摘要：近年来激光加工作为一种先进的制造技术逐渐被运用到生产、生活中的各个方面，基于五轴联动激光加工机床的激光三维加工代表了激光加工制造技术的最高水平，目前五轴联动激光加工机床技术主要掌握在欧、美、日等工业发达国家，国内激光加工机床研发生产主要为平面激光加工，对五轴联动激光加工机床的探讨较少。目前国际上五轴联动激光加工机床普遍采取的导向头具备结构简单易于制造安装，并且光路损耗较小等优点，但在激光加工历程中加工头相对工件进行位姿调整时引入的附加位移需要其他移动轴的补偿，且后置处理较为复杂。近年来，日本NTC公司和MITSUBISHI ELECTRIC公司在它们的五轴联动激光切割机床上采取了一种结构新颖的激光导向头，该导向头具备定点指向的功能，即在激光加工历程中加工头相对工件表面的转角调整独立于移动轴之外，使其位置精度的可靠性更高，这对与激光加工历程中提升加工质量与加工效率有着深远的现实作用。以实现激光加工导向头的定点指向功能为目的，对NTC定点指向激光导向头的结构进行了浅析探讨，比较浅析了指向式激光加工导向头与目前国际上五轴联动激光加工机床上普遍利用的导向头之间的优缺点，依据五自由度机器手在激光加工系统中的性能体现，设计了一种基于光纤传能的指向式激光加工导向头，以论述方面计算浅析了指向式激光加工导向头主要结构的尺寸参数及力学参数，通过Pro/E三维建模软件对指向式激光加工导向头进行三维建模装配浅析对其结构参数优化。通过机械系统动力学自动浅析软件ADAMS（Automatic Dynamic Analysis ofMechanical Systems）对指向式激光加工导向头进行仿真浅析，获得各种运动状态下指向式激光加工导向头两轴处受到的力及力矩情况，与计算结果相结合进一步优化结构参数，并根据仿真浅析C轴在加速状态下所受力矩的大小，确定了采取57步进电机作为驱动单元时导向头能达到的最大加速度。为对指向式激光加工导向头的性能进行检测，设计了基于位移平台的五轴联动激光加工系统，用开源制约软件Mach3对该系统进行制约，通过激光划线实验对指向式激光加工导向头进行调试，获得了最佳调试状态下的激光划痕，通过浅析误差来源论证了指向式激光加工导向头的定点指向功能实现的可行性，为其近一步工业运用探讨奠定了基础。关键词：激光论文指向式导向头论文动力学论文仿真浅析论文ADAMS论文
摘要4-6
Abstract6-10
第1章 绪论10-20
1.1 课题背景及作用10-12
1.2 五轴联动加工机床及近况12-14
1.2.1 五轴联动加工机床概述12
1.2.2 五轴联动加工机床进展近况12-14
1.3 五轴联动激光加工机床及近况14-17
1.3.1 五轴联动激光加工机床概况14
1.3.2 五轴联动激光加工机床导向头概况及近况14-17
1.4 本论文主要探讨内容17-18
1.5 本章小结18-20
第2章 指向式激光加工导向头结构设计20-34
2.1 指向式激光加工导向头及其优点20-21
2.2 指向式激光加工导向头整体设计案例21-22
2.3 指向式激光加工导向头几何参数设计22-27
2.3.1 小半径弯曲对传能光纤性能的影响23-24
2.3.2 指向式激光加工导向头动力驱动单元设计24-27
2.4 指向式激光加工导向头结构参数估算27-32
2.4.1 指向式激光加工导向头轴的计算28-32
2.4.2 指向式激光加工导向头轴承的计算32
2.5 本章小结32-34
第3章 指向式激光加工导向头运动学、动力学浅析及仿真34-62
3.1 指向式激光加工导向头运动学浅析34-41
3.1.1 刚体空间位姿的描述和齐次变换矩阵34-37
3.1.2 指向式五轴联动激光加工导向头的运动学方程37-41
3.2 指向式激光加工导向头动力学浅析41-46
3.2.1 拉格朗日方程41-45
3.2.2 动力学方程45-46
3.3 指向式激光加工导向头ADAMS仿真46-60
3.3.1 指向式激光加工导向头ADAMS建模48-50
3.3.2 指向式激光加工导向头ADAMS仿真浅析50-60
3.4 本章小结60-62
第4章 指向式激光加工导向头性能探讨62-74
4.1 指向式激光加工导向头性能测试系统硬件62-67
4.1.1 激光器62
4.1.2 运动部件62-63
4.1.3 制约系统63-66
4.1.4 指向式五轴激光加工系统集成66-67
4.2 指向式激光加工导向头性能实验探讨67-72
4.3 本章小节72-74
结论与展望74-76
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