【《并联机床设计的国内外文献综述》4600字】

PAGE\*Arabic2PAGE并联机床设计的国内外文献综述目录TOC\o"1-3"\h\u15454并联机床设计的国内外文献综述 2192651.1设计必要性 2312681.2发展历史 234051.3国内外发展现状 474341.4现代发展趋势 5225521.5分类 622093参考文献 71.1设计必要性课题设计内容为并联机床机构，在机床系统之中，大部分的传统机床都是横加竖的串联结构，在某种程度上来说，并联且能动，有一丝天马行空的感觉。但恰恰是对科学的追求，一部分设计师努力让不可能变成可能，并联机床这一新兴概念，被人们从理论变为了实际存在的物件。就性能来说，并联机床更够完成更复杂的加工，它能取代串联机床的加工缺陷，对于一些精密零件，串联机床所不能达到的要求，可以由并联机床来完成，对于特别重要的零件，可以由两者合作制造，已达到制造目的。可以说，并联机床的出现，改变了设计制造的可行性。当设计师们在工艺设计时，可以不用考虑太多的东西，能够节省更多的的时间来完成别的部分的设计内容。1.2发展历史并联机床的结构独特，大多都是悬浮式结构，这样做的目的既能增加运动范围，也能节约空间。在这其中，Stewart平台是最具代表的结构，它的样式基本上就囊括了现在的并联机床的设计样式，具体如图1.1。可以说是鼻祖模型。现在很多的并联机床设计都或多或少参考了它的形象来进行调整和添加。图1.1Stewart平台它的本身设计并不是单独的机床结构，它的核心之处在于计算机机器人。它是两者的结合体，通过该结构，能够较好的解决机床刚性差的问题，从而满足机床的工作速度，提升整体效益，实现速度和质量的改革。由于其独特之处，该类机床在航天装备、军工、电子产品的领域有着极其重要的成分，可以说是这些领域的核心领导部分。它能完成高精度，高质量的精密加工零件，并且改良之后的机床没有了传统机床的刚度差，承载差的问题。因此，说它是新世纪的制造之母一点都不过分。这种技术性的更新标志着时代的制造业的发展情况，也是一种未来发展方向的指导。1965年，有一位科学家提出了一个概念，当一个机器能够悬空作业，那么是不是能克服许多在加工过程中存在的困难，这一想法立刻在工业界引发了激烈的讨论，有的人说这是胡乱想象，但有的人却认为这可以实现，于是乎，为了证明这一观点，人们开始了漫长而又艰辛的设计。1993年，美国人发明了一种并联加工机械手，它能完成当代产品所有的加工功能，虽然数据上显得有些粗糙，但它却象征着并联机床的出现，他就是未来机床的雏形。也正是因为美国该发明的出现，使得并联机床的发展正式步入了时代的道路中。在随后的1994年，在IMT94上，有三家公司分别展示了自己的设计品，这三家公司分别是美国的Giddings&Lewis和Ingersoll，以及来自于瑞士的Geodetis，他们通过之前的科研报告完成了自己的并联机床的样品。当世人看到这种强大的新型机器时，许多研究员们明白了其中所蕴含的科技价值，于是乎从之后，各国的研究院和企业开始着力发展并联机床的相关技术和开发未知的领域。美国著名研究新型科技，尤其在碳纤维方面有卓越研究的Hexel公司，他们在当年9月份向世人展示了他们所制造的Stewart平台。示意图如图1.2所示:图1.2Hexel公司的Stewart平台之后国家开始注意到该机器的重要性，美国对于该项技术有着很大的重视，随后就建立了相关研究所，专门进行并联机床的研究设计。1.3国内外发展现状（1）国外在并联机床这一块，国外许多公司和国家对此相当重视，早就在90年代就有所研究了，现如今已经2021年了，国外在这一块的技术早已是炉火纯青的情况，尤其是工业技术极高的德国和日本，他们在相关领域的领先是绝对化的，而在瑞士等国家，他们对于高精度机床这一块也是极其强大的，就数据上来说，即使是每年产量才几台，但对于他们的相关公司来说，已经是满足那一整年的经济收益了。国外最著名的时期便是1994年，那一年可以说是并联机床的开祖元年。那一年的芝加哥机床博览会上，并联机床向全世界展示了他的非同凡响，对于这种全新的加工机床，各个国家在之后的发展中也是重中之重，毕竟，机床是工业设计之母，哪个国家拥有最先进的机床，那这个国家的设计水平将会是全球最为领先的存在。在1994年之后，许多国家开始注重了并联机床的设计，我们耳熟能详的公司，例如瑞士的IFW研究所，为瑞士的工业水平带来了质一般的飞跃提升。再比如日本的三菱公司，作为当今世界上的工业巨头，他在负责本国的重工技术的情况下，在对于国外的影响力也是绝对领先的存在。而在日本，除了三菱重工，还有丰田、日立等耳熟的大型企业存在，他们就是日本工业的领航者。而提到工业，这里不得不提一下德国，毕竟德国才是当今世界的工业水平的体现，提到德国，人们对他的映像绝不至于是二战时间的那个强大的国家，还有那句耳熟的精美的德国工艺。作为世界上拥有最先进的工业技术的国家，他们在其中的投资水平是空前的，这不仅仅是因为他们在过去的积累，而且还有着他们对于现代的发展情况。德国以大学为单位，进行着相关技术的研究，甚至每年出重金来举办相关的竞赛，就是为了保证每年的技术有所更新。一直相同的，美国由国家签约的实验室，早早地在1996年便成立了相关条款，并且在国内开设了一个合作的站点，供全美国的设计师们共同讨论相关的内容知识。（2）国内国内的并联机床研究虽然也发展的早，但由于技术上存在着断层，导致国内的并联机床水平严重落后于国外的水平，并且因为美国等国对中国的打压，导致中国在向外学习的过程中存在着很大的阻力，甚至于有的技术他国宁愿向其他发达国家公开学习也不愿意向中国售卖相关信息，对中国进行了科技封锁。尽管如此，中国还是在艰难中缓慢度过，不断通过国家优势，慢慢地发展着相关科技，在2000年，中国人就靠自己的努力，制造出了madeinchina的第一台数控并联机床样机，这台由当时全中国的精英们所共同设计的机床，向中国交上了一份较为满意的答卷。只可惜，在后续的发展过程中，由于相关技术被外国人卡脖子，并且国内形式的改革，实体经济严重内卷收缩，导致了实体经济发展的不景气，还有部分贪污的情况，就如沈阳机床厂，导致中国的并联机床发展技术远远不如国外技术，就当前情况来说，中国在相关技术方面，仅仅是赶上了二十年前的日本，更别提其他发展更迅速的国家。可以说这是一种时代的悲哀，就看将来的中国能不能慢慢弥补上这个巨大的漏洞。希望我国内能够赶上这些差距，弥补老一辈精英前辈们所留下的遗憾。图1.3国内第一台并联机床加工叶轮1.4现代发展趋势经过了几十年的研究，相关技术早已成熟了许多，但对于并联机床来说，这些进步并不代表着它完全成熟，在许多相关的知识方面还有很大的欠缺，等待着我们去完整它。冗余度：由于并联机器人是一个多项技术的结合体，它的结构不复杂，但它的内部属性却层层紧扣，因此导致了它的冗余度十分的不稳定，为了降低这个数据，保证机器的完美运行，人们在设计并联机器人的过程中需要一个更为合理的方案。奇异位形：并联机器人特殊就特殊在它的运动空间范围，和传统的机构相比，它可以做到在立体空间内的移动和变化，但立体化的空间，其位置的不确定性就需要我们通过计算机对其位移的详细分析，通过系统调整来达到最完美的运动位置，以此来减少对机器的损坏。力学：运动过程中必定有各种力的产生，有的力相对于并联机床能够起到帮助的作用，但有的力产生却会影响甚至破坏机床自身，分析并联机床的受力情况，判断部件的受力情况，通过力的分析来更改方案或材料。模块部分：并联机器人除了本身的高档之外，其重中之重在于数据模块，也就是计算机部分。计算机才是它的心脏，数据处理完全由机器人来完成，只需要输入相关数据，它就能完成传统机床所不能完成的任务，可以说它的设计比机床本身更值得去探究，主板的设计是设计的关键之一。自由度：随着轴的数量增加，对于并联机器人的自由度也有了很大的影响。结构越复杂，机器的故障率也就越高，因此为了达到科技化，使用更少自由度的机器来完成更高难度的东西，相关研究有待发展和进步。运动学优化：不管是正运动学还是逆运动学，在机器人部分都有很多的利用，对运动学的优化有助于并联机器人的使用。1.5分类根据以下几点，我们大致可以对并联机床进行以下几种类型的分类，用于辨别并联机床：（1）按自由度来分：自由度是区分并联机器人类型的最简单方法之一。一般来说，驱动杆有几个，自由度就是几。自由度用F来代替，当自由度等于几的时候F就等于几。例如本次设计就是3-并联机器人。当自由度大于六的时候，我们一般称这种并联机构存在冗余，该类机构统称为冗余机器人。与之概念相反的当自由度和杆的数目不匹配且小于杆数目是后我们称它为欠秩机器人。（2）按长度来分：一般情况下，多是由可伸缩的杆件来负责支撑两平台，且通过改变杆的长度来完成平台之间的空间，以此满足加工条件。这种类型的称为Hexapod型。另外一种就是将驱动杆部分固定加工，通过平台的移动，来达到加工的方法，铰链主要是与平台相连，中间有一根供平台进行移动的固定杆件，以此来达到目的。这种型的我们称为Hexaglide型。（3）按输入信号来分：一般分为两类驱动输入方式，一种是线性驱动输入，另外一种则是旋转驱动输入。线性驱动输入较为常见，我们平时设计制造的也多为该类型。这种类型的机器人运动方式较为简单，对其进行运动学分析的话考虑因素较少，它的逆运动剖析用计算机辅助的话比较容易得出数据。另外一种类型的并联机器人，它和线性驱动机器人相比，所占用的空间更少了，能承受更大的受力它的结构复杂了，但它结构相较于线性的更复杂了，对于其运动学的分析将会变得不稳定，逆运动分析的时候将也会变难上许多且复杂，不利于批量工作化。

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