基于平面并联机构的CNC雕刻机运动学优化设计

"CNC雕刻机平面并联机构的运动学设计 (2002年)" 本文主要探讨了一种创新的三坐标CNC雕刻机设计，该设计采用平面并联机构来实现X和Y方向的进给运动，而Z向进给则由安装在并联机构末端的串联主轴完成。这种设计旨在提高雕刻机的运动性能和精度。 在运动学设计方面，研究者提出了一种基于总体灵活度的方法。他们将运动学设计问题转化为一个单目标优化问题，目标是最大化全局运动性能指标，并受到特定约束条件的限制。具体来说，他们利用随机方向法来寻找优化解，这是一种优化算法，通过在多个随机选取的方向上迭代搜索来逼近最优解。 文中提到，平面闭链五杆机构作为最简单的双自由度平面并联机构，虽然在混合机械系统中有一定的应用，但在轻型数控机床领域的运动性能分析尚未得到充分研究。为了改进现有CNC双摇臂雕刻机的不足，他们提出了平面并联五杆机构为基础的三坐标CNC雕刻机设计。这种方法强调了对机构整体灵活性的考量，从而优化运动性能。 在实际应用中，驱动杆L1和L4分别由固定的伺服电机驱动，并通过谐波减速器降低转速，连接到连杆L2和L3，形成一个并联机构。连杆L2和L3在C点铰接，Z轴安装在此处，由顶部的驱动电机通过丝杠控制主轴的上下移动，实现三轴联动。 通过对实例的分析和验证，研究者证明了所提出的方法的有效性，表明这种方法可以用于实际样机的开发。这种方法不仅考虑了工作空间的大小，还兼顾了机构的可控灵活度，为CNC雕刻机的运动学设计提供了新的思路。 这篇论文展示了平面并联机构在CNC雕刻机设计中的潜力，以及如何通过优化方法提高其运动性能。这种方法对于提升数控设备的精度和效率具有重要意义，尤其在精密加工和复杂形状的雕刻任务中，其优势更为显著。