单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,并联机床,传统机床为串联结构，存在悬臂部件，不易获得高的结构刚度；另外，,其组成环节多,，,结构,复杂，限制了加工精度和,速度的提高。,在,2,O,世纪,9,O,年代中期问世的并联机床，正是为解决传统机床存在的问题而进行的一种新的尝试。,并联机床是机器人技术、机床结构技术、现代伺服驱动技术和数控技术相结合的产物，被称为“,21,世纪的机床”，具有很大的开发潜力和广泛的应用前景。,动平台,静平台,输入,输出,并联机构及其拓扑机构,并联机构（,parallel mechanism）,是一组由两个或两个以上的分支机构并联而成的。所有分支机构可同时接受驱动器输入，而最终共同给出输出。并联机构在机构学上是多路闭环机构。,并联机床的主轴,(,动平台,),与机座,(,静平台,),之间采用并联结构。它没有滑台，没有导轨，而只用几根可自由伸缩的驱动杆带动主轴箱、带着刀具（或工件）在空间运动，由计算机通过复杂的数学运算完成加工任务。并联机床具有承载能力强、响应速度快、精度高、机械结构简单、适应性好等优点，是一种“硬件”简单、“软件”复杂、技术附加值高的产品。,载荷,/,质量比大,响应速度快,便于模块化设计,布局形式灵活多样,控制复杂,工作空间相对较小,灵活度差,与串联结构互为补充（对偶关系）,并联机构的特点,传统机床与并联机床的综合性能比较,IMTS94,美国,Giddings&Lewis,公司首次展出,Variax,型并联运动学机床,VARIAX,型加工中心,嗣后，美国,Ingersoll,推出了,VOH1000（,立式）和,HOH600（,卧式）型加工中心，它们在结构上得到了较大的改进，从“内铣”改为“外铣”。右图为,VOH 1000.,HOH 600,Hexa,6X,立式五坐标高速铣床,欧洲第一台商品化的并联机床。由欧共体,Esprit,高科技研究计划资助，有,4,家德国的单位参加。,Linapod,立式加工中心,德国斯图加特大学机床控制研究所,ISW,SKM400,型卧式加工中心,德国,Heckert,公司,P800,型五杆并联机床,德国,Metrom,公司,自动化饼干包装（瑞士,Demaurex,）,机器人化机床,Reconfigurable manufacturing system using,tricept,robots,物流和装配系统,数控机床的工作原理,一、数控机床的组成,数控机床的组成,操作面板,信息载体（控制介质）与输入输出设备,二、信息载体及输入输出,三、计算机数控（,CNC）,装置（或,CNC,单元）,计算机数控（,CNC）,装置是计算机数控系统的核心。,四、伺服单元、驱动装置和测量装置,伺服单元和驱动装置是指主轴伺服装置和主轴电机、进给伺服驱动装置和进给电机。测量装置是指位置和速度测量装置，它是实现速度闭环控制（主轴、进给）和位置闭环控制（进给）的必要装置。,五、,PLC、,机床,I/O,电路和,PLC,装置,用于完成与逻辑运算、顺序动作有关的,I/O,控制，它由硬件和软件组成。,六、机 床,驱动,模块,数控,系统,模块,显示、输入单元,I/O,接口,数控机床的分类,一、按工艺用途分类（机床类型）,切削加工类：,如数控铣床、数控车床、数控磨床、加工中心、数控齿轮加工机床、,FMC,等。,成型加工类：,数控折弯机、数控弯管机等。,特种加工类：,数控线切割机、电火花加工机、,激光加工机,等。,其 它 类 型：,数控装配机、数控测量机、机器人等。,二、按加工路线分类（,控制功能,）,点位控制数控系统,仅能实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动；,对轨迹不作控制要求；,运动过程中不进行任何加工。,适用范围：,数控钻床,、数控镗床、数控冲床和数控测量机。,直线控制数控系统,能实现点位控制数控系统的功能,能实现沿平行某个坐标轴（如,X、Y、Z）,或两轴等速的方向进行加工；,适用范围：,数控镗铣床、数控组合机床等。,轮廓控制数控系统,轮廓控制（连续控制）系统：,具有控制几个进给轴同时谐调运动（坐标联动），使工件相对于刀具按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行,连续切削加工,的数控系统。,适用范围：,数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面的机床。现代的数控机床基本上都是装备的这种数控系统。,三、按伺服系统的控制方式分类,按数控机床的进给伺服系统有无位置测量装置可分为,开环数控系统,和,闭环数控系统,，在闭环数控系统中根据位置测量装置安装的位置又可分为,全闭环,和,半闭环,两种。,开环控制数控系统,电机,机械执行部件,A,相、,B,相,C,相、,f、n,CNC,插补指令,脉冲频率,f,脉冲个数,n,换算,脉冲环形分配变换,功率放大,无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。,一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。,这类系统具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等优点，在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经济型数控机床。,闭环控制数控系统,位置控制调节器,速度控制,调节与驱动,检测与反馈单元,位置控制单元,速度控制单元,+,+,-,-,电机,机械执行部件,CNC,插补,指令,实际位置反馈,实际速度反馈,闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所示，直接对运动部件的实际位置进行检测。,从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和失动量。具有很高的位置控制精度。,由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都相当困难。,该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等。,+,+,-,实际速度反馈,速度控制,调节与驱动,检测与反馈单元,速度控制单元,电机,机械执行部件,CNC,插补,指令,实际位置反馈,位置控制单元,位置控制调节器,半闭环控制数控系统,半闭环数控系统的位置采样点，是从驱动装置（常用伺服电机）或丝杠引出，采样旋转角度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置。,半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控制性能，其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。,由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差难以消除。因此，其精度较闭环差，较开环好。但可对这类误差进行补偿，因而仍可获得满意的精度。,半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较高，因而在现代,CNC,机床中得到了广泛应用。,按联动轴数分,2,轴联动（平面曲线）,3,轴联动（空间曲面，球头刀）,4,轴联动（空间曲面）,5,轴联动及,6,轴联动（空间曲面）。,联动轴数越多数控系统的控制算法就越复杂。,数控机床的主要性能指标,一、数控机床的坐标系和运动方向的规定,统一规定数控机床坐标轴及其运动的方向，可使编程方便，并使编出的程序对同类型机床有通用性。同时也给,维修和使用带来极大的方便。,坐标轴,：,具有位移控制和速度控制功能的运动轴,。,标准坐标系,(,基本坐标系,),：,是一个,右手笛卡儿坐标系统。,附加坐标轴的命名：,平行于标准坐标系中相应坐标轴的进给轴，称为,附加坐标轴,。,统一规定：,以增大工件与刀具之间距离的方向为坐标轴的正方向,。,立式数控铣床的坐标轴,机床坐标轴的确定方法,Z,坐标（轴）,：,对只有一个主轴，且主轴无摆动运动的，则平行主轴轴线的坐标轴为,Z,坐标；,对没有主轴或有多个主轴的数控机床，则规定垂直于工件装夹面的方向的坐标轴为,Z,坐标；,对主轴能摆动，且在摆动的范围内只与标准坐标系中的某一坐标平行的数控机床，则该坐标轴便是,Z,坐标；,对主轴能摆动，若在摆动的范围内与多个坐标平行的数控机床，则取垂直于工件装夹面方向的坐标轴为,Z,坐标。,X,坐标（轴）：,规定,x,坐标轴为水平方向，且垂直于,z,轴并平行于工件的装夹面。,对于工件旋转的机床,(,如车床、外圆磨床等,),，,x,坐标的方向是在工件的径向上，且平行于横向滑座。对于刀具旋转的机床,(,如铣床、镗床等,),，则规定：当,z,轴为水平时，从刀具主轴后端向工件方向看，向右方向为,x,轴的正方向；当,z,轴为垂直时，对于单立柱机床，面对刀具主轴向立柱方向看，向右方向为,x,轴的正方向。,y,坐标（轴）：,按右手定则确定,y,坐标的正方向。,A,、,B,、,C,坐标,：,按右手螺旋定则来确定,A,、,B,、,C,坐标的正方向。,右手定则：,大拇指指向,+,X,，,中指指向,+,Z,，,则,+,Y,方向为食指指向。,右手螺旋法则：,在,XZ,平面，从,Z,至,X,，,拇指所指的方向为,+,。,二、数控机床的可控轴数和联动轴数,三轴两联动加工,“,行切法”,以,X、Y、Z,轴中任意两轴作插补运动，另一轴（轴）作周期性进给。这时一般采用球头或指状铣刀，在可能的条件下，球半径应尽可能选择大一 些，以提高零件表面光洁度。该方法加工的表面光洁度较差。,类似的还有所谓“环切法”。,三轴联动加工,回珠器,三轴联动加工示意图,四轴联动加工方法,飞机大梁,四轴联动加工示意图,五轴联动加工,五轴联动加工示意图,螺旋桨类零件,三、数控机床的运动性能指标,主轴转速,进给速度,坐标行程,摆角范围,刀库容量和换刀时间,四、数控机床的精度指标,定位精度,重复定位精度,分度精度,分辨率与脉冲当量,