新型五轴并串联机床的运动学仿真_伞红军

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五轴联动数控铣床双转台进给系统设计与仿真

Ｆ蜗杆ｌｍａｘ≈ ８６００Ｎ
轴向力一
ห้องสมุดไป่ตู้
ｒｍｍｋｇ ’ ・ａ４ａ
【５】李江伟．重型精密机床主轴系统动力学研究【Ｊ】．河南理工大
学，２０１１．１（４）：３５ — ４９．
／ｓｅｃ２）－ ∞ｍ
（１１）
（１２）
蜗轮转矩与其转动的角加速度成正比关系，故Ｆ蜗杆Ｉ的
＝
：ＭＢ＝Ｆｙ
（９）
大小取决于绕Ｂ轴转动转台的角加速度、转动惯量、蜗轮
分度圆直径，Ｆ￣ｔｆ２的大小取决于铣削力、蜗轮分度圆直
已知蜗轮分度圆直径Ｄ＝７４ｍｍ，且由３．４可知铣削时
作用在Ｂ轴转台上的力矩Ｍ等效到蜗杆上生成的等效轴
向力：
Ｆ蜗杆２ｘ＝竺軎＝６２１６Ｎ
蜗杆轴向力与蜗轮转矩成正比关系即：
２＝
图１０铣削力分解图
＝
＾ｆ额＝４．５ｘ１０Ｎ・ｍｍ＾ｍａｘ＜额
Ａ轴转台承受最大转矩Ｍ小于选用的Ｓｉｎａｍｉｃｓ力矩
８６００＋６２１６＝１４８１６Ｎ
（１３、
电机１ＦＷ６１３０．ｘｘＢ１０．２Ｊｘｘ的额定转矩。图１１为Ａ、Ｂ轴
＾ｍａｘ＝３．２ｘ１０Ｎ・ｍｍ
ｍａｘ

五轴联动机床虚拟加工系统构建及仿真验证

五轴联动机床虚拟加工系统构建及仿真验证
张健;霍凤伟;林志超;任宝钢
【期刊名称】《煤矿机械》
【年(卷),期】2024(45)2
【摘要】五轴联动机床具有3个直线轴和2个回转轴,能在一次装夹中完成复杂曲面及异形几何特征类零件加工。

实际加工过程中,刀具与工件相对运动复杂,常遇到刀具干涉。

基于此,以五轴联动机床为研究对象,进行机床结构的运动链分析和零部件建模、装配,进而阐述了虚拟加工系统构建方法。

最后以风扇叶轮加工为例,在已构建的系统上进行仿真验证。

结果表明,该系统可以模拟双转台型五轴联动机床实际切削运动过程,可以发现加工过程中可能存在的干涉、碰撞等,对实际生产起到一定的指导作用。

该研究不仅可以为类似五轴数控机床虚拟加工系统构建提供借鉴,而且对提高加工仿真技术及五轴机床应用水平也具有重要的价值。

【总页数】4页(P168-171)
【作者】张健;霍凤伟;林志超;任宝钢
【作者单位】营口理工学院机械与动力工程学院;通用技术集团沈阳机床有限责任公司
【正文语种】中文
【中图分类】TG659
【相关文献】
1.柔性、复合、多轴联动、高精、高速化是多轴联动机床发展的主流——CIMT2011部分首展的五轴联动加工中心
2.摆头转台加工中心五轴联动加工的后置处理与仿真验证
3.五轴联动虚拟电火花成形加工机床设计与应用
4.基于VERICUT虚拟五轴联动机床仿真加工螺旋锥齿轮圆角研究
5.HPM 1850U虚拟机床的构建与多轴数控加工仿真验证
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五轴联动机床的通用运动学模型分析

．
ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓａＩｉｎｉｖｅｒｓａｌｋｉｎｅｍａｔｉｃｍｏｄｅｌｂｙｕｓｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｔｈｅｏｒｙ；ａｍｏｄｅｌｈａｓｏｕｆｒｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｒｏｔａｔｉｎｇａｘｅｓａｎｄｔｈｒｅｅｏｌｌｈｏｇｏｉｌａｌａｎｓｌａｔｉｏｎａｌａｘｅｓ．ＴｈｅｃｏｍｐｌｅｔｅａｎａｌｙｔｉｃａｌｅｑｕａｔｉｏｎｓｆｏｒＮＣ（１ａｔｅａｌ ‘ ｅｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｒｏｕｇｈｈｏｎ１（）ｇｅｎｅ（）ＵＳｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｔｒａｎｓｏｒｆｍａｔｉ（）ｎｍａｌｌｉｘａｉｌｄｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｏｌｆ￣ｖａｒｄａｎｄｉｎｖｅ） ’ ｓｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ．ａｎｄｔｈｕｓｔｈｅ
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【关键词】五轴机床；运动学模型；坐标变换矩阵；数控编程

五轴机床的三维建模和运动仿真

2五轴机床的三维建模对于vericut软件由于软件本身带有三维建模的功能能创建方块圆柱旋转面轮廓等模型但是这些只能创建一些简单的机床对于五轴机床由于结构形式的复杂性采用vericut创建不能实现需要在proe中创建机床模型然后在导入到vericut中
２５３
山柬工案技术
五轴机床的三维建模和运动仿真
李庆婷，王宽（天津职业技术师范大学，天津３００２２２）
摘要：为改变ｈ￣－Ｙ－－模式，提高零件加工精度，完成复杂型面加工，加工中心由传统的三轴加工向五轴加工转变。使用五轴机床加工，要了解五轴机床各部件的三维建模过程和特点。为完成零件的形状加工，运动的仿真尤为重要。关键词：五轴机床；三维建模；运动仿真
０引言
பைடு நூலகம்
相同的距离。
２．３机床配置
五轴加工的建模和运动仿真一般应用在较复杂的曲面加工技术在机床运动结构定义完成后，需要进行机床初始化设置。打开配上，如大型船用螺旋桨。五轴机床加工中心采用了直流电动机、高置一“ 机床设定命令，弹出机床设定对话框。速旋转电主轴，结合了机电、通信的优势。一台机器就可以对付各（１）加载机床文件：选择配置一机床一打开机床文件命令，类加工模式，这是未来 “ 加工中心全能设备的体现，将能成为真选择在Ｐｒｏｅ中画好的模型的存储位置，就可以把画好的机床模型正实用意义上的加工中心。导入ｖｅｒｉｃｕｔ里面了。（２）控制系统的导入：配置．控制一打开控制文件，也可以在项目树中 “ 控制节点下打开 “ 机床库，在文１五轴机床的概述和优势件列表框中选择 “ ｈｅｉ５３０－ｃｔｌ便将此系统加载到机床文件中（３）１．１五轴机床安装圆形毛坯：在组件树中选ｓｔｏｃｋ（０，０，０），在添加模型中，选择五轴联动机床是在传统三个线性坐标（ｘ，Ｙ，Ｚ）轴的基础上增圆柱。然后在 “ 配置模型”对话框中，选择模型，进而输入圆加两个可旋转坐标轴，工件一次夹装即可以对五个面的同时加工，柱的高、半径。（４）新建刀具：在项目树中双击 “ 加工刀具选项，也可以完成复杂空间曲面的高精度加工】。五轴机床通常有三种结弹出 “ 刀具管理器对话框，然后选取 “ 添加 ”一铣刀向导对构：（１）单转台单摆头五轴联动机床；（２）双转台结构五轴联动机床；话框。由于一把完整的铣刀是由刀夹、引伸、切刀三部分组成，设（３）双摆头五轴联动机床。置完刀具之后，要进行刀夹的设置，根据提示，完成一系列的刀具１．２五轴机床的优势设置。（５）加工程序导入：在项目树中，双击数控程序，在（１）适应范围广程序是可编写式的，因此当加工不同零件时， “ 配置ＮＣ程序添加 “ ＮＣ程序文件按钮，然后根据提示选择，只需改变程序，不改动其他设备。（２）加工效率高数控设备加工时根据编写的加工工艺过程添加的相应加工程序。（６）Ｇ代码偏置：可采用较大的切削量，能缩短零件加工所需要的时间。（３）产品有在项目树中双击 “ Ｇ代码偏置，将偏置名由 “ 机床零点改为 “ 工稳定的加工精度，提高了加工质量。（４）劳动强度较低数控设备的作偏置 ”，将寄存器中的值由 “ １改为 “ ５４，单击 “ 添加按钮，自动化程度高，无需工人进行繁重的作业操作。完成Ｇ代码的添加。２．４碰撞千涉检查的设定２五轴机床的三维建模（１）确定已选中的 “ 开机床仿真复选框。在碰撞检测标签中，对于ｖｅｒｉｃｕｔ软件，由于软件本身带有三维建模的功能，能创建选中 “ 碰撞检测复选框。在 “ 忽略在切刀和毛料间的碰撞下拉方块、圆柱、旋转面轮廓等模型，但是这些只能创建一些简单的机床，列表框中选择否。在 “ 碰撞间隙文本框中输入２．０。（２）在机床对于五轴机床，由于结构形式的复杂性，采用ｖｅｒｉｃｕｔ创建不能实现，设定对话框中，单击 “ 表标签，单击 “ 添加按钮。在 “ 位置名需要在Ｐｒｏｅ中创建机床模型，然后在导入到ｖｅｒｉｃｕｔ中。在ｖｅｒｉｃｕｔ下拉列表框中选择初始机床位置。在“ 子系统名下拉列表框中选择１。中机床部件一般都是相对于机床坐标系创建的。在Ｐｒｏｅ的机床模型在 “ 值 ”文本框（３）在机床设定对话框中，单击行程极限标签，选上创建合适的坐标系，将会降低导入过程可能出现的仿真模型的错中超程错误复选框。误。还应该注意在Ｐｒｏｅ中创建完模型之后，保存文件的格式，应该２．５加工仿真是ｖｅｒｉｃｕｔ能够识别的格式。利用Ｖｅｒｉｃｕｔ对叶轮零件进行加工仿真。在仿真之前，通过面２．１新建一个项目文件板设定碰撞检查和行程检查值，结合信息栏对仿真进行分析和检选择 “ 文件 ”一“ 新项目” “ 毫米，写入你要建立的文件的名测。字。根据加工的仿真要求，在项目树文件中对项目树写的各项，如数控系统、坐标系统、加工刀具等进行相应的设置。３结束语２．２定义机床运动构件本文对五轴机床的发展做了简单阐述，提出了五轴机床的概念，（１）定义Ｂａｓｅ部件。由于底座已经在Ｐｒｏｅ中画好了，只需要对比出了五轴机床的独特地位和优势。另外，还整理出五轴机床建导入到ＶＥＲＩＣＵＴ软件就可以了。首先在菜单栏中点击显示机床组模和仿真的开发思路和研发成果。该五轴机床以其方便快捷和强大件按钮，则所有的节点就显示在项目树中了。然后在Ｂａｓｅ（０，０，０）节点，的功能获得了一致好评。点击鼠标右键，选择 “ 添加模型，选择 “ 模型文件，然后导出已画底座模型。（２）右击Ｂａｓｅ，点击添加ｘ线性轴一在 “ 位置文本中参考文献：定义ｘ轴零点。在ｘ轴上，右击添加Ｙ线性轴一在 “ 位置文本中１何志伟．数控加工过程建模和仿真的研究与应用［Ｊ】．组合机床定义Ｙ轴零点。（３）跟ｘ线性轴并行的位置，定义线性Ｚ轴一在“ 位置” … 文本中定义Ｚ轴零点。（４）定义Ｂ旋转轴。在Ｙ轴下，右击添加与自动加工技术，２００４（０３）：５－７．Ｂ旋转轴（Ｓｐｉｎｄｌｅ），在 “ 快速速度 ” 中定义Ｂ速度。然后添加模【２】张健，唐清春，马仲亮等．某离心式压气机叶轮加工工艺的分型。右击Ｂ旋转轴，点击主轴，定义模型，完成操作。定义Ｃ旋转析［Ｊ］．汽轮机技术．２０１３，５５（０３）：２３８－２４０．轴。在Ｚ轴节点下添加Ｃ轴，（５）定义Ｔｏｏｌ轴。在Ｓｐｉｎｄｌｅ轴节点下添加Ｔｏｏｌ轴。（６）移动 “ 附属 ”组件。在 “ 附属右击选择剪切，作者简介：李庆婷（１９８９一），女，山东滕州人，研究生在读，研究粘贴在Ｃ轴下。按照上述步骤定义完成主要机床部件。调入各轴组件之前，为使装配位置不变，在添加轴组件模型时让其向方向移动方向：五轴后置处理。

五轴联动数控加工中心仿真系统开发应用

五轴联动数控加工中心仿真系统开发应用摘要：本文所涉及的数控加工系统是基于CATIAV5的功能模块建立的，通过对动龙门五轴联动的实体测量、建模、组装和整机模拟，实现数控加工过程的仿真。

同时根据本行业实际生产技术需要，结合VER- ICUTR软件零件切削过程仿真验证优势，建立CATIA与VERICUT两软件平台之间的宏联结，实现将机床运行数控程序过程中的过切、干涉、碰撞和欠切等错误消除在设讣阶段的U的，提高数控加工过程的可靠性。

LI前大型数控五轴联动在科研生产过程中，主要用于进行大型复杂航空零部件与工艺装备制造加工，因空间结构复杂，外形体积大，常出现零件首件过切，未加工到位，机床与零件或工装干涉，模锻件装夹定位不准确和加工超行程等问题，仅凭借数控编程技术人员个人经验，工作量庞大且复杂，难以克服。

针对五坐标数控加丄机床控制系统不具有数控加丄过程的动态模拟仿真功能，笔者结合虚拟制造技术，在计算机辅助制造软件(VERICUT 5. 4)平台基础上，开发了数控加工机床仿真系统模块。

该仿真系统可以在\C代码的驱动下运行，用以观察数控机床部件运动和零件的加工成形过程中空间运动状况，验证加工程序G 代码的正确性，防止实际加工过程中干涉和碰撞等故障发生。

该系统旨在以五坐标数控机床为验证工作机，研究FIDIA C20控制系统的驱动工作原理，建立数控加工中心仿真工作平台，进行典型回转曲轮轴和蒙皮锻金工艺装备五轴联动铳切的加工过程模拟。

涉及到仿真工作环境下的大型工艺装备装夹定位，确定数控参数库，模拟数控加工程序的运行过程等。

一、开发研究过程1.五坐标数控加工中心加工仿真系统技术研究比较同类型仿真系统现状，LI前技术能力可以建立儿何仿真系统，模拟计算刀具切削速度、切削量和切削时间等。

(1)软件系统研究方案制定与基础工作调试准备。

①方案制定：首先将VERICUT与CATIA软件功能模块测试验证联接;然后建立五轴联动数控加工中心机床结构与运动关系分析;最后生成五轴联动数控加工中心模拟系统。

五轴机器人主体结构设计及运动仿真毕业设计(论文)

五轴机器人主体结构设计及运动仿真摘要工业机器人是一种集多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备，随着科学与技术的发展，工业机器人的应用领域也在不断扩大。

虽然近年来我国工业机器人的需求量逐年增加，但目前国产的机器人大多还需要进口，这与我国快速的发展的工业水平不相适应。

本文以FESTO柔性生产线装配工作站的三菱工业机器人为基础，针对五轴工业机器人的主体结构进行设计，其中包括各运动关节电机和传动机构的选型设计；机器人主体机构三维建模；机器人关键零部件的三维建模和工程图绘制；通过机器人手腕、前臂、后臂、立柱和底座这几部分的结构设计及运动仿真，探讨在solidworks 软件环境下, 建立了机械手臂的三维实体建模、虚拟装配、动态模拟和干涉检查,并运用solidworks的motion模块进行机械手臂的运动仿真,实现Solidworks软件环境下机械手臂的虚拟设计。

本设计的工业机器人采用交流伺服电机及带传动的工作方式，机器人传动环节减少，结构简单，提高了系统的精度，减少维护工作量，同时也简化了生产工艺，降低了生产成本。

关键词：工业机器人、结构设计、仿真模拟、solidworksIV五轴机器人主体结构设计及运动仿真AbstractThe industrial robot is a set of advanced technologies in the integration of multidisciplinary important modern manufacturing equipment, with the development of science and technology, the industrial robot applications are constantly expanding. Although in recent years the demand robot of our country increases year by year, but at present homebred robot also need to be imported, and this does not suit to China's rapid industrial development level.This paper is based on the Mitsubishi industrial robot of FESTO flexible manufacture system assembly workstation based on five axis robot, structure design, including the movement of each joint motor and transmission mechanism design of the robot body mechanism; 3D modeling; robot key parts of the 3D modeling and engineering drawing; through the robot wrist, forearm, arm a column and a base, the parts of the structure design and the movement simulation, discusses in the SolidWorks software environment, to establish a mechanical arm of the 3D solid modeling, virtual assembly, dynamic simulation and interference check, and by using the SolidWorks motion module for mechanical arm movement simulation, implementation of Solidworks software environment for virtual design of mechanical arm. The design of the industrial robot driven by AC servo motor and belt transmission mode, the robot transmission link is reduced, and has the advantages of simple structure, improve the precision of the system, reduces the maintenance workload, but also simplifies the production process, reduce the production cost.Key words: industrial robot, structure design, simulation, SolidWorksV五轴机器人主体结构设计及运动仿真目录第一章绪论 (1)1.1 选题背景 (1)1.2 国内外研究综述 (2)1.3 研究现状 (4)1.4 研究意义 (7)第二章设计选型 (8)2.1 机构选型 (8)2.1.1 运动机构 (8)2.1.2 传动机构 (10)2.1.3 控制机构 (11)2.2 电机选型 (13)第三章机械部分设计 (18)3.1 设计内容 (18)3.1.1 机器人手腕设计 (18)3.1.2 机器人前臂设计 (20)3.1.3 机器人后臂设计 (22)3.1.4 机器人立柱设计 (24)3.1.5 机器人底座设计 (27)第四章机器人装配及运动仿真 (29)4.1 机器人装配 (29)4.2 机器人运动仿真 (42)第五章市场前景 (44)5.1 市场分析 (44)第六章总结与展望 (45)6.1 总结 (45)6.2 展望 (45)致谢 (46)参考文献 (47)VI五轴机器人主体结构设计及运动仿真第一章绪论1.1 选题背景工业机器人是一种集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。

一种新型五自由度混联机床的运动及仿真分析

2005 年第 5 期
#设计与研究#
文章编号: 1001- 2265( 2005) 05- 0023- 03
一种新型五自由度混联机床的运动及仿真分析
王冰1, 高峰2, 运红丽3, 彭斌彬4, 岳义3
( 1. 华北航天工业学院机械工程系, 河北廊坊 065000; 2. 上海交通大学机械与动力工程学院, 上海 200030; 3. 燕山大学机械工程学院, 河北秦皇岛 066004; 4. 北京航空航天大学机器人研究所, 北京 100083)
Abstract: A configuration of a new typed hybrid machine tool is proposed in this paper which take a new hybrid mechanism combined with two 2- DOF parallel mechanism as the main feeding mechanism and the assistance of two-way moving worktable to achieve five- coordinates numerical controlled machining . It has the characters of uncoupled and control easily. The mechanism is described and based on the screw theory, the kinematics characteristics of the five- bar spherical parallel mechanism are analyzed including the kinematics screw, reverse screw and degree of freedom. Closed- form solution are analyzed for both inverse and direct kinematics and ex amined and certified by numerical method. Based on the above, the kinematics of the hybrid machine tool are simulated by using OpenGL based on Visual C++ , so the idea and details of the design are tested. This research lays the foundation for manufacturing the prototype of the hybrid machine tool. Key words: hybrid machine tool; parallel mechanism; analyses of location and orientation; simulation of kinematics

双转台五轴机床运动学分析及非线性误差研究

双转台五轴机床运动学分析及非线性误差研究覃智广;陈洪容;代艳霞【摘要】建立正确的A-C型五轴联动机床的WCS(工件坐标)和MCS(机床坐标)之间的矩阵转换关系,从而得出刀轴矢量和机床两个转轴的转角之间的映射方程,对于理解机床运动和CAM系统是至关重要的.由于旋转轴运动及CNC的平动轴线性插补、旋转轴跟随插补,导致五轴铣削过程会不可避免地产生非线性误差,详细分析了非线性误差产生的原因,舍弃线性插补而采用刀轴矢量平面插补,通过机床的逆运动学方程计算刀位的插补点和新的插补矢量,经CAM后处理系统转换成NC数控程序.最后给出一个实例进行分析和MATLAB仿真,验证了运动学推论和减小非线性误差策略的正确性.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2018(000)010【总页数】4页(P229-232)【关键词】运动学方程;齐次矩阵转换;后置处理;非线性误差;矢量坐标【作者】覃智广;陈洪容;代艳霞【作者单位】宜宾职业技术学院,四川宜宾 644003;宜宾职业技术学院,四川宜宾644003;宜宾职业技术学院,四川宜宾 644003【正文语种】中文【中图分类】TH161 引言五轴加工极大的拓展了机床的加工能力和加工范围，显著减小重定位误差。

五轴机床因灵活的刀具姿态控制在叶轮叶片，复杂曲面，模具开发等领域发挥不可替代的优势，国内外的研究及机床制造商对五轴机床已经进行了很多方面的研究[1-5]，在机床正交结构的运动学分析方面已经基本完善，但在五轴机床的非线性误差研究，还有许多方面需要完善。

文献[2]研究建立了机床运动学方程，重点关注是后处理过程的转角和坐标转换公式，其开发了后处理程序，但缺少实际加工验证。

文献[3]研究两个旋转轴的转角怎样优化取值，依据最短路径通过软件完成仿真，用刀具铣削实验对算法进行了验证，但还没有考虑转台引起的误差。

文献[4]提供了三大类型通用五轴机床的坐标转换，这种矩阵方程能够很好的展示转角的意义，使研究者能熟悉CAM软件的工作机制和五轴加工的运动学原理。

五轴联动的数学表达

五轴联动的数学表达
五轴联动是一种用于数控机床的加工方式，它涉及到五个轴的协同运动，通常包括X、Y、Z三个线性轴和两个旋转轴（A和B）。

为了描述这种运动，我们需要用到线性代数和微分方程。

首先，我们可以使用齐次坐标来表示机床的位置和姿态。

每个轴的位置可以表示为一个三维向量，而旋转轴的旋转角度可以表示为一个角度。

整个机床的位置和姿态可以用一个四元数来表示。

其次，五轴联动的运动学模型可以表示为以下微分方程：
d/dt x = f(x, u)
其中 x 表示机床的位置和姿态，u 表示输入的加速度和力矩，f 是一个非线性函数，描述了机床的运动规律。

此外，为了实现五轴联动加工，还需要考虑到加工材料、刀具、冷却系统等多个因素，这些因素可能会对加工过程产生影响，需要进行仿真和优化。

总之，五轴联动的数学表达涉及到线性代数、微分方程和非线性优化等多个领域的知识。

五轴数控机床加工仿真系统的使用教程

五轴数控机床加工仿真系统的使用教程随着数控技术的发展，五轴数控机床在工业制造领域得到了广泛应用。

五轴数控机床可以实现对复杂形状零件的高精度加工，然而，对于使用者来说，如何正确使用五轴数控机床加工仿真系统仍然是一个挑战。

因此，本篇文章将向您介绍五轴数控机床加工仿真系统的使用教程，以便您能够更有效地使用该系统进行加工。

第一步：系统安装与初始化配置在开始使用五轴数控机床加工仿真系统之前，需要先将系统安装在计算机上。

确保计算机的配置满足系统要求，并且已经安装了所需的软件。

安装完成后，您需要进行系统的初始化配置。

点击系统图标打开系统，并按照系统的提示依次进行配置。

这些配置项包括语言选择、单位设置、加工参数等。

您可以根据您的个人需求进行适当的配置。

第二步：模型导入与编辑在使用五轴数控机床加工仿真系统之前，您需要将要加工的零件模型导入到系统中。

系统支持多种文件格式，您可以选择符合要求的模型文件进行导入。

导入零件模型后，您还可以对模型进行编辑。

例如，您可以调整模型的大小、位置和角度，以使其适应加工要求。

您还可以添加切削区域、支撑结构等，以增加加工的准确性和稳定性。

第三步：刀具路径规划与优化在完成模型导入和编辑后，接下来需要进行刀具路径规划与优化。

系统会自动生成一条切削路径，以确保零件能够被准确地加工出来。

您可以通过调整加工参数来优化刀具路径。

例如，您可以设置切削深度、进给速度和转速等参数，以实现最佳的加工效果。

系统会根据您的设置自动调整刀轴的移动轨迹和刀具的角度，以减少加工过程中的误差。

第四步：加工仿真与调试在刀具路径规划与优化完成后，您需要进行加工仿真与调试。

系统会模拟出五轴数控机床的工作状态，实时显示加工过程，并生成加工仿真报告。

您可以通过加工仿真报告来评估加工过程中的误差和稳定性。

如果发现问题，您可以对刀具路径和加工参数进行调整，并再次进行仿真。

通过不断地调试，您可以找到最佳的加工方案，并确保零件能够被准确地加工出来。

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Kinematic Simulation of Novel Five Axes Serial-ParallelMachine ToolHongJun San1, ShiSheng Zhong2, ZhiXing Wang31) Faculty of Mechanical and Electrial Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming,Yunnan, China(sanhjun@)2) School of Mechatronics Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin, Heilongjiang, China (zss@)3) School of Mechatronics Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin, Heilongjiang, China (wangzx@)Abstract—In this paper, for the a novel five axes serial-parallel machine tool, The three-dimensional solid model of the machine tool is established in ADAMS. The kinematic simulation of machine tool is carried out in the ADAMS simulation module. On the basis of the kinematic simulation of the machine tool, The results of the previous theoretical analysis are verified , including the number of degrees of freedom, inverse kinematic solution and forward kinematic solution.Keywords—serial-parallel machine tool, kinematic simulation, ADAMS新型五轴并串联机床的运动学仿真伞红军1钟诗胜2王知行31)昆明理工大学机电工程学院，昆明，云南，中国2)哈尔滨工业大学机电工程学院，哈尔滨，黑龙江，中国3)哈尔滨工业大学机电工程学院，哈尔滨，黑龙江，中国摘要针对一种新型五轴并串联机床，在ADAMS软件环境下对该机床进行了简化的三维实体建模，应用ADAMS仿真模块对机床进行了运动学仿真，通过仿真验证了机床的自由度数和位置正反解算法的有效性。

为该机床的原型样机的研制打下了基础。

关键词并串联机床，运动学仿真，ADAMS1．引言并联机床由于相对于传统的串联机床具有较高的结构刚度、较好的动态性能和较高的精度，近十几年来，受到了学术界和工业界的广泛关注。

为了解决六自由度Stewart 型并联机床工作空间小、动平台刀具姿态角严重不足影响加工能力等问题，世界上相继推出了各种不同的并串联组合的混联机床[1-5]。

根据理论研究出来的众多的机构还需要检验其运动的正确性。

在传统的方法中，为了验证设计，通常要制造物理样机进行试验，有时这些试验是破坏性的。

当通过试验发现缺陷时，又要修改设计再做样机验证。

一般只有通过多次反复的设计——试验——设计过程，机构才能达到要求的性能。

通常，这一过程是冗长的，尤其是对于结构复杂的机构，设计周期难以缩短，更谈不上成本的降低了。

云南省自然科学基金项目支持（资助号：2010ZC024）因此，基于物理样机的设计验证过程严重的制约了设计质量和效率的提高。

近年来，计算机技术的广泛应用提供了新的设计方法，那就是虚拟样机技术，它包括了三维CAD 建模技术和机械系统运动学等相关技术。

本文针对一种新型五轴并串联机床[6]，采用ADAMS 三维建模和分析软件建立机床的三维模型，并对其进行运动学仿真分析，考察各铰链及各部件的相对运动状态，通过仿真分析结果来验证机床的运动自由度及机床位置反解算法的正确性。

2．机床结构描述该新型并串联机床主要由一个2-UPR/2-UPS四自由度并联机构[7]串联一个可转动的部件组成。

如图1所示，为该新型五轴并串联机床的结构示意图。

串联部分主要包括末端执行部件（一般包括电主轴和刀具）。

并联部分的四个驱动分支均采用伸缩连杆，其中两个为相邻的UPR 分支，另外两个为相邻的UPS 分支，每个UPR 分支的一端通过转动副与运动平台相联，另一端通过虎克铰与固定平台相联，每个UPS 分支的一端通过球铰与运动平台相联，另一端通过虎克铰与固定平台相联。

串联的末端执行部件通过转动副（其轴线与两个UPR 驱动分支的转动副轴线垂直且与这两个转动副轴线所在的平面平行）与运动平台相联。

机床工作时，通过伺服电机带动丝杠驱动连杆的伸缩实现运动的平台三维移动和一维转动，同时伺服电机驱动末端执行部件相对于运动平台转动，这样该机床就具备了空间三维移动和二维转动的五自由度的加工能力，可实现对空间复杂曲面零件的加工。

图1 五轴并串联机床结构简图3．机床的三维建模本文所建立三维模型的目的是为了验证机床运动的正确性及位置正反解算法的有效性，因此这里所建的三维模型并不是实际的机床样机模型，而是机床的简化模型。

建模过程中在不影响运动学仿真结果的前提下尽量采用简化原则，这样可以降低建模难度，减少ADAMS 中建立约束的难度，以及避免或减少产生过约束。

按照上述简化原则，建模过程中省略了许多连接部件，如轴承和联轴器等。

在建模中将运动平台上的2个转动副和2个球铰分别简化到了4个丝杠上，将四个驱动杆顶端的电机分别简化到了4个套筒上，将电主轴和刀具简化为一个零件，将驱动串联的摆动部件的驱动电机简化到了动平台上，因此该模型一共只有15个独立零件，即：4个套筒、4个丝杠、4个虎克铰、1个定平台、1个动平台、1个刀具。

图2所示为在ADAMS 建模环境下建立的机床三维运动学仿真模型。

该模型的主要结构参数如下：360mm a =，200mm b =，400mm c =，600mm d =，1000mm e =，600mm f =，180mm x h =，260mm z h =，240mm mn l =，杆长极限max 1300mm L =、min 600mm L =，动平台与定平台初始距离994.987H =。

（上述这些变量的具体意义请参考文献[6]）在ADAMS 环境下对所建模型进行进行了运动仿真。

通过动态三维仿真，对机床的运动状态有了更为直观的认识。

图2 机床的三维简化仿真模型有了机床的三维仿真模型，我们可以在ADAMS 环境下对机床的自由度数及机床位置正反解算法进行验证了。

4．机床自由度的验证当机床的三维模型建好后，在ADAMS 环境下可以分析出机构的自由度。

在ADAMS/View 界面中选择Tools →Model Verify 就会显示模型的自检信息，如图3所示。

从图3中可以看出，机床具有五个自由度，从信息框中还可以看出，机床存在两个冗余约束（即虚约束），这些都与文献[7]中对机构的自由度分析结果相吻合。

图3 机床仿真模型的自检信息5．验证机床的位置反解算法首先，让刀头点从初始位置170,0,1494.987−（）沿X 方向以10mm/s 的速度运动到()370,0,1494.987−的位置。

然后，刀头点从该位置开始以初始点为圆心，200mm 为半径逆时针旋转一周，旋转角速度为0.0873rad/s 。

整个过程当中刀具姿态始终沿垂直方向不变。

这一运动过程中刀头点沿X 方向、Y 方向、Z 方向位移随时间变化的曲线如图4所示。

已知上述刀头点的运动轨迹，通过文献[6]推导的机床的反解算法计算出机床在此运动过程中各个时刻的4个驱动杆杆长及其与初始杆长的差值以及串联的摆动执行部件的摆角。

图4 机床刀头点的已知位移变化曲线将用反解算法计算出的4组驱动杆长变化量和串联部分的转角及相对应的时间做成5个*.txt 格式的文本数据文件，每个文本中只有两列数据，这5个文本中的第一列数据相同都是时间s ，前4个文本中的第二列数据分别代表用反解算法计算出的与时间相对应各驱动杆杆长变化量(1,2,3,4)i l i Δ=，第5个文本中的第二列数据是与时间相对应的串联的摆动部件的摆角。

利用这五个文本数据文件，通过ADAMS 中提供的样条函数生成工具可分别生成5个样条函数来驱动主运动副的运动。

在ADAMS 中生成样条函数后，就可以再在机床仿真模型的每个主运动副上添加驱动了。

最后，将仿真时间设置成92s ，仿真步数设置成200步，经过仿真所得到的刀头点的位移随时间变化的曲线如图5所示。

图5 通过运动仿真所求得的机床刀头点的位移变化曲线图5中的刀头点沿X 方向、Y 方向的位移随时间变化曲线与图4中的完全吻合。

而图5中刀头点沿Z 方向的位移不随时间变化而为常数，这与图4中的曲线变化趋势相一致，只是大小相差了400mm ，这是由于在ADAMS 环境下，为了建模方便而将机床沿Z 轴正向移动了400mm 所致。

因此可以说图5中的曲线和图4中的曲线是完全吻合的，由此验证了机床反解算法的正确性。

6．验证机床的位置正解算法首先，在ADAMS 中让机床模型的刀头点从初始位置沿z 轴负方向以10mm/s 的速度运动10妙后，再沿X 方向以10mm/s 的速度运动20妙。

然后，刀头点从该位置开始以初始点为圆心，200mm 为半径逆时针旋转一周，旋转角速度为5o /s ，运行时间到92妙时结束。

整个过程当中刀具姿态始终沿垂直方向不变。

最后，将仿真时间设置成92s ，仿真步数设置成100步，经过仿真所获得的刀头点沿X 方向、Y 方向、Z 方向位移随时间变化的曲线如图7所示。

图6 ADAMS 中机床刀头点的位移变化曲线仿真过程结束后，可通过ADAMS 提供的测量功能，测得机床动平台各铰点中心相对于各自对应的定平台铰点中心的位移时间关系曲线，如图7a)、7b)、图7c)和图7d)所示。

另外通过仿真还可以测得机床串联的摆动执行部件(即电主轴和刀具)绕其回转轴的角速度随时间变化曲线θ&，运用ADAMS 提供的曲线积分功能将此曲线在ADAMS 中积分后便得到机床串联的摆动执行部件绕其回转轴的转动角度随时间变化曲线θ，如图7e)所示。