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并联机床发展综述刘君天津大学机械学院机械制造及其自动化专业级硕士生摘要本文介绍了并联机床的基本概念特征以及通过与传统机床的对比总结得出并联机床的优缺点基于对国内外并联机床的研究现状的分析指出了并联机床在走向实用化所面临的一些问题并说明对并联机床未来发展趋势的展望关键字并联机床研究现状展望前言早在年英国人和就进行了空间机构理论的研究但并联机构真正的兴起要算到世纪年代以后自从提出一种新型的自由度空间并联机构以来并联机构便以其结构简单累计误差小运动速度高等优点引起了国内外研究人员的广泛兴趣因此该机构也
并联机床发展综述
刘 君
天津大学机械学院机械制造及其自动化专业2013级硕士生
摘要:本文介绍了并联机床的基本概念、特征,以及通过与传统机床的对比,总结得出并联机床的优缺点。基于对国内外并联机床的研究现状的分析,指出了并联机床在走向实用化所面临的一些问题,并说明对并联机床未来发展趋势的展望。
关键字:并联机床;研究现状;展望
The Reviews of Parallel Kinematic Machine Development
LIU Jun
(School of Mechanical Engineering ,Tianjin University ,Tianjin 300072,China)
Abstract: In this paper , the basic concepts and characteristics of PKM are presented . On this basis , the merits and demerits of PKM which compared with traditional machine tools are summarized . Through the analysis of development of PKM at home and abroad , some issues which must be faced during PKM stepping into utility are also presented , in the meanwhile , the further development trend are discussed .
Keywords: PKM(Parallel Kinematic Machine); development ; outlook
0 前言
早在1890~1894年,英国人Clerk J.Maxwell和A.Annheim就进行了空间机构理论的研究[1]。但并联机构真正的兴起要算到20世纪60年代以后,自从Stewart提出一种新型的6自由度空间并联机构以来,并联机构便以其结构简单、累计误差小、运动速度高等优点引起了国内外研究人员的广泛兴趣,因此,该机构也被命名为Stewart平台[2],如 图1 Sterart平台结构图
图1所示。
1 并联机床概述
1.1 并联机床及其相关概念
并联机床:是一种基于并联机构原理并结合现代机器人技术、机床技术而产生的一种新型数控机床,其基本的结构特征是并
联,即:由床身—刀具(动平台)—工件这一运动链中包含多条独立的主动支链,图 2
所示为一典型的 6 自由度并联机床。并联机床在国内也称作虚拟机床、变轴机床[3]、六条腿机床、六杆机床、六足虫机床等等,在国际上一般称为 Parallel Kinematic Machine (PKM),也有称为 Virtual Axis Machine tool、Linapod、Hexapod、Variax、parallel link machine 等的,但是PKM似乎已经成为目前国际上对并联机床约定俗成的称呼。
图2 INGERSOLL公司的并联机床
1.2 并联机床的分类
随着并联机床的快速发展,并联机床的形式也多种多样,大致可按如下进行分类:
(1) 按加工方式可分为外加工方式和内加工方式;
(2) 按动平台布置方式可分为立式和卧式;
(3) 按伸缩轴运动方式可分为轴伸缩式和轴滑动式以及轴摆动式;
1.3 并联机床与传统机床的基本特征比较
整体而言,传统的串联机构机床,是属于数学简单而机构复杂的机床,而相对的,并联机构机床则机构简单而数学复杂,整个平台的运动牵涉到相当庞大的数学运算,因此虚拟轴并联机床是一种知识密集型机构。这种新型机床完全打破了传统机床结构的概念,抛弃了固定导轨的刀具导向方式,采用了多杆并联机构驱动,大大提高了机床的刚度,使加工精度和加工质量都有较大的改进。详细比较见下表[4]:
表1 并联机床与传统机床对比表
基本特征 传统机床 并联机床 传动路线 工作台(工件)—床身导轨—主轴—主轴(刀具),机床结构在由床身到末端执行器(刀具)的整个传动过程表现为串联的非对称c型联 工作台(工件)—床身—多条伸缩轴—动平台(刀具),机床结构在由床身到末端执行器(刀具)的整个传动过程表现为并联 坐标系 理论上的笛卡尔坐标系可以和实际的轴对应;算
时一般不需要复杂的坐标变换 理论上的坐标系在实际机床上没有对应,表现为虚拟轴;计算时必须进行复杂的坐标变换 刚度\ 质量比 低 高 响应速度 低 高 振动响应频率谱 窄,不同工作位姿振动响
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