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前言：

并聯(lián)加工中心是上世紀(jì)90年代中期發(fā)展起來的一種新概念加工中心，這種加工中心將機(jī)構(gòu)學(xué)理論、并聯(lián)機(jī)器人技術(shù)和CNC技術(shù)相結(jié)合，和傳統(tǒng)加工中心相比，具有剛度重量比大、累計(jì)誤差小、動態(tài)性能好、結(jié)構(gòu)緊湊和復(fù)雜曲面加工能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn):雖然并聯(lián)加工中心優(yōu)點(diǎn)很多，但是由于其驅(qū)動桿多，互相牽制，導(dǎo)致其存在運(yùn)動范圍小，回程范圍有限的缺點(diǎn),

混聯(lián)加工中心的出現(xiàn)彌補(bǔ)了并聯(lián)加工中心的諸多缺點(diǎn)，對混聯(lián)機(jī)床的研究，從加工靈活度和加工效率的角度出發(fā)，其并聯(lián)模塊應(yīng)具備很高的轉(zhuǎn)動靈活度，以動平臺轉(zhuǎn)動能力達(dá)到90。為最佳,而這是傳統(tǒng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的局限性所在，比較有名的s_pnill

Z³并聯(lián)主軸頭〃¹的轉(zhuǎn)動能力也僅為⁴〇_^:>:可見，在保證髙剛度的前提下突破傳統(tǒng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)擺角受限是加工中心的研發(fā)過程中亟待突破的問題。本文提出的大擺角五軸聯(lián)動混聯(lián)機(jī)床的并聯(lián)模塊也同屬于少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)中的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)兩維移動和一維轉(zhuǎn)動，其刀具可以實(shí)現(xiàn)更大的轉(zhuǎn)動角度，擺角范圍為（-40° ~90°)。和傳統(tǒng)的tricept機(jī)器人相比擺角范圍更大，實(shí)現(xiàn)五個面的加工工作，而且剛度大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更好將此并聯(lián)模塊與兩自由度運(yùn)動平臺組合形成大擺角的五軸聯(lián)動混聯(lián)加工中心，解決了傳統(tǒng)CNC加工中心及現(xiàn)有并/混聯(lián)加工中心刀具擺角受限的弊端，可以方便地對空間復(fù)雜工件進(jìn)行立臥轉(zhuǎn)換、五面精密加工，目前雖然有該類機(jī)床的專利及文章的研究，但是對運(yùn)動學(xué)分析一直是研究的重點(diǎn)，而位置正運(yùn)動學(xué)的研究一直是研究的難點(diǎn)。

對加工中心正運(yùn)動學(xué)的求解方法主要有兩類方法：解析法和

數(shù)值法，解析法主要是消去加工中心約束方程中的未知參數(shù)，使方程降低維數(shù)，最終求解位置正解，解析法優(yōu)點(diǎn)是可以求出所有可能解，不需要設(shè)定初始值，但公式推導(dǎo)復(fù)雜且對求解精度有較髙要求^;〈。數(shù)值解法優(yōu)點(diǎn)在于建模過程簡單，不需要繁瑣的公式推導(dǎo)，但計(jì)算速度慢，而且機(jī)構(gòu)在接近奇異位置時不易收斂，也不能求解出其全部的解，結(jié)果和初始值的選取有直接的關(guān)系^g :本文提出_種大擺角五軸聯(lián)動混聯(lián)加工中心機(jī)構(gòu)的模型，并根據(jù)其結(jié)構(gòu)模型的特點(diǎn)，提出兩種求解位置正解的方法，一種是解析法，該解析法運(yùn)用桿長關(guān)系推導(dǎo)計(jì)算公式，求得其位置正解.，另_種方法是基于liP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法來分析位置正解，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是將位置逆解結(jié)果作為訓(xùn)練樣本，采用levenberg~marquardt算法[¹⁽* ,實(shí)現(xiàn)了從關(guān)節(jié)變量空間到加工中心工作空間的非線性映射關(guān)系，從而求得加工中心位置正解。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和傳統(tǒng)的解析法、數(shù)值法相比具有運(yùn)算量小、推導(dǎo)簡單、耗時少的特點(diǎn)..，

1大擺角五軸聯(lián)動混聯(lián)加工中心構(gòu)型的提出

1-1加工中心并聯(lián)模塊的坐標(biāo)系建立

文中涉及的大擺角五軸聯(lián)動混聯(lián)加工中心的機(jī)構(gòu)構(gòu)型，三維模型如圖1所示：圖2為該加工中心的并聯(lián)模塊示意圖，該加工中心主要包括加工中心底座1、底座導(dǎo)軌4、并聯(lián)模塊、末端刀具16、移動導(dǎo)軌平臺⁵及轉(zhuǎn)動工作臺3等部分；并聯(lián)模塊包括：立柱l、ll、III,兩個運(yùn)動分支、動平臺及各運(yùn)動副，各部分形成一個空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)；第一分支為I’UU型運(yùn)動支鏈，包含移動副和虎克鉸；第二分支由四條相同的I’RR支鏈、連接塊6組成，連接塊通過轉(zhuǎn)動副K和加工中心動平臺相連。包含連桿1111、連桿11112、連桿IV13、連桿V14。記第一分支為PUU型運(yùn)動支鏈的桿長為I:,記第二分支的II —V四條驅(qū)動支鏈桿長為，山+=2~5)點(diǎn)丄到七..1,的垂直距離記為2&,邊丄= 2",動平臺為正方形，邊長記為：W,連接塊也為正四邊形，且鉸接點(diǎn)從、込與鉸接點(diǎn)認(rèn)、/)₄的距離記為〃,，鉸接點(diǎn)認(rèn)、/>₄到動平臺的垂直距離記為</,刀桿長度為/,,、以點(diǎn)」，所在矩形幾何中心建立慣性坐標(biāo)系 o-%yz, 記為*U},轉(zhuǎn)動工作臺的坐標(biāo)系與慣性坐標(biāo)系重合記為_〇1 ,記為{B},

動平臺質(zhì)心處建立刀具動坐標(biāo)系〇₂i₂y₂2₂記為{C}。

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結(jié)束語：

根據(jù)大擺角五軸聯(lián)動混聯(lián)加工中心并聯(lián)模塊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以并聯(lián)模塊中各個驅(qū)動支鏈之間的距離為約束條件，運(yùn)用解析法,求解并聯(lián)模塊的正運(yùn)動學(xué)解,，給定實(shí)例進(jìn)行_ln:lt lab模擬仿真，求出位置正解值。然后采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來求解位置正解：建立多層前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以運(yùn)動學(xué)逆解為訓(xùn)練樣本，采用levenberg^marquardt算法，可實(shí)現(xiàn)并聯(lián)模塊從關(guān)節(jié)變量空間到加工中心刀具工作空間的非線性映射，避免復(fù)雜的非線性方程的求解：網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練后的工作階段，運(yùn)算量較小，符合加工中心工作的實(shí)時在線性要求：訓(xùn)練后的精度能夠滿足加工中心精度要求，而且還可實(shí)現(xiàn)該加工中心刀具的任務(wù)空間控制或是求解加工中心刀具的工作空間。

采用解析法求解加工中心并聯(lián)模塊位置正解時，可求出全部可能的解，但是公式推導(dǎo)和編程計(jì)算繁雜，耗時長，HP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與解析法相比，在計(jì)算精度上差別很小，且不需要復(fù)雜公式推導(dǎo)和大量計(jì)算，就可以對位置正解進(jìn)行求解：因此，本文提出的兩種方法適用于大多數(shù)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)的位置正解的求解，B1’神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)求解精度滿足加工中心精確控制的要求，可用誤差補(bǔ)償?shù)姆椒▉磉M(jìn)一步提升計(jì)算精度

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一種大擺角五軸聯(lián)動混聯(lián)加工中心位置正解的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法

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