Parallelkinematische Werkzeugmaschinen:
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Wien ; Graz
NWV, Neuer Wiss. Verl.
2003
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PARALLELKINEMATISCHE WERKZEUGMASCHINEN VON AO. UNIV.-PROF. DI DR.
FRIEDRICH BLEICHER TECHNISCHE UNIVERSITAET WIEN, INSTITUT FUER
FERTIGUNGSTECHNIK HLUHB DARMSTADT TECHNIK WIEN * GRAZ 2003
INHALTSVERZEICHNIS VONWORT 3 1 EINLEITUNG 9 1.1 TRENDS IN DER PRODUKT-
UND PROZESSENTWICKLUNG 9 1.2 ENTWICKLUNGSTRENDS IM WERKZEUGMASCHINENBAU
11 1.3 KONVENTIONELLE, SERIELLE MASCHINEN 13 1.4 PARALLELE KINEMATIKEN
15 1.5 ZUKUENFTIGE BEDEUTUNG DER PARALLELKINEMATIK 19 1.5.1 BEDEUTUNG DER
DYNAMIKSTEIGERUNG 19 1.5.2 BEDEUTUNG PARALLELKINEMATISCHER
MASCHINENKONZEPTE FUER AGILE WERKZEUGMASCHINEN 25 1.6 FORDERUNG NACH
AUFGABENSPEZIFISCHEN LOESUNGEN 28 1.7 ZIELE DER ARBEIT 29 2 UEBERBLICK ZUM
STAND DER TECHNIK 31 2.1 GLIEDERUNG DER WERKZEUGMASCHINEN 31 2.2
DEFINITIONEN 32 2.2.1 DEFINITIONEN AUS DER KINEMATIK UND GETRIEBELEHRE
32 2.2.2 ANZAHL AN FREIHEITSGRADEN 33 2.2.3 PARALLELITAETSGRAD 35 2.3
SYSTEMATIK DER PARALLELKINEMATISCHEN STRUKTUREN 35 2.3.1 GELENKE 36
2.3.2 KINEMATISCHE KETTEN 38 2.3.3 GRUNDFORMEN PARALLELKINEMATISCHER
STRUKTUREN 39 2.3.3.1 KINEMATISCHES SCHEMA 39 2.3.3.2 KINEMATISCHES
PRINZIP 40 2.3.3.3 KINEMATISCHE STRUKTUR 41 2.3.4 NOTATION 42 2.4
GESTALTUNGSSCHEMA 44 2.5 EINTEILUNG DER PARALLELKINEMATIKEN 47 2.6
ZUSAMMENSTELLUNG AUSGEWAEHLTER PARALLELKINEMATIKEN 51 2.6.1
KLASSIFIZIERUNG AUSGEWAEHLTER PARALLELKINEMATIKMASCHINEN 51 2.6.2
TECHNISCHE DATEN ZU AUSGEWAEHLTEN MASCHINENKONZEPTEN 53 2.7 POTENZIALE
PARALLELKINEMATISCHER MASCHINEN IM VERGLEICH ZU SERIELLEN
MASCHINENSTRUKTUREN 65 3 DISKUSSION DER BESTEHENDEN SYSTEME 71 3.1
ALLGEMEINER SYSTEMVERGLEICH 72 3.1.1 SECHSACHSIGE SYSTEME- HEXAPODEN 72
3.1.2 KINEMATIKLOESUNGEN MIT DREI- BIS FUENF ACHSEN 75 3.1.3
SCHERENKINEMATIKEN 79 3.1.4 PARALLELSTRUKTUR MIT ZWEI ANTRIEBEN IN DEN
KINEMATISCHEN KETTEN 79 3.2 FREIHEITSGRAD DER KINEMATIK 81 3.3
STREBENANTRIEBSVARIANTE 82 INHALTSVERZEICHNIS *L 4 ABLEITUNG EINER
TRIPODISCHEN KINEMATIK 85 4.1 VERGLEICHENDE BEURTEILUNG BEKANNTER
PARALLELSTRUKTUREN 85 4.2 ENTWICKLUNG EINER UNIVERSELL EINSETZBAREN
TRIPODISCHEN PARALLELSTRUKTUR - QUICKSTEP 90 5 AUSLEGUNG PARALLELER
KINEMATIKEN 99 5.1 VORGEHENSWEISE ZUR AUSLEGUNG 99 5.2 GRUNDSAETZLICHE
MODELLBETRACHTUNG ZUM ZWEIDIMENSIONALEN FALL 101 5.2.1 MODELL MIT
LAENGENVERAENDERLICHEN STREBEN 102 5.2.2 MODELL MIT LAENGENUNVERAENDERLICHEN
STREBEN 107 5.2.3 STRUKTURVERGLEICH FUER EINEN EINHEITLICHEN
BEWEGUNGSRAUM 111 5.2.4 TRANSFORMATION 113 5.2.5 SINGULAERE STELLUNGEN
115 5.3 KINEMATISCHE AUSLEGUNG DER RAEUMLICHEN STRUKTUR 116 5.3.1
RUECKWAERTSTRANSFORMATION 117 5.3.2 VORWAERTSTRANSFORMATION 121 5.3.2.1
NEWTON-RAPHSON-METHODE 122 5.3.2.2 JACOBI-MATRIX 123 5.3.3
UEBERTRAGUNGSMATRIZEN 125 5.3.4 ARBEITSRAUM DER BEWEGLICHEN PLATTFORM 126
5.3.5 GESCHWINDIGKEITSVERHALTEN 127 5.3.6 KRAFTVERHALTEN 128 5.3.7
STEIFIGKEITSVERHALTEN 128 5.3.8 EIGENVERHALTEN 131 5.3.9 ANALYSE DER
SINGULAEREN STELLUNGEN 132 5.4 BEWERTUNG VON PARALLELSTRUKTUREN 135 5.4.1
KONDITIONSZAHL 136 5.4.2 STRUKTUROPTIMIERUNG 138 5.4.3 EINSCHRAENKUNG DER
ORIENTIERUNGSWINKEL 139 5.4.4 AUFHEBUNG NICHTLINEARER
BEWEGUNGSVERHAELTNISSE 141 5.5 AUSLEGUNGSMETHODEN 142 5.5.1
MEHRKRITERIELLE OPTIMIERUNG 142 5.5.2 STRUKTUROPTIMIERUNG MIT
GENETISCHEN ALGORITHMEN 143 5.5.3 AUSLEGUNG NACH DER ARBEITSRAUMGROESSE
145 5.5.4 AUSLEGUNG NACH DEM UEBERSETZUNGSVERHALTEN 146 5.5.5 AUSLEGUNG
NACH DER UEBERTRAGUNGSGUETE 147 5.5.6 METHODEN AUF BASIS VON INTEGRIERTEN
INGENIEURWERKZEUGEN 149 5.6 STEUERUNGSTECHNISCHE ANPASSUNGEN 150 5.6.1
ADAPTIVE REGLERVERSTAERKUNG 154 5.6.2 WEGMESSUNG UND KALIBRIERUNG 157
5.6.3 ENTWURF UND SIMULATION VON STEUERUNGSFUNKTIONEN 157 5.7 KONKLUSION
159 6 ENTWICKLUNG EINER SYSTEMATIK ZUR AUSLEGUNG VON TRIPODISCHEN
STRUKTUREN 161 6.1 SYSTEMATIK 161 6.2 METHODIK 164 6 INHALTSVERZEICHNIS
6.2.1 FUNKTIONEN DER STRUKTURANALYSE 165 6.2.2 GEOMETRISCHE
ERSTAUSLEGUNG 166 6.2.3 KINEMATISCHE AUSLEGUNG 167 6.2.3.1
GETRIEBEFREIHEITSGRAD 167 6.2.3.2 KOORDINATENTRANSFORMATION 168 6.2.3.3
GESCHWINDIGKEITSTRANSFORMATION 172 6.2.3.4 BESCHLEUNIGUNGSTRANSFORMATION
173 6.2.3.5 KRAFTUEBERSETZUNG 174 6.2.3.6 ANALYSE DES STRUKTURVERHALTENS
IM ARBEITSRAUM 177 6.2.4 KINETOSTATIK 177 6.2.5 DESIGN DER KINEMATISCHEN
KETTEN UND ACHSANTRIEBE 177 6.2.6 STRUKTURMECHANISCHE AUSLEGUNG 179
6.2.6.1 FEHLERUEBERTRAGUNGSVERHALTEN 180 6.2.6.2 STEIFIGKEITSVERHALTEN
182 6.2.7 ANALYSE DER GESAMTMASCHINE 183 6.2.7.1 KONDITION 184 6.2.7.2
ANALYSE VON SINGULAEREN STELLUNGEN 185 6.3 SYSTEME DER
ENTWICKLUNGSUMGEBUNG 185 6.3.1 ANGEPASSTES BERECHNUNGSMODELL 185 6.3.2
STANDARD-SOFTWARE 189 6.4 ERGEBNISSE DER PARAMETERSTUDIEN ZUR
PARALLELKINEMATIK QUICKSTEP 193 7 MECHANISCHE BAUTEILE DER TRIPODISCHEN
KINEMATIK 195 7.1 MASCHINENGESTELL 196 7.2 PLATTFORM 199 7.3 STREBEN 202
7.3.1 STAEBE 203 7.3.2 GELENKE 208 7.3.2.1 KUGELGELENKE 209 7.3.2.2
KREUZGELENKE 210 7.3.2.3 VERGLEICH DER GELENKBAUFORMEN 213 7.3.2.4
GELENKENTWICKLUNG FUER DIE QU/C/CSTEP-KINEMATIK 213 7.4 KUGELGEWINDETRIEB
218 8 PROTOTYP EINER DREIACHSIGEN PARALLELKINEMATIK -QUICKSTEP 223 8.1
VERSUCHSPLATTFORM 223 8.2 QUICKSFEP-PROTOTYPMASCHINE 228 8.3
EIGENSCHAFTEN DER QUICKSTEP-PROTOTYPMASCHINE 232 8.3.1
STRUKTUREIGENSCHAFTEN 232 8.3.2 GENAUIGKEITSEIGENSCHAFTEN 233 9
ERFORDERLICHE MASSNAHMEN ZUR SICHERSTELLUNG DER SYSTEMGENAUIGKEIT 237 9.1
EINFLUSSGROESSEN AUF DIE GENAUIGKEIT VON PARALLELKINEMATIKEN 238 9.2
VORGEHENSWEISE ZUR KALIBRIERUNG 243 7 INHALTSVERZEICHNIS 9.2.1
NICHTPARAMETRISCHE KALIBRIERUNG ODER KOMPENSATION 243 9.2.2
PARAMETRISCHE KALIBRIERUNG ODER IDENTIFIKATION 244 9.3 FEHLERMODELLE 246
9.4 MEHRDIMENSIONAL ARBEITENDE MESSSYSTEME 248 9.4.1 OPTISCHE
MESSSYSTEME 249 9.4.2 MECHANISCHE MESSSYSTEME 252 9.5 METHODEN DER
PARAMETERIDENTIFIKATION 254 9.5.1 BEKANNTE VERFAHREN 255 9.5.2 UEBERBLICK
ZU DEN ERREICHTEN STRUKTURGENAUIGKEITEN 261 9.5.3 METHODEN DER
SELBSTKALIBRIERUNG 262 9.6 KALIBRIERUNG DER QUICKSTEP-KINEMATIK 263
9.6.1 IDENTIFIKATION VON PARALLELOGRAMMFEHLERN 268 9.6.2 IDENTIFIKATION
DER KINEMATIKPARAMETER ZUR IDEALEN TRIPODSTRUKTUR .272 9.6.3
GEWICHTSKRAFTEINFLUSS 275 10 OPTIMIERUNG DES TRIPODISCHEN KONZEPTS 279
10.1 IDEALE PARALLELKINEMATISCHE STRUKTUR 281 10.2 OPTIMIERTE
QUICKSTEP-STRUKTUR 283 11 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 289
LITERATURVERZEICHNIS 295 STICHWORTVERZEICHNIS 313 |
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