针对六自由度机器人的结构特点,运用D-H法建立其数学模型,并通过MATLAB Robotics Toolbox建立该机器人的仿真模型。基于多项式拟合,构造了关节空间下经过中间点的五次多项式轨迹规划函数,并利用MATLAB仿真计算出机器人运动过程中各关节参数-时间曲线,绘制出机器人末端执行器空间轨迹图。通过仿真结果,验证了五次多项式轨迹规划相较于三次多项式轨迹规划具有无加速度跳变、无冲击的优点。

针对一款摇篮五轴数控机床的转台结构,分析其摇篮形式及布置方式、标定方法;借助UG NX12.0软件对简易叶轮进行建模与加工仿真,再到设置好的机床上进行实际加工,通过伺服参数调试软件优化机床伺服参数并进行多次加工,找出最佳方案,实现五轴的高质量加工,可为机床的加工调试提供参考。

以某企业的T-V855立式加工中心为研究对象,用虚拟介质法计算出机床结合面的动力学参数,建立整机有限元模型,进行模态分析,获得前6阶固有频率与振型。进行了T-V855立式加工中心实验模态测试,由实验结果与模型仿真结果对比可知,实验模态测试结果和整机有限元仿真的结果一致,最大误差为8.7%,验证了考虑机床结合面的整机有限元模型的合理性和正确性,同时对机床进行了谐响应分析,确定机床的关键部件为主轴箱与立柱,为后续机床二次设计提供了理论基础与方向。

为满足加工中心现代化设计中需要建立准确的有限元模型的问题,建立了一种基于代理模型的有限元模型修正方法。首先通过灵敏度分析,选取了对滑鞍响应影响最大的设计参数,减少了设计参数整体的数量,提高了修正效率;然后基于实验设计与加点准则,建立了自适应Kriging模型,将隐式的有限元计算转化为显式计算,减少了模型修正过程中大量的有限元模型调用;最后利用遗传算法搜索出目标函数的最小值。模型修正前滑鞍计算固有频率与实测固有频率间最大相对误差为19.37%,修正后降低为4.52%,可以作为以后优化设计的基础,有良好的工程价值。

为了使机床立柱的静动态性能得到提升,对机床立柱的筋板结构重新进行设计。将不同筋板结构的立柱模型进行有限元分析,分别得到各立柱的静动态性能参数,将得到的参数构建了3因素4水平的正交实验表,通过综合评价法将正交表中的16组参数进行数据融合,得到了最佳组合参数为"井"形筋板结构,筋板高度为20 mm,吊孔直径为140 mm的立柱。优化后的立柱在质量基本保持一致的情形下,立柱最大变形量减少了3.69%,最大应力减少了10.53%,一阶固有频率提升了2.22%,最大应力改善最为明显,降低了机床零部件的翘曲、变形风险。正交实验和综合评价法在立柱结构设计上的成功应用,为机床其他关键部件的优化设计提供了参考价值。

为分析五轴精雕机能否实现正确运动,使用机器人D-H法构建五轴精雕机的运动学模型。利用运动学模型求解运动学方程的正逆解,并采用蒙特卡洛法进行工作空间分析,验证运动学模型的正确性;基于ADAMS验证整机模型的正确性并建立运动学和动力学方程,以此进行运动学和动力学仿真分析。得到了机床设计极限时进给驱动力的大小,Z轴为7500 N左右,其余轴均为10000 N左右。为控制系统的设计、滚珠丝杠和电动机的选型提供参考。

为了研究机床在加工过程中热误差对机床加工精度的影响规律,考虑环境温度变化对数控机床Z轴丝杆热位移的影响时,构建了基于环境温度和实时数据(电流、速度、位置)的Z轴丝杆热误差模型,并通过采集实验数据来对模型进行参数标定,对标定后的模型进行图形绘制,最终将得到的实验数据与模型图形对比,验证了模型的准确性。