-PAGE9-小型三軸并聯(lián)數(shù)控機床設(shè)計與仿真研究摘要作為新時代的工業(yè)裝備，機床技術(shù)的成熟度標(biāo)志著一個國家工業(yè)技術(shù)的精細程度。但隨著精度和效率在不斷提升，傳統(tǒng)機床逐漸滿足不了制造的要求，并聯(lián)機床，將作為新時代的利劍，完成它的任務(wù)。它具有和傳統(tǒng)機床不同的設(shè)計理念，可以實現(xiàn)空間的三維加工，并且能夠?qū)σ恍?fù)雜的零件用最低的成本來完成加工。本次論文設(shè)計主旨是設(shè)計一個小型三軸并聯(lián)數(shù)控機床，類型為三自由度的萬向鉸型，它主要由動平臺、靜平臺、伸縮桿組成，可工作范圍為200mm。主要的設(shè)計內(nèi)容為伸縮桿和伺服電機的設(shè)計，并且對伸縮桿的運動學(xué)進行分析。并利用UGNX完成機床的三維模型，使用CAD完成二維零件圖和裝配圖，以此來更詳細了解機床的整體構(gòu)型。并用ansys對機床的伸縮桿進行了有限元分析。通過分析，了解絲桿的受力情況。關(guān)鍵詞3-TPT并聯(lián)機床，UGNX，可視化設(shè)計，運動仿真，有限元分析目錄摘要 ii緒論 31.1設(shè)計目的和意義 31.1.1目的 31.1.2意義 31.2可行性分析 41.2.1設(shè)計必要性 41.2.2發(fā)展歷史 41.2.3國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 61.2.4現(xiàn)代發(fā)展趨勢 81.2.5分類 8二并聯(lián)機構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計 72.1總體設(shè)計 72.1.1機構(gòu)原理 72.1.2整體構(gòu)思 82.2主要部件設(shè)計 82.2.1滾珠絲杠的選型 82.2.2電機的設(shè)計 112.3其余部件設(shè)計 142.3.1伸縮桿的設(shè)計 142.3.2靜平臺 152.3.3動平臺 162.3.4萬向鉸的設(shè)計 172.3.5主軸的設(shè)計 172.3.6控制系統(tǒng)設(shè)計 18三建模與仿真 193.1UG簡介 193.2UG主要功能 193.3設(shè)計建模 213.4運動仿真 253.4.1仿真插件 253.4.2運動學(xué)優(yōu)化 26參考文獻 351緒論1.1設(shè)計目的和意義1.1.1目的隨著時代進入21世紀，制造業(yè)的變化也是與時俱進，汽車業(yè)航天業(yè)對零件的精密度要求越來越高。由于許多設(shè)計以傳統(tǒng)機床來設(shè)計的話會存在很多的問題，例如精度不夠，形狀不符，材質(zhì)不對應(yīng)，適應(yīng)力和所需標(biāo)準不符合等問題，為了滿足產(chǎn)品需求，達到市場所需要的標(biāo)準，機床進行數(shù)控化，智能化顯得極其重要。制造一個全新的概念的物品，是決定了機床制造業(yè)是否改革的重要環(huán)節(jié)，甚至注定了機床制造業(yè)未來的道路是否還能繼續(xù)走下去。在這種特殊時期，一種新技術(shù)出現(xiàn)了，它就是并聯(lián)機床，英文全稱ParallelMachineTool，并聯(lián)機構(gòu)并非是普通的并聯(lián)機構(gòu)，他除了普通機床所有的功能之外，他的核心是計算機，主板才是并聯(lián)機床的心臟部分，但由于技術(shù)還并未完整，還存在許多問題和理念都等著我們?nèi)ソ鉀Q。1.1.2意義通過現(xiàn)在的新聞和視頻，我們能很明白中國在關(guān)鍵技術(shù)方面和其他國家有著很明顯的差距，尤其是許多高級技術(shù)中國可是說是中下游，就比如并聯(lián)機床，中國的高端機床設(shè)計水平，也就排在中下游，就連中國臺灣都不如。就拿沈陽機床廠來說，其中許多的重要設(shè)備還是靠進口，盡管有自主設(shè)計的機器，但與進口設(shè)備來比，國家標(biāo)準應(yīng)該能過，但國際標(biāo)準可能就是不合格。有的進口設(shè)備損壞，而他的進口國又針對我國實施了技術(shù)封鎖，導(dǎo)致了設(shè)備壞了只能閑置，嚴重影響了我國的進步。國家號召“多研制，少生產(chǎn)”，但沒有生產(chǎn)，在經(jīng)濟方面我們將會捉襟見肘，面對國外技術(shù)的打壓，面對國內(nèi)技術(shù)的競爭，機床制造業(yè)想要有好的進步實在困難。于是乎，在國家層面，將多個民間多個機床廠合并納入央企，例如收購沈陽機床廠，由國家?guī)ь^來完成科研，進行科研，可以說是事半功倍，把力用在一個地方，技術(shù)更新肯定能夠很快實現(xiàn)，但即使是這樣，科研是一件很嚴肅和嚴重的事情，時間緊迫也寶貴，科研人員們所承擔(dān)的壓力是常人無法想象的。從科技難易度上看，并聯(lián)數(shù)控機構(gòu)是由電、機械、光、數(shù)控所結(jié)合的產(chǎn)物，并聯(lián)機床的開發(fā)將注定其產(chǎn)物產(chǎn)品的實際開發(fā)、工藝難易度、產(chǎn)品的可用性，注定了國家在相關(guān)技術(shù)的成形度，間接性的影響到了數(shù)控技術(shù)，控制技術(shù)，計算機技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展情況，如果在該技術(shù)上有所攻克，那么這將是許多重型技術(shù)的進步和融合。因此，國內(nèi)開始了對并聯(lián)機構(gòu)的研究和開發(fā)。由于并聯(lián)運動機床與傳統(tǒng)機床相比，它具有更小的運動慣性，而且運動部件質(zhì)量小。主要部件并不復(fù)雜，而且還相對簡單，多個零部件可以重復(fù)使用，在設(shè)計方面來說，它極大的降低了零部件的制造難度（但它的關(guān)鍵性難度不在于此）。且它由于技術(shù)水平更高，機床能夠保持更快的運行速度和加工速度，因此在加工領(lǐng)域它完全能用于高速加工。對于新一代制造設(shè)備改革的契機，加強對并聯(lián)數(shù)控機構(gòu)的理論研究與工程實踐，為早日突破技術(shù)封鎖，國家達到并聯(lián)機床的產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)品化，實現(xiàn)高新技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力具有重要的意義。經(jīng)過本次的課題設(shè)計，我獲得了一次自己動手設(shè)計的機會，我將用自己所學(xué)習(xí)的知識，來完成對并聯(lián)機床的結(jié)構(gòu)的設(shè)計。并且通過自己掌握的有關(guān)機械制圖和三維造型的軟件，如CAD，UGNX，SOILDWORKS等來完成并聯(lián)機床的實體模型設(shè)計。所涉及到的機械、控制、電氣等知識，既是溫故知新，也是對自己四年知識的一個總結(jié)。1.2可行性分析1.2.1設(shè)計必要性課題設(shè)計內(nèi)容為并聯(lián)機床機構(gòu)，在機床系統(tǒng)之中，大部分的傳統(tǒng)機床都是橫加豎的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，在某種程度上來說，并聯(lián)且能動，有一絲天馬行空的感覺。但恰恰是對科學(xué)的追求，一部分設(shè)計師努力讓不可能變成可能，并聯(lián)機床這一新興概念，被人們從理論變?yōu)榱藢嶋H存在的物件。就性能來說，并聯(lián)機床更夠完成更復(fù)雜的加工，它能取代串聯(lián)機床的加工缺陷，對于一些精密零件，串聯(lián)機床所不能達到的要求，可以由并聯(lián)機床來完成，對于特別重要的零件，可以由兩者合作制造，已達到制造目的?？梢哉f，并聯(lián)機床的出現(xiàn)，改變了設(shè)計制造的可行性。當(dāng)設(shè)計師們在工藝設(shè)計時，可以不用考慮太多的東西，能夠節(jié)省更多的的時間來完成別的部分的設(shè)計內(nèi)容。1.2.2發(fā)展歷史并聯(lián)機床的結(jié)構(gòu)獨特，大多都是懸浮式結(jié)構(gòu)，這樣做的目的既能增加運動范圍，也能節(jié)約空間。在這其中，Stewart平臺是最具代表的結(jié)構(gòu)，它的樣式基本上就囊括了現(xiàn)在的并聯(lián)機床的設(shè)計樣式，具體如圖1.1?？梢哉f是鼻祖模型?，F(xiàn)在很多的并聯(lián)機床設(shè)計都或多或少參考了它的形象來進行調(diào)整和添加。圖1.1Stewart平臺它的本身設(shè)計并不是單獨的機床結(jié)構(gòu)，它的核心之處在于計算機機器人。它是兩者的結(jié)合體，通過該結(jié)構(gòu)，能夠較好的解決機床剛性差的問題，從而滿足機床的工作速度，提升整體效益，實現(xiàn)速度和質(zhì)量的改革。由于其獨特之處，該類機床在航天裝備、軍工、電子產(chǎn)品的領(lǐng)域有著極其重要的成分，可以說是這些領(lǐng)域的核心領(lǐng)導(dǎo)部分。它能完成高精度，高質(zhì)量的精密加工零件，并且改良之后的機床沒有了傳統(tǒng)機床的剛度差，承載差的問題。因此，說它是新世紀的制造之母一點都不過分。這種技術(shù)性的更新標(biāo)志著時代的制造業(yè)的發(fā)展情況，也是一種未來發(fā)展方向的指導(dǎo)。1965年，有一位科學(xué)家提出了一個概念，當(dāng)一個機器能夠懸空作業(yè)，那么是不是能克服許多在加工過程中存在的困難，這一想法立刻在工業(yè)界引發(fā)了激烈的討論，有的人說這是胡亂想象，但有的人卻認為這可以實現(xiàn)，于是乎，為了證明這一觀點，人們開始了漫長而又艱辛的設(shè)計。1993年，美國人發(fā)明了一種并聯(lián)加工機械手，它能完成當(dāng)代產(chǎn)品所有的加工功能，雖然數(shù)據(jù)上顯得有些粗糙，但它卻象征著并聯(lián)機床的出現(xiàn)，他就是未來機床的雛形。也正是因為美國該發(fā)明的出現(xiàn)，使得并聯(lián)機床的發(fā)展正式步入了時代的道路中。在隨后的1994年，在IMT94上，有三家公司分別展示了自己的設(shè)計品，這三家公司分別是美國的Giddings&Lewis和Ingersoll，以及來自于瑞士的Geodetis，他們通過之前的科研報告完成了自己的并聯(lián)機床的樣品。當(dāng)世人看到這種強大的新型機器時，許多研究員們明白了其中所蘊含的科技價值，于是乎從之后，各國的研究院和企業(yè)開始著力發(fā)展并聯(lián)機床的相關(guān)技術(shù)和開發(fā)未知的領(lǐng)域。美國著名研究新型科技，尤其在碳纖維方面有卓越研究的Hexel公司，他們在當(dāng)年9月份向世人展示了他們所制造的Stewart平臺。示意圖如圖1.2所示:圖1.2Hexel公司的Stewart平臺之后國家開始注意到該機器的重要性，美國對于該項技術(shù)有著很大的重視，隨后就建立了相關(guān)研究所，專門進行并聯(lián)機床的研究設(shè)計。1.2.3國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀（1）國外在并聯(lián)機床這一塊，國外許多公司和國家對此相當(dāng)重視，早就在90年代就有所研究了，現(xiàn)如今已經(jīng)2021年了，國外在這一塊的技術(shù)早已是爐火純青的情況，尤其是工業(yè)技術(shù)極高的德國和日本，他們在相關(guān)領(lǐng)域的領(lǐng)先是絕對化的，而在瑞士等國家，他們對于高精度機床這一塊也是極其強大的，就數(shù)據(jù)上來說，即使是每年產(chǎn)量才幾臺，但對于他們的相關(guān)公司來說，已經(jīng)是滿足那一整年的經(jīng)濟收益了。國外最著名的時期便是1994年，那一年可以說是并聯(lián)機床的開祖元年。那一年的芝加哥機床博覽會上，并聯(lián)機床向全世界展示了他的非同凡響，對于這種全新的加工機床，各個國家在之后的發(fā)展中也是重中之重，畢竟，機床是工業(yè)設(shè)計之母，哪個國家擁有最先進的機床，那這個國家的設(shè)計水平將會是全球最為領(lǐng)先的存在。在1994年之后，許多國家開始注重了并聯(lián)機床的設(shè)計，我們耳熟能詳?shù)墓?，例如瑞士的IFW研究所，為瑞士的工業(yè)水平帶來了質(zhì)一般的飛躍提升。再比如日本的三菱公司，作為當(dāng)今世界上的工業(yè)巨頭，他在負責(zé)本國的重工技術(shù)的情況下，在對于國外的影響力也是絕對領(lǐng)先的存在。而在日本，除了三菱重工，還有豐田、日立等耳熟的大型企業(yè)存在，他們就是日本工業(yè)的領(lǐng)航者。而提到工業(yè)，這里不得不提一下德國，畢竟德國才是當(dāng)今世界的工業(yè)水平的體現(xiàn)，提到德國，人們對他的映像絕不至于是二戰(zhàn)時間的那個強大的國家，還有那句耳熟的精美的德國工藝。作為世界上擁有最先進的工業(yè)技術(shù)的國家，他們在其中的投資水平是空前的，這不僅僅是因為他們在過去的積累，而且還有著他們對于現(xiàn)代的發(fā)展情況。德國以大學(xué)為單位，進行著相關(guān)技術(shù)的研究，甚至每年出重金來舉辦相關(guān)的競賽，就是為了保證每年的技術(shù)有所更新。一直相同的，美國由國家簽約的實驗室，早早地在1996年便成立了相關(guān)條款，并且在國內(nèi)開設(shè)了一個合作的站點，供全美國的設(shè)計師們共同討論相關(guān)的內(nèi)容知識。（2）國內(nèi)國內(nèi)的并聯(lián)機床研究雖然也發(fā)展的早，但由于技術(shù)上存在著斷層，導(dǎo)致國內(nèi)的并聯(lián)機床水平嚴重落后于國外的水平，并且因為美國等國對中國的打壓，導(dǎo)致中國在向外學(xué)習(xí)的過程中存在著很大的阻力，甚至于有的技術(shù)他國寧愿向其他發(fā)達國家公開學(xué)習(xí)也不愿意向中國售賣相關(guān)信息，對中國進行了科技封鎖。盡管如此，中國還是在艱難中緩慢度過，不斷通過國家優(yōu)勢，慢慢地發(fā)展著相關(guān)科技，在2000年，中國人就靠自己的努力，制造出了madeinchina的第一臺數(shù)控并聯(lián)機床樣機，這臺由當(dāng)時全中國的精英們所共同設(shè)計的機床，向中國交上了一份較為滿意的答卷。只可惜，在后續(xù)的發(fā)展過程中，由于相關(guān)技術(shù)被外國人卡脖子，并且國內(nèi)形式的改革，實體經(jīng)濟嚴重內(nèi)卷收縮，導(dǎo)致了實體經(jīng)濟發(fā)展的不景氣，還有部分貪污的情況，就如沈陽機床廠，導(dǎo)致中國的并聯(lián)機床發(fā)展技術(shù)遠遠不如國外技術(shù)，就當(dāng)前情況來說，中國在相關(guān)技術(shù)方面，僅僅是趕上了二十年前的日本，更別提其他發(fā)展更迅速的國家?？梢哉f這是一種時代的悲哀，就看將來的中國能不能慢慢彌補上這個巨大的漏洞。希望我國內(nèi)能夠趕上這些差距，彌補老一輩精英前輩們所留下的遺憾。圖1.3國內(nèi)第一臺并聯(lián)機床加工葉輪1.2.4現(xiàn)代發(fā)展趨勢經(jīng)過了幾十年的研究，相關(guān)技術(shù)早已成熟了許多，但對于并聯(lián)機床來說，這些進步并不代表著它完全成熟，在許多相關(guān)的知識方面還有很大的欠缺，等待著我們?nèi)ネ暾?。冗余度：由于并?lián)機器人是一個多項技術(shù)的結(jié)合體，它的結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，但它的內(nèi)部屬性卻層層緊扣，因此導(dǎo)致了它的冗余度十分的不穩(wěn)定，為了降低這個數(shù)據(jù)，保證機器的完美運行，人們在設(shè)計并聯(lián)機器人的過程中需要一個更為合理的方案。奇異位形：并聯(lián)機器人特殊就特殊在它的運動空間范圍，和傳統(tǒng)的機構(gòu)相比，它可以做到在立體空間內(nèi)的移動和變化，但立體化的空間，其位置的不確定性就需要我們通過計算機對其位移的詳細分析，通過系統(tǒng)調(diào)整來達到最完美的運動位置，以此來減少對機器的損壞。力學(xué)：運動過程中必定有各種力的產(chǎn)生，有的力相對于并聯(lián)機床能夠起到幫助的作用，但有的力產(chǎn)生卻會影響甚至破壞機床自身，分析并聯(lián)機床的受力情況，判斷部件的受力情況，通過力的分析來更改方案或材料。模塊部分：并聯(lián)機器人除了本身的高檔之外，其重中之重在于數(shù)據(jù)模塊，也就是計算機部分。計算機才是它的心臟，數(shù)據(jù)處理完全由機器人來完成，只需要輸入相關(guān)數(shù)據(jù)，它就能完成傳統(tǒng)機床所不能完成的任務(wù)，可以說它的設(shè)計比機床本身更值得去探究，主板的設(shè)計是設(shè)計的關(guān)鍵之一。自由度：隨著軸的數(shù)量增加，對于并聯(lián)機器人的自由度也有了很大的影響。結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，機器的故障率也就越高，因此為了達到科技化，使用更少自由度的機器來完成更高難度的東西，相關(guān)研究有待發(fā)展和進步。運動學(xué)優(yōu)化：不管是正運動學(xué)還是逆運動學(xué)，在機器人部分都有很多的利用，對運動學(xué)的優(yōu)化有助于并聯(lián)機器人的使用。1.2.5分類根據(jù)以下幾點，我們大致可以對并聯(lián)機床進行以下幾種類型的分類，用于辨別并聯(lián)機床：（1）按自由度來分：自由度是區(qū)分并聯(lián)機器人類型的最簡單方法之一。一般來說，驅(qū)動桿有幾個，自由度就是幾。自由度用F來代替，當(dāng)自由度等于幾的時候F就等于幾。例如本次設(shè)計就是3-并聯(lián)機器人。當(dāng)自由度大于六的時候，我們一般稱這種并聯(lián)機構(gòu)存在冗余，該類機構(gòu)統(tǒng)稱為冗余機器人。與之概念相反的當(dāng)自由度和桿的數(shù)目不匹配且小于桿數(shù)目是后我們稱它為欠秩機器人。（2）按長度來分：一般情況下，多是由可伸縮的桿件來負責(zé)支撐兩平臺，且通過改變桿的長度來完成平臺之間的空間，以此滿足加工條件。這種類型的稱為Hexapod型。另外一種就是將驅(qū)動桿部分固定加工，通過平臺的移動，來達到加工的方法，鉸鏈主要是與平臺相連，中間有一根供平臺進行移動的固定桿件，以此來達到目的。這種型的我們稱為Hexaglide型。（3）按輸入信號來分：一般分為兩類驅(qū)動輸入方式，一種是線性驅(qū)動輸入，另外一種則是旋轉(zhuǎn)驅(qū)動輸入。線性驅(qū)動輸入較為常見，我們平時設(shè)計制造的也多為該類型。這種類型的機器人運動方式較為簡單，對其進行運動學(xué)分析的話考慮因素較少，它的逆運動剖析用計算機輔助的話比較容易得出數(shù)據(jù)。另外一種類型的并聯(lián)機器人，它和線性驅(qū)動機器人相比，所占用的空間更少了，能承受更大的受力它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜了，但它結(jié)構(gòu)相較于線性的更復(fù)雜了，對于其運動學(xué)的分析將會變得不穩(wěn)定，逆運動分析的時候?qū)⒁矔冸y上許多且復(fù)雜，不利于批量工作化。

二并聯(lián)機構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計2.1總體設(shè)計2.1.1機構(gòu)原理并聯(lián)機床的主要目的是能夠讓機床對工件進行空間三維加工，對一些比較復(fù)雜的零件加工。它主要是由伸縮桿，動平臺和靜平臺組成。其中伸縮桿包括了伺服電機，滾軸絲杠以及軸承等，而動平臺也包含了主軸電機。并聯(lián)機床的運動原理是：伺服電機驅(qū)動同步帶輪，同時同步帶輪帶動伸縮桿上的滾軸絲杠運動，然后驅(qū)動連接桿做直線運動，同時與連接桿相連的萬向鉸鏈也隨之運動，萬向鉸鏈帶動動平臺在三維空間對被加工零件進行加工。下面是設(shè)計并聯(lián)機床的思路。（1）了解并聯(lián)機床的運動原理及其結(jié)構(gòu)，以三自由度并聯(lián)機床為研究對象，主要部分由動平臺和電機，滾軸絲杠以及滑塊和導(dǎo)軌組成（2）確定并聯(lián)機床的運動簡圖（3）利用UG、CAD、SW進行畫圖（4）了解并聯(lián)機床用的零件各自有什么功能，需要使用到哪些部件，通過設(shè)計來選擇。并聯(lián)機床的運動分為三部分：（1）電機驅(qū)動帶輪，然后帶輪帶動滾軸絲桿運動，使得伸縮桿以直線運動。（2）固定伸縮桿的虎克鉸的運動。（3）與動平臺相連的虎克鉸的運動。通過以上三部分的運動，機床能夠?qū)崿F(xiàn)空間的三維加工。圖2.1是3-TPT機床的傳動原理。圖2.1是3-TPT機床的傳動原理2.1.2整體構(gòu)思該并聯(lián)機床由滾軸絲杠，驅(qū)動電機，動平臺和導(dǎo)軌與滑塊以及基座組成。該三自由度并聯(lián)機床能在一定的空間范圍內(nèi)實現(xiàn)三維運動。當(dāng)開啟電機時，電機驅(qū)動滾軸絲杠轉(zhuǎn)動，使得下面的滑塊在導(dǎo)軌上移動，帶動與其連接的連桿運動。這樣與連桿另一端相連的動平臺就可以在空間內(nèi)實現(xiàn)三維運動。整體方案的設(shè)計，同時初步選擇系統(tǒng)元件。目前并聯(lián)機床的設(shè)計很多是基于少自由度的設(shè)計，本論文所涉及的并聯(lián)機床是小型3軸并聯(lián)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計，為3-TPT型（T-虎克鉸，P移動副）。它是利用3根伸縮桿伸縮以及虎克鉸的作用，從而帶動電主軸進行三維加工。下面是對并聯(lián)機床的主要部分進行設(shè)計(a）驅(qū)動電機的確定；(b)伸縮桿的確定；(c)動平臺和靜平臺的確定。并聯(lián)機床的運動方式：由伺服電機驅(qū)動，滾軸絲杠傳動，電主軸帶動刀具加工。2.2主要部件設(shè)計2.2.1滾珠絲杠的選型使用條件→確定導(dǎo)程→載荷及轉(zhuǎn)速計算→預(yù)期額定載動載荷→尺寸選擇→選型→桿副螺母選擇→軸承型號→壓縮載荷Fc的校驗→極限轉(zhuǎn)速nc使用條件工件與工作臺重量：W=25kg。工作范圍設(shè)定為200mm，滾軸絲杠應(yīng)該大于200mm，暫時設(shè)定為300mm。最大行程：L=0.2m最大進給速度：v=0.25m/s加速時間常數(shù)：t=0.25s定位精度：0.1/200mm希望壽命：20000h表2.1希望壽命選擇表機械類型Lh(小時備注普通機械5000~10000L普通機床10000~20000數(shù)控機床20000精密機床20000測示機床15000航空機械1000直線運動導(dǎo)程摩擦系數(shù)：u=0.3安全系數(shù)：S=2電機部分：最大轉(zhuǎn)速n=5000r/min,額定轉(zhuǎn)速為N=3500r/min①設(shè)定螺距L=v×60n②確定導(dǎo)程：Pb=VmaxNmax×2③計算基本動態(tài)額定負載不同運動狀態(tài)的軸向負載加速時：加速度a==0.8(2.3)軸向負載（）==120N(2.4)恒速時：軸向負載（）==90N(2.5)減速時：軸向負載（）=W=-60N(2.6)工件運動一個周期的加速時間與減速時間相同，均為0.5s，恒速運動時間為0.75s,工作過程中停止的時間是2s，則絲杠的軸向平均負載為==60N(2.7)電機的平均轉(zhuǎn)速為2142r/min(2.8)凈運行壽命的時間：=20000（）=14000h(2.9)將運行系數(shù)=1.2帶入下面的公式中，可得預(yù)期額定載荷C==6.4KN(2.10)④尺寸設(shè)計總長L=行程+余程+軸承連接固定部分長度=360mm，作用長度為300mm。直徑第一部分為與帶輪連接部分，為12mm，中線部分為軸承公稱直徑15mm，最大部分為絲桿外徑20毫米。 ⑤選型根據(jù)額定載荷C，絲杠額定動載荷Ca應(yīng)≥C根據(jù)螺距和C，根據(jù)表2.2，選擇FF2005-3型號滾珠絲桿，選擇螺距為5mm，絲桿外徑為20mm。表2.2滾珠絲杠規(guī)格表規(guī)格代號公稱直徑d公稱導(dǎo)程P絲杠外徑d鋼球直徑D絲杠直徑d循環(huán)總?cè)?shù)n基本額定載荷剛度KcN動載荷CaK靜載荷C0wKFF1204-312411.32.3819.5346.7208FF1604-316415.32.38113.534.89.7221FF1605-316515.53.512.937.613.2200FF2004LH-320419.32.38117.535.312.1259FF2004-320419.1316.937.315.4259FF2005-320519.53.516.939.118.3268FF2504-325424.1321.938.320.2327FF2505-325524.53.521.9310.223.6328⑥桿副螺母選擇已經(jīng)選型了絲杠型號，在對應(yīng)的型號情況下選擇與之相對應(yīng)的螺母，并確定相關(guān)的安裝尺寸，以便進行連接。表2.3螺母安裝連接尺寸表規(guī)格代號DDLDBDDDhDMDLFF1204-3222210448324.88.54.532M2.51535FF1604-32828105210385.810632M62037FF1605-32828105210385.810632M62242FF2004LH-33636106211485.810640M62538FF2004-33636106211485.810640M62538FF2005-33636106211485.810640M62543FF2504-34040106611535.810646M63038FF2505-34040106611535.810646M63043⑦軸承選擇由于是軸的旋轉(zhuǎn)是高速運動，且對精度有很高的要求，軸承的選擇最好是選用了腳接觸球軸承，成對背靠背安裝。這樣安裝能夠讓承受的載荷和力矩最大化。軸承型號選用公稱直徑為15mm的7002AC型⑧校驗：壓縮載荷校驗為了保證壓桿的穩(wěn)定性，我們需要對其Fc進行校驗。Fc=K1計算得Fc=128N，與最大時的F=120N相比大于，故滿足要求。極限轉(zhuǎn)速驗算為了避免發(fā)生共振現(xiàn)象，我們要對絲桿的轉(zhuǎn)速進行驗算。DPW×nmax左=100000=右，滿足要求。2.2.2電機的設(shè)計本次設(shè)計的機床是通過伺服電機帶動同步帶輪轉(zhuǎn)動，從而控制絲杠的轉(zhuǎn)動，來達到機床三維加工的目的，其中三個軸分別使用的電機型號都相同，我設(shè)計其中一個電機即可。電機設(shè)計流程如下：最大負載計算→確定轉(zhuǎn)速→負載轉(zhuǎn)矩計算→轉(zhuǎn)動慣量計算→電機轉(zhuǎn)矩計算→確定電機型號（1）主要參數(shù)伸縮桿上升的速度：V=0.7m/min動平臺的質(zhì)量：25kg(估計值，實際值應(yīng)小于參數(shù))絲杠長度：L絲杠直徑：D=20mm=0.02m絲杠導(dǎo)程：P=10mm=0.01m摩擦系數(shù)：u=0.3移動距離：l=200mm=0.2m機械效率：=09~0.95移動時間：8s（2）加速時間的確定設(shè)機床的精度為0.5mm,我們把這個精度理解成當(dāng)機床接受到停止命令時，絲杠以現(xiàn)在的速度減速前行直到停止，這段路程應(yīng)該小于0.5mm，而這段時間就是加速（減速）時間，也可以理解成機床的響應(yīng)時間。（3）電機轉(zhuǎn)速Nm=VP=0.70.01=70r/（4）負載轉(zhuǎn)矩TL=（5）轉(zhuǎn)動慣量將動平臺簡化成一圓形平板，直徑50mm，其轉(zhuǎn)動慣量為Mx=My伸縮桿質(zhì)量為20Kg（估計值，包括電機）。將其簡化成圓柱形結(jié)構(gòu)，外徑為70mm，轉(zhuǎn)動慣量為：所以，負載慣量為J=J深+(6)電機轉(zhuǎn)矩啟動轉(zhuǎn)矩：(2.17)必須轉(zhuǎn)矩：S是安全系數(shù)，一般選S為2，(2.18)(7)電機的選擇初選型號為SGMPH-08A。圖2.2型號代表意義圖因此它的慣量2.10所以（0.94+33.492.1）=1.93Nm(2.19)該電機保持扭矩為2.39Nm,當(dāng)轉(zhuǎn)速為80r/min時，它的實際輸出扭矩約為1.93N.m,因此符合我們的要求。圖2.3該類型電機轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的變化圖(8)帶輪的選擇根據(jù)以上信息我們來選擇與之相連的同步帶型號。由于本次設(shè)計是希望電機與軸桿轉(zhuǎn)速相同，類似于一個聯(lián)軸器的作用設(shè)計情況，對此我們選擇使用同步帶輪，保證傳動效率損失盡量減少。根據(jù)軸的長度，考慮使用XL型齒形帶輪。類型：AF型圖2.4AF型同步帶輪與同步帶相連的軸的直徑為12mm，選擇28XL037AF號XL同步帶輪。圖2.5帶輪型號含義2.3其余部件設(shè)計2.3.1伸縮桿的設(shè)計并聯(lián)機床的主要內(nèi)容之一，它決定了我的機構(gòu)的空間范圍，它的結(jié)構(gòu)大多是由多個桿件組合而成，兩邊通過鉸結(jié)構(gòu)與平臺相連接。而我本次的設(shè)計就是通過桿與桿之間通過已經(jīng)計算校驗之后的絲桿來連接，然后通過改變他們之間的長度來達到改變運動范圍，運動位置的作用，這種組合件就是伸縮桿。并聯(lián)機床之所以有這么高的性能，主要就在于它身上的那幾個萬能的手臂，它們就如同哪吒的三頭六臂，它控制著動平臺的運用，負責(zé)整個工件加工。伸縮桿的設(shè)計直接影響到了并聯(lián)機床的使用性能。伸縮桿是并聯(lián)機床最主要的部分。設(shè)計的并聯(lián)機床的伸縮桿示圖如圖2.5所示。1-滾軸絲杠2-管件3-軸承座4-同步帶5-伸縮管件圖2.5伸縮桿結(jié)構(gòu)簡圖1號桿是絲桿，也是最重要的執(zhí)行件，它負責(zé)2號桿和5號桿的相對運動。當(dāng)電機工作時，通過帶輪帶動其旋轉(zhuǎn)運動，它又與5號桿之間發(fā)生相反方向的運動，使得5號桿伸長或者縮短，已達到目的。對其制造選型過程有詳細的制作流程，該部件的設(shè)計內(nèi)容在2.2.1部分有詳細的設(shè)計過程。2號管件是組成三部分之一，主要是與底座用螺栓相連接。由于尺寸長度需要大于絲桿長度，故在絲桿長度的基礎(chǔ)上加長50mm，其長度尺寸L為350mm，5號桿是執(zhí)行桿，它與動平臺結(jié)合在一起。當(dāng)電機轉(zhuǎn)動時，絲桿與它之間有螺母相連接，它與絲桿旋轉(zhuǎn)方向相反，伸縮速度由伺服電機提供的轉(zhuǎn)速相同。連接的另一端是萬向鉸，通過它的連接為動平臺的移動提供作用。中心空心部分L1=絲桿長度D1=絲桿直徑?？傞L=2號桿長度+旋轉(zhuǎn)零件長度≈370mm。以上部分，就是整個伸縮桿的設(shè)計。2.3.2靜平臺靜平臺的設(shè)計原則是根據(jù)并聯(lián)機床的工作空間來設(shè)定，預(yù)設(shè)工作范圍為200mm，根據(jù)軸的數(shù)量，設(shè)計為類似于等邊三角形的立方體形狀。初步設(shè)定其長邊長為800mm，短邊長為100mm，厚度為15mm。圖2.6靜平臺二維圖上面預(yù)留孔是為了安裝支撐用底座和固定框架。2.3.3動平臺動平臺是主軸電機和刀具的安裝平臺，是并聯(lián)機床的重要工作部件。動平臺的體積和質(zhì)量應(yīng)盡量小，否則機床整體重量加大，嚴重影響連接軸的負擔(dān)。因此采用的結(jié)構(gòu)是空心的類似于等邊三角形的結(jié)構(gòu)。將電主軸位置放置于動平臺中心，這樣做不僅能夠騰出更多的使用空間，在慣性力方面還能大大的降低，在平臺的三邊，是與連接桿所組成的萬向鉸鏈結(jié)構(gòu)。動平臺采用鋼板，它的長邊長為265mm，短邊長為30mm，板厚為40mm。其上的萬向鉸鏈結(jié)構(gòu)比較簡單，制作容易，摩擦小，擺動范圍比較大，避免了干涉的出現(xiàn)。圖2.7動平臺裝配圖2.3.4萬向鉸的設(shè)計此處設(shè)計類型為虎克鉸，因為虎克鉸的自由度較高，比較實用于本次設(shè)計內(nèi)容所需的機構(gòu)。它是由一個支桿與空心基座，兩邊由軸承與基座相連接?；⒖算q與伸縮桿連接部分直徑D=桿5直徑，總高度設(shè)為95mm，用六角螺釘固定于動平臺的三個斜角。萬向鉸鏈的運動范圍很大程度上的能夠決定并聯(lián)機床的空間范圍。因此，對鉸鏈的設(shè)計范圍應(yīng)足夠的大。為了確定萬向鉸的設(shè)計是否可靠，可進行模態(tài)分析校驗。下部分框架是連接靜平臺和伸縮桿的另一種形式的萬向鉸。雖然它只是由兩個框架零件組成，但恰恰是這兩個小小的框架組成了一個虎克鉸。通過這兩個虎克鉸完成了平臺另外一邊的連接。上框架可以360°的旋轉(zhuǎn)，但與伸縮桿連接之后會限制其運動范圍，但能保證上下轉(zhuǎn)動，桿件能夠進行左右擺動，實現(xiàn)了萬向的功能?？蚣懿捎肏T200的材料。2.3.5主軸的設(shè)計為了滿足并聯(lián)機床的高效性，此處的主軸可采用電主軸。它的結(jié)構(gòu)獨特，直接將電機設(shè)計與夾載刀具的主軸融為一體，這樣的設(shè)計缺少了許多傳動裝置，大大的減少了能量傳遞過程中的消耗。提高了主軸的效率。且其結(jié)構(gòu)簡單，缺少皮帶這些裝置，降低了人工維護的成本。沒有了齒輪機構(gòu)，其產(chǎn)生的噪聲會小許多，不會因為齒輪間的運動產(chǎn)生的摩擦振動而影響到并聯(lián)機床整體的性能。最主要的，電主軸的特點是運用了交流變頻技術(shù)，這一技術(shù)能夠很好的滿足主軸換刀之后工作環(huán)境改變的數(shù)值，負載的改變也不會產(chǎn)生特別大的影響機床的運行。而其原理就是能夠在某個轉(zhuǎn)速改變時做到無級變速。由于電主軸將多個內(nèi)容整合到一塊，這也說明了其技術(shù)的重要性，一個機床假如用了電主軸，那么這個電主軸的質(zhì)量基本決定了這個機床工作效率和生產(chǎn)的工件質(zhì)量、工藝的水平。其強大之處注定了它將取代以往的機床主軸。面對復(fù)雜工藝的加工，普通機床所不能升任的，并聯(lián)機床都能夠輕松搞定，主要原因就在于這跟強大的主軸。作為電機控冷等技術(shù)的結(jié)合體，它也是當(dāng)前行業(yè)水平的一個衡量浮標(biāo)。成為關(guān)鍵的部位之一。由于它結(jié)構(gòu)的特殊性，本次設(shè)計我將直接選擇成品，避免設(shè)計過程中存在的誤差。選擇車削用主軸電機。如圖所示。它的型號為160CD08，它的半徑為160mm，轉(zhuǎn)速為8000r/min，它的軸承號2-7207C/P。2.3.6控制系統(tǒng)設(shè)計控制系統(tǒng)作為并聯(lián)機床的核心，其重要程度不亞于其他幾項設(shè)計，并且技術(shù)上會有很大的限制條件。出于對當(dāng)前控制系統(tǒng)種類的考慮，我將會選擇其中一種控制系統(tǒng)來作為本次設(shè)計的設(shè)計內(nèi)容。在眾多的控制系統(tǒng)之中，有一種控制系統(tǒng)較為簡便，它就是PLC系統(tǒng)。它涉及到的編程問題相對于其他編程簡單些，其相關(guān)知識在我們大學(xué)四年學(xué)習(xí)的過程中都有所學(xué)習(xí)接觸過。通過了解我們還知道，外部因素的變化對于系統(tǒng)本身沒有太大的影響，更為穩(wěn)定。算法方面，它的算法更優(yōu)于系統(tǒng)的讀取，在信號識別方面更為優(yōu)秀。本次的PLC系統(tǒng)主要是控制伸縮桿的形態(tài)，對于速度和角度有比較細的掌控，我將才用CP1H歐姆龍控制系統(tǒng)，這款控制系統(tǒng)比較大眾，在性能方面也有很好的表現(xiàn)。設(shè)計內(nèi)容傳感器的最大行程為200mm，精確度小于0.01mm。控制原理圖如圖2.8所示。圖2.8控制原理圖三建模與仿真3.1UG簡介UG，英文全程是UnigraphicsNX，它是由美國著名公司SiemensPLMSoftware所開發(fā)的一款實體和造型的輔助型軟件。它所涉及的包含但不限于機械、醫(yī)療器械、航空器材、電氣等領(lǐng)域，是一款功能強大且實用的設(shè)計軟件。該軟件的開發(fā)機緣，來自于制造業(yè)的發(fā)展。由于國家的發(fā)展離不開實體制造，但由于新興技術(shù)的不斷開發(fā)，許多設(shè)計制造不僅僅局限于數(shù)字和文字，而需要將該設(shè)計的外形和實際性能，為達到這一目的，三維實體仿真成了重要過程。計算機的CAD/CAM技術(shù)也成了設(shè)計開發(fā)的一項重要過程之一。但隨著時代的進步，時間、成本和利潤成了設(shè)計行業(yè)的重要標(biāo)準，判斷一款產(chǎn)品的設(shè)計是否值得，這三項指標(biāo)缺一不可。為了達到目的，驗證多種設(shè)計方案是否合理，將產(chǎn)品實體化才能用更少的時間去判斷產(chǎn)品的合理性。UG不僅是讓使用者能夠輕松找到最合理的方案之外，還能夠通過電腦計算判斷完成該方案大概需要多久才能完成任務(wù)，極大地節(jié)約了時間，減少成本。方便人們能用更多的時間去與優(yōu)化和解決產(chǎn)品中存在的問題和不足。通過這些優(yōu)點，使得NX在設(shè)計制造軟件方面一直有一席之地，為了幫助人們更好的將概念轉(zhuǎn)化為實際產(chǎn)品，它成為了在設(shè)計過程中不可缺少的工具，成為了設(shè)計師們得力的助手。3.2UG主要功能（1）用戶界面UGNX的界面一般是兩種，除設(shè)置經(jīng)典款之外，還可以使用晉級款。在辨識度上和自動化上它的界面設(shè)計都是簡潔化的。而且每次更新公司都在對用戶界面去更新，只為了用戶更好的體驗。進入軟件之后的左邊導(dǎo)航器囊括了所有的操作命令，除了繪制裝配這些基本命令，還有使用歷史和重用庫等作用框。假如說操作命令錯誤的時候，可以通過刪除左邊導(dǎo)航器中所記錄的命令就可以做到更正的作用。而在裝配過程中，由于裝配任務(wù)可能會很繁重，涉及到的零件間的約束關(guān)系會很復(fù)雜，如果僅僅是通過刪除實體圖上的約束關(guān)系，很可能出現(xiàn)誤刪或漏刪。并且無法檢查裝配圖的約束情況時候有缺少的部分。但裝配導(dǎo)航器就能很好的解決這個問題，既方便檢查，也方便更改，非常的實用。(2)草圖設(shè)計草圖是一個零件的必須品，也是工程師能否讀懂零件的設(shè)計尺寸的關(guān)鍵，通過草圖我們可以分析一個零件是否可以制作。在UG的新建菜單中，有一個獨立部分，叫圖紙。剛建立的時候有個過濾器，我們既可以新建一個工程圖，也可以將模型導(dǎo)成草圖，通過草圖來分析模型的尺寸。在進入編輯空間之后，左上方的工具條有著所有我們需要使用到的日常操作命令了，比如畫線，測量尺寸，分析等。(3)建模UG除了草圖部分之外，它真正實用的核心是建模，UG的建模功能可以說是十分強大的。除了基本形狀的建模之外，它強大的地方在于曲面和特殊零件的建模。比如說齒輪和彈簧的建模。使用proe繪制齒輪的話，你需要程序輸入來進行設(shè)計，設(shè)計彈簧的話需要曲面掃描命令，但UG可以輸入齒輪的數(shù)據(jù)就可以完成相關(guān)建模任務(wù)，可以說是相當(dāng)便捷。曲面建模，在建立某些曲型零件時，可以通過掃描命令來完成曲線型的加工建模。當(dāng)我開始建模的時候，建立的模型會處于黃色高亮狀態(tài)，當(dāng)對模型進行剪輯的時候，移除部分顏色會呈灰色，并且圖形處于透明狀，方便觀察圖形修改后的形狀變化。在完成建模之后圖形顏色可以選擇繼續(xù)保持橙色或者變?yōu)殂y色，也可更改顏色，全看個人喜愛。(4)新特征對于模型的簡單修改，不需要額外的進行設(shè)計命令，而通過特征創(chuàng)建里面的選項就能輕松完成。在特征命令里，不僅有導(dǎo)角等命令，還有陣列、打孔、拔模等命令。尤其是打孔，對于設(shè)計師來說，專門添加打孔命令會顯得繁瑣，而打孔命令，極大的減少了設(shè)計的任務(wù)，方便了設(shè)計師們進行穿孔，并且在數(shù)據(jù)庫中有著眾多標(biāo)準孔供設(shè)計師選擇。拔模則極大的方便設(shè)計師對薄壁零件的設(shè)計，該類薄壁零件的材質(zhì)大多很脆，故拔模方便制作其薄壁。(5)大型裝配UG的另一重要功能，就是其裝配功能。光有零件可不行，只有將零件組裝起來，才能使其所組成的機器完成我們預(yù)期所希望它所完成的任務(wù)，許多設(shè)計師也漸漸使用UG的裝配功能。而每一年，UG的公司都會對裝配模塊進行優(yōu)化，只為給用戶提供最好的裝配體驗。并且在軟件性能上有所提升，在高質(zhì)量硬件的情況下能更快的完成裝配任務(wù)，充分利用電腦硬件來進行裝配任務(wù)，使得電腦裝配從最初的適應(yīng)幾十個零件，到現(xiàn)在可以進行一臺飛機幾萬個零件的裝配量，可謂是史詩級提升。(6)仿真加工UG更實用的一點，除了建模裝配之外，還有對零件的機床本身加工模擬。通過啟動按鈕中的模擬加工，可以通過設(shè)計參數(shù)，來完成一個零件的機床加工步驟。在完成加工模擬之后，還能導(dǎo)出相關(guān)的編程，可以適用于任何支持該類型命令的機床當(dāng)中，可謂是從理論到實際，甚至到加工的全面完成。3.3設(shè)計建模開始我的建模任務(wù)。首先是滾珠絲桿，作為并聯(lián)機床中涉及比較重要的零件，我們先繪制它的全長圖形，之后將余程部分，連接部分進行修改，之后再添加螺紋。三維圖形如圖3.1所示。圖3.1滾軸絲桿之后是同步帶輪的建模，為將電機的轉(zhuǎn)動完美的傳遞到連桿之上，通過同步帶輪來完成傳遞。圖3.2同步帶輪之后再繪制其他零件，并完成伸縮桿的裝配圖。圖3.3伸縮桿裝配圖伸縮桿作為主要部件之一，它決定了機床是否能控制平臺的移動，在接收到命令之后能夠很準確的三桿之間協(xié)調(diào)運動，以此來完成任務(wù)。實現(xiàn)三維空間的運動，進行加工。在完成伸縮桿之后，我們對靜平臺部分進行建模，在建立平臺之后，并在固定鉸鏈的地方增加兩個小塊以起到固定的作用。并在三個角添加三個墊塊。如圖2.4所示。圖3.4靜平臺三維圖與靜平臺相連接的是一個萬向鉸，該萬向鉸由兩個框組成，一個框與靜平臺連接，另一個框與伸縮桿相連。圖3.5方框萬向鉸圖在機械的另一邊，與動平臺和伸縮桿相連的是另一種形式的虎克鉸，它為動平臺的旋轉(zhuǎn)提供了相關(guān)功能。圖3.6萬向鉸圖之后是動平臺的建模，將它與萬向鉸裝配在一起，形成另一半的裝配圖。圖3.7動平臺裝配圖最后，將我們創(chuàng)建的所有建模三維裝配在一起，完成我們最終的并聯(lián)機床裝配圖，結(jié)果如圖3.8所示：圖3.8并聯(lián)機床總裝三維圖通過圖3.6，我們就不用通過較高的想象力來理解二維圖實體建模之后的樣子，可以明確的用眼睛就能去明白和了解并聯(lián)機床的結(jié)構(gòu)樣式。3.4運動仿真3.4.1仿真插件在UG當(dāng)中，還有一項功能十分實用，那便是模擬仿真。當(dāng)我們將三維模型設(shè)計出來之后，為了驗證設(shè)計品是否能完成初始設(shè)計要求，滿足運動。我們會對其進行運動仿真。在分析完運動學(xué)部分之后，我們能夠得出更全面的數(shù)據(jù)分析，并且可以將這些數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為曲線幅值圖，更方便我們優(yōu)化設(shè)計方案。在UG中完成建模和裝配之后，UG左上角的啟動按鈕中就有著我們需要的運動仿真。點擊之后進入系統(tǒng)會自動為伸縮桿添加運動，在新建仿真之后會正式進入運動學(xué)優(yōu)化。在UG當(dāng)中添加連桿之后，建立運動副關(guān)系，在添加算法之后，就可以通過動畫了解部件的移動動畫，通過添加XY圖可以得到分析圖表。3.4.2運動學(xué)優(yōu)化(1)伸縮桿沿X軸方向的運動分析伸縮桿是并聯(lián)機床的主要部分，其中涉及到電和機械構(gòu)件較多，因此，分析它的運動學(xué)部分，并對其進行優(yōu)化很重要。接下來是我開始對桿開始分析，設(shè)它的速度方程為：(0,6.28)s(3.1)設(shè)置材料為45號鋼，因此它的質(zhì)量為3.4Kg。伸縮范圍為200mm。通過仿真后的連接桿的平均速度幅值?？v軸是速度值的變化過程，橫軸表示的是時間變化。圖3.9沿X軸方向的平均速度幅值以上曲線表示，在滾軸絲杠的帶動下，伸縮桿件按照速度方程y=50sin(t)，在一個運動周期T=6.28s內(nèi)，經(jīng)歷兩次加速，兩次減速運動。并在t=3.14s其運動組件的瞬時速度為零。通過分析曲線我們可以得到以下幾個結(jié)論：結(jié)構(gòu)對伺服電機的控制精度要求比較高，結(jié)構(gòu)對滾珠絲杠的強度與傳動精度要求也比較高。下面我們驗證速度幅值圖形的準確性，設(shè)定它的某一點時間。當(dāng)t=1.6s時，v=50sin(1.6)=50mm/s(3.2)與圖形相吻合。通過連接桿的速度方程，我們計算出了它的加速度方程。加速度為==50cos()(0,6.28)s(3.3)通過仿真我們得出了它的加速度幅值圖形，如圖4.4表示的是伸縮桿加速度隨時間變化曲線。圖3.10質(zhì)心平均加速度幅值驗算它的加速度幅值的正確性。我們給出它的某一點時間，設(shè)t=1.6s得出a=50cos1.6=0(3.4)圖形所示的在t=1.6s時，a=0因此加速度運動圖形是正確的。圖形分析：當(dāng)伺服電機啟動，并達到一定的轉(zhuǎn)速后，帶動伸縮桿件做加速運動，加速度的值在半個周期里隨時間先變小，在變大。圖4.5顯示的是伸縮桿件的驅(qū)動力幅值。連接件的質(zhì)量為m=3.4Kg，加速度方程為a=50cost,t(0,6.28)(3.5)因此，驅(qū)動它的力為f=ma=3.450cost=170costN(3.6)圖3.11驅(qū)動力的幅值取t=3.14s,得出f=170cos3.14=0.17N(3.7)與模擬仿真出的力的圖形相一致。通過上述的模擬仿真出的連接桿的各運動圖形，可以很清楚的顯示連接桿在各個運動時間里的各參數(shù)大小。它與我們計算出來的結(jié)果想一致，因此，在很多復(fù)雜的環(huán)境下，我們可以直接運用Solidworks進行仿真運動，可以減少設(shè)計的時間。(2)同步帶輪繞X軸的旋轉(zhuǎn)運動分析同步帶輪與電機相連接，當(dāng)電機運轉(zhuǎn)時，通過電機軸帶動同步帶輪轉(zhuǎn)動。從而帶動連接桿運動。設(shè)定同步帶輪為運動部件，給出它的運動方程為：=360sin(t),t(0,6.28)(3.8)通過仿真得出它的角速度幅值，如圖4.6所示，縱軸是角速度值的變化過程，橫軸表示的是時間變化。圖3.12同步帶輪角速度幅值當(dāng)t=3.14s時，得出=360deg/s通過比較我們得出計算的結(jié)果與圖形結(jié)論相一致。對變化曲線的分析：在伺服電機的帶動下，同步帶輪按照角速度方程w=50sin(t)，在一個運動周期T=6.28s內(nèi)，經(jīng)歷兩次加速，兩次減速運動。并在t=3.14s其正到半周期的那一瞬間多有的運動組件的瞬時速度為零。通過分析這個曲線我們可以得到以下幾個結(jié)論：通過同步帶輪的運動，我們可以得出伺服電機的輸出變化，由此得出結(jié)構(gòu)對伺服電機的控制精度要求比較高。通過計算我們得出v=r=13sin(t)(3.9)而運動仿真后的速度圖形如圖4.7所示。縱軸是速度值的變化過程，橫軸表示的是時間變化。圖3.13同步帶輪的速度幅值由速度公式得v=r,則v=468mm/s因此，所計算后的數(shù)據(jù)與仿真后的運動圖形上的數(shù)據(jù)大致上相同。通過計算我們得出角加速度方程為==360cos(t),(0,6.28)(3.10)通過運動仿真得出的帶輪沿X軸方向的角加速圖形如圖4.8所示。縱軸是角加速度值的變化過