《并联运动机床》课件

《《并联运动机床》课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、一、并联运动机床概述二、并联机床技术的研究和发展三、并联机床的特点四、并联运动机床结构五、并联机构的应用新概念并联运动机床一、并联运动机床概述1.新概念机床－并联运动机床并联机床(ParallelMachineTools)，又称并联结构机床(ParallelStructuredMachineTools)，虚拟轴机床(VirtualAxisMachineTools)，也曾被称为六条腿机床、六足虫(Hexapods)、21世纪的机床。如图1所示立柱主轴部件工作台杆件滑板工作空间并联机床是基于空间并联机

2、构Stewart平台原理开发的，它是并联机器人机构与机床结合的产物；它克服了传统机床串联机构刀具只能沿固定导轨进给、刀具作业自由度偏低、设备加工灵活性和机动性不够等固有的缺陷；可实现多坐标联动数控加工、装配和测量多种功能，更能满足复杂特种零件的加工。自其1994年在美国芝加哥机床展上首次面世即被誉为是“21世纪的机床”，成为机床家族中最有生命力的新成员。2.传统机床的串联机构虚轴机床与传统机床相比有许多优异的性能。一般传统机床可看作是一个空间串联机构，如图2所示，它的横梁、立柱等部件往往承受弯曲载

3、荷，而弯曲载荷—般要比拉压载荷造成更大的应力和变形，所以为了提高机床刚性，必须采用大截面的构件。另外，当机床运动自由度增多时。需增加相应的串联运动链，机床的机械结构变得十分复杂。动立柱立式加工中心传统的机床(以动立柱立式加工中心为例，如图3所示)从基座(床身)至末端运动部件，经过床身到滑座(在床身上作X轴运动)；滑座到立柱(在滑座上作Y轴运动)；立柱到主轴箱(在立柱上作Z轴运动)的先后顺序，逐级串联相连接的。因此，当滑座在作X轴运动时，滑座上的轴和立柱上的轴也作了相应的空间运动，也即后置的轴必须随

4、同前置的轴一起运动。这无疑增加了轴运动部件的质量。同时，加工时主轴上刀具所受的切削力反力，也依次传递给立柱、滑座，最终传递给床身，也即末端所受的力按顺序依次串联地传至最前端。此外，这些作用力一般不通过构件重心，必然会产生弯矩和扭矩。因此，前端构件不但要额外负担后端构件的重力(重量)，而且还要考虑承受切削力。这样一来，为了达到机床高刚度的要求，每部分结构件需具有相应的体积和材料。总之，传统机床的串联结构特性，必然会导致移动部件的质量大、系统刚度低，而成为机床致命的弱点；特别是当机床运动速度高和工件质

5、量大时，这些弱点更为突出。3.虚轴机床的并联机构虚轴机床的基本结构是一个动平台、一个定平台和六根长度可变的连杆,如图4所示。动平台上装有机床主轴和刀具，定平台(或者与定平台固连的工作台)上安装工件，六根杆实际是六个滚珠丝杠螺母副，它们将两个平台连在一起，同时将伺服电动机的旋转运动转换为直线运动，从而不断改变六根杆的长度，带动动平台产生六自由度的空间运动，使刀具在工件上加工出复杂的三维曲面（如图5所示）。由于这种机床上没有导轨、转台等表征坐标轴方向的实体构件，故称为虚轴机床(VirtualAxisM

6、achineTool)；由于其结构特点，又称为“并联运动机床”(ParallelKinematicMachine，PKM)；同时由于其奇异的外形，西方刊物上还常称之为“六足虫”(Hexapod)。如前所述，虚轴机床实际是一个空间并联连杆机构，其六根杆即为六根并联连杆，它们是机床的驱动部件和主要承力部件，由于这六根杆均为二力杆，只承受拉压载荷，所以其应力、变形显著减小，刚性大大提高。由于不必要采用大截面的构件，运动部件的质量减小，从而可采用较高的运动速度和加速度。虚轴机床还被称为是“用数学建造的机床

7、”。它靠复杂的控制运算和相对简单的运动机构来产生六自由度空间运动，大大简化了机床的机械结构，是一种高技术附加值的产品。虚轴机床的制造成本可能低的原因：（1）虚轴机床是用复杂的数学运算和相对简单的机械结构来实现复杂型面的加工，降低了结构制造成本；（2）虚轴机床具有轴对称的基本结构，其对称部件易于实现模块化设计和批量生产；（3）决定虚轴机床精度的关键部件是机床的六根杆及其两端铰链，易于采用滚珠丝杠、关节轴承等通用件、标准件；（4）并联结构各运动副分担工作载荷，驱动功率远小于同等规格的传统机床，伺服系统

8、成本降低。二、并联机床技术的研究和发展（1）并联机床的多样化结构从并联机构的驱动方式上，可将并联机床分为内副驱动、外副驱动及内外副混合驱动三大类；根据并联机床机构的支链配置，可将并联机床分为纯并联型、串并联型、并串联型三种；根据末端执行器运动自由度的数目还可分为6自由度、5自由度、4自由度和3自由度并联机床等。以Stewart平台为基本构型的各类并联机床，包括美国某公司的VARIAX数控机床、英国某公司的Hexapods加工中心、清华大学VAMT1Y型虚拟轴机床原型样机等（2）并联