并联运动机床概述.doc

来自/jxzb/part3/part3-chapter2-101.html并联运动机床概述 并联运动机床是以空间并联机构为基础，充分利用计算机数字控制的潜力，以软件取代部分硬件，以电气装置和电子器件取代部分机械传动，使将近两个世纪以来以笛卡儿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变化。 1994年，美国 Giddings & Lewis 公司展出第一台并联运动机床：Variax 加工中心，该机床现在英国 Nottingham 大学工学院；1996年，美国 Ingersoll 公司推出VOH1000型立式加工中心和HOH600型卧式加工中心，现分别在美国国家标准与技术研究所和德国阿亨工业大学机床实验室。 Variax 型加工中心HOH 600型卧式加工中心通过早期并联运动机床的试验研究表明，并联运动机床与传统机床比较，具有以下特点： 1) 运动部件质量小，运动惯性小； 2) 高运动速度和高加速度，适合高速加工； 3) 主要部件具有重复性，通用程度高； 4) 容易通过预加载荷，提高机床部件的刚度； 5) 通过控制系统可以实现运动精度的补偿。并联机构概念设计 并联机构（Parallel mechanism）是由2个和2个以上的驱动器（作动器）通过杆系同时作用于运动平台的空间运动机构。它的特点是，所有的分支机构可同时接受驱动器的输入，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。 在工业中，3杆并联机构（Tripod）和6杆并联机构（Hexapod）应用最为广泛，如Delta 机器人和 Tricept 机器人是典型的3杆并联机构，而Stewart 平台是典型的 6杆并联机构。其机构如下图所示：6自由度的Delta并联机构Stewart 运动平台概念设计的主要内容：1） 机构综合。根据加工要求，选定并联运动机构所需的自由度，建立相应的运动学模型。2） 空间位置分析及坐标转换。并联运动机床的空间位置分析比较复杂，位置分析法分为正解法和逆解法。正解法的难度比较大，一般采用逆解法。3） 工作空间和约束条件。合理工作空间的设计是概念设计的核心，工作空间会受到构件长度、铰链的偏转角以及构件之间的干涉的约束。4） 实时运动仿真。由于并联运动机构的运动复杂性，动平台位置及其姿态仅凭计算很难判断其正确性，加上并联运动机床的各种几何约束，能否现实给定刀头点的轨迹，最终都需要通过运动仿真来解决。并联运动机构的应用现在，并联机构有着广泛的应用：一. 运动模拟器 二. 工业机器人 三. 医用机器人 四. 微定位机器人五. 天文望远镜 六. 绳索机器人吊车飞毯 七. 并联运动机床运动模拟器包装饼干的Delta工业机器人医用机器人KNM-750 型测量机天文望远镜6X Hexa 型并联运动机床并联运动机床的设计一并联运动机床设计的特点1） 非线形。动平台或主轴部件的运动参数（速度、加速度）的变化是非线性的。2） 奇异性。动平台或主轴部件在不同位置时，机床的静态和动态性能有较大的差异，甚至刀头点的位置都存在一定程度的不可预测性。3） 多样性。实现所需运动的并联运动机构往往具有多种组合的可能性。二并联运动机床设计的内容1） 原始参数的确定。根据机床的应用领域和加工对象确定机床设计的原始参数。例如：被加工材料、零件尺寸范围、加工工艺、主轴功率和切削力等等。2） 概念设计和运动综合。首先要确定采用采用并联运动机构还是并联与串联混合的机构，三杆机构还是六杆机构，固定杆长还是可变杆长。然后，进行运动学的综合分析，确定是否需要冗余部件。此外，概念设计还包括确定机构的几何尺寸，计算动平台的姿态和工作空间，校验构件是否在运动时发生干涉以及进行运动过程的仿真。3） 机床的结构设计。部件的设计和选用，包括主轴部件、杆件、铰链以及支承部件的设计。结构设计需要借助有限元分析和仿真反复优化，以获得满意的静态、动态和热性能。4） 控制系统的设计和标定。将加工零件所需要的笛卡儿坐标数据，转换成驱动并联运动机构动平台的控制数据，是一个非常复杂的问题，需要解决控制算法和实时转换等技术问题。5） 样机试制。并联运动机床的样机试制、标定、补偿和修正将与机床设计过程本身联系在一起，是机床性能优化不可缺少的环节。主要部件的设计和选用一、主轴系统主轴是直接体现机床性能的关键部件。并联运动机床大多数采用内装变频电动机的主轴部件。它是一种机电一体化的功能部件，起电动机转子与主轴是一体的，无需任何机械连接。改变供电的频率，就可实现主轴调速，这种模块化、系统化的功能部件称为电主轴。Z3主轴部件二、杆件和铰链1.杆件的分类：按杆件的长度，可分为可变杆长和固定杆长。2.杆件的驱动方式，可分为回转驱动和直线驱动铰链是连接杆件和动平台的构件，起功能是提供绕某一运动中心的转动以及传递实现运动所需的力，它可分为球铰链和万向铰链。杆件和万向铰链三、驱动系统 杆件的位移是并联运动机床的