机械钻床外文翻译论文中英文(4)

PKM module. The study introduces synthesis technology for planning the desirable motion functions of the PKM. The method allows both the point-to-point positioning motion and the up-and-down motion required for drilling operations. The result has shown that it is possible to reduce substantially the residual vibration of the tool tip by optimizing a polynomial motion function. Reducing residual vibration is critical when tool positioning requirement for the HSDM is in the range of several microns. By adding a ‘‘well-tuned’’ optimal spring to the structure, it was possible to reduce the required input power for driving the linear motors. The simulation has demonstrated that more than 40% reduction in the required input power is achieved relative to the structure without the spring. The reduction of required input power may allow choosing smaller motors and as a result reducing costs of hardware and operations. In order to better understand the properties of the HSDM and to complete its design, further study is required. It will include error analysis of the machine as well as the control strategies and control design of the system.

7. Acknowledgements

The authors gratefully acknowledge the financial support of the NSF Engineering Research Center for Reconfigurable Machining Systems (US NSF Grant EEC95-92125) at the University of Michigan and the valuable input fromthe Center’s industrial partners.

中文翻译

高速钻床的动力学分析

摘要

通常情况下，术语“高速钻床”就是指具有较高切削速率的钻床。高速钻床(HSDM)也是指具有非常快的和正确的点到点运动的钻床。新的HSDM是由带有两个直线电动机的平面并联机构组成。本文主要就是对并联机器(PKM)的动力学分析。运动合成是为了介绍一种新方法，它能够完善钻孔操作和点到点定位的准确性。动态合成旨在减少因使用弹簧机械时PKM的输入功率。

关键词: 并联运动机床; 高速钻床; 动力学的合成 1.介绍

在最近的几年里，研究所和工业协会介绍了各式各样的PKM。其中大部分（但不是所有）,以众所周知的斯图尔特月台[1]为基础结构。这一做法的好处是高公称的负载重量比，良好的位置精度和结构刚性[2]。斯图尔特式PKM的主要缺点是相对小的工作空间和相对慢的操作速度 [3,4]。机床刀具的工作空间是指刀尖能够移动和切削材料所需要的容积。平面的斯图尔特月台的设计在[5]中被提到，像是对无CNC机器作翻新改进的方法需要塑料的铸模机制一样。PKM[5]的设计允许可以调整几何学已经被规定了的最佳的再配置的任何路径。 一般的，改变一根或较多连杆的长度是以PKM受约束的顺序来做几何学的调整。

在机床设计中，“定长度连杆”的PKM应用比“不定长度连杆”的共同点要少的多。一个优秀“定长度连杆”型的机器例子被显示在[6]。Renault-Automation Comau已经建造叫做“Urane SX”的机器。在此HSDM被描述成是一个采用“定长度连杆”组成的并联机械装置。

钻床操作在文学[7]中被很好的介绍了。汽车工业中，一项关于高速钻孔的操作的广泛的实验研究在[8]中被报告。数据从数百个钻床控制实验上收集起来，是为了具体指定钻床质量所必须的参数。理想的钻床运动和制造高质量钻床的指导方针通过理论和实验的研究被呈现在[9]中。在被建议的PKM综合中，我们遵循[9]中的结论。

新推出的PKM的详细机械结构在[10,11]被介绍，机器的大致结构显示在图1中；它有很大的工作空间，点到点的高速运动和非常高的钻速。并联的机械装置提供给了Y和Z轴的动作，X轴动作是由工作台提供的。为了达成高速的运转，用了两个线性马达来驱驶机械装置和用一个高速的主轴来钻孔。这篇文章的目的就是描述新的运动学的和动力学合成的方法的发展，为了改良机器的运转。通过输入运动，规划钻井和点对点定位，机器的误差将会被减少，而且完成孔的质量能被极大的提高。通过增加一个弹簧机械要素到PKM，输入动力就能被最小，以便机器的尺寸和能量损耗降低。数字模拟的正确查证和热交换率的方法呈现在这篇

文章中。

2.PKM模型的运动学和动力学的运动方程式

PKM模型的概要线图在图2中被显示。由于机床刀具库的一致，Z轴是沿着工具运动的方向的。PKM模型有部分1和部分6二个输入指示(二个线性电机)，和一个刀具的输出动作。在PKM模型应用中，定位和钻孔运动分别通过 ( y 轴动作相对点到点的定位)和 (z轴动作相对钻孔)表示。刚体和柔性体的PKM模型运动方程式都被发展了。刚体方程式被用于合成输入钻床的动作计划和输入力量还原。柔性体方程式被用来在刀具点到点定位之后的剩余振动控制。

2.1.刚性连杆的PKM模型的运动方程式

机械装置[12]的特点是使用了数字集成,刀具设备(含工作台，主轴和刀具3部份)。它的运动学方程式的发展依下列各项。刀具的变位是

且

其中b是点B和点C之间的距离,r是连杆AB的长度(连杆AB、CD和CE的长度是相等的)。刀具的速度是

其中

刀具的加速度是

其中

PKM模型的动力学方程式的发展如方程（7）所示，使用了拉格朗日的第二个类型的方程式[13]。

其中t是系统的总动能；和是总坐标值和速度值;是总力对应到的的值。k是坐标系中总的独立数目。在这里,k=2，q1= y1和q2=y6，引出之后，公式(7)可被表达成

其中n是移动连杆的数目；是连杆i的大量惯性矩；是连杆i的质量中心坐标；是PKM模型中连杆i的旋转角。总力的值通过（9）决定

其中V是势能，

是没有势能的力。为了对PKM模型的钻孔操作，我们有

其中是切削力, F1和F6是线性马达在PKM上输入的力。情绪商数。公式(1)到公式(10)构成了刚性连杆PKM模型的运动学和动力学方程式。 2.2.柔性连杆的PKM模型的动作方程式

顺从的机械装置的动微分方程式能用有限的机械要素方法和以下的公式得到

其中[M]、[C]和[K]分别是系统质量，阻尼和刚性母体；{D}是在全球同等坐标系中的每个机械要素平移和旋转变形表现的总坐标值；{R}是总外力值，与{D}保持一致；n是坐标的总数目值(机械装置的柔性自由度)。在我们的FEA模型中，我们使用在图3中被显示的机械要素结构，其中EIe是弯曲刚性(E是材料的柔性系数,Ie是惯性矩),ρ是物质的密度,le是

机械要素的最初长度。是(x,y)坐标系统中表现的结点变位。机械要素的大众基地和刚性基地将会是66个对称的矩阵，能从动能和应变能中得到，表达在公式（12）和（13）中

其中t是动能，U是机械要素的应变能；

是机械要