預(yù)面向操作順應(yīng)性模擬器全局優(yōu)化設(shè)計(jì)與性能綜合

面向操作順應(yīng)性的模擬器全局優(yōu)化設(shè)計(jì)與性能綜合博士生：張普導(dǎo)師：姚振強(qiáng)教授2023年11月27日制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文預(yù)答辯2匯報(bào)內(nèi)容制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院一、立題意義二、研究進(jìn)展與問題提出三、課題主要研究?jī)?nèi)容四、全文總結(jié)五、創(chuàng)新點(diǎn)3匯報(bào)內(nèi)容制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院一、立題意義二、研究進(jìn)展與問題提出三、課題主要研究?jī)?nèi)容四、全文總結(jié)五、創(chuàng)新點(diǎn)4一、立題意義制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院1、巨型重載操作裝備：大型裝備制造的工作母機(jī)巨型重載操作裝備是其它大型裝備和關(guān)鍵構(gòu)件制造的基礎(chǔ)裝備，直接影響國(guó)家的核心競(jìng)爭(zhēng)力！5一、立題意義制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院2、重載操作裝備落后制約了我國(guó)的大裝備制造能力迫切需要開展重載操作裝備研究，包括其性能測(cè)試與標(biāo)定研究，具有重要的略意義！蒸發(fā)器殼體壓力容器200噸支撐輥100噸曲軸我國(guó)2020年前擬新建32座百萬(wàn)千瓦核電機(jī)組目前鋼產(chǎn)量和造船業(yè)規(guī)模居世界前列然而部分大型裝備的關(guān)鍵構(gòu)件完全依賴進(jìn)口6一、立題意義制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院3、操作順應(yīng)性是鍛造操作機(jī)的核心性能之一必須建立一套鍛造操作機(jī)工況模擬實(shí)驗(yàn)裝置與方法，還原鍛造工況，進(jìn)而對(duì)鍛造操作機(jī)進(jìn)行順應(yīng)能力等性能測(cè)試與標(biāo)定！鍛造變形抗力，具有不確定、峰值高、波動(dòng)大的特點(diǎn)良好的操作順應(yīng)性，可避免突變載荷與保護(hù)操作機(jī)鍛造現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鍛件變形抗力、操作機(jī)順應(yīng)能力等性能檢測(cè)困難7一、立題意義制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院4、模擬器的力位傳遞與承載性能是工況還原的基礎(chǔ)建立面向操作順應(yīng)性的模擬器全局優(yōu)化設(shè)計(jì)與性能綜合方法，將為載荷/運(yùn)動(dòng)模擬領(lǐng)域裝備設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)與方法支撐！工況特性的還原包括：工況特征的描述、傳遞、表達(dá)實(shí)驗(yàn)裝置的運(yùn)動(dòng)與力傳遞能力以及剛度承載能力是工況特性傳遞與表達(dá)的重要基礎(chǔ)建立面向力位順應(yīng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)方法是實(shí)現(xiàn)裝備還原工況特性的理論支撐

本研究來(lái)源于

巨型重載操作裝備的基礎(chǔ)科學(xué)問題課題名稱：巨型重載操作裝備的性能仿真與優(yōu)化課題編號(hào)：2006CB705407

8一、立題意義制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展（973）計(jì)劃NationalBasicResearchProgramofChina9匯報(bào)內(nèi)容制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院一、立題意義二、研究進(jìn)展與問題提出三、課題主要研究?jī)?nèi)容四、全文總結(jié)五、創(chuàng)新點(diǎn)10制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院鍛造成形過程建模

——鍛造工況的描述與分析并聯(lián)機(jī)構(gòu)的全局運(yùn)動(dòng)學(xué)性能評(píng)價(jià)方法

——工況運(yùn)動(dòng)特性的傳遞與表達(dá)能力并聯(lián)機(jī)構(gòu)的全局靜力學(xué)性能評(píng)價(jià)方法

——工況力特性的傳遞與表達(dá)能力并聯(lián)機(jī)構(gòu)的剛度性能分析與評(píng)價(jià)方法

——工況力位特性的傳遞與表達(dá)的保證二、研究進(jìn)展與問題提出制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院1、鍛造成形過程建模1）鍛造成形是變形-傳熱-微觀演變耦合過程高溫大變形過程，具備幾何非線性、材料非線性、接觸非線性的特點(diǎn)非穩(wěn)態(tài)、不均勻的溫度場(chǎng)影響金屬的塑性流動(dòng)變形、傳熱和微觀組織演變復(fù)雜交互設(shè)備邊界條件對(duì)高溫變形過程的復(fù)雜影響二、研究進(jìn)展與問題提出變形傳熱微觀剛粘塑性變分原理熱傳導(dǎo)微分過程晶粒演化方程11制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院1、鍛造成形過程建模2）國(guó)內(nèi)外鍛造成形研究進(jìn)展二、研究進(jìn)展與問題提出11年份學(xué)者貢獻(xiàn)1973日本Kobayashi采用剛塑性有限元方法研究墩粗鍛造過程，從此數(shù)值模擬技術(shù)廣泛應(yīng)用到大鍛件鍛造分析領(lǐng)域中2002中國(guó)熊愛明通過數(shù)值模擬方法對(duì)鈦合金盤的模鍛成形過程進(jìn)行了變形—傳熱—微觀組織演化耦合模擬2003保加利亞Bontcheva利用有限元方法研究了后法蘭軸金屬在鐓粗過程中的變形、再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)模型、奧氏體晶粒長(zhǎng)大過程2004中國(guó)劉助柏提出了LZ鍛造法等一系列拔長(zhǎng)新工藝及新方法，并運(yùn)用數(shù)值模擬方法進(jìn)行了新工藝鍛造參數(shù)的優(yōu)化2005美國(guó)Banaszek通過數(shù)值模擬研究了大型軸類鍛件拔長(zhǎng)過程中，鍛造工藝參數(shù)對(duì)鍛造質(zhì)量的影響2009中國(guó)崔振山研究了大鍛件鍛造成形過程中內(nèi)部空洞型缺陷演化規(guī)律，對(duì)現(xiàn)行工藝進(jìn)行了定量評(píng)估制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院1、鍛造成形過程建模3）研究現(xiàn)狀總結(jié)與問題的提出數(shù)值模擬技術(shù)是進(jìn)行大型鍛件制造規(guī)律研究所廣泛采用的有效手段已有的關(guān)于鍛造成形模擬方面的研究主要圍繞鍛件的控形控性展開，對(duì)鍛件的材料塑性流動(dòng)、組織演變規(guī)律、溫度場(chǎng)與應(yīng)變場(chǎng)的耦合作用等展開了深入的研究然而對(duì)于鍛造過程中鍛件在操作機(jī)的裝備約束下，夾鉗接觸界面處所表現(xiàn)出來(lái)的抗力行為特征及其對(duì)操作裝備的影響研究較少，這是進(jìn)行鍛造操作機(jī)性能分析與測(cè)試要解決的挑戰(zhàn)之一二、研究進(jìn)展與問題提出11問題一：如何描述不同順應(yīng)約束條件下夾鉗接觸界面處的載荷特征，為工況還原裝置提供設(shè)計(jì)依據(jù)？制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院2、并聯(lián)機(jī)構(gòu)全局運(yùn)動(dòng)學(xué)性能評(píng)價(jià)1）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)性能反映了從關(guān)節(jié)空間到操作空間的運(yùn)動(dòng)傳遞能力與精度J為速度雅可比矩陣是指機(jī)構(gòu)某一瞬時(shí)位形下末端執(zhí)行器操作速度與驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的速度之間的映射矩陣目前并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)都是基于機(jī)構(gòu)速度雅可比矩陣的數(shù)學(xué)特征屬性，如行列式、奇異值、條件數(shù)等而構(gòu)建的二、研究進(jìn)展與問題提出11三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院2、并聯(lián)機(jī)構(gòu)全局運(yùn)動(dòng)學(xué)性能評(píng)價(jià)2）國(guó)內(nèi)外機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)二、研究進(jìn)展與問題提出11年份學(xué)者貢獻(xiàn)1982加拿大Salisbury與Craig基于雅克比矩陣提出了條件數(shù)指標(biāo)，結(jié)果表明當(dāng)末端操作點(diǎn)的條件數(shù)越小時(shí)，機(jī)器人系統(tǒng)的精度就越高1984日本

Yoshikawa

提出了可操作度橢球與可操作度指標(biāo)，可操作度的物理意義為機(jī)器人各個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)能力的綜合度量1985美國(guó)Klein提出了雅克比矩陣最小奇異值用以描述機(jī)器人末端速度所需關(guān)節(jié)速度的上限1990加拿大Gosselin提出了全局條件數(shù)CGI指標(biāo)用以評(píng)價(jià)操作空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)學(xué)平均性能2004中國(guó)黃田提出了一種改進(jìn)后的靈巧度指標(biāo)，該指標(biāo)通過加權(quán)向量融合了靈巧度平均數(shù)與靈巧度性能波動(dòng)指標(biāo)2010中國(guó)劉辛軍基于虛功原理提出了一種并聯(lián)機(jī)構(gòu)廣義傳動(dòng)性能指標(biāo)，用以評(píng)價(jià)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的力/運(yùn)動(dòng)傳遞性能已有指標(biāo)給機(jī)構(gòu)提供了性能優(yōu)化與構(gòu)型設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)依據(jù)，然而機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與依據(jù)也依然存在著評(píng)價(jià)指標(biāo)眾多、意義不清晰、不系統(tǒng)、不全面的問題某全局?jǐn)?shù)據(jù)集合在操作空間內(nèi)的分布僅靠平均數(shù)與波動(dòng)度并未全面反映其分布屬性進(jìn)一步建立較為全面與系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)全局運(yùn)動(dòng)學(xué)性能評(píng)價(jià)體系，對(duì)于更加準(zhǔn)確全面的評(píng)估機(jī)構(gòu)性能有著重要的意義制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院2、并聯(lián)機(jī)構(gòu)全局運(yùn)動(dòng)學(xué)性能評(píng)價(jià)3）研究現(xiàn)狀總結(jié)與問題的提出二、研究進(jìn)展與問題提出11問題二：如何全面的評(píng)價(jià)與設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)全局運(yùn)動(dòng)學(xué)性能，保證工況運(yùn)動(dòng)特性的傳遞與表達(dá)？制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院3、并聯(lián)機(jī)構(gòu)全局力承載性能評(píng)價(jià)1）機(jī)構(gòu)力承載性能反映了從關(guān)節(jié)空間到操作空間的載荷傳遞能力G為力雅可比矩陣是指機(jī)構(gòu)某一瞬時(shí)位形下末端執(zhí)行器末端載荷與驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)載荷之間的映射矩陣并聯(lián)機(jī)構(gòu)的力承載性能評(píng)價(jià)指標(biāo)多數(shù)基于機(jī)構(gòu)力雅可比矩陣的數(shù)學(xué)特征屬性二、研究進(jìn)展與問題提出11六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)(3?28)

制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院3、并聯(lián)機(jī)構(gòu)全局力承載性能評(píng)價(jià)2）國(guó)內(nèi)外機(jī)構(gòu)力承載性能評(píng)價(jià)指標(biāo)二、研究進(jìn)展與問題提出11年份學(xué)者貢獻(xiàn)1985日本

Yoshikawa

提出了單位力橢球的概念，基于力橢球可描述與評(píng)價(jià)操作空間內(nèi)某方向上的機(jī)構(gòu)力學(xué)性能1994加拿大Tsai提出了廣義傳遞力螺旋的概念，引入到機(jī)構(gòu)的靜力傳遞能力評(píng)價(jià)中1997加拿大Takeda以機(jī)構(gòu)支鏈與動(dòng)平臺(tái)間的夾角余弦值極小值構(gòu)造了性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)該機(jī)構(gòu)的靜力傳遞特性進(jìn)行了評(píng)價(jià)2007中國(guó)Chen提出用于評(píng)價(jià)靜力傳遞性能的廣義靜力傳遞指標(biāo)，用于單閉環(huán)空間連桿機(jī)構(gòu)的力承載性能評(píng)價(jià)2010中國(guó)Wu探討了并聯(lián)機(jī)構(gòu)的輸入端和輸出端的運(yùn)動(dòng)/力傳遞特性，通過最小值法定義了局部傳遞指標(biāo)2014中國(guó)劉辛軍構(gòu)建了一類與坐標(biāo)系無(wú)關(guān)的靜力傳遞性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，并進(jìn)一步定義了輸入傳遞指標(biāo)與輸出傳遞指標(biāo)已有指標(biāo)提供了力承載性能優(yōu)化與構(gòu)型設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)依據(jù)，然而評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與依據(jù)也依然存在著評(píng)價(jià)指標(biāo)眾多、不系統(tǒng)的問題已有性能指標(biāo)并未全面反映其在操作空間內(nèi)的分布特征如何描述機(jī)構(gòu)內(nèi)部構(gòu)件的承載程度分布從而使機(jī)構(gòu)內(nèi)部承載載荷均布化進(jìn)一步擴(kuò)展與完善機(jī)構(gòu)力承載性能評(píng)價(jià)體系對(duì)于更加準(zhǔn)確全面的評(píng)估機(jī)構(gòu)力承載性能，從而指導(dǎo)構(gòu)型選擇與后期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有著重要的意義制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院3、并聯(lián)機(jī)構(gòu)全局力承載性能評(píng)價(jià)3）研究現(xiàn)狀總結(jié)與問題的提出二、研究進(jìn)展與問題提出11問題三：如何全面的評(píng)價(jià)與設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)全局力承載性能，保證工況載荷特性的傳遞與表達(dá)？制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院4、并聯(lián)機(jī)構(gòu)靜剛度分析與評(píng)價(jià)1）機(jī)構(gòu)末端剛度性能反映了機(jī)構(gòu)抵抗變形的能力，也是內(nèi)部構(gòu)件剛度向機(jī)構(gòu)末端的映射結(jié)果并聯(lián)機(jī)構(gòu)剛度是指末端執(zhí)行器在外力作用下，由于彈性部件變形而引起變形位移大小的度量剛度不僅影響機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)決定著機(jī)構(gòu)負(fù)載下的定位精度剛度不僅與機(jī)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有關(guān)，還與機(jī)構(gòu)的尺度參數(shù)、截面參數(shù)等密切相關(guān)二、研究進(jìn)展與問題提出11六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)

制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院4、并聯(lián)機(jī)構(gòu)靜剛度分析與評(píng)價(jià)2）國(guó)內(nèi)外機(jī)構(gòu)靜剛度分析與評(píng)價(jià)二、研究進(jìn)展與問題提出11年份學(xué)者貢獻(xiàn)1990加拿大

Gosselin

建立了考慮關(guān)節(jié)彈性的末端操作力與末端變形的映射模型，獲得了各驅(qū)動(dòng)剛度和末端剛度的映射關(guān)系模型2002加拿大Kao提出了考慮機(jī)構(gòu)部件幾何變形的影響后的剛度矩陣，稱為并聯(lián)機(jī)構(gòu)守衡轉(zhuǎn)換剛度矩陣2002加拿大Gosse1in將機(jī)構(gòu)剛度矩陣對(duì)角線元素加權(quán)后所得的和，作為剛度性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)Tricept機(jī)構(gòu)進(jìn)行了剛度優(yōu)化2003中國(guó)Kim以機(jī)構(gòu)剛度矩陣對(duì)角元素的二范數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)一種3自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了剛度優(yōu)化設(shè)計(jì)2008中國(guó)趙鐵石建立了末端剛度各向同性指標(biāo)、反映最小剛度的矩陣最小奇異值、剛度平均值的矩陣瑞利商等指標(biāo)2010中國(guó)Xu將剛度矩陣的行列式均值和剛度最小值作為性能指標(biāo)，利用遺傳算法優(yōu)化設(shè)計(jì)了3-PUU并聯(lián)機(jī)構(gòu)在并聯(lián)機(jī)構(gòu)的剛度建模、剛度分析與評(píng)價(jià)、剛度設(shè)計(jì)方面做了大量深入的研究，然而在彈性系統(tǒng)剛度模型基礎(chǔ)上，如何形成更加系統(tǒng)與更加全面的剛度評(píng)價(jià)體系？如何全面反映剛度性能在操作空間內(nèi)的分布特征？如何匹配機(jī)構(gòu)內(nèi)部構(gòu)件剛度分布，使內(nèi)部剛度均布化與末端剛度最大化？基于評(píng)價(jià)體系如何從頂層設(shè)計(jì)的角度形成系統(tǒng)的剛度匹配設(shè)計(jì)方法，使系統(tǒng)的剛度分布達(dá)到最佳，是深入進(jìn)行機(jī)構(gòu)剛度研究所面臨的挑戰(zhàn)之一制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院4、并聯(lián)機(jī)構(gòu)靜剛度分析與評(píng)價(jià)3）研究現(xiàn)狀總結(jié)與問題的提出二、研究進(jìn)展與問題提出11問題四：如何全面的評(píng)價(jià)與匹配設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)內(nèi)部與末端靜剛度性能，從而保證工況力位特性的傳遞與表達(dá)的準(zhǔn)確性？23匯報(bào)內(nèi)容制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院一、立題意義二、研究進(jìn)展與問題提出三、課題主要研究?jī)?nèi)容四、全文總結(jié)五、創(chuàng)新點(diǎn)制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院三、課題主要研究?jī)?nèi)容研究目標(biāo)課題圍繞面向操作順應(yīng)性的模擬器全局優(yōu)化設(shè)計(jì)與性能綜合，基于鍛造工藝工況行為特征模型，提出力/位還原的FORGE并聯(lián)機(jī)構(gòu)，建立包含運(yùn)動(dòng)傳遞能力與運(yùn)動(dòng)傳遞精度/敏感度的機(jī)構(gòu)全局運(yùn)動(dòng)性能評(píng)價(jià)體系，形成考慮系統(tǒng)內(nèi)外全局載荷的力承載性能評(píng)價(jià)方法，基于勢(shì)能均布原則與期望末端剛度形成剛度匹配設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與全局剛度評(píng)價(jià)指標(biāo)，從而對(duì)鍛造工況模擬器的機(jī)構(gòu)構(gòu)件剛度、機(jī)構(gòu)尺度參數(shù)、物理參數(shù)等進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)與優(yōu)化，為巨型重載操作裝備順應(yīng)能力等性能的測(cè)試與標(biāo)定提供平臺(tái)支持，也為載荷與運(yùn)動(dòng)模擬領(lǐng)域的并聯(lián)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)與方法支撐。24鍛造工況特性的描述與分析25制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院工況運(yùn)動(dòng)特性的傳遞能力評(píng)價(jià)與優(yōu)化面向操作順應(yīng)性的模擬器全局優(yōu)化與性能綜合三、課題主要研究?jī)?nèi)容基于全局運(yùn)動(dòng)學(xué)性能評(píng)價(jià)體系的鍛造工況模擬裝備構(gòu)型設(shè)計(jì)基于全載荷靜力學(xué)評(píng)價(jià)體系的力承載性能優(yōu)化設(shè)計(jì)基于能量分布的鍛造工況模擬裝置剛度評(píng)價(jià)與匹配主要研究?jī)?nèi)容與章節(jié)安排典型鍛造工藝的工況行為特征與規(guī)律分析鍛造工況模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與應(yīng)用工況載荷特性的傳遞能力評(píng)價(jià)與優(yōu)化工況力位特性的表達(dá)能力評(píng)價(jià)與優(yōu)化工況特性的還原與順應(yīng)性能的測(cè)試標(biāo)定制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院典型鍛造工藝的工況行為特征與規(guī)律分析本文研究?jī)?nèi)容1：1.1考慮裝備操作約束的鍛造成形過程建模 1.2鍛造工藝參數(shù)對(duì)鍛造操作裝備受載的影響分析 1.3鍛造過程中的工況特征與載荷規(guī)律 26研究對(duì)象：典型的鍛造工藝過程01鍛前調(diào)整：工件運(yùn)送與調(diào)整02鍛壓配合：非線性載荷抗力03鍛壓間隙調(diào)整：工件調(diào)整04鍛造完成：工件運(yùn)送對(duì)操作機(jī)的性能要求：速度/加速度性能與絕對(duì)承載能力（鍛前調(diào)整、鍛壓間隙調(diào)整、鍛造完成階段）具有良好的順應(yīng)能力（鍛壓配合階段）制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院鍛壓工作場(chǎng)景示意圖（拔長(zhǎng)工藝）1.1考慮裝備操作約束的鍛造成形過程建模27研究對(duì)象：方坯拔長(zhǎng)工藝仿真平臺(tái)：DEFORM-3D鍛件坯料：Din-16CrMo4鑄鋼

熱塑性變形體鍛造系統(tǒng)：剛體始鍛溫度：1100℃熱交換系數(shù)：11W/(m2?℃)熱膨脹系數(shù)：1.2×10-5/℃摩擦系數(shù)：夾鉗與鍛件接觸界面1.0鍛砧與鍛件接觸界面0.7鍛壓過程：壓下100mm

壓下時(shí)間4s操作約束：水平方向/垂直方向制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院鍛壓工作場(chǎng)景示意圖（方坯拔長(zhǎng)工藝）1.1考慮裝備操作約束的鍛造成形過程建模28結(jié)果：方坯拔長(zhǎng)過程中，正弦速度曲線下操作機(jī)垂向受載存在尖峰1500KN，其他曲線下尖峰載荷為250KN，正弦-梯形速度曲線下均載最小，為33.6KN原因：正弦曲線加速度導(dǎo)致界面載荷波動(dòng)，而梯形曲線存在恒速零加速度區(qū)域結(jié)論：正弦-梯形速度曲線為最佳下壓曲線，有效緩解了鍛造中的巨大沖擊尖峰制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院1.2.1壓機(jī)下壓曲線對(duì)操作裝備受載的影響分析29三種鍛砧上砧下壓曲線三種下壓曲線下垂直方向操作機(jī)受載制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院1.2.2末端柔順策略操作裝備受載的影響分析30順應(yīng)策略：無(wú)順應(yīng)模式垂直順應(yīng)模式水平順應(yīng)模式自由順應(yīng)模式

操作機(jī)夾鉗x方向載荷操作機(jī)夾鉗z方向載荷自由順應(yīng)模式與垂直順應(yīng)模式下，操作機(jī)夾鉗受到的變形抗力載荷較小，自由柔順模式下抗力最小且較為平穩(wěn)，z向平均載荷達(dá)16.58KN；無(wú)順應(yīng)模式與水平順應(yīng)模式下夾鉗界面處的抗力巨大、具有波動(dòng)性且呈上升模式，z向峰值可達(dá)5168KN順應(yīng)模式的加入，尤其是垂直順應(yīng)的加入，將很大程度上緩解鍛造過程中操作機(jī)夾鉗受載，避免了夾鉗斷裂等事故的發(fā)生制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院1.2.2末端柔順策略操作裝備受載的影響分析31操作機(jī)夾鉗x方向載荷操作機(jī)夾鉗z方向載荷鍛造系統(tǒng)阻抗模型：工況特征：1）鍛造過程的夾鉗載荷主要來(lái)自z向與x向，y向的抗力載荷可以忽略2）操作機(jī)所受z向載荷大于x向載荷，z向載荷最大為100KN，小于鍛件的自重135KN，在鍛造操作機(jī)的額定載荷之內(nèi)3）x向載荷相對(duì)z向載荷較小，且呈現(xiàn)出波動(dòng)特征，峰值達(dá)到60KN左右制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院自由順應(yīng)策略下操作機(jī)夾鉗所受載荷1.3鍛造過程中的工況特征與載荷規(guī)律32

最小二乘擬合結(jié)果：工況特征：1）鍛造過程的夾鉗載荷主要來(lái)自z向與x向，y向的抗力載荷可以忽略2）操作機(jī)所受z向載荷大于x向載荷，z向載荷最大為100KN，小于鍛件的自重135KN，在鍛造操作機(jī)的額定載荷之內(nèi)3）x向載荷相對(duì)z向載荷較小，且呈現(xiàn)出波動(dòng)特征，峰值達(dá)到60KN左右制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院自由順應(yīng)策略下操作機(jī)夾鉗所受載荷1.3鍛造過程中的工況特征與載荷規(guī)律33

本章總結(jié)：在鍛造工藝分析方面，針對(duì)高溫鍛件典型鍛造工藝過程，基于熱力耦合剛粘塑性有限元法，對(duì)鍛造工藝系統(tǒng)主要約束變參量與操作裝備夾鉗界面處抗力載荷的映射關(guān)系進(jìn)行了分析，分析表明恒速的上砧壓下曲線有利于降低鍛造變形抗力，基于鍛件自由變形規(guī)律的垂直順應(yīng)與水平順應(yīng)配合模式對(duì)于緩解操作機(jī)夾鉗鍛打時(shí)受到的過大外部載荷起著明顯的改善作用。在鍛造工況描述方面，基于不同順應(yīng)約束條件下的夾鉗受載，建立了鍛造系統(tǒng)阻抗模型，描述了壓機(jī)的下壓運(yùn)動(dòng)、操作機(jī)垂直方向與水平方向的順應(yīng)運(yùn)動(dòng)與夾鉗界面處的抗力載荷的對(duì)應(yīng)關(guān)系，模型揭示出鍛造過程中夾鉗所受載荷主要來(lái)自垂直方向與水平方向，從而確定了工況模擬的系統(tǒng)要求：二自由度力與運(yùn)動(dòng)的還原。制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院1.4總結(jié)34制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院基于全局運(yùn)動(dòng)學(xué)評(píng)價(jià)體系的工況模擬裝備構(gòu)型設(shè)計(jì)本文研究?jī)?nèi)容2：2.1鍛造工況模擬器概念設(shè)計(jì)2.2鍛造工況模擬器運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

2.3全局運(yùn)動(dòng)學(xué)性能評(píng)價(jià)體系2.4基于全局運(yùn)動(dòng)學(xué)評(píng)價(jià)體系的構(gòu)型優(yōu)化設(shè)計(jì)35制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院362.1鍛造工況模擬器概念設(shè)計(jì)鍛造工況模擬概念方案設(shè)計(jì)指標(biāo)：1）垂直運(yùn)動(dòng)方向最大運(yùn)動(dòng)速度0.1m/s最大位移0.15m最大施力3噸2）水平運(yùn)動(dòng)方向最大運(yùn)動(dòng)速度0.1m/s最大位移0.25m最大施力3噸3）二自由度工況還原

根據(jù)不同形狀、材料、溫度條件下的鍛件坯料形變過程進(jìn)行變形位移和變形抗力模擬FORGE并聯(lián)機(jī)構(gòu)制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院372.1鍛造工況模擬器概念設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)特點(diǎn)：1）較好的力承載性能與運(yùn)動(dòng)解耦性構(gòu)型采用了多組對(duì)稱冗余支鏈，增加了機(jī)構(gòu)的力承載性能與剛度具有垂直運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)Sarrut機(jī)構(gòu)，一定程度上實(shí)現(xiàn)了垂直與水平方向的運(yùn)動(dòng)解耦。2）具有系統(tǒng)穩(wěn)定性的冗余驅(qū)動(dòng)裝置具有并行的水平冗余驅(qū)動(dòng)，為了消除兩驅(qū)動(dòng)缸的運(yùn)動(dòng)誤差與平衡兩驅(qū)動(dòng)缸的受力載荷，采用了具有良好穩(wěn)定性能的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)傳遞水平運(yùn)動(dòng)鍛造工況模擬器（FORGE機(jī)構(gòu)）三維示意圖運(yùn)動(dòng)學(xué)映射關(guān)系：制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院382.2鍛造工況模擬器運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

FORGE并聯(lián)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化示意圖

FORGE并聯(lián)機(jī)構(gòu)奇異位型制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院392.3全局運(yùn)動(dòng)學(xué)性能評(píng)價(jià)體系運(yùn)動(dòng)學(xué)映射關(guān)系的描述

or

為了更清晰、形象的對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)傳遞過程描述，將關(guān)節(jié)速度定義為單位球，則輸出速度即為可操作度橢球雅克比矩陣為輸入速度與輸出速度的映射關(guān)系，映射關(guān)系包含速度方向與速度大小的轉(zhuǎn)變，而可操作度橢球正是這種映射關(guān)系的幾何描述。制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院402.3全局運(yùn)動(dòng)學(xué)性能評(píng)價(jià)體系運(yùn)動(dòng)傳遞能力評(píng)價(jià)指標(biāo)：可操作度并聯(lián)機(jī)構(gòu)各方向運(yùn)動(dòng)能力的綜合度量速度極值并聯(lián)機(jī)構(gòu)沿主軸方向運(yùn)動(dòng)能力的度量速度各向同性并聯(lián)機(jī)構(gòu)沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)能力的均一性

運(yùn)動(dòng)傳遞能力操作度速度最小值速度各向同性舊指標(biāo)新指標(biāo)

量綱無(wú)量綱長(zhǎng)度無(wú)量綱無(wú)量綱無(wú)量綱量綱次數(shù)m無(wú)1無(wú)無(wú)無(wú)考慮橢球多軸有有有有無(wú)有對(duì)比更好更好更好制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院412.3全局運(yùn)動(dòng)學(xué)性能評(píng)價(jià)體系運(yùn)動(dòng)傳遞精度評(píng)價(jià)指標(biāo)：運(yùn)動(dòng)傳遞誤差敏感度，即靈巧度運(yùn)動(dòng)傳遞精度的度量，是輸入速度誤差、結(jié)構(gòu)誤差與位置誤差的放大系數(shù)從控制角度講，條件數(shù)越大，速度方程的病態(tài)程度越大，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)失控從加速度角度講，反映了機(jī)構(gòu)位姿發(fā)生連續(xù)改變時(shí)末端運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)改變程度從各向同性角度講，條件數(shù)反映了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)各向同性

運(yùn)動(dòng)學(xué)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系運(yùn)動(dòng)傳遞能力運(yùn)動(dòng)傳遞精度

全局性能評(píng)價(jià)向量：全局平均數(shù)指標(biāo)，表征了評(píng)價(jià)指標(biāo)ξ在分布空間W內(nèi)的集中趨勢(shì)全局波動(dòng)度指標(biāo)，為標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的比值，即指標(biāo)ξ在空間W內(nèi)的離散程度全局偏度指標(biāo)，為三階中心距與標(biāo)準(zhǔn)差三次方的比值，即指標(biāo)在空間內(nèi)的分布對(duì)稱程度全局峰度指標(biāo)，為四階中心距與標(biāo)準(zhǔn)差四次方的比值，即指標(biāo)在空間內(nèi)的分布陡峭程度制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院422.3全局運(yùn)動(dòng)學(xué)性能評(píng)價(jià)體系現(xiàn)有指標(biāo)的問題：速度雅可比矩陣為機(jī)構(gòu)某一瞬時(shí)位形下操作速度與關(guān)節(jié)速度之間的映射矩陣，因此基于雅克比矩陣的指標(biāo)均為操作空間內(nèi)的某位姿下的瞬時(shí)指標(biāo)，如何全面描述操作空間內(nèi)的性能指標(biāo)分布？

全局運(yùn)動(dòng)學(xué)性能評(píng)價(jià)體系：制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院432.3全局運(yùn)動(dòng)學(xué)性能評(píng)價(jià)體系一級(jí)指標(biāo)二級(jí)指標(biāo)三級(jí)指標(biāo)

二級(jí)指標(biāo)為全局性能綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)GIEI（GlobalIntegratedEvaluationIndex），用來(lái)綜合描述三級(jí)指標(biāo)全局性能評(píng)價(jià)向量

制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院442.4基于全局運(yùn)動(dòng)學(xué)評(píng)價(jià)體系的構(gòu)型優(yōu)化設(shè)計(jì)

驗(yàn)證全局評(píng)價(jià)向量的全面性驗(yàn)證全局運(yùn)動(dòng)學(xué)性能評(píng)價(jià)體系的完整性

制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院452.4基于全局運(yùn)動(dòng)學(xué)評(píng)價(jià)體系的構(gòu)型優(yōu)化設(shè)計(jì)工作空間參數(shù)空間

基于靈巧度平均數(shù)的機(jī)構(gòu)參數(shù)空間等高線分布全局性能評(píng)價(jià)向量

制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院462.4基于全局運(yùn)動(dòng)學(xué)評(píng)價(jià)體系的構(gòu)型優(yōu)化設(shè)計(jì)0.38430.4107工作空間參數(shù)空間

制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院472.4基于全局運(yùn)動(dòng)學(xué)評(píng)價(jià)體系的構(gòu)型優(yōu)化設(shè)計(jì)兩種優(yōu)化目標(biāo)下的運(yùn)動(dòng)學(xué)性能優(yōu)化結(jié)果制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院482.4基于全局運(yùn)動(dòng)學(xué)評(píng)價(jià)體系的構(gòu)型優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)空間目標(biāo)函數(shù)運(yùn)動(dòng)學(xué)性能可操作度0.33640.4237速度最小值0.38740.4234速度各向同性0.88800.8914運(yùn)動(dòng)傳遞精度/敏感度（靈巧度）0.44560.4221全局運(yùn)動(dòng)學(xué)性能綜合指數(shù)2.10742.1168

本章總結(jié)：針對(duì)具有二自由度力/位變化特征的鍛造工藝工況行為，提出了一種新型二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)FORGE機(jī)構(gòu)，其具有較好的解耦性與靈巧度。針對(duì)操作空間內(nèi)的全域性能評(píng)價(jià)，提出了全局性能評(píng)價(jià)向量，該向量包含了平均數(shù)、波動(dòng)度、偏度、峰度等性能分布特征，從而建立了合理描述全局性能的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)?；谌中阅茉u(píng)價(jià)向量以及基于雅可比矩陣的運(yùn)動(dòng)學(xué)性能指標(biāo)，建立了全局運(yùn)動(dòng)學(xué)性能評(píng)價(jià)體系，該體系更加全面的描述了運(yùn)動(dòng)學(xué)性能在操作空間內(nèi)的分布特征，完整的表述了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)性能在運(yùn)動(dòng)傳遞能力、精度、靈敏度等方面的特性，有利于更加深入的分析評(píng)價(jià)裝備機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)性能，從而優(yōu)化裝備結(jié)構(gòu)，具有一定的理論價(jià)值。制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院2.5總結(jié)49制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院基于全載荷靜力學(xué)評(píng)價(jià)體系的力承載性能優(yōu)化設(shè)計(jì)本文研究?jī)?nèi)容3：3.1 鍛造工況模擬器靜力學(xué)模型3.2 全載荷靜力學(xué)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系3.3 基于全載荷靜力學(xué)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

的靜力學(xué)分析與優(yōu)化

50制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院513.1鍛造工況模擬器靜力學(xué)模型

力雅可比矩陣表征了驅(qū)動(dòng)力與輸出力的映射關(guān)系，力橢球描述了力的傳遞過程制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院523.1鍛造工況模擬器靜力學(xué)模型

力雅可比矩陣反映了驅(qū)動(dòng)載荷與末端載荷的映射關(guān)系，而實(shí)際在并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行過程中，結(jié)構(gòu)桿件也同樣承受著外部載荷引起的應(yīng)力應(yīng)變，因此結(jié)構(gòu)桿件的載荷分布對(duì)于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型設(shè)計(jì)與后期的詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著重要的指導(dǎo)意義

制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院533.1鍛造工況模擬器靜力學(xué)模型考慮廣義內(nèi)部載荷的剛體靜力學(xué)模型

制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院543.2全載荷靜力學(xué)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系基于力雅可比矩陣的靜力學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)（驅(qū)動(dòng)力至末端力的傳遞能力與精度評(píng)價(jià)）力可操作度（力操作橢球體積）并聯(lián)機(jī)構(gòu)各方向力傳遞能力的綜合度量末端力極值（力操作橢球主軸長(zhǎng)度）并聯(lián)機(jī)構(gòu)沿主軸方向力傳遞能力的度量力各向同性（力操作橢球扁率）并聯(lián)機(jī)構(gòu)沿各個(gè)方向力傳遞能力的均一性

力傳遞精度/敏感度力操作橢球制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院553.2全載荷靜力學(xué)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

基于全載荷雅可比矩陣的靜力學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)（內(nèi)部構(gòu)件的力承載能力評(píng)價(jià)）內(nèi)部載荷分配極值（載荷譜極值）機(jī)構(gòu)內(nèi)部構(gòu)件所受載荷程度度量?jī)?nèi)部載荷均勻度（載荷差異率）機(jī)構(gòu)內(nèi)部構(gòu)件受載的差異性度量?jī)?nèi)部載荷承載率（載荷承載總量）機(jī)構(gòu)內(nèi)部構(gòu)件受載的承載總量度量制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院563.2全載荷靜力學(xué)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

內(nèi)部構(gòu)件受力載荷譜制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院573.2全載荷靜力學(xué)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系基于全載荷矩陣的全局靜力學(xué)性能評(píng)價(jià)體系指標(biāo)一級(jí)指標(biāo)二級(jí)指標(biāo)三級(jí)指標(biāo)

基于力雅克比矩陣的靜力學(xué)指標(biāo)側(cè)重描述了由輸入力到輸出力的力傳遞能力，而基于全載荷力雅可比矩陣的靜力學(xué)指標(biāo)則側(cè)重評(píng)價(jià)在外部載荷反作用下并聯(lián)機(jī)構(gòu)內(nèi)部構(gòu)件的力承載程度，結(jié)合指標(biāo)全局評(píng)價(jià)向量，形成了并聯(lián)機(jī)構(gòu)的全載荷靜力學(xué)性能評(píng)價(jià)體系

制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院583.3基于全載荷靜力學(xué)評(píng)價(jià)體系的靜力學(xué)分析與優(yōu)化

驗(yàn)證考察內(nèi)承載性能的必要性獲得全局靜力學(xué)性能優(yōu)化域基于全局力傳遞能力指標(biāo)的機(jī)構(gòu)靜力學(xué)分析：全局力傳遞性能，反映了操作空間內(nèi)力傳遞過程中的載荷轉(zhuǎn)化能力（包括力可操作度、末端力極小值、力各向同性）與力傳遞精度靈巧度。制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院593.3基于全載荷靜力學(xué)評(píng)價(jià)體系的靜力學(xué)分析與優(yōu)化參數(shù)空間

機(jī)構(gòu)內(nèi)部構(gòu)件的承載分布特征？

全局力傳遞能力指標(biāo)等高線分布基于全局內(nèi)承載能力指標(biāo)的機(jī)構(gòu)靜力學(xué)分析：內(nèi)載荷承載性能，反映了在操作空間內(nèi)承受外部反作用載荷時(shí)并聯(lián)機(jī)構(gòu)內(nèi)部構(gòu)件承受載荷的能力，包括內(nèi)部載荷承載率、各構(gòu)件的承載極值以及各內(nèi)部構(gòu)件承載均勻度，這是機(jī)構(gòu)后期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要的重要設(shè)計(jì)指標(biāo)與設(shè)計(jì)依據(jù)。制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院603.3基于全載荷靜力學(xué)評(píng)價(jià)體系的靜力學(xué)分析與優(yōu)化基于全局內(nèi)承載能力指標(biāo)的機(jī)構(gòu)靜力學(xué)分析：內(nèi)載荷承載性能，反映了在操作空間內(nèi)承受外部反作用載荷時(shí)并聯(lián)機(jī)構(gòu)內(nèi)部構(gòu)件承受載荷的能力，包括內(nèi)部載荷承載率、各構(gòu)件的承載極值以及各內(nèi)部構(gòu)件承載均勻度，這是機(jī)構(gòu)后期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要的重要設(shè)計(jì)指標(biāo)與設(shè)計(jì)依據(jù)。制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院613.3基于全載荷靜力學(xué)評(píng)價(jià)體系的靜力學(xué)分析與優(yōu)化參數(shù)空間機(jī)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)部載荷分配極值基于全局內(nèi)承載能力指標(biāo)的機(jī)構(gòu)靜力學(xué)分析：內(nèi)載荷承載性能，反映了在操作空間內(nèi)承受外部反作用載荷時(shí)并聯(lián)機(jī)構(gòu)內(nèi)部構(gòu)件承受載荷的能力，包括內(nèi)部載荷承載率、各構(gòu)件的承載極值以及各內(nèi)部構(gòu)件承載均勻度，這是機(jī)構(gòu)后期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要的重要設(shè)計(jì)指標(biāo)與設(shè)計(jì)依據(jù)。制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院623.3基于全載荷靜力學(xué)評(píng)價(jià)體系的靜力學(xué)分析與優(yōu)化參數(shù)空間機(jī)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)部載荷均勻度

基于全局內(nèi)承載能力指標(biāo)的機(jī)構(gòu)靜力學(xué)分析：內(nèi)載荷承載性能，反映了在操作空間內(nèi)承受外部反作用載荷時(shí)并聯(lián)機(jī)構(gòu)內(nèi)部構(gòu)件承受載荷的能力，包括內(nèi)部載荷承載率、各構(gòu)件的承載極值以及各內(nèi)部構(gòu)件承載均勻度，這是機(jī)構(gòu)后期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要的重要設(shè)計(jì)指標(biāo)與設(shè)計(jì)依據(jù)。制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院633.3基于全載荷靜力學(xué)評(píng)價(jià)體系的靜力學(xué)分析與優(yōu)化參數(shù)空間機(jī)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)部載荷承載率

基于全局內(nèi)承載能力指標(biāo)的機(jī)構(gòu)靜力學(xué)分析：內(nèi)載荷承載性能，反映了在操作空間內(nèi)承受外部反作用載荷時(shí)并聯(lián)機(jī)構(gòu)內(nèi)部構(gòu)件承受載荷的能力，包括內(nèi)部載荷承載率、各構(gòu)件的承載極值以及各內(nèi)部構(gòu)件承載均勻度，這是機(jī)構(gòu)后期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要的重要設(shè)計(jì)指標(biāo)與設(shè)計(jì)依據(jù)。制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院643.3基于全載荷靜力學(xué)評(píng)價(jià)體系的靜力學(xué)分析與優(yōu)化參數(shù)空間機(jī)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)部載荷承載能力指標(biāo)

基于全局內(nèi)承載能力指標(biāo)的機(jī)構(gòu)靜力學(xué)分析：內(nèi)載荷承載性能，反映了在操作空間內(nèi)承受外部反作用載荷時(shí)并聯(lián)機(jī)構(gòu)內(nèi)部構(gòu)件承受載荷的能力，包括內(nèi)部載荷承載率、各構(gòu)件的承載極值以及各內(nèi)部構(gòu)件承載均勻度，這是機(jī)構(gòu)后期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要的重要設(shè)計(jì)指標(biāo)與設(shè)計(jì)依據(jù)。制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院653.3基于全載荷靜力學(xué)評(píng)價(jià)體系的靜力學(xué)分析與優(yōu)化參數(shù)空間機(jī)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)部載荷承載能力指標(biāo)分布對(duì)比參數(shù)空間內(nèi)機(jī)構(gòu)力傳遞能力指標(biāo)與內(nèi)部載荷承載能力指標(biāo)分布，可以發(fā)現(xiàn)兩優(yōu)化函數(shù)的優(yōu)化結(jié)果不盡相同，全局內(nèi)承載能力指標(biāo)是對(duì)機(jī)構(gòu)靜力學(xué)性能描述的一個(gè)必要補(bǔ)充。全局力傳遞能力指標(biāo)分布基于全局內(nèi)承載能力指標(biāo)的機(jī)構(gòu)靜力學(xué)分析：內(nèi)載荷承載性能，反映了在操作空間內(nèi)承受外部反作用載荷時(shí)并聯(lián)機(jī)構(gòu)內(nèi)部構(gòu)件承受載荷的能力，包括內(nèi)部載荷承載率、各構(gòu)件的承載極值以及各內(nèi)部構(gòu)件承載均勻度，這是機(jī)構(gòu)后期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要的重要設(shè)計(jì)指標(biāo)與設(shè)計(jì)依據(jù)。制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院663.3基于全載荷靜力學(xué)評(píng)價(jià)體系的靜力學(xué)分析與優(yōu)化參數(shù)空間

本章總結(jié)：針對(duì)二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)FORGE機(jī)構(gòu)受載特點(diǎn)，提出了全載荷雅克比矩陣，描述了機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)、結(jié)構(gòu)件等部件的內(nèi)載荷與機(jī)構(gòu)外載荷之間的映射關(guān)系，從而全面分析了并聯(lián)機(jī)構(gòu)的部件受載分布。基于全局性能評(píng)價(jià)向量以及基于力雅可比矩陣與全載荷雅克比矩陣的完整靜力學(xué)性能指標(biāo)，建立了全局靜力學(xué)性能評(píng)價(jià)體系，該體系更加全面的描述了靜力學(xué)性能在操作空間內(nèi)的分布特征，較完整的表述了機(jī)構(gòu)的力傳遞性能與機(jī)構(gòu)內(nèi)載荷承載能力，從而有利于在構(gòu)型設(shè)計(jì)階段快速預(yù)估整機(jī)力還原能力與力承載情況，對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的后期機(jī)械結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)有著重要的指導(dǎo)意義，同時(shí)擴(kuò)展了機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)性能評(píng)價(jià)體系。制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院3.4總結(jié)67制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院基于能量分布的鍛造工況模擬裝置剛度評(píng)價(jià)與匹配本文研究?jī)?nèi)容4：4.1鍛造模擬器剛度建模4.2基于能量分布與剛度矩陣的全局剛度性能評(píng)價(jià)體系4.3考慮全局運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)性能的剛度匹配與協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)68制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院694.1鍛造工況模擬器剛度建模

除了驅(qū)動(dòng)剛度，并聯(lián)機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的剛度同樣直接影響到機(jī)構(gòu)末端剛度

制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院704.1鍛造工況模擬器剛度建模結(jié)構(gòu)剛度與末端剛度的映射關(guān)系視并聯(lián)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部件為剛體，結(jié)合各結(jié)構(gòu)部件剛度模型，基于虛功原理與全載荷雅克比矩陣，建立了并聯(lián)機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的剛度到機(jī)構(gòu)末端剛度的映射模型二副桿件剛度模型

三副桿件剛度模型

制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院714.1鍛造工況模擬器剛度建模

剛度性能不僅與并聯(lián)機(jī)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、位型有關(guān)，同時(shí)與機(jī)構(gòu)的尺度參數(shù)、截面參數(shù)、質(zhì)量、材料性能等相關(guān)，而且并聯(lián)機(jī)構(gòu)的末端剛度與并聯(lián)機(jī)構(gòu)內(nèi)部構(gòu)件的剛度存在映射關(guān)系基于末端剛度矩陣的末端剛度評(píng)價(jià)指標(biāo)（機(jī)構(gòu)末端的外在剛度性能評(píng)價(jià)）剛度承載度（剛度橢球體積）并聯(lián)機(jī)構(gòu)各方向抵抗變形能力的綜合度量剛度極值（剛度橢球主軸長(zhǎng)度）并聯(lián)機(jī)構(gòu)沿主軸方向抵抗變形能力的度量剛度各向同性（剛度橢球扁率）并聯(lián)機(jī)構(gòu)沿各個(gè)方向剛度性能的均一性制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院724.2基于能量分布與剛度矩陣的全局剛度性能評(píng)價(jià)體系

全面的剛度性能評(píng)價(jià)，不僅包括評(píng)估機(jī)構(gòu)末端的外在剛度性能，還要具體分析內(nèi)部的剛度分布是否合理與均勻，全面客觀的評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)的剛度性能與剛度分布機(jī)構(gòu)部件彈性勢(shì)能貢獻(xiàn)度反映了部件剛度對(duì)機(jī)構(gòu)末端剛度的貢獻(xiàn)程度機(jī)構(gòu)部件彈性勢(shì)能均勻度表征了并聯(lián)機(jī)構(gòu)內(nèi)部部件彈性勢(shì)能與部件剛度的分布均勻程度系統(tǒng)彈性勢(shì)能結(jié)構(gòu)變形時(shí)儲(chǔ)藏在其中的彈性勢(shì)能亦為剛度性能的表征，可以采用標(biāo)量形式的彈性勢(shì)能度量剛度忽略摩擦力等非保守力，假定機(jī)構(gòu)為保守系統(tǒng)，即為機(jī)械能守恒的力學(xué)系統(tǒng)，則外部載荷對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)所做的功均都轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院734.2基于能量分布與剛度矩陣的全局剛度性能評(píng)價(jià)體系

基于系統(tǒng)彈性勢(shì)能的內(nèi)部剛度分布評(píng)價(jià)指標(biāo)（機(jī)構(gòu)的內(nèi)部剛度分布性能評(píng)價(jià)）

制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院744.2基于能量分布與剛度矩陣的全局剛度性能評(píng)價(jià)體系基于系統(tǒng)彈性勢(shì)能的內(nèi)部剛度分布評(píng)價(jià)指標(biāo)（機(jī)構(gòu)的內(nèi)部剛度分布性能評(píng)價(jià)）一級(jí)指標(biāo)二級(jí)指標(biāo)三級(jí)指標(biāo)建立的基于剛度矩陣的末端剛度評(píng)價(jià)指標(biāo)側(cè)重描述了機(jī)構(gòu)內(nèi)部剛度與機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)映射后的末端剛度分布，其包含了機(jī)構(gòu)整體的末端剛度分布特征；基于彈性勢(shì)能分布的內(nèi)部剛度分布評(píng)價(jià)指標(biāo)側(cè)重描述了機(jī)構(gòu)內(nèi)部部件的勢(shì)能與機(jī)構(gòu)整體勢(shì)能的映射關(guān)系，從而間接表征了機(jī)構(gòu)部件剛度對(duì)末端剛度的貢獻(xiàn)

制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院754.3基于考慮全局運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)性能的剛度匹配與協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)4.3.1基于全局剛度性能評(píng)價(jià)體系的剛度匹配設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與方法

制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院764.3基于考慮全局運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)性能的剛度匹配與協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)基于全局剛度性能評(píng)價(jià)體系的剛度匹配設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與方法

制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院774.3基于考慮全局運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)性能的剛度匹配與協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)

制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院784.3基于考慮全局運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)性能的剛度匹配與協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)4.3.2基于勢(shì)能均布原則與剛度評(píng)價(jià)體系的系統(tǒng)剛度優(yōu)化

全局末端剛度極值平均值的機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化結(jié)果制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院794.3基于考慮全局運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)性能的剛度匹配與協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)4.3.2基于勢(shì)能均布原則與剛度評(píng)價(jià)體系的系統(tǒng)剛度優(yōu)化

基于全局末端剛度性能指標(biāo)的機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化結(jié)果制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院804.3基于考慮全局運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)性能的剛度匹配與協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)

彈性勢(shì)能的產(chǎn)生與力的施加方向相對(duì)應(yīng)，而FORGE機(jī)構(gòu)的水平方向與垂直方向剛度尤其需要關(guān)注，因此重點(diǎn)考察了單位力作用下水平方向與垂直方向內(nèi)剛度的分布。制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院814.3基于考慮全局運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)性能的剛度匹配與協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)03全局剛度性能指標(biāo)優(yōu)化函數(shù)綜合了系統(tǒng)的末端剛度性能及內(nèi)部彈性勢(shì)能分布特征，綜合反映了系統(tǒng)的全局剛度性能分布

基于全局剛度性能的機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院824.3基于考慮全局運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)性能的剛度匹配與協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)

制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院834.3基于考慮全局運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)性能的剛度匹配與協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)4.3.3全局運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)、靜剛度性能的多目標(biāo)協(xié)調(diào)優(yōu)化多目標(biāo)協(xié)調(diào)優(yōu)化

制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院844.3基于考慮全局運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)性能的剛度匹配與協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)4.3.3全局運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)、靜剛度性能的多目標(biāo)協(xié)調(diào)優(yōu)化多目標(biāo)協(xié)調(diào)優(yōu)化

目標(biāo)函數(shù)全局性能最小末端剛度與期望剛度比制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院854.3基于考慮全局運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)性能的剛度匹配與協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)4.3.3全局運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)、靜剛度性能的多目標(biāo)協(xié)調(diào)優(yōu)化機(jī)構(gòu)部件剛度/(109N/m)2.9652.964510.013010.01302.28216.43738.0008.0008.000機(jī)構(gòu)部件受載極值/(104N)1.82611.82613.35643.35641.60232.6913.0003.0003.000機(jī)構(gòu)部件尺度參數(shù)/(m)截面等效面積/(cm2)77.6477.64262.25262.25108.67457.14截面慣性矩/(mm4)最大拉/壓應(yīng)力/(Mpa)2.352.351.281.281.470.65最大彎曲應(yīng)力/(Mpa)0.75質(zhì)量/(Kg)30.3030.30112.50112.5084.76427.88FORGE機(jī)構(gòu)的構(gòu)件剛度、機(jī)構(gòu)尺度參數(shù)、物理參數(shù)匹配本章總結(jié)：針對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的全局剛度描述與評(píng)價(jià)，提出了基于系統(tǒng)末端剛度橢球、系統(tǒng)彈性勢(shì)能及全局評(píng)價(jià)向量的全局剛度評(píng)價(jià)體系，全面評(píng)價(jià)了系統(tǒng)剛度的末端分布、各向同性、內(nèi)部剛度貢獻(xiàn)度、內(nèi)部剛度均勻度等全局剛度性能，對(duì)完整評(píng)價(jià)并聯(lián)機(jī)構(gòu)剛度性能提供了評(píng)價(jià)參考。針對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的內(nèi)外剛度匹配設(shè)計(jì)，提出了基于系統(tǒng)彈性勢(shì)能均布原則、末端期望剛度與內(nèi)載荷載荷譜極值的剛度設(shè)計(jì)匹配方法，結(jié)合全局剛度評(píng)價(jià)體系，進(jìn)行了面向系統(tǒng)全局剛度的系統(tǒng)內(nèi)外剛度及尺度參數(shù)的匹配設(shè)計(jì)優(yōu)化，為系統(tǒng)的剛度設(shè)計(jì)與評(píng)估提供了方法參考。針對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)、剛度的多域性能，提出了基于各性能優(yōu)化域的優(yōu)化域協(xié)調(diào)方法，進(jìn)行了機(jī)構(gòu)全局性能的分析，基于最小慣量原則確定了最優(yōu)參數(shù)，進(jìn)而進(jìn)行了系統(tǒng)的幾何/物理參數(shù)的匹配與設(shè)計(jì)，從而為整體設(shè)計(jì)與優(yōu)化裝備結(jié)構(gòu)提供了設(shè)計(jì)方法參考，具有一定的理論價(jià)值。制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院4.4總結(jié)86制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院基于鍛造工況模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與應(yīng)用本文研究?jī)?nèi)容5：5.1鍛造工況模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)5.2鍛造操作機(jī)順應(yīng)性實(shí)驗(yàn)與分析5.3鍛造操作機(jī)順應(yīng)策略研究87制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院885.1鍛造工況模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)鍛造操作機(jī)綜合性能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)基于運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)、剛度性能的參數(shù)匹配與優(yōu)化結(jié)果，進(jìn)行鍛造工況模擬裝備的設(shè)計(jì)與制造，與實(shí)驗(yàn)操作機(jī)、鍛造工況模擬器、大力傳感器、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合監(jiān)控系統(tǒng)等共同組成了鍛造操作機(jī)綜合性能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院895.1鍛造工況模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)鍛造操作機(jī)綜合性能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)鍛造工況模擬器模擬鍛造過程中不同形狀、材料、溫度條件下坯料變形對(duì)鍛造操作機(jī)的作用測(cè)試與標(biāo)定鍛造操作機(jī)的順應(yīng)性能夾鉗垂直運(yùn)動(dòng)方向最大位移0.15m最大運(yùn)動(dòng)速度0.1m/s最大施力3.8噸夾鉗水平運(yùn)動(dòng)方向最大位移0.25m最大運(yùn)動(dòng)速度0.12m/s最大施力3.4噸鍛造工況模擬器實(shí)物照片尺寸：長(zhǎng)2.0m×寬1.2m×高1.0m制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院905.1鍛造工況模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)鍛造操作機(jī)綜合性能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)鍛造工況模擬器設(shè)計(jì)特點(diǎn)大力傳感器電動(dòng)缸力傳感器結(jié)構(gòu)受力：均勻承載設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)：兩自由度運(yùn)動(dòng)解耦傳感器布置制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院915.1鍛造工況模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)鍛造操作機(jī)綜合性能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)鍛造工況模擬器控制系統(tǒng)

采用3組電動(dòng)缸作為工況模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，針對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)載荷、位移模擬的需要，采用力位混合控制系統(tǒng)，通過上位機(jī)對(duì)SimensPLC、6軸Trio運(yùn)動(dòng)控制器、Parasonic伺服驅(qū)動(dòng)器、3組力傳感器等部件狀態(tài)進(jìn)行整體監(jiān)控與控制，上位機(jī)通過PLC控制各個(gè)部件的運(yùn)行狀態(tài)，通過Trio運(yùn)動(dòng)控制器及力傳感器、位移傳感器調(diào)節(jié)執(zhí)行器的末端位移與力。制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院925.1鍛造工況模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)鍛造操作機(jī)綜合性能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)操作機(jī)液壓缸壓強(qiáng)、位移，模擬器各電動(dòng)缸受力、位移和大力傳感器的六維力信號(hào)，為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、處理提供了統(tǒng)一的平臺(tái)。

制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院935.2鍛造操作機(jī)順應(yīng)性實(shí)驗(yàn)與分析鍛造工況模擬方案將鍛件變形抗力隨時(shí)間的變化規(guī)律，通過電動(dòng)缸主動(dòng)施力，模擬鍛壓過程中鍛件變形及對(duì)夾鉗的作用力。

鍛件端部伸長(zhǎng)量

操作機(jī)夾鉗受載制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院955.2鍛造操作機(jī)順應(yīng)性實(shí)驗(yàn)與分析鍛造操作機(jī)順應(yīng)性實(shí)驗(yàn)方案為了檢測(cè)、標(biāo)定鍛造操作機(jī)的順應(yīng)性能，規(guī)劃了操作機(jī)不同受載狀況的性能實(shí)驗(yàn)，包括拔長(zhǎng)、整圓等不同鍛打工況、切斷和個(gè)別非正常鍛造工況下的操作機(jī)緩沖性能實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括：1）被動(dòng)水平順應(yīng)系統(tǒng)的標(biāo)定：標(biāo)定水平順應(yīng)系統(tǒng)溢流閥設(shè)定值與溢流閥值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，研究了緩沖缸的緩沖順應(yīng)過程；2）典型鍛造工況的模擬：研究不同溢流閥值時(shí)不同鍛件變形規(guī)律下，操作機(jī)緩沖系統(tǒng)的順應(yīng)性能；3）快鍛模擬：研究了緩沖缸在快鍛工藝下的緩沖順應(yīng)性能；制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院965.2鍛造操作機(jī)順應(yīng)性實(shí)驗(yàn)與分析實(shí)驗(yàn)1：被動(dòng)順應(yīng)系統(tǒng)溢流閥標(biāo)定在不同緩沖溢流閥值時(shí)，采用工況模擬器施加水平方向的不同載荷，利用大力傳感器及緩沖缸的壓力、位移信號(hào)反饋，研究緩沖缸的緩沖順應(yīng)性能

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

標(biāo)定了溢流閥的設(shè)定參數(shù)，為緩沖順應(yīng)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)標(biāo)定，在6.5MPa以下，溢流閥的設(shè)定參數(shù)與實(shí)際溢流值之間存在誤差，實(shí)際溢流值比設(shè)置值??；在6.5MPa以上，兩者之間誤差較小。

溢流閥標(biāo)定實(shí)驗(yàn)錄像理論溢流閥值與實(shí)際溢流閥值對(duì)比制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院975.2鍛造操作機(jī)順應(yīng)性實(shí)驗(yàn)與分析實(shí)驗(yàn)2：典型鍛造工況下的緩沖性能實(shí)驗(yàn)以典型鍛件的拔長(zhǎng)工藝為對(duì)象，工況模擬器將Deform仿真得出的水平載荷曲線施加在操作機(jī)的夾鉗末端，觀察在不同設(shè)定溢流閥值下，操作機(jī)緩沖順應(yīng)系統(tǒng)的性能。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：驗(yàn)證了理論計(jì)算對(duì)緩沖缸開啟前后受力規(guī)律的預(yù)測(cè)。1）溢流閥值設(shè)置在4-8MPa區(qū)間，操作機(jī)水平剛度性能穩(wěn)定，是合理的鍛造工況使用區(qū)間。2）緩沖缸開啟初期受力曲線有階躍現(xiàn)象，隨后呈穩(wěn)定值，這一現(xiàn)象與理論計(jì)算相符合。不同閥值時(shí)的施力曲線與理想曲線對(duì)比8MPa6MPa3MPa

制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院985.2鍛造操作機(jī)順應(yīng)性實(shí)驗(yàn)與分析實(shí)驗(yàn)3：快鍛模擬工況下的緩沖性能實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)?zāi)M工況：長(zhǎng)棒料滾圓快鍛，水平變形抗力峰值20KN，緩沖缸溢流設(shè)置為4MPa，6MPa，循環(huán)次數(shù)5次，周期8s實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：

發(fā)現(xiàn)了緩沖動(dòng)作的延遲效應(yīng)（0.25s左右），實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與理論計(jì)算相符合，找到了制約生產(chǎn)節(jié)拍的關(guān)鍵因素之一。6Mpa時(shí)測(cè)試載荷曲線對(duì)比（力傳遞存在延時(shí)）模擬器施力曲線大力傳感器實(shí)測(cè)曲線緩沖缸受力曲線制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院995.3鍛造操作機(jī)順應(yīng)策略研究自由順應(yīng)策略分析理論上自由順應(yīng)模式為最為理想的順應(yīng)策略，即垂直方向操作機(jī)的順應(yīng)策略為操作機(jī)夾鉗垂直方向位移為工件垂向變形的一半，而水平方向操作機(jī)的順應(yīng)策略為操作機(jī)水平方向位移為鍛件的自由變形位移。然而在進(jìn)行不同材料、不同尺寸、不同形狀的鍛件鍛造時(shí)，垂直方向順應(yīng)策略相同，但水平方向的順應(yīng)策略確會(huì)有所不同，對(duì)于實(shí)際的生產(chǎn)與節(jié)拍控制帶來(lái)諸多不便。

主被動(dòng)順應(yīng)策略分析垂直方向主動(dòng)順應(yīng)策略為操作機(jī)夾鉗垂直方向位移為工件垂向變形的一半；而水平方向被動(dòng)順應(yīng)策略為操作機(jī)水平方向采用液壓被動(dòng)順應(yīng)系統(tǒng)，利用順應(yīng)系統(tǒng)的液壓剛度與過載保護(hù)機(jī)制，吸收與避免水平?jīng)_擊載荷?；阱懺旃r模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的的順應(yīng)性實(shí)驗(yàn)研究工作，可知：在溢流閥合理的閥值區(qū)間4-8MPa時(shí)，利用系統(tǒng)的液壓剛度，被動(dòng)順應(yīng)系統(tǒng)可以有效的緩解沖擊外載，同時(shí)還可保證鍛造時(shí)的可靠水平支撐邊界，從而保證鍛件鍛造質(zhì)量。綜合對(duì)比，主被動(dòng)順應(yīng)策略更具有通用性與適應(yīng)性，更加符合實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的需求，同時(shí)基于主被動(dòng)順應(yīng)策略可以構(gòu)建鍛造控制系統(tǒng)，整體控制鍛造操作機(jī)與壓機(jī)的鍛壓節(jié)拍配合，從而規(guī)劃大型鍛件的鍛造過程，提高鍛件的生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)效率。本章總結(jié)：針對(duì)鍛造操作機(jī)的順應(yīng)性能實(shí)驗(yàn)與研究，通過多種鍛造工況的還原實(shí)驗(yàn)，標(biāo)定與驗(yàn)證了被動(dòng)順應(yīng)系統(tǒng)緩解沖擊外載荷的功能，研究了緩沖過程中緩沖缸壓力、溢流閥、緩沖位移的變化規(guī)律與現(xiàn)象；發(fā)現(xiàn)了快鍛過程中的緩沖缸溢流延遲效應(yīng)；確定了鍛造操作機(jī)緩沖系統(tǒng)的溢流閥合理使用區(qū)間，從而獲得了操作機(jī)的主被動(dòng)順應(yīng)策略。針對(duì)順應(yīng)性評(píng)估與力位還原技術(shù)，提出了基于力位控制系統(tǒng)與組態(tài)王監(jiān)控技術(shù)的鍛造工況模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，驗(yàn)證了FORGE機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的力承載性能與剛度性能，進(jìn)行鍛造操作機(jī)的順應(yīng)性能與順應(yīng)策略研究，為巨型重載操作裝備力承載能力、順應(yīng)能力等性能的測(cè)試與標(biāo)定提供了平臺(tái)支持，也為其他載荷與運(yùn)動(dòng)模擬領(lǐng)域的裝置設(shè)計(jì)提供了方法與原理參考。制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院5.4總結(jié)100101匯報(bào)內(nèi)容制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院一、立題意義二、研究進(jìn)展與問題提出三、課題主要研究?jī)?nèi)容四、全文總結(jié)五、創(chuàng)新點(diǎn)

幾何/物理參數(shù)匹配與優(yōu)化設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)特性傳遞評(píng)價(jià)載荷傳遞特性評(píng)價(jià)抵抗變形性能評(píng)價(jià)工況表征F,S自由度n特性傳遞映射關(guān)系J,G,K,E鍛造工況行為特征與規(guī)律系統(tǒng)集成與工況實(shí)驗(yàn)工況描述工況還原特性傳遞與表達(dá)四、全文總結(jié)

102制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院

103匯報(bào)內(nèi)容制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院一、立題意義二、研究進(jìn)展與問題提出三、課題主要研究?jī)?nèi)容四、全文總結(jié)五、創(chuàng)新點(diǎn)104制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院（1）在并聯(lián)機(jī)構(gòu)全局運(yùn)動(dòng)學(xué)性能評(píng)價(jià)方面

提出了全局性能評(píng)價(jià)向量以及基于雅可比矩陣的完整運(yùn)動(dòng)學(xué)性能指標(biāo)，建立了全局運(yùn)動(dòng)學(xué)性能評(píng)價(jià)體系，該體系更加全面的描述了運(yùn)動(dòng)學(xué)性能在操作空間內(nèi)的分布特征，完整的表述了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)性能在運(yùn)動(dòng)傳遞能力、精度、靈敏度等方面的特性，有利于更加全面深入的分析評(píng)價(jià)裝備機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)性能，從而優(yōu)化并聯(lián)裝備結(jié)構(gòu)，具有一定的理論價(jià)值。

研究成果發(fā)表在ASMEJournalofMechanicalDesign,2014,136(3):031001.五、創(chuàng)新點(diǎn)105制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院（2）在并聯(lián)機(jī)構(gòu)全局力承載性能評(píng)價(jià)方面

提出了全載荷雅克比矩陣，結(jié)合全局性能評(píng)價(jià)向量，建立了全載荷全局靜力學(xué)性能評(píng)價(jià)體系，該體系更加全面的描述了靜力學(xué)性能在操作空間內(nèi)的分布特征，較完整的表述了機(jī)構(gòu)的力傳遞性能與機(jī)構(gòu)內(nèi)載荷承載能力，從而有利于在構(gòu)型設(shè)計(jì)階段快速預(yù)估整機(jī)力還原能力與力承載情況，對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的后期機(jī)械結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)有著重要的指導(dǎo)意義，同時(shí)擴(kuò)展了機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)性能評(píng)價(jià)體系。

研究成果發(fā)表在Proceedingsofthe4thinternationalconferenceonIntelligentRoboticsandApplications,VolumePartI.Springer-Verlag,2011:281-290.五、創(chuàng)新點(diǎn)106制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院（3）在并聯(lián)機(jī)構(gòu)的剛度匹配設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)方面

提出了基于系統(tǒng)彈性勢(shì)能均布原則、末端期望剛度與內(nèi)載荷載荷譜的剛度設(shè)計(jì)匹配方法，建立了基于系統(tǒng)末端剛度橢球、系統(tǒng)彈性勢(shì)能及全局評(píng)價(jià)向量的全局剛度評(píng)價(jià)體系，進(jìn)行了面向系統(tǒng)全局剛度的系統(tǒng)內(nèi)外剛度及尺度參數(shù)的匹配設(shè)計(jì)優(yōu)化，為系統(tǒng)的剛度設(shè)計(jì)與評(píng)估提供了方法參考。

研究成果發(fā)表在Proceedingsofthe3rdinternationalconferenceonIntelligentroboticsandapplications,VolumePartII.Springer-Verlag,2010:276-284.五、創(chuàng)新點(diǎn)107制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院（4）在裝備性能測(cè)試與標(biāo)定方面

提出了基于力位控制系統(tǒng)與組態(tài)王監(jiān)控技術(shù)的鍛造工況模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行了鍛造操作機(jī)的順應(yīng)性能與順應(yīng)策略研究，為巨型重載操作裝備力承載能力、順應(yīng)能力等性能的測(cè)試與標(biāo)定提供了平臺(tái)支持，也為其他載荷與運(yùn)動(dòng)模擬領(lǐng)域的裝置設(shè)計(jì)提供了方法與原理參考。

研究成果發(fā)表在ChineseJournalofMechanicalEngineering,2013,26(4):651-658與上海交通大學(xué)學(xué)報(bào),2009,4:032上，并獲得《鍛造操作機(jī)性能測(cè)試與標(biāo)定裝置及其測(cè)試及其實(shí)現(xiàn)方法》專利授權(quán)。

該創(chuàng)新點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與順應(yīng)策略成功用于973項(xiàng)目《巨型重載操作裝備的基礎(chǔ)科學(xué)問題》，形成了鍛造操作機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。五、創(chuàng)新點(diǎn)108制造技術(shù)與裝備自動(dòng)化研究所機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院論文——已發(fā)表英文SCI期刊論文2篇[1]PuZhang,