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,*,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,*,并联机床的研究和发展,一、并联机床的定义及与传统机床的比较,二、并联机床的国内外研究现状和发展趋势,三、并联机床的关键性技术以及问题,小组成员：,祁艳飞 廖瑞珍,朱柯见 开亚骏,一、并联机床的定义及与传统机床的比较,1,）并联机床的定义,：并联机床，又称并联结构机床、虚拟轴机床，也曾被称为六条腿机床、六足虫。并联机床是基于空间并联机构,Stewart,平台原理开发的，是近年才出现的一种新概念机床，它是并联机器人机构与机床结合的产物，是空间机构学、机械制造、数控技术、计算机软硬技术和,CAD/CAM,技术高度结合的高科技产品。,2,）并联机床与传统机床的比较,与传统机床的区别：传统机床布局的特点是以床身、立柱、横梁作为支承部件,主轴部件和工作台的滑板沿支承部件上的直线导轨移动,按照,X,、,Y,、,Z,坐标运动叠加的串联运动学原理形成刀头点的加工表面轨迹,;,并联机床布局的特点是,以机床框架为固定平台的若干杆件组成空间并联机构,主轴部件安装在并联机构的动平台上,改变杆件的长度或移动杆件的支点,按照并联运动学原理形成刀头点的加工表面轨迹,.,与传统机床相比较具有的优点：,并联机构的执行机构运动灵活,很容易实现多自由度联动,从而更易于实现空间曲面的加工,;,并联机床结构简单,零件总数较少,成本容易控制,;,并联机床移动部件质量小,响应速度快,动态性能好,更适于高速加工,;,并联机床的模块化程度高,易于重构,二、并联机床的国内外研究现状及发展趋势,1,）国外并联机床的研究现状和发张趋势：,国外并联机床的研究起始于上世纪,80,年代，但真正将并联机构成功应用于机床是,1994,年，美国的,Gidding&Lewis,公司在这年的美国芝加哥国际机床博览会,(IMTS,94),上，推出了历时,6,年研制的第一代,“,变轴,”,并联机床，命名为,“,Variax,”,机床随后,美国,Inger soll,公司,(1994,年,),相继推出了采用并联机构的,VOH21000,型立式加工中心和,HOH2600,型卧式加工中心,(EMO97),这两台机床在结构上都作了较大改进,从内铣型改为外铣型,并明显缩小了主轴部件的体积,减轻了运动部件的质量,安装工件也比较方便,对并联机床的发展产生很大影响,.,而欧洲的第一台商品化并联机床是德国,Mikromat,机床公司的,6X2Hexa,立式加工中心。该机床的工作台在底座上可前后移动,以便于装卸工件,.,底座上有三根按,120,分布的立柱,用于支承并联机构,.,并联机构的特点是，采用双层,Stewart,平台,即上下平台都是两层,.,这种变形结构增大了工作空间,使机床主轴姿态变化时受力更均匀,.,该机床主要用于磨具加工,可以实现,5,坐标高速铣削,加工精度可达,0101,0102 mm.,其它一些著名机床公司近年推出的并联机床产品还有日本大隈株式会社在,2001,年推出的,PM2600,型立式加工中心、瑞士,ETHZ,研究所的,Hexaglide,并联机床、瑞典,SMT Tricept(,前身是,Neos Robotics),公司的,Tricept 2845,型,5,坐标加工中心、德国斯图加特制造技术中心等单位联合开发的,Paralix,型,5,面加工并联机床、德国,Reichenbacher,公司推出的,Pegasus,型木材加工中心、西门子公司试验基地的并联运动机床、法国,Hexapod CMW,公司的,CMW 300,型,5,坐标高速铣头等,2,）国内并联机床的研究现状及发展趋势,国内对于并联机床的研究是从,20,世纪,90,年代中期开始的,主要研究单位有燕山大学、东北大学、清华大学、天津大学、中科院沈阳自动化研究,所、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、西安交通大学、华中理工大学和浙江大学等,.1998,年,清华大学在第五届中国国际机床展览会上展出了名,为,VAMT1Y,的并联机床,该机床由清华大学和天津大学联合开发,是我国展出的第一台并联机床样机后来,清华大学又先后和云南机床厂、大连机床厂、江东机床厂合作开发了多台并联机床,北京航空航天大学从,1996,年开始从事并联机床的研究,于,1999,年开发出一台虚轴刀具磨床实验样机,.1999,年天津大学在第六届中国国际机床展览会上展出了名为,Linapod,的,3,自由度并联机床,.,该机床是由天津大学开发,天津第一机床厂制造的,.,该机床的定位精度不大于,20m.,沈阳自动化所于,1995,年底研制出一台,6,杆并联机器人机床样机,后来又开发出一台龙门式,4,杆,5,轴并联机床,.,哈尔滨工业大学,1998,年研制出,6,坐标,BJ,系列并联机床,并在,1999,年的机床展览会上展出,.,.,2001,年在北京举行的国际机床展览会,(CIMT2001),上,哈工大又与哈尔滨量具刃具厂合作推出了一台商品化的并联机床。该机床可以对水轮机叶片等复杂曲面进行加工,加工精度可达,0.02 mm,。而东北大学先进制造与自动化技术研究所,从,1995,年开始对少于,6,杆的并联机构作了大量研究,并于,1997,年推出了一台三杆,32DOF,并联机床,开创了我国开发研制低于六个自由度的并联机床的先河,.,该三自由度并联机床采用,TPT,型支链结构,具有三个移动自由度,基本克服了六自由度,Stewart,并联机构工作空间小、耦合性强的缺点,应用范围广。,三、并联机床的关键性技术以及问题,1,）目前，国内外关于并联机床研究的关键技术主要有：并联机床设计理论和结构设计研究、并联机床的运动学设计研究、并联机床动力学和动态特性研究以及并联机床动力与控制策略的研究等。近十余年来，关于并联机床这些方面的研究工作取得了很大的进展。,并联机床设计理论和结构设计研究,并联机床组成原理研究主要致力于解决并联机床自由度计算、运动副类型、支铰类型以及运动学分析、建模与仿真等问题；结构设计主要包括机床的总体布局和安全机构设计。并联机床机构学及相关理论的研究开始较早，目前比较成熟，但是随着对机床的精度、工作空间、可靠性等的要求的提高，这些问题必须从机床的机构设计考虑才能求出满意的解决方案。因此对于并联机床的研究归根结底是对于并联机构本身的研究，随着对于并联机构研究的深入，一定可以得到比现存机构更优良的机构，促使并联机床的发展，这方面还有待进一步的突破。在国外，从并联机床的设计到制造已经实现了计算机的虚拟设计和仿真。,并联机床的运动学设计研究,并联机床运动学设计包括运动学正逆解分析、工作空问定义与描述、工作空间分析与综合等内容。工作空间分析是并联机床机构运动学设计的核心内容之一。它是评价动平台实现位姿的能力的主要标准。工位奇异性研究主要研究奇异性工位的位置和范围，当机构处于奇异相位时，机构的速度反解不存在，存在某些不可控的自由度，奇异相位分为边界奇异、局部奇异和结构奇异三种形式。在国内，对并联机床工作空间的深入研究刚刚开始，而在国外，并联机床的工作空间已经可以实现量化的计算。,并联机床动力学的研究目前国内外对并联机构动力学的研究主要集中在刚体动力学逆问题上，主要涉及给定末端执行器的位置、速度和加速度来反求伺服电机的驱动力，是并联机床动力分析、整机动态设计、动力学尺度综合、控制器参数整定和伺服电机选配的理论基础。相应的建模方法可采用几乎所有可以利用的力学原理。如牛顿欧拉法、拉格朗日方程、虚功原理等。并联机床的刚体动力学方程模型过于复杂，逆向求解费时费力，迄今尚难以应用于并联机床的控制器设计中。因此，根据并联机床的实际特点，进一步合理简化动力学模型并寻求相应的高效算法是十分必要的。将构件视为弹性的动力学建模是并联机床动态性能分析和动态设计的理论基础。并联机床动力学系统具有结构耦合、时变、非线性的特点，因此其弹性动力学建模与分析方法远比传统机床复杂。并联机床的动力学研究水平离现有传统机床相差较远，这也成为制约并联机床发展的瓶颈问题之一，同时也是一项极富挑战性的工作。,并联机床动态特性的研究,动态性能是影响并联机床加工效率和加工精度的重要指标。由于并联机构是个封闭回路，使并联结构机床具有更高的刚度，但由此引起的耦合问题，使机构动力分析很困难，因此，对其研究应予以足够的重视。动态设计目标可以归结为：提高整机单位重量的静刚度、通过质量和刚度合理匹配使得低阶主导模态的振动能量均衡、有效地降低刀具与工件间相对柔度，以期改善抵抗切削颤振的能力。,2,）并联机床的关键问题,以,Stewart,平台为基础的并联机床改变了传统机床的机构，是制造业具有革命性的创新成果。以,Stewart,平台为代表的六杆并联机构，虽然其有着得天独厚的特点和优势，但距离实际应用还有许多问题需要进一步加以研究和解决，主要间题是：有效工作区域的描述复杂和受约束问题的解决困难；运动学的正解求解非常困难，没有解析解、存在运动藕合和多解性；动力学计算困难，影响因素非常复杂；球铰的制造精度、运动和造价等问题影响其应用，运动祸合的存在导致对元件和控制精度要求高；由于其工作空间存在奇异点，而且要考虑避免驱动杆间的几何干涉，机床的实际工作空间狭小。所述局限性影响其应用和推广。,Stewart,平台：一共有两个平台，一个动平台一个静平台，二者之间通过一个旋转副和一个万向节组成的四连杆机构连接（,3,组）,谢谢观赏！,