并联运动机床
机械毕业设计395并联机床实验台总体结构设计
第1章绪论1.1课题背景与意义为了提高对生产环境的适应性，满足快速多变的市场需求，近年来全球机床制造业都在积极探索和研制新型多功能的制造装备与系统，其中在机床结构技术上的突破性进展当属90年代中期问世的并联机床(ParallelMachineTool)，又称虚(拟)轴机床(VirtualAxisMachineTool)或并联运动学机器(ParallelKinematicsMachine)。
并联机床实质上是机器人技术与机床结构技术结合的产物，其原型是并联机器人操作机。
与实现等同功能的传统五坐标数控机床相比，并联机床具有如下优点：刚度重量比大：因采用并联闭环静定或非静定杆系结构，且在准静态情况下，传动构件理论上为仅受拉压载荷的二力杆，故传动机构的单位重量具有很高的承载能力。
响应速度快：运动部件惯性的大幅度降低有效地改善了伺服控制器的动态品质，允许动平台获得很高的进给速度和加速度，因而特别适于各种高速数控作业。
环境适应性强：便于可重组和模块化设计，且可构成形式多样的布局和自由度组合。
在动平台上安装刀具可进行多坐标铣、钻、磨、抛光，以及异型刀具刃磨等加工。
装备机械手腕、高能束源或CCD摄像机等末端执行器，还可完成精密装配、特种加工与测量等作业。
技术附加值高：并联机床具有“硬件”简单，“软件”复杂的特点，是一种技术附加值很高的机电一体化产品，因此可望获得高额的经济回报。
目前，国际学术界和工程界对研究与开发并联机床非常重视，并于90年代中期相继推出结构形式各异的产品化样机。
1994年在芝加哥国际机床博览会上，美国Ingersoll铣床公司、Giddings&Lewis公司和Hexal公司首次展出了称为“六足虫”(Hexapod)和“变异型”(V ARIAX)的数控机床与加工中心，引起轰动。
此后，英国Geodetic公司，俄罗斯Lapik公司，挪威Multicraft公司，日本丰田、日立、三菱等公司,瑞士ETZH和IFW研究所，瑞典NeosRobotics公司，丹麦Braunschweig公司，德国亚琛工业大学、汉诺威大学和斯图加特大学等单位也研制出不同结构形式的数控铣床、激光加工和水射流机床、坐标测量机和加工中心。
并联运动机床概述
并联运动机床概述并联运动机床是指多个工作台或刀架可以同时进行运动的一种机床。
它通过使用多个独立的工作台或刀架，使得机床在同一台机床上可以同时进行多个加工操作。
这种机床一般由主轴、驱动装置、工作台和控制系统组成。
并联运动机床在工业生产中具有广泛的应用，可以提高工作效率，节约生产成本，对于批量生产和多种类型产品的加工都具有较大的优势。
首先，从加工效率上来看，由于并联运动机床可以同时进行多个工艺操作，可以大大缩短加工时间。
例如，在铣床和镗床的组合机床中，通过同时进行铣削和镗削操作，可以使得零件的加工时间减少一半以上。
这对于生产效率提高有着明显的作用。
其次，从生产成本上来看，由于并联运动机床可以在同一台机床上完成多个工艺操作，减少了物料的输送和处理环节，降低了生产线的长度和设备数量，节约了生产空间。
同时，只需要一个操作工人，减少人工成本。
另外，并联运动机床的能耗也较低，不仅节能环保，还能降低生产成本。
此外，并联运动机床还有以下几个优点：一是具有高精度和高稳定性，可以保证产品的质量和稳定性。
二是具有较强的适应性，可以根据不同的加工要求进行调整和改装。
三是具有较好的安全性，由于多个工作台或刀架可以同时进行运动，避免了工件的迎剪和碰撞现象，减少了事故的发生。
不过，并联运动机床也存在一些不足之处。
首先，由于机床结构复杂，维护和保养难度较大。
其次，并联运动机床的控制系统需要进行复杂的编程和调试，需要专业的技术人员进行操作和维护。
另外，并联运动机床的投资成本较高，对于一些小企业来说可能承担不起。
综上所述，并联运动机床具有较高的加工效率和生产效果，对于提高企业的生产能力和竞争力有着积极的作用。
随着制造业的发展，越来越多的企业开始采用并联运动机床。
未来，随着科技的不断进步和机床制造技术的提高，相信并联运动机床会在产业生产中发挥越来越重要的作用。
基于EMC2的并联运动机床的控制系统设计与仿真
２１ ０ ０年 ８月
文 章 编 号 ：０ １ ３ ９ （０ ０ ０ — １ １ ０ １ ０ — ９ ７ ２ １ ）８ ０ ７ — ２
机 械 设 计 与 制 造
Ｍ ａ ｈ ｎｅ ｙ Ｄｅ ｉ ｎ ｃ ｉ ｒ ｓｇ ＆ Ｍａ ｕａ ｔ ｅ ｎ ｆ ｃｕｒ １ ７１
基 于 Ｅ ２的 并联 运 动机 床 的控 制 系统设 计 与仿 真 ＭＣ
Ｖ ＿
６ ａｉ ａ ｐ ￣ ｒ ｅ ｒｕ ｈｉｔ ｄ ｃｎ ｅｍ ｄ ｌｎｏＡＤ ｌ ｏ ｗ ｓ ｅ ｏｍ ｄｔ ｏ ｇ ｒ ｕ ｉ ｔ ｏ ｅ ｔ ＡＭＳｗ ｉ ｅ ｏ ｓ ａ ｓ ｈ ｅｉ ｅｓ ｄ ｊ ｔ ｎ ｈ ｎｏ ｇｈ ｉ ｈｃ ｄ ｍ ｎｔ ｅ ａ ｔ ｖ ｒ ｍｏ — ｈ ｒ ｔｔ ｈ ｎ ｅ ｔ
； 要基础 。 ；
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关键词 ： 并联机床 ； 运动学逆解模开型 ； 开放式控制系统； ＭＣ Ｅ ２
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五面加工并联运动机床
１ 总 体 配 置
Ｐ Ｏ Ｍ型 和Ｐ ０ ０ ８Ｏ ２ ０ 型并 联 运 动 机床 的总 体 配 置设
Ｗ Ｍ ＥＭ ２期 ２ ０ ０ ７年 ４月
图 ３ ５ 并 联 机 构 的工 作 原理 杆
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维普资讯
产 品与技 术
Ｐｏ ｕ ｔ ｒｄ ｃｓ＆ Ｔ ｃ ｎｌｇ ｅｈｏ ｙ ｏ Ｐ ０ Ｍ型并联 运动 机床 的主要 技术 规格 如表 １ ８０ 。
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主 轴偏转角 度 ＿ ＿： 鳓 ≤ ： ，； ≥ ≯ 《 囊ｌ
最 大加 速 度 （ ／。 ｍ ｓ ） １ ２
这种５ 杆配置 使机 床具有 以下 特点 ： （ ）机 床运 动部 件 的质 量很 小 ，采 用 功率 小 的 １ 驱 动装 置 就 可 以达 到很 高 的加 速度 ，所 产 生 的惯 性
所示 。
够 真 正 进 行 ５ 加工 ，其 外 观 和 内部 工 作 空 间 如 图２ 面
图 １ 串 联 、并 联 运 动 机 床 的 基 本 概 念
并 联 运 动 机 床具 有结 构 简 单 、 刚度 高 、 动态 性
能好 等一 系 列 优 点 ，应 用 前 景 广 阔 。但 早 期 的并 联 运动 机床有 ２ 个共 同的缺点 ：
摘 要 ：文章介 绍 了一种 结 构新 颖 、 高速加 工 用的并 联运 动机 床 。它采 用５ 并联 机 构和５ 驱 动 的主 轴 杆 环
加 工 。 同 时 对 高 速 加 工 的 开 放 式 数 控 系统 作 了 简要 的 阐 述 。
部件 ，在 并联 运 动机 构理 论上 有 所 突破 ，从 而 实现 主 轴部 件 的偏 转 角大 ６９ 。 －０ ，能 够 真正 实现 五 轴联 动 、五 面
并联运动机床
并联运动机床机床是完成特定金属加工过程（切削、锻压、激光加工等）的机器。
也称为工作母机或工具机。
说白了机床就是制造机械的工具。
因此机床工业是保证国民经济健康发展的基础工业，机床工业的发展水平也是一个国家工业化水平的重要标志。
所以机床的创新和制造对机械制造业绝对是十分重要的。
所以我们也可以看到到世界各地的机床研究机构和某些具有创新思想的机床公司都在探索新一代的机床。
而1994年开始出现并迅速发展的并联运动机床就是这种执着追求的产物。
首先说一下串联机构和并联机构。
串联机构是一组运动链串联而成。
它的特点是第一个运动链接受驱动器输入而开始运动，只用当它结束后，才开始第二个运动链的运动，以此类推。
最终由运动链n给出串联机构的输出。
串联机构的机构学上通常都是开环。
并联机构是一组两个或两个以上的分支结构并联而成。
它的特点是，所有分支结构可以同时接受驱动器输入，而最终给出输出，并联机构在机构学上多是闭环结构。
而对于机床而言。
并结构机床之前的机床机构多为串联。
还有一种结构便是混合并联结构。
再详细的说一下并联结构。
说到并联结构就必须要提一下Stewart平台。
它是stewart在1965年提出.一种新型的、6自由度的空间并联结构，它是由上下两个平台和六个并联的、可独立自由伸缩的杆件组成。
可以说stewart创造的这种空间并联结构是有划时代意义的。
这之后并联结构迅速发展，还解决了很多串联结构无法解决的问题。
六杆并联机床也是运用了它。
还要说的就是一个Tricept 机器人。
它由瑞典Neos Robotic公司开发。
它引出了另外一种并联运动机床：三杆并联机床。
而现在的并联运动机床大多就是六杆并联和三杆并联两种。
并联机构应用的领域可以说是非常的多。
如运载机器的模拟器很多飞行和赛车模拟系统都是运用并联结构为基础产生运动的效果。
还有工业机器人中的并联机器人，当然还有机床里的并联运动机床等。
如今开发者对并联结构的开发和创造都很积极。
三支脚并联运动机床的特点及典型应用
（ ）一 次性 装 夹 完 成 多面 加 工 ２
机 床 的 灵 活性 很 强 ，其主 轴 矢 量 方 向可 以 覆盖 空 间
关节的 回转运动均采用轴承 ，没有球铰链 ，故关节
点结构简单 ， 制 造 容 易 ， 精 度保持性好 ， 维 修 方 便 。 图２ 所 示 为 关 节 点 结构示意 图， 回 转 座 ２ 过 通
轴 承 １ ６ 水 、 绕 平 轴 旋 转 ， 电 动 机 座 ４通 过 轴 承 ３、 ５ 竖 绕
（ ）应用 灵活 ４
三支脚并联机床既 可设计成
常规加工中心 ，又可安装于龙门架上 ，或装置于行 走轨道上 ，以小加 工大 ，加工精度均 由并联结构 自
身 保 证 ，即 根 据 用 户的 需 要 设 计不 同 的结 构 形 式 满
足 用 户加 工 需要 。
示 为 支 脚进 给 传 动示 意 图 。三 支脚 并 联机 床 的 所 有
难于 制 造 ，使其 成 为 所有 并 联 机 床 的突 出问题 ，三 支脚 并 联 机床 成 功 解 决 了这 一 技 术难 题 ，其 关节 点
的任意方向，这种独特 的性能使得并联机床从理论
上 能 够 在 一次 装 夹 便 可加 工工 件 的所 有 面 ，能够 在
一
次装夹内便可完成５ （ 面 甚至６ 面）的加工 ，轻松
一
触 。 ④为 保证 支 撑 工作 时 的稳 定 ，我们 设 计 了 定位 伸 缩杆 。伸缩 杆 可 随 着工 件 的调 节 上 下移 动 ，避 免 了工件 的 左右 摇摆 。
三维平动并联机床的运动分析
度计 算公 式 ＿ ４ ］ 。黄 真 等 用 螺 旋 理 论 重 新 定 义 公 共 约 束 ，
给 出阶 的计算 方法 ， 从 而 确 定 机 构 的 自 由度 。
建 立 如 图 ２所 示 的 分 支 坐 标 系 ． 该 支 链 的 运 动 螺 旋 系为 ：
１ 机构 及 其 自 由度
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３年 ５月
近年来 。 由 于 并 联 机 器 人 相 对 于 串 联 机 器 人 具 有
刚度大、 精 度高 、 惯性小 、 负 载 大 及 动 力 学 性 能 好 等 优 点 。 在 工 业 生 产 及 其 它 领 域 有 着 广 泛 的 应 用 前 景 。 在
少 自 由度 并 联 机 构 中 ． 三 自 由度 的 并 联 机 构 是 其 中 很 有 实 用 前 景 的 一 类 ， 它 能 满 足 大 多 情 况 下 的 工 作 要
研 究 并 联 机 构 的 工作 空 间 。 利 用 Ｓ ｉ ｍＭｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｓ 模 块 根 据 机 器人 的 结 构进 行 建 模 ， 跟 踪 支链 末 端轨 迹 ， 绘 制 并 计 算 并 联 机
构 的 工作 空 间 。 分析表明 ， 该 机 床 具 有 工作 空 间 大 、 无 空 洞 以及 截 面形 状 规 则 等 优 点 ， 适合长方体作业空间、 工 业搬 运 等 领
三 维 平 动 并 联 机 床 的 运 动 分 析
口 张 罪霏 口 吴洪 涛 口
南京
严
伟
１ ． 南 京 航 空 航 天 大学 机 电学 院
２ １ ０ ０ １ ６ ２ ２ ５ ０ ０ ０
２ ． 扬 州 恒佳 机 械有 限公 司 江苏扬州
摘
并联运动机床1
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。
（3）并联机床的研究方向
• • • • • 并联机床组成原理的研究； 并联机床结构设计的研究； 并联机床刚度、精度、柔度、灵巧度的研究； 并联机床模块设计与创建； 并联机床控制系统的研究。
三、 并联机床的特点
1. 结构简单、价格低 机床机械零部件数目较串联构造平台大幅 减少，主要由滚珠丝杠、铰链、伺服电机等通 用组件组成，这些通用组件可由专门厂家生产， 因而本机床的制造和库存成本比相同功能的传 统机床低得多，容易组装和搬运。
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。
由于该机床机构简单，控制方便，较容易 根据加工对象而将其设计成专用机床，同时也 可以将之开发成通用机床，用以实现铣削、镗 削、磨削等加工，还可以配备必要的测量工具 把它组成测量机，以实现机床的多功能。这将 会带来很大的应用和市场前景，在国防和民用 方面都有着十分广阔的应用前景。
6. 使用寿命长
由于受力结构合理，运动部件磨损小，且没有 导轨，不存在铁屑或冷却液进入导轨内部而导致其 划伤、磨损或锈蚀现象。 Stewart平台适合于模块化生产。 对于不同的 机器加工范围，只需改变连杆长度和接点位置，维 护也容易，无须进行机件的再制和调整，只需将新 的机构参数输入。
并联机床运动学自标定方法研究
并联机床运动学自标定方法研究机床运动学自标定方法是现代制造技术中重要的研究领域之一、并联机床作为一种特殊的机床结构，其运动学参数标定更加复杂。
本文将对并联机床运动学自标定方法进行研究，并进行详细介绍。
首先，我们需要了解并联机床的基本结构和运动学模型。
并联机床由多个平行连杆组成，每个连杆由旋转副连接，形成一个闭链运动系统。
在运动学模型中，需要确定每个连杆的长度和连接角度，以及工作台的位置和姿态。
这些参数决定了机床的运动学特性。
然而，并联机床的运动学参数往往无法直接测量，因此需要通过自标定方法来求解。
自标定方法的核心思想是通过机床的运动状态和姿态数据，在已知的参考点或者已知位置的情况下，通过数学模型和优化算法，反推机床自身的运动学参数。
目前，关于并联机床运动学自标定方法的研究有很多，下面将介绍几种常见的方法。
第一种方法是基于传感器数据的自标定方法。
该方法通过传感器测量机床的运动状态和姿态数据，如位置、速度、加速度等，然后将这些数据作为参数输入到数学模型中，通过优化算法求解机床的运动学参数。
该方法的优点是适用范围广，可以用于各种类型的并联机床。
缺点是需要准确的传感器测量数据，对传感器的要求较高。
第二种方法是基于机器视觉的自标定方法。
该方法利用摄像头或其他视觉传感器获取机床的运动状态和姿态数据，然后通过图像处理和计算机视觉算法，提取特征点或轮廓线，进而求解机床的运动学参数。
该方法的优点是非接触性，适用于各种环境和工况下的机床标定。
缺点是对图像处理和计算机视觉算法的要求较高。
第三种方法是基于强化学习的自标定方法。
该方法利用强化学习算法，在已知的参考点或已知位置下，通过多次尝试和优化，不断调整机床的参数，使得机床的运动状态和姿态数据与真实值尽可能接近。
该方法的优点是自动化程度高，对机床本身的要求较低。
缺点是求解时间较长，需要大量的试验数据。
总结来说，并联机床运动学自标定方法是一项复杂且具有挑战性的任务。
研究人员可以根据具体情况和需求选择合适的自标定方法，同时结合机床的特点和性能进行优化和改进。
哈量新一代并联机床LINKS_EXE700
２００４年，Ｔｒｉｃｅｐｔ并联机床发明创始人纽曼先生组建了Ｅｘｅｃｈｏｎ公司，发明了新一代Ｅｘｅｃｈｏｎ并联机床技术。
新一代并联机床技术突破了阻碍并联机床发展与广泛应用的诸多瓶颈和障碍，性能指标与易用性均大幅优于Ｔｒｉｃｅｐｔ技术。
该项技术通过了ＰＣＴ（国际专利合作协议组织）的审定，并在所有ＰＣＴ协议参与国家和地区（包括中国）申请并获得了发明专利。
哈量ＬＩＮＫＳ－ＥＸＥ７１００是在结合哈量原有并联机床经验积累，加上引进使用Ｅｘｅｃｈｏｎ并联机床最新专利技术的基础上设计制造的新一代并联机床，在机床动态性能、刚性、精度以及用户编程操作简易性方面都达到了很高水平。
１ＬＩＮＫＳ－ＥＸＥ７００并联机床特点１．１运动关节及机构自由度数量对机床性能的影响并联运动结构从外观来看，像是很多“手臂”一端彼此相连，另一端与基座相连。
这种设计要求各关节是多自由度的。
并联运动机床（ＰＫＭ）手臂的数目取决于动平台运动轴的设计数量，但是不论哪种设计，遵循的目标都应将灵活性与刚性结合在一起。
因关节点结构复杂，既要刚性好、无间隙，又要成本低，是设计并联机床的突出问题。
这个技术问题限制了市场上的并联机床数量，这也是为什么关节点少、自由度少的并联机床成为目前最成功的并联机床的原因。
Ｔｒｉｃｅｐｔ并联机床使用了相对少的关节和自由度数，正是Ｔｒｉｃｅｐ当年在世界并联机床市场能占７０％份额的原因。
１．２Ｔｒｉｃｅｐｔ并联机床的缺陷Ｔｒｉｃｅｐｔ并联机床的每一个关节点都有一个以上的自由度，像一个万向铰链。
各伸缩杆只承担轴向载荷，故必需设置中心管来实现约束更多的自由度。
中心管承受的荷载对中心管造成的挠曲和扭转，会严重影响机床的整体刚性。
为解决这一问题，在设计上应使挠曲和扭转对中心管精度和动态性能的影响降低到最小。
这种优化设计是把中心管的直径加粗，管壁减薄，可是这样一来机床的工作范围大大地缩小了。
唯一的解决办法是找出钢管壁厚与直径之间的均衡点。
并联运动机床标准体系框架初探
及 工业应用领域也 均取得 了一定 进展
实现产业化 的必 要条件之一就 是要先实现标 准 化。要做好 并联 运动机床标 准化 工作 。必须 先 建立 标准体 系。根 据 ＧＢ ｒ１ ０ ６ ０ ９ 《 准 ｆ ３ １ —２ ０ 标 体 系表编 制原则和要 求》定 义 ，标准体 系是 “ 一 定范 围内的标准按其 内在联 系形成 的科学 的有机
构 已 不局 限 于 六 自 由度 结构 。 目前并 联 运 动机
床 上应 用 的并联 机 构 的 自由度 数 目主 要 有 ：六
安全 、卫生 、劳动 保护 ，Ｊ ０５ ５ ／９金属切 削机 床 ， Ｌ ７计 算 机 应 用 。Ｎ ４基 础 标 准 与 通 用 方 法 ， ６ Ｏ Ｎ１ ８工 业控 制 与计 算 机应 用 装 置 等等 。 如 果 以
０８
１具
０ ７
图 ３ 序列 结构 图
继承关 系结 构主要用在对 于同一事物 既有 国 家标准 、行业标准又有地 方标准及企 业标准 的情 况大量存 在的体 系 聚合 关系结构 反映 了体 系 中 整体与部 分 、部分 与部 分之 间的关系 ．主要用于
一
床床体 和 串联机 构 （ 混联 机床 有此 机构 ）组成 ， 数 控 系统 由 数控 软 件 和硬 件 组 成 ．其 中并 联 机 构 、数 控软件和数控硬 件又 由各 种类型 的组件 构
体 系表 的编 制原则 ： 目标 明确 、全面 成 套 、
对于 组成并联运动机 床标准体 系表 的标准 项
目．主要用于规 范机床及其组 件 的设计 、制造 和 检 验等工作 ．不 存在需要理清 时 间顺序 或空 间顺 序的情况 ：同时 ，各项标准 之间也较 少存在 上层 标准制约下层标 准的情况 从 组成上 ．可 以将并联运动机 床分 为机 械部
并联机床
由来：（串联机床缺陷）理论上串联机构具有工作范围大，灵活性好等特点，但精度低，刚性差，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缺陷。
定义与介绍：并联机床（又称虚拟轴机床）是指用并联机构作为进给传动机构的数字控制机床。
与传统机床相比并联机床具有刚度重量比大、响应速度快、对环境适应性高、技术附加值高等优点。
并联机床是近年才出现的一种新概念机床，它是并联机器人机构与机床结合的产物，是空间机构学、机械制造、数控技术、计算机软硬技术和CAD/CAM技术高度结合的高科技产品。
它克服了传统机床串联机构的缺陷，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。
并联机床具有以下特点：1.结构简单、价格低机床机械零部件数目较串联构造平台大幅减少，机床的制造和库存成本比相同功能的传统机床低得多，容易组装和搬运。
2.结构刚度高由于采用了封闭性的结构使其具有高刚性和高速化的优点，其结构负荷流线短，而负荷分解的拉、压力由六只连杆同时承受，以材料力学的观点来说，其拥有高刚性。
其刚度重量比高于传统的数控机床。
3.加工速度高、惯性低两力构件是最节省材料的结构，它的移动件重量减至最低且同时由六个致动器驱动，因此机器很容易高速化，且拥有低惯性。
4.加工精度高由于其为多轴并联机构组成，六个可伸缩杆杆长都单独对刀具的位置和姿态起作用，因而不存在传统机床(即串联机床)的几何误差累积和放大的现象，甚至还有平均化效果；其拥有热对称性结构设计，因此热变形较小；并联机床下平台主轴无论处于加工范围的任何位置，其动态特性都保持高度一致。
5．机床加工效率更高，加工产品尺寸范围更大机床在有效工作空间内可实现5～6面及全部复合角度的位置加工，适合用于敏捷加工；需一次装夹即可完成5～6面的复杂异型件及复合角度孔和曲面的加工等，可广泛用于航天航空、船舶、国防、汽车、大型模具、发电设备等大型复杂零件的自由曲面加工。
并联机床的基本原理
并联机床的基本原理
并联机床是一种多轴联动的机床系统，它由多个独立运动的机床组成，并通过控制系统实现协同工作。
其基本原理包括以下几点：
1. 独立运动：并联机床中的每个单独的机床可以独立运动，并根据加工任务的不同进行相应的动作。
2. 协同工作：通过控制系统对各个机床进行协同控制，使其在同一时刻进行协同动作，完成复杂的加工任务。
3. 分工协作：并联机床中的每个机床可以承担不同的加工任务，通过合理的分工协作，提高加工效率。
4. 并联机构：并联机床中的每个机床通过并联机构与其他机床连接，实现相对的运动关系。
常见的并联机构有平行机构、串联机构等。
5. 控制系统：通过控制系统对各个机床的运动进行协调和控制，实现多轴联动，保证加工精度和工件质量。
总的来说，通过独立运动、协同工作和分工协作，利用并联机构和控制系统的协同控制，实现多个机床的协同加工，提高加工效率和精度。
并联机床
并联机床一定义：并联机床(Parallel Machine Tools)，又称并联结构机床(Parallel Structured Machine Tools)、虚拟轴机床(Virtual Axis Machine Tools)，也曾被称为六条腿机床、六足虫(Hexapods)。
并联机床是基于空间并联机构Stewart平台原理开发的，是近年才出现的一种新概念机床，它是并联机器人机构与机床结合的产物，是空间机构学、机械制造、数控技术、计算机软硬技术和CAD/CAM技术高度结合的高科技产品。
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.并联机床的特点整体而言，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。
另外，由于其进给速度的提高，从而使高速、超高速加工更容易实现。
由于这种机床具有高刚度、高承载能力、高速度、高精度以及重量轻、机械结构简单、制造成本低、标准化程度高等优点，在许多领域都得到了成功的应用，因此受到学术界的广泛关注。
由并联、串联同时组成的混联式数控机床，不但具有并联机床的优点，而且在使用上更具实用价值。
随着高速切削的不断发展，传统串联式机构构造平台的结构刚性与移动台高速化逐渐成为技术发展的瓶颈，而并联式平台便成为最佳的候选对象，而相对于串联式机床来说，并联式工作平台具有如下特点和优点：结构简单、价格低。
并联机床(共10张PPT)
六杆并联机床
介绍一种结构新颖、高速加工用的并联运动机床。 它采用5杆并联机构和5环驱动的主轴部件，在并联运动 机构理论上有所突破，从而实现主轴部件的偏转角大于 90º，能够真正实现5轴联动、5面加工。
创新在于：首次采用5杆并联机构和5环驱动的主 轴部件，在并于90º，能够真正进行5面加工。
伺服电动机 万向铰链
环形铰链
主轴部件
滚珠丝杠
崭新的5杆配置使机床具有以下特点：
介绍一种结构1新)颖机、高床速加运工用动的并部联件运动的机床质。 量很小，采用功率小的驱动装置就可以达到很 高的加速度，所产生的惯性反作用力也非常小。 一次装夹，完成5面、5轴联动加工曲面的例子（汽车模型外形）如图所示。
2) 采用封闭框架结构和对称配置，使机床工作时产生的力 。
传统数控机床是按笛卡尔坐标将沿3个坐标轴线的移动 X、Y、Z 和绕3个坐标轴线转动 A、B、C的控制依次串联叠加，形成所需的刀具运动轨迹
尽可能相互抵消，从而保证机床的高动态性能。 。
1) 机床运动部件的质量很小，采用功率小的驱动装置就可以达到很高的加速度，所产生的惯性反作用力也非常小。 按笛卡尔坐标控制沿3个轴线的移动和绕2个轴线的转动 六轴联动的并联机床有六个自由度，可用于加工具有负杂曲面的零件。 并联机床（虚拟轴机床）：有六根驱动杆并行连接在固定平台和活动平台之间，每根杆的两端均采用球面支撑，刀具装在活动平台上。
新型五自由度并联机床机构学分析与控制系统开发
3、执行系统设计与调试：执行系统是控制系统的核心，需要根据控制系统 的指令实现对机床各轴的精确控制。执行系统的设计需要考虑执行器的选型、驱 动电路的设计等因素。在执行系统的调试过程中，需要通过对系统的性能进行测 试和优化，确保执行系统能够准确无误地完成控制任务。
参考内容
引言
并联机构是一种具有多个自由度的机器人机构，其运动学和动力学特性相较 于串联机构具有更高的复杂性和挑战性。三自由度并联机构作为并联机器人的一 种重要类型，具有广泛的应用领域，如制造业、医疗行业和航空航天等。然而， 其分析与控制策略的研究仍具有一定的难度和挑战性。本次演示将围绕三自由度 并联机构的运动学、动力学和控制策略等方面进行分析和研究。
三自由度并联机构的控制策略研究是实现其精确控制的关键。常用的控制策 略包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等。这些控制策略的应用有助于实现 对三自由度并联机构的精确控制，提高其运动性能和稳定性。例如，PID控制可 以通过对误差信号的实时处理，实现对机构运动的精确调节。模糊控制可以通过 对不确定信息的处理，提高机构的鲁棒性和适应性。神经网络控制可以通过对历 史数据的学习和优化，实现对机构运动的智能控制。
机构学分析
新型五自由度并联机床机构主要由直线运动系统和并联机构组成。直线运动 系统实现沿X、Y、Z轴的移动，而并联机构则实现绕X、Y、Z轴的旋转。这种机构 的设计原则在于通过多轴联动，实现对加工对象的复杂形状和结构的准确控制。
新型五自由度并联机床机构的应用优势主要包括以下几点：首先，该机构具 有高刚性和高精度，能够确保加工过程的稳定性和准确性。其次，该机构采用并 联结构设计，具有自适应能力强、避障能力强等特点，可有效降低机床自身的误 差。最后，该机构具有广泛的应用领域，适用于航空、汽车、船舶等众多行业的 零部件加工。
并联机床的研究现状和发展前景
度和强度要求 。 不但减轻 了机床整体 的质量 ， 使得 大幅度 力 的影响 ，伸缩杆在球铰处所受力与伸缩杆的轴线往往 进而 引起共振 。 另外 ， 由于并 联机床 随 提高机床 的进给速度和加速度成为可能 ，而且提 高了机 会有一定的夹角 ， 着其动平 台位姿不同 ，其振动频率相应频带宽度远大于 床刚度 ， 对提高加工精度起到有利的一面。 传统机床 的振动频带相应宽度 ，这样在使用过程 中就不 １ 并联机床特性分析 可避免的存在着共振现象 。如何在高速切削时有效的避 免共振现象 ，是并联机床走向实用化所必须要解决的问 １ 并联机床 的优点 ． １
主轴 箱和工作 台等构件 配 、 和测量等作业 。
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④并联机床 响应速度快 。运动部件惯性的大幅度降 构成 的“ ” Ｃ 型结构 ， 负载 力全 面地 由一 级传动构 低 ， 能够大大的改善伺服控制器 的动态品质 ， 使得动平 台 件传 向下一级 ，每个传 能够获得很高的进给速度和加 速度 ，因而它非常适合各 动链 的构件都 要 固定机 种高速数控作业 。 图１ ｔ ａ 平台 ｅ ｒ Ｓ ｗ ｔ 结构 床 的全部 自由度 ，都要 ⑤并联机床结构简单 、 维护维修方便 。 由于并 联机床 并且 它主要 是 由通用元件（ 滚珠丝杠 、 虎克 承受工作 负载 的全部力流 ， 包括力和力矩 ， 这样 ， 了满 运动部件少 ， 为 足机床的刚度和强度要求 ， 构件的质量不可避免的增大 ， 铰 、 球铰 、 伺服 电机等 ） 组成 ， 这些通用组件可 由专门生产 因而机床的库存和制造成本低 ， 加之布局 敞开 不但增加了材料 和能源的消耗 ，而且制约 了进给速度和 厂家生产 ， 加速度的提高。而并联机床的工作台是 由多个传动链联 性好 ， 因此维修量小且维修方便 。 ． ２ 合控制 自由度 ， Ｓ ｗ ｒ结构为例 ， 以 ｔａ ｅ ｔ 通过伸缩 杆两端 的 １ 并联机床发展过程中存在 的问题 万象联轴节或球铰 ， 避免 了横 向力矩 的作用 ， 使每个伸缩 并联机床因为其种种优点 ，在 当前世界各 国引起 了 杆只承受轴 向拉压作用 ，只限定沿伸缩杆轴 向方 向的一 广泛的重视 ， 但是因为当前一些技术性 的问题 ， 使并联机 主要表现在 以下几个方面 。 个 自由度 。 一方面通过避免横 向力矩作用 ， 另一方面 ， 将 床 的发展受到了一定的限制 。 工作负载均衡 的分担到了六个伸缩杆上 ，极大的减轻的 ①并联机床的共振 。 在理想条件下 ， 并联机床伸缩杆 但在实 际情况下 ， 由于其他 伸缩杆的工作负载 ，伸缩杆只需很小 的尺寸便可满足刚 所受力仅 为轴向拉力和压力 ，
并联机床的特性与应用
并联机床的特性与应用摘要：并联机床是机床技术与机器人结合的一项新产物，在技术的革新下，并联机床类型愈加多样，在工程界与学术界有着良好的发展前景。
关于并联机床，国内外也投入了大量的人力、物力、财力来研究，取得了良好的成效。
本文主要针对并联机床的类别、特征与应用进行分析。
关键词：并联机床；特性；应用并联机床是并联机器人机构和机床结合并建立在空间机构学、机械制造、数控技术和计算机的软硬件技术以及CAD和CAM等技术上的一种高科技产品，可以实现加工工件的多坐标的联动数控加工、装配和测量以及对各种复杂的特种零件的加工工作。
在设计上无导轨，克服了传统的数控机床刀具只能沿着固定导轨行进而造成的刀具作业自由度偏低、灵活性差和机动性不够的缺陷，被广泛应用于航天航空、船舶、国防和大型模具等大型复杂零件或特种零件的加工制造。
相较于传统的串联机床来说，并联机床具有以下特性：一、简单的结构形式和传统的串联结构的机床相比，并联机床的机床机械零部件数目大幅减少，其组成部件主要由滚珠丝杠、虎克铰、球铰以及伺服电机等组成。
其通用组件多可以由专门厂家进行生产制造，因而并联机床在制造和库存成本上都大幅降低，并且容易进行部件的组装和搬运。
二、良好的结构刚性封闭性结构的采用使得并联机床具有相对较高的刚性。
由于并联机床的结构负荷流线短，并且其负荷分解的拉力和压力是有六只连杆同时承受的，在外力一定的情况下，从材料力学的角度来看，在应力和变形方面，悬臂量的应力和变形最大，两端插入次之，随后依次是两端简支撑和受力的二力结构，最后是受张力的二力结构。
因而，并联机床拥有高刚性的特点，优于传统的串联机床。
三、加工速度高而且惯性低在设计上，并联机床的结构所承受的力能发生方向的改变，两力构件因此成为最能节省材料的结构，并且并联机床的移动件的组成数目减少且受六个致动器的同时驱动，机器运转达到高速化很容易，并且惯性相对较低。
四、良好的加工精度并联机床的组成是多轴并联机构，其六个可伸缩杠杆长都可以单独作用于刀具的位置和姿态，不会造成传统串联机床出现的几何误差积累和放大的问题，甚至还可以产生平均化效果，具有结构设计的热对称性，热变形相对较小，所以会产生工件加工的高精度。
并联机床UG编程及Vericut仿真
１引言1.1 并联机床并联机床是近年发展起来的一种新一代机床，其工作原理和结构，与传统的以笛卡尔坐标为基础的串联运动机床，有很大的不同。
与传统机床相比，并联运动机床具有结构简单、刚度高、动态性能好、速度快、可重构等优点。
由于它易于实现较复杂的空间运动，因而具有十分广阔的应用前景，是加工复杂零件的一个生力军。
1.1.1 并联机床在国际上的发展状况自60年代并联机构首次应用于飞行模拟器，并联机构在许多领域的应用显示了它所具有的强大的技术优势和实用价值，越来越多的专家学者尝试将并联机构应用于机床制造业。
同时传统机床由床身、立柱、主轴箱和工作台等部件串联而成的非对称“C”型结构布局所固有的缺陷，迫使全球机床制造业开发新型制造设备与系统。
早在1993年美国得克萨斯州自动化与机器人研究所，成功地研制出可完成铣、磨、钻、惶、抛光和高能束等多种加工的并联加工机械手。
1994年在美国芝加哥MTS'94博览会上美国Ingersoll铣床公司、Giddings&Lewis公司和Hexel公司，首次展出了称为“六足虫”和“变异型”的数控机床与加工中心并引起轰动，标志着并联机构正式进入机床制造领域。
1.1.2 并联机床在国内的发展状况1994年并联机床在国际上首次展出之后，中国各高校和科研单位也纷纷投入力量进行研究[53-66] 自1998年至今的历界北京机床展，均有新型的并联机床问世。
在1998年的北京机床展上，展出了由清华大学和天津大学联合研制的我国第一台并联机床样机. 1999年北京中国国际机床展上，哈尔滨工业大学研制的BJ-30型并联机床成功地进行了叶轮加工的演示，同时，(这次展览会上还展出了由天津大学与天津机床厂联合研制的3自由度并联机床。
2001年北京中国国际机床展上，哈尔滨工业大学与哈尔滨量具刃具厂联合研制了BLJ一工型并联机床成功地进行了不锈钢汽轮机叶片的加工演示，这是目前国际上首次在公开场合利用并联机床切削不锈钢件。
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• 并联运动机床：又称并联结构机床、虚拟轴机床。 并联机床是基于空间并联机构Stewart平台原理开 发的，是近年才出现的一种新概念机床，它是并 联机器人机构与机床结合的产物，是空间机构学、 机械制造、数控技术、计算机软硬技术和 CAD/CAM技术高度结合的高科技产品。
• 并联机床的特点：
2. 在机床前方的垂直台面上，可以安装8~12 把固定刀具或旋转刀具，除完成车削加工 外，还可以进行铣削、激光硬化、激光焊 接、磨削等工序。 3. 主轴除完成加工任务外，还同时承担工件 的装卸。
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数控镗铣虚拟轴机床
XNZ63新型并联机床是清华大学和昆明机床股份 有限公司联合研制，采用Gough—Stewart平台结构， 可6个自由度联动，上下平台均分层，有效地降低了各 支链干涉的可能。在设计和构建过程中，采用了最先 进的设计理论和一流的控制设备。该机在整个作业空 间中，刀具摆角均达到±25°，加工精度为±0.02mm， 最大速度可达15m/min，主轴功率10kW，最大转速 20000r/min
DCB510是 大连机床集团最 新开发设计的一 台串并联型五轴 联动数控机床， 本机床数控软件 由清华大学负责 设计。
• 结构特点：
1. X．Y．Z三坐标由滑板连杆式三个虚轴并 联而成，A轴、C轴为实轴。由于采用了 串、并联结构，本机床即有并联机床刚性 好、移动部件轻、速度快、加速度高的特 点，同时又有各坐标工作范围的特点，其 X.Y.Z坐标分别为630.630.500mm行程，A 轴可达140°，C轴可以超过360°。
2. 机床刚性好，整体性好。 3. 由于具有五轴联动功能，因此，可以加工 复杂型面，如叶轮、模具等。采用开放式 多轴联动数控系统易于实现CAD／CAM。
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数控龙门虚拟轴机床
该机床是江 东机床厂与清华 大学共同努力研 制的并联与串联 混合结构的数控 龙门虚拟轴四轴 联动机床。
• 特点：
1. 该机床将Ｘ纵向定于龙门式框架结构的工作 台上，简化了虚拟轴铣床铣头的多维运动， 并扩大了加工工作范围。 2. 在Ｙ向与Ｚ向，采用二力杆支撑虚拟臂结 构，二个立柱上分别设计有滑板，虚拟臂则 安装于各自相应的滑板上，二个虚拟臂之间 通过一高精度回转轴相互联结。
• 特点：
该机床的结构特点是采用典型的Stewart平 台，上平台固定在机床的龙门框架上，以提 高机床的刚度。通过由伺服电机驱动滚珠丝 杠的 6个伸缩杆，带动固定在动平台上的主轴 部件，实现主轴在工作空间6个自由度的运 动。 返回
V100型并联车削中心 型并联车削中心
• 结构特点：
1. 3根立柱固定在机床底座上，顶端由多边 形框架连接。每根立柱上有导轨，滑板在 滚珠丝杆驱动下沿导轨移动，通过6根固定 杆长的杆件将主轴部件吊起，使主轴实现3 个直角坐标的移动。
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3. 机床电主轴固定在回转轴端面上，摆杆通 过伸缩杆的伸长与缩短，可使铣头作ＹＺ 平面内的回转。 4. 该机床可使刀具相对工件具有Ｘ、Ｙ、 Ｚ、Ａ四个自由度，实现四轴联动，其中 Ｙ、Ｚ、Ａ为虚轴。 返回
新一代并联机床
该机床是 哈尔滨工业大学 研制的用于加工 汽轮机叶片的商 品化的新一代并 联运动机床。
1. 结构简单、价格低。 2. 结构刚度高。 3. 加工速度高，惯性低。
4. 加工精度高。 5. 多功能灵活性强。 6. 使用寿命长。 7. 变换座标系方便。
并联运动机床
五轴联动并联机床 新一代并联机床 数控镗铣虚拟轴机床 数控龙门虚拟轴机床 并联车削中心
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
DCB510五轴联动并联机床 五轴联动并联机床