诸多优点,引起了众多学者的关注并取得了丰硕的成果。董成林等对4-UPS/UP冗余并联机构进行了运动学分析,采用局部运动学评价指标和3-UPS/UP并联机构进行了运动学性能对比。提出了一种三自由度冗余驱动并联机构,并进行了运动学分析。提出了一种平面二自由度冗余驱动并联机构,并对改机构的工作空间进行了分析。提出了一种新型的4-PUS-UPS冗余并联机构,通过引入条件数、运动/力传递性能和刚度性能评价指标,分析了该机构的运动学性能。等研究了一种用于下肢康复的3自由度冗余驱动并联机构,借助于遗传算法对该机构的设计变量进行了优化,结果表明,经过优化该机构在其工作空间内具有较好的力/运动传递性能。刘晓飞等;针对6PUS+UPU冗余并联机构,设计出了一种基于神经网络的驱动力控制算法,和传统的驱动方法相比提高了各分支驱动的协调性。但将冗余并联机构应用在激光切割领域的研究文献较少,无法满足现代高精度光纤激光切割机分析设计的需要。

本文基于三自由度6PRR冗余并联机构,设计了一种平面光纤激光切割机实验平台,拟应用于机械类专业的实验教学。首先确定光纤激光切割机机构的具体尺寸,通过建模采用Adams进行运动学和动力学仿真。根据仿真结果,摘取关键点数据,对初始尺寸进行修改和优化,使用Soildworks建立完整的三维模型。基于ANSYS对主要部件进行有限元仿真分析,对其结构强度进行校核,保证整体运行过程中的安全性与稳定性。


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