新型数控雕刻机主轴运动及工作空间分析

　　随着数控技术的快速发展，数控雕刻机己经开始由传统的三轴控制向五轴控制发展，并取得了很大的进步，CIMT2009国际机床展上，展出了20多台国内外的数控雕刻机，其中五轴联动的雕刻机显示出强大的加工能方1；另外，也发现随着浮雕技术的开发和完善，浮雕饰品、木雕等产品的加工己经向数控雕刻机展示了一块新的业务领域，由于五轴数控雕刻机的主轴可以实现灵活的加工角度，使其越来越受欢迎。

　　本文中我们提出了一种五轴数控雕刻机的模型。

　　该雕刻机主轴采用了RPS并联机构，工作台采用两自由度串联机构，主轴姿态灵活，倾角可达45工作空间大，可以用来雕刻大型工件，如古典木门的浮雕加工。RPS并联机构存在运动参数耦合现象，需要对工作台的运动量进行反向微量调整，从而实现刀具相对于工件的正确加工位姿31.对主轴的独立运动参数进行了详细推导，同时采用了数值法对主轴的工作空间进行了分析。

　　1雕刻机结构介绍撑，3并联支路分别由转动副、移动副、球铰组成，呈120均布。转动副部件转动副，在分支导轨上移动形成分支导轨、移动副，一方面可以减少机构部件数量，便于加工制造；另一方面可以提高分支的结构刚性，同时有效大主轴的工作空间。

　　该机构可以实现主轴Z混联型数控雕刻机结型轴方向上的进给和刀具的倾斜加工。改变工作台在X向导轨和Y向导轨上的位置，从而实现工件相对于刀具的位置。

　　2主轴的运动位姿分析主轴由RPS并联机构控制位姿，存在运动耦合性28-9.如a所示动平台坐标系为MOmXmYmZm，下文简称动系M，原点固定在动平台三球铰A（i=1，23）所在分布圆的圆心处，定平台坐标系为SOsXsYsZs，下文简称定系S，原点固定在上平台三转动副（（=1，2 3）所在分布圆的圆心处。

　　由于三路分支的上端为转动副B，且三个转动副呈动系M在定系S中的Euler姿态角为（aP，Y.其中，a为绕动系Z轴的进动角，表示动平台的倾斜方向；为绕动系Y轴的章动角，表示动平台的倾斜角度；Y为绕动系Z轴的自旋角17一18.b中，r是动平台铰点Ai的分布半径，R是定平台铰点的分布半径。则动系M与定系S间的转换矩阵为设动系原点在定系s中的坐标为（=1，23），依次为由于动系M原点的位置参数同姿态角参数存在耦合，因此在加工工件时，需要对串联机构的X向和Y向运动参数进行反向修正。如工件加工点在定系S中的坐标为（xAytS，ztS），则串联机构X向和Y向实际位置x和y依次为利用刀具的位姿信息（f，aP）可以获取并联机构的三路驱动长度，方法如下1）获取刀具当前位姿下动系M的独立运动参数式（4），获取动系M三个铰点A.在定系S中的坐标T，定系S中转动副铰点的坐标依次为徐萍。C1MT2009数控雕刻机展品简评。金属加工，2⑴9（18）：。中国。机器人，。哈尔滨：哈尔滨工业大学，2007：17―31.（上接第20页）