文档介绍：第1章绪论

为了提高对生产环境的适应性,满足快速多变的市场需求,近年来全球机床制造业都在积极探索和研制新型多功能的制造装备与系统,其中在机床结构技术上的突破性进展当属90年代中期问世的并联机床(ool),又称虚(拟)轴机床(ool)或并联运动学机器(ParallelKinematicsMachine)。并联机床实质上是机器人技术与机床结构技术结合的产物,其原型是并联机器人操作机。与实现等同功能的传统五坐标数控机床相比,并联机床具有如下优点:
刚度重量比大:因采用并联闭环静定或非静定杆系结构,且在准静态情况下,传动构件理论上为仅受拉压载荷的二力杆,故传动机构的单位重量具有很高的承载能力。
响应速度快:运动部件惯性的大幅度降低有效地改善了伺服控制器的动态品质,允许动平台获得很高的进给速度和加速度,因而特别适于各种高速数控作业。
环境适应性强:便于可重组和模块化设计,且可构成形式多样的布局和自由度组合。在动平台上安装***可进行多坐标铣、钻、磨、抛光,以及异型***刃磨等加工。装备机械手腕、D摄像机等末端执行器,还可完成精密装配、特种加工与测量等作业。
技术附加值高:并联机床具有“硬件”简单,“软件”复杂的特点,是一种技术附加值很高的机电一体化产品,因此可望获得高额的经济回报。
目前,国际学术界和工程界对研究与开发并联机床非常重视,并于90年代中期相继推出结构形式各异的产品化样机。1994年在芝加哥国际机床博览会上,美国Ingersoll铣床公司、Giddings&Lewis公司和Hexal公司首次展出了称为“六足虫”(Hexapod)和“变异型”(VARIAX)的数控机床与加工中心,引起轰动。此后,英国Geodetic公司,俄罗斯Lapik公司,挪威Multicraft公司,日本丰田、日立、三菱等公司,瑞士ETZH和IFW研究所,瑞典NeosRobotics公司,丹麦Braunschweig公司,德国亚琛工业大学、汉诺威大学和斯图加特大学等单位也研制出不同结构形式的数控铣床、激光加工和水射流机床、坐标测量机和加工中心。与之相呼应,由美国Sandia国家实验室和国家标准局倡议,已于1996年专门成立了Hexapod用户协会,并在国际互联网上设立站点。近年来,与并联机床和并联机器人操作机有关的学术会议层出不穷,例如第47~49届CIRP年会、1998~1999年CIRA大会、ASME第25届机构学双年会、第10届TMM世界大会均有大量文章涉及这一领域。由美国国家科学基金会动议,1998年在意大利米兰召开了第一届国际并联运动学机器专题研讨会,并决定第二届研讨会于2000年在美国密执安大学举行。1994~1999年期间,在历次大型国际机床博览会上均有这类新型机床参展,并认为可望成为21世纪高速轻型数控加工的主力装备。
我国已将并联机床的研究与开发列入国家“九五”攻关计划和863高技术发展计划,相关基础理论研究连续得到国家自然科学基金和国家攀登计划的资助。部分高校还将并联机床的研发纳入教育部211工程重点建设项目,并得到地方政府部门的支持且吸引了机床骨干企业的参与。在国家自然科学基金委员会的支持下,中国大陆地区从事这方面研究的骨干力量,于1999年6月在清华大学召开了我国第一届并联机器人与并联机床设计理论与关键技术研讨会,对并联机床的发展现状、未来趋势以及亟待解决的问题进行了研讨。
并联机床发展历史及现状
并联运动机床及虚拟轴机床普遍采用Stewart平台及其变形机构,它是现代机器人技术和现代机床技术的完美结合。并联机床使将近两个世纪以来以笛卡尔坐标直线位移为基础的机床结构和运动学原理发生了根本性的变革,抛弃了固定导轨的***导向方式,采用了多杆并联机构驱动,完全打破了传统机床结构的概念。由于采用Stewart平台结构,大大提高了机床的刚度,实现了高速超高速的机床加工,促使加工速度和加工质量显著提高。由于这种机床具有高刚度、高承载能力、高速度、高精度、重量轻、机械结构简单、标准化程度高和模块化程度高等优点,在要求精密加工的航空航天、兵器、船舶、电子等领域得到了成功的应用。可以说:“虚拟轴数控机床被认为是20 世纪最具有革命性的机床设计的突破,代表了21世纪机床发展的方向。”
并联机床的研究方向:
(1) 并联机床组成原理的研究
研究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。
(2) 并联机床运动空间的研究
包括运动空间分析及仿真、可达工作空间求解(如数值求解法、球坐标搜索法等)、机床干涉计算及位置分析等。
(3) 并联机床结构设计的研究
并联机床的结构设计包括很多内容,如机床的总体布局、安全机构设计、数控系统设计(包括数控平台建造、数控系统编程、数控加