【正文】 Wang et al. expanded this method as a resolution for the redundant relations at velocity and acceleration levels,so called closedloop inverse kinematics algorithm was proposed to control a 7DOF redundant PKM [13]. Yun and Li developed the stiffness models for the flexure hinges [14]。 Accepted 4 May 2011Academic Editor: Yangmin LiThe development of a hybrid reconfigurable machine tool has been introduced. The machine tool consists of a tripodbasedparallel kinematic machine (PKM) module with three degrees of freedom (DOF) and a serial linear XY table with two DOF. ThePKM is installed on a gantry system which is capable of reconfiguring its position and orientation. In the design of tripodbasedparallel mechanism, a passive link is used to enhance the stiffness and increase the working load. To avoid the buildup of the heatof the extensive actuation, three joints are actuated via the actuators with a constant length. The geometries of the PKM have beenoptimized for the best and highest accuracy. In this paper, its control system and the prototyping development are focused. Anopen architecture is applied, the control methodologies are developed and validated, and the corresponding software tools havebeen implemented for the software reconfiguration of the control system.1. IntroductionThe globalization of the manufacturing environment brings uncertainties and turbulences of customers’ requirements and manufacturing resources. Reconfigurable manufacturing system (RMS) paradigm bees an effective means to increase the petitiveness and adaptability of manufacturing systems. An RMS consists of modular ponents that can be arranged to meet the machining needs(reconfiguration)with minimal or nonrecurring ability to reconfigure machines allows a quick rampup and robustness to adapt various changes in a dynamic production environ ment. Production machinery is usually specialized and very capital intensive. Other benefits of an RMS is its potential to reduce the unit cost of machining。感謝許立福的諄諄教導(dǎo)和悉心指導(dǎo)！在這短短幾個月的畢業(yè)設(shè)計過程中，無論是在收集資料、參觀實物、研究內(nèi)容安排方面，還是在圖紙繪制、動畫制作方面，許立福老師都給予了極大的支持和幫助！正是在許立福老師的熱情指導(dǎo)下，本次畢業(yè)設(shè)計才能順利完成！許老師淵博的知識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、寬以待人的長者風(fēng)范，無一不讓學(xué)生受益終生！許老師不僅在學(xué)習(xí)上熱情指導(dǎo)，而且對學(xué)生的生活以及其他方面都給予了親切關(guān)懷，學(xué)生將銘記不忘！除此之外，作者還要感謝幫助過我的同學(xué)們。 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的裝配圖：a圖為z軸剖視圖，b圖為x軸剖視圖，c圖為俯視圖a）b）c）a）z軸剖視圖 b）x軸剖視圖 c）俯視圖 結(jié) 論本次設(shè)計的是縱向及橫切向進(jìn)給系統(tǒng)，完成了系統(tǒng)中的尺寸計算及結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括z軸和x軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計及裝配，確定結(jié)構(gòu)為z軸伺服電機(jī)與聯(lián)軸器直連的方式，x軸為伺服電機(jī)通過同步帶連接絲杠的方式。由于螺紋在出工程圖是一般都是簡化的，所以這里便不再繪制出螺紋。首先，繪制矩形三角形溜板：建立草圖并拉伸， 草圖1建立切除輪廓草圖，切除并拉伸， 草圖2添加凸臺并拉伸切除并拉伸圖， 草圖3燕尾槽導(dǎo)軌三維繪制在剛剛建立的三維模型上繪制草圖并拉伸， 草圖4繪制草圖拉伸并切除， 草圖5經(jīng)過其他步驟的制作， 大溜板 Z軸絲杠螺母的設(shè)計 利用草圖來繪制絲杠螺母的外輪廓，然后進(jìn)行拉伸。SolidWorks 能夠提供不同的設(shè)計方案、減少設(shè)計過程中的錯誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。達(dá)索公司是負(fù)責(zé)系統(tǒng)性的軟件供應(yīng)，并為制造廠商提供具有Internet整合能力的支援服務(wù)。結(jié)果小于灰鑄鐵承受最大極限。 導(dǎo)軌的選擇滑動導(dǎo)軌覺有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、剛度好、抗振性高等優(yōu)點(diǎn)，是機(jī)床使用最廣泛的導(dǎo)軌形式。在高速重載的動力傳動中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動態(tài)性能的作用。，軸向負(fù)載120N，額定轉(zhuǎn)速3000r/min，雙列軸承計算公式為——軸承負(fù)載，動態(tài)等效負(fù)載，N；——徑向負(fù)載，N；——軸向負(fù)載，N；X、Y——系數(shù)。，所以X=1，Y=0，再由基本額定壽命計算公式：——基本額定壽命，h；——基本動態(tài)額定負(fù)載；——軸承負(fù)載，動態(tài)等效負(fù)載，N；n——轉(zhuǎn)速，r/min。根據(jù)以上計算數(shù)據(jù)選用電機(jī)型號為松下MSMA102P1H，參數(shù)如下：額定轉(zhuǎn)速：3000r/min 最高轉(zhuǎn)速：6000r/min額定轉(zhuǎn)矩： 最高轉(zhuǎn)矩：額定輸出功率：3kw 慣量比：30倍以下 滾珠絲杠副的支承的設(shè)計滾珠絲杠副的支承為了獲得高精度、高剛度的進(jìn)給系統(tǒng)，不僅應(yīng)選用高精度、高剛度的滾珠絲杠副，而且必須十分重視滾珠絲杠支承的設(shè)計。等速運(yùn)動時所需要的驅(qū)動扭矩絲桿的轉(zhuǎn)動慣量工作臺的轉(zhuǎn)動慣量——工作臺與工件的轉(zhuǎn)動慣量，；m——工作臺與工件的總質(zhì)量，kg；——絲桿導(dǎo)程，mm。這里的額定轉(zhuǎn)速滿足條件。這里我們選用伺服電機(jī)。 滾珠絲杠的疲勞壽命可以由實際運(yùn)行時間來表示，計算公式為：——壽命時間，h；C——基本動額定負(fù)載，N；Pm——軸向平均負(fù)載，N；Nm——平均轉(zhuǎn)速，r/min；Fw——運(yùn)行系數(shù)，正常運(yùn)行時fw=；壽命計算大于一般數(shù)控機(jī)床的使用壽命標(biāo)準(zhǔn)時間20000h，符合條件。絲杠轉(zhuǎn)速N增大時，絲杠公稱直徑必須減小，絲杠公稱直徑太小又會造成系統(tǒng)剛性差、易變形、影響加工精度等問題。①臨界轉(zhuǎn)速計算選定絲杠外徑除需要進(jìn)行彎曲及屈服校核外，還必須保證絲杠在不發(fā)生共振的前提下使用。 軸向允許載荷計算計算出最大軸向載荷后，就可以直接進(jìn)行軸向允許載荷計算及校核了，校核的原則為：在最大軸向載荷作用下絲杠不會發(fā)生彎曲；在最大軸向載荷作用下絲杠不會發(fā)生屈服。現(xiàn)初選外徑為50mm,型號為FFZD50063. 計算最大軸向載荷在一定的絲杠外徑下，絲杠有可能無法承受使用條件下的最大軸向載荷而發(fā)生彎曲，因此還必須對初選的絲杠外徑進(jìn)行軸向允許載荷校核，使絲杠直徑具有足夠的剛度，保證在最大軸向載荷下絲杠不會發(fā)生彎曲變形。根據(jù)導(dǎo)程的定義，電機(jī)所需要的轉(zhuǎn)速Nm、與最大進(jìn)給速度Vmax、絲杠導(dǎo)程Pb、減速比i之間的關(guān)系為 （）其中Vmax，單位m/s。 精度等級確定，我們選擇THK公司精度等級為C2的磨制滾珠絲桿，器導(dǎo)程誤差范圍。判定選擇軋制滾珠絲杠還是磨制滾珠絲杠，選擇能滿足定位精度的最低等級，也就是選用最經(jīng)濟(jì)的精度等級。車床導(dǎo)軌的卸荷因數(shù)，是由卸荷裝置承受的荷載一般地說，卸荷量過小，導(dǎo)軌壓強(qiáng)仍然大，則運(yùn)動阻力大，導(dǎo)軌磨損也大；但卸荷量過大，當(dāng)外加荷載小時，會使運(yùn)動部件飄浮，降低了加工精度。但普通的鑄鐵鑄鐵導(dǎo)軌，存在靜摩擦因數(shù)大，且動摩擦因數(shù)隨速度變化而變化，摩擦損失大。與同步齒輪帶配套的同步帶輪選用MISUMI的HTLA72S3M100E25，齒距是3mm，電機(jī)輸出軸與絲桿的中心距是205mm。壽命計算大于一般數(shù)控機(jī)床的使用壽命標(biāo)準(zhǔn)時間20000h，符合條件。固定端采用雙列角接觸球軸承，能承受較大的徑向負(fù)荷為主的徑向和軸向聯(lián)合負(fù)荷和力矩負(fù)荷，限制軸的兩方面的軸向位移。自由端的軸承主要承受徑向的載荷，軸向的載荷的載荷很小，在這里我們預(yù)選角接觸球軸承B6901ZZ來計算。 電機(jī)所需的加速扭矩——加速扭矩，；——電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量， 計算各種運(yùn)動狀態(tài)下點(diǎn)檢所需要的驅(qū)動扭矩加速運(yùn)動狀態(tài)下的扭矩：等速運(yùn)動狀態(tài)下的扭矩：減速速運(yùn)動狀態(tài)下的扭矩：加速運(yùn)動狀態(tài)下電機(jī)所需要的驅(qū)動扭矩最大，只要以這種情況下的最大驅(qū)動扭矩進(jìn)行計算就可以了?？傓D(zhuǎn)動慣量包括絲杠的轉(zhuǎn)動慣量、工作臺與工件的轉(zhuǎn)動慣量。如前所述，在選定絲杠外徑時需要根據(jù)安裝條件、材料特性、直徑等參數(shù)對臨界轉(zhuǎn)速進(jìn)行計算，確認(rèn)絲杠最高轉(zhuǎn)速不超過其臨界轉(zhuǎn)速，否則必須重新選擇絲杠外徑，直到滿足要求為止。使用伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)時，電機(jī)的選型方法和要求又有所區(qū)別。造成滾珠絲杠壽命有限的原因除磨損造成的精度下降外，還有因為疲勞造成的疲勞壽命，工程上主要以滾珠絲杠的疲勞壽命來推算其額定壽命。臨界轉(zhuǎn)速的計算公式為：——臨界轉(zhuǎn)速，r/min；E——楊氏彈性模量（通常情況下絲杠材料的）；J——絲桿斷面與轉(zhuǎn)動慣量有關(guān)的參數(shù)，——絲杠材料的密度（）；A——絲杠溝槽最小直徑所在剖面的面積，；——與安裝方式有關(guān)的系數(shù)，；②DN值絲杠允許轉(zhuǎn)速除不得超過臨界轉(zhuǎn)速外，還必須不超過DN允許值所謂DN值是指絲杠公稱直徑（即滾珠中心位置所在圓的直徑）D與絲杠轉(zhuǎn)速N的乘積。 絲杠允許轉(zhuǎn)速計算及校核絲杠允許轉(zhuǎn)速必須滿足兩個條件：絲杠最高轉(zhuǎn)速不超過臨界轉(zhuǎn)速；絲杠最高轉(zhuǎn)速不超過DN值。計算最大軸向載荷的另一作用為：軸向載荷是汁算扭矩載荷的基礎(chǔ)，只有計算出軸向載荷后才能計算扭矩載荷，而扭矩載荷是進(jìn)行電機(jī)選型的重要依據(jù)。 絲桿外徑選定及校核間隙絲杠外徑主要按以下條件來進(jìn)行初選：①在按定位精度選定的滾珠絲杠系列（磨制滾珠絲杠或軋制滾珠絲杠）中選定，②在相應(yīng)的精度等級及絲杠長度下，絲杠外徑的大小必須滿足所要求的軸向③在標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)程絲杠外徑組合中選定絲杠外徑。假設(shè)電機(jī)所帶減速器的減速比為i。價格越貴，應(yīng)盡可能選用價格低廉的軋制滾珠絲杠，以降低設(shè)備制造成本。按照其具體長度，對照不同等級滾珠絲杠機(jī)構(gòu)所對應(yīng)的導(dǎo)程累積誤差表。對于驅(qū)動電機(jī)，由于系統(tǒng)要求精度高，不宜采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，因此選用交流伺服電機(jī)。X、Z兩軸分別用獨(dú)立電機(jī)驅(qū)動。 進(jìn)給傳動方案設(shè)計本車床具有較高的精度要求，為了保證精度，在選用精密元器件和精密數(shù)控系統(tǒng)的同時，應(yīng)盡量減小傳動鏈，并需要保證較高的剛度，提高傳動系統(tǒng)效率，以減小溫升的影響。通過同步齒形帶聯(lián)接 同步齒輪帶傳動具有帶傳動和鏈傳動的共同優(yōu)點(diǎn),與齒輪傳動相比它結(jié)構(gòu)更簡單,制造成本更低,安裝調(diào)整更方便。由以上比較，根據(jù)要求，縱向進(jìn)給傳動系統(tǒng)和橫向進(jìn)給傳動系統(tǒng)都采用滾珠絲杠螺母副的傳動方式。 傳動類型的選擇數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動系統(tǒng)的基本傳動方式常用的有兩種：滾珠絲杠螺母副和靜壓絲杠螺母副。半閉環(huán)控制系統(tǒng)的檢測裝置有兩種安裝方式：一種是把角位移檢測裝置安裝在絲杠末端；另一種是把角位移檢測裝置安裝在電動機(jī)軸端。但由于其結(jié)構(gòu)簡單，易于調(diào)整，在精度要求不太高的場合中得到較廣泛的應(yīng)用。本車床精度較高，能進(jìn)行微米級加工，能獲得高質(zhì)量的加工表面。為保證機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，采用了高精密孔式主軸結(jié)構(gòu)和大功率交流伺服主軸電機(jī)，并具備良好的抗振性設(shè)計。 本章小結(jié)本章先介紹了數(shù)控機(jī)床的分類，特點(diǎn)與研究現(xiàn)狀，介紹了數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，以及伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)。由位置、速度和電流構(gòu)成的三環(huán)反饋全部數(shù)字化、軟件處理數(shù)字PID，使用靈活，柔性好。電機(jī)應(yīng)具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力。伺服系統(tǒng)對伺服電機(jī)的要求：1）從最低速到最高速電機(jī)都能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動要小， /min或更低速時，仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。它包含機(jī)械、電子、電機(jī)(早期產(chǎn)品還包含液壓)等各種部件，并涉及到強(qiáng)