并联机床发展的历史现状以及未来发展的趋势-天津大学研究生e.doc

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