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。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、虎克铰、球铰、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。

结构刚度高。由于采用了封闭性的结构(closed-loop structure)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，在外力一定时，悬臂量的应力与变形都最大，两端插入(build-in)次之，再来是两端简支撑(simply-supported)，其次是受压的二力结构，应力与变形都最小的是受张力的二力结构，故其拥有高刚性。其刚度重量比高于传统的数控机床。

加工速度高，惯性低。如果结构所承受的力会改变方向，(介于张力与压力之间)，两力构件将会是最节省材料的结构，而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。

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(averaging effect)；其拥有热对称性结构设计，因此热变形较小；故它具有高精度的优点。

多功能灵活性强。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。

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。

二国内外发展状况

1 并联机床发展

并联机床(Parallel Machine Tools)又称为并联结构机床(Parallel Structured Machine Tools)、虚拟

轴机床(Virtua1．Axis Machine Too1)，也曾被称为六条腿机床、六足虫(Hexapods)，在国际上一般称为

Parallel Kinematic Machine(PKM)，PKM似乎已经成为目前国际上对并联机床约定俗成的称呼，它们都

是以Stewart平台为基础的．它的出现不仅引起了世界各国的广泛关注，而且被誉为“机床结构的重大革

命”，制造业给予高度的重视．

并联机床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尔坐标直线位移为基础韵机床结构和运动

学原理发生了根本变化H]．

并联机床与传统机床的区别主要表现在：传统机床布局的特点是以

床身、立柱、横梁作为支承部件，主轴部件和工作台的滑板沿支承部件上

的直线导轨移动，按照x、Y、Z坐标运动叠加的串联运动学原理形成刀头

点的加工表面轨迹；并联机床布局的特点是，以机床框架为固定平台的若

干杆件组成空间并联机构，主轴部件安装在并联机构的动平台上，改变杆

件的长度或移动杆件的支点，按照并联运动学原理形成刀头点的加工表

面轨迹．

与传统串联机床相比并联机床具有如下优点[2．1]：①并联机构的执行

构件的误差不再是简单的线性累加，工作头更容易获得高的精度；②并联

机构的执行机构运动灵活，很容易实现多自由度联动，从而更易于实现空

间曲面的加工；③并联机床反解容易，轨迹规划简单，易于控制；④并联机图1 Stewart平台机构床结构简单，零件总数较少，成本容易控制；⑤并联机床中的主妻变形构件以承受拉压力为主，而且由于闭

环力流封闭，使机床具有较高的刚度重量比；⑥并联机床移动部件质量小，响应速度快，动态性能好，更适于高速加工；⑦并联机床的模块化程度高，易于重构；⑧并联机床硬件简单，软件复杂，具有更高的技

术附加值．因此，并联机床是新一代机床结构的重要发展方向．

1965年，Stewart_5 提出一种新型6自由度的空间并联机构，它由上下两个平台和6个并联的伸缩杆

组成，每个伸缩杆和上下平台之间通过两个球铰链连接，称为Stewart平台．如图1所示．经过30多年的

不断改进和发展，Stewart平台演变出不同运动学原理和结构的空间并联机构，并在许多科学研究和工业

领域获得了广泛应用．其主要的应用领域有L6]：运动模拟器、工业机器人、医用机器人、微定位机器人、天文

望远镜、绳索机器人、并联机床等．

2 国外并联机床研究现状

国外对并联机床的研究是从20世纪80年代开始的，并于20世纪90年代相继推出了形式各异的产

品化样机．1994年在芝加哥国际机床博览会上，美国的Giddings& Lewis公司和Geodetics公司分别推

出了各自的并联机床，在机床行业引起了轰动 J．

Giddings&Lewis公司的Variax型并联机床如图2所示，机床的6根驱动杆2根一组交叉成“X”型，

杆件长度的伸缩，使带有主轴部件的上平台完成加工零件所需的运动．该机床占地面积为7800 mmX 8180 mm，而工作空间只有700 mmX 700 mmX 750 mm，工作台面积630 mmX 630 mm，从空间利用的角度看，其结构不尽合理．加之由于主轴部件配置为内铣型，安装工件也不太方便，因此没有在生产中获得应

用．后来该机床提供给英国诺丁汉大学工学院作为进行“航空工业敏捷制造”项目研究的设备．

随后，美国Ingersoll公司(1994年)相继推出了采用并联机构的V0H一1000型立式加工中心(见图3)

和H0H一600型卧式加工中心(EMO97)，这两台机床在结构上都作了较大改进，从内铣型改为外铣型，并

明显缩小了主轴部件的体积，减轻了运动部件的质量，安装工件也比较方便，对并联机床的发展产生很大

影响．图4为HOH一600型的外观，该机床的底座采用基本构件组成的八面体绗架结构，据称这种结构刚

性很好，力流封闭，机床安装时不用打基础．该机床连杆的最大进给速度为30 m／min，加速度为0．5 g，主

轴转速为0~20000 r／min，最大功率为37．5 kW，最大扭矩为49．1 Nm，自带刀库，能自动换刀 ]．由于Giddings& Lewis和Geodetics这两家公司的创新探索，对促进各国大学和研究机构开展并联

机床研究起到了积极地推动作用．各有关单位纷纷研制各种并联机构的原型样机，召开并联机床的国际研

讨会，开设专门的信息交流网站．

2000年前后，并联机床在运动学原理、机床设计方法、制造工艺、控制技术、动态性能研究和工业应用

方面都先后取得重大突破．世界著名的机床公司都相继推出新产品，发展了许多经过改进的机构原理和结

构，并使并联机床进入了实用阶段．

德国Mikromat机床公司的6X—Hexa立式加工中心是欧洲第一台商品化的并联机床口]，其外观如图

5所示．该机床的开发由欧共体Esprit高科技研究计划资助口，有4个德国的研究所与公司参加：弗琅霍

夫机床及锻压技术研究所、Mikromat机床公司、Andron公司和GMD-First公司．该机床的工作台在底座

上可前后移动，以便于装卸工件．底座上有三根按120。分布的立柱，用于支承并联机构．并联机构的特点

是采用双层Stewart平台，即上下平台都是两层．这种变形结构增大了工作空间，使机床主轴姿态变化时受力更均匀．该机床主要用于磨具加工，可以实现5坐标高速铣削，加工精度可达0．o1～o．02 mm．德国斯图加特大学机床研究所研制的Hexact卧式机床 n．该机床的特点是，在一个六角

形的框架的两侧，与框架成30。配置有6根伸缩杆，伸缩杆的外套筒通过万向铰链支架固定在框架弯角处．

伸缩杆的另一端通过万向铰链支承主轴部件．并联机构的上下平台(六角形框架平面和主轴部件截面)可

以处于同一平面之内，所有构件的配置都是镜像对称，并处于预加拉应力状态，因而具有很好的静态和动

态性能．

图53 国内并联机床研究现状

国内对于并联机床的研究是从2O世纪9O年代中期开始的，主要研究单位有燕山大学、东北大学、清华大学、天津大学、中科院沈阳自动化研究所、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、茵安交通大学、华中理工大学和浙江大学等．1998年，清华大学在第五届中国国际机床展览会上展出了名为VAMT1Y的并联机床(见图24)，该机床由清华大学和天津大学联合开发，是我国展出的第一

台并联机床样机[。．后来，清华大学。又先后和云南机床厂、大连机床厂、江东机床厂合作开发了多台并联机床．北京航空航天大学从1996年开始从事并联机床的研究，于1999年开发出一台虚轴刀具磨床实验样

机．1999年天津大学在第六届中国国际机床展览会上展出了名为Linapod的3自由度并联机床，见图25．该机床是由天津大学开发，天津第一机床厂制造的．该机床的定位精度不大于20 ptm．沈阳自动化所于1995年底研制出一台6杆并联机器人机床样机，后来又开发出一台龙门式4杆5轴并联机床．哈尔滨工

业大学于1998年研制出6坐标BJ系列并联机床，并在1999年的机床展览会上展出[ 吨63．

2001年在北京举行的国际机床展览会(CIMT2001)上，哈工大又与哈尔滨量具刃具厂合作推出了一

台商品化的并联机床．该机床可以对水轮机叶片等复杂曲面进行加工，加工精度可达

0．02 mm．东北大学先进制造与自动化技术研究所，从1995年开始对少于6杆的并联机构作了大量研究，并于

1997年推出了一台三杆3-DOF并联机床，开创了我国开发研制低于六个自由度的并联机床的

先河．该三自由度并联机床采用TPT型支链结构，具有三个移动自由度，基本克服了六自由度Stewart 并

联机构工作空间小、耦合性强的缺点，应用范围广．1999年东北大学研制出我国首台三杆5一DOF度并联

机床l2，用于复杂曲面的加工．该三杆五自由度并联机床是在三自由度机床的基础上增加了两

个转动自由度构成，从而扩展了机床的加工能力．该成果已通过国家863验收，省级技术鉴定，达到国际先

进水平，机床本体设计获得国家专利(专利号：97229311．6)，这为具有完全自主产权的并联机床国产化创

造了条件．2000年东北大学又创新开发研制了另一种新型3-PTT型水平滑块式并联机床，并与

大连钢铁集团有限公司合作应用于钢坯修磨生产中．

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。与之相呼应，由美国Sandia国家实验室和国家标准局倡议，已于1996年专门成立了Hexapod用户协会，并在国际互联网上设立站点。近年来，与并联机床和并联机器人操作机有关的学术会议层出不穷，例如第47～49届CIRP年会、1998～1999年CIRA大会、ASME 第25届机构学双年会、第10届TMM世界大会均有大量文章涉及这一领域。由美国国家科学基金会动议，1998年在意大利米兰召开了第一届国际并联运动学机器专题研讨会，并决定第二届研讨会于2000年在美国密执安大学举行。1994～1999年期间，在历次大型国际机床博览会上均有这类新型机床参展，并认为可望成为21世纪高速轻型数控加工的主力装备。我国已将并联机床的研究与开发列入国家“九五”攻关计划和863高技术发展计划，相关基础理论研究连续得到国家自然科学基金和国家攀登计划的资助。部分高校还将并联机床的研发纳入教育部211工程重点建设项目，并得到地方政府部门的支持且吸引了机床骨干企业的参与。在国家自然科学基金委员会的支持下，中国大陆地区从事这方面研究的骨干力量，于1999年6月在清华大学召开了我国第一届并联机器人与并联机床设计理论与关键技术研讨会，对并联机床的发展现状、未来趋势以及亟待解决的问题进行了研讨。

课程安排及专家介绍

附件二：课程安排及专家介绍具体安排见报到时教学安排表专家介绍梅雪松梅雪松：1991年6月博士研究生毕业于西安交通大学，获博士学位并留校任教至今；其间，于1998年赴日本东京农工大学进行为期一年的访问研究，2000年作为访问教授再次赴日本东京农工大学进行合作研究，2003年3月获日本JSPS资助作为访问教授在日本京都大学开展短期学术交流。社会兼职：中国机械工程学会青年工作委员会委员、全国自学考试委员会机械类委员兼秘书长、全国高校机床研究学会理事兼秘书长。先后主讲了高速高精度加工技术、金属

机床概论和设计、机械系统集散式控制、数控技术与装备等本科生、研究生课程；迄今培养硕士、博士生27名。一直致力于开展以高档数控机床和IC精密机械等为对象的高速、高精度运动控制与补偿研究、开放式运动控制器研究、基于局域网和因特网的工控设备远程控制研究等研究与开发工作。主持承担了高速、高精度机电系统的实现方法和控制技术、激光与特种加工、开放式运动控制等方面的国家基金、省部级基金10余项，大型企业、航天科研单位委托的横向合作项目多项；参加“数字化制造基础研究”等国家973项目的研究工作。获2006年度陕西省科技进步一等奖1项、2006年度教育部科技进步一等奖1项、1999年度教育部科技进步二等奖1项、2000年度陕西省教学成果一等奖1项；迄今在国内外重要期刊上发表论文80余篇，其中SCI/EI收录40余篇，申请发明专利9项。2004年度获得教育部新世纪人才支持。研究领域或方向：高速、高精度机电系统的实现方法和控制技术；开放式运动控制和远程控制技术。王力平王力平：工学博士，清华大学教授，博士生导师。国家“高档数控机床与基础制造装备”04重大专项总体专家组成员、编制组成员；中国机械工业科学技术奖专业组评审委员；教育部科技奖励评审专家；国家科技支撑计划“高速高效加工技术与装备研究”重点项目专家组成员；华中科技大学兼职教授，吉林大学兼职教授；中国机械工程学会高级会员；北京数控装备创新联盟首届咨询委员会委员；中国中小企业协会项目评审与咨询专家。 2000年以来，作为项目负责人主持国家自然科学基金资助项目2项、863

五轴联动并联机床数控系统研究

现代制造工程2006年第7期数控加工技术五轴联动并联机床数控系统研究赵辉1,姜金三1,张春凤1,高峰2 (1郑州航空工业管理学院,郑州450015;2上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室,上海200030) 摘要分析并联机床数控系统特点,研究并联机床数控系统涉及的几项关键技术。在此基础上,以D elta T au公司的P M AC运动控制卡为核心部件,基于工业控制计算机构建五轴联动并联机床的数控系统,然后在W i ndo w s平台上开发了该数控系统的数控软件系统,并对系统的软、硬件结构及其实现进行详细的介绍。关键词:数控系统并联机床五轴联动运动控制中图分类号:TP271文献标识码:A文章编号:1671)3133(2006)07)0042)03 Study on the CNC syste m of a fi ve-axis parallel ki ne m atic machi ne Zhao H ui1,Ji a ng Jinsan1,Zhang Chun feng1,Gao Feng2 (1Zhengzhou I nstitute o fAeronautical I ndustry M anage m en,t Zhengzhou450015,C HN; 2State K ey Laboratory o fV i b ration,Shock&No ise,SJTU,Shanghai200030,C HN) Abstrac t B ased on the analysis about the features o f CNC sy stem o f a pa ra lle l k i nem ati c m ach i ne(PKM)and the study on t he key techno l ogy to rea lize it,a struc t ure of the CNC sy stem is i n troduced,w hich consists o f IPC and t he D elta T au Inc.c s m otion contro ller P M AC.T he soft w are used to contro l it i s also desi gned,and so m e modu les of the system are illustrated i n de tai.l K ey word s:CN C syste m Pa ra lle l k i ne m atic m ach i ne F i ve-ax i s li nkage M o tion contro l 0引言并联机床的数控系统主要包括硬件系统和软件系统两大部分。并联机床数控系统主要有两类不同的解决方案[1-3]:一类是在现有的商业化开放式数控系统的基础上进行二次开发,如西门子公司的Sinu-m erik840D开放式数控系统[4];另一类则是硬件采用/工业控制用电脑(I PC)+运动控制器0的方式[5-10],自行开发数控软件系统。采用商业化的数控系统进行开发,主要的优势在于可以合理利用商业化产品已有的功能,且商业化产品的可靠性较高。采用后者的主要优势在于不论是在功能还是在实现方式上,有充分的自由空间,且性价比低。从伺服控制的角度分析,并联机床数控系统和传统机床的数控系统差别不大。但是由于它们运动传递原理完全不同,决定了在数控软件方面,两者有较大差异。并联机床数控软件系统主要涉及到的几项技术包括:代码识别与检查、插补算法、速度控制等。本文将提出一种并联机床数控系统框架,研究其中涉及到的一些关键技术问题,对其软、硬件进行详细的介绍,并应用在一台五轴联动的并联机床上。 1并联机床数控系统特点由于并联机床和传统机床运动传递原理完全不同,这决定了并联机床数控系统的特殊性。单从伺服控制的角度来分析,开发并联机床所需要的控制知识与开发传统多坐标机床所需的知识没有太大差别。它们之间最大不同体现在数控装置上。并联机床的运动传递原理和传统机床不同,而且并联机床的工作空间小且复杂,并联机床的性能如刚度、灵活度、奇异性、加减速等都和位姿密切相关。对于数控系统而言,主要有两方面的任务:用户操作和机床控制。用户操作主要包括下面几个部分:人机交互、故障诊断等。其中,人机交互又包括:输入数控代码或者简单的运动指令、查看机床运动状态和代码执行情况等。机床控制主要包括:控制功能、准备功能、插补功能、补尝功能、进给功能、主轴功能、辅助功能、刀具管理功能和通信功能等。 42

并联机床研究现状与展望

并联机床研究现状与展望杨建新,郁鼎文,王立平,汪劲松 (清华大学精密仪器与机械学系,北京　100084) 摘要:并联机床作为机床技术和机器人技术相结合的产物,与传统结构机床相比具有很多的优点。简要介绍了目前国内外并联机床的发展现状和未来趋势,以及关键技术的研究进展,提出了发展并联机床需要解决的若干理论与技术问题,以及解决这些问题的可行途径。关键词:并联机床;机构设计;运动学;数控技术;动力学中图分类号:TH112 文献标识码:A 文章编号:1007-9483(2002)03-00010-03 Progress in the R esearch of Parallel Machine Tool YAN G Jian-xin,YU Ding-wen,Wang Li-ping,Wang Jin-song (Tsinghua University,Beijing,100084,China) Abstract:As the result of synthesizing machine tools with robot technology,parallel machine tools have many advantages compared as the classical ones.This paper briefly introduces the future prospective of parallel machine tools,points out some key issues that should be tackled for design and manufacture. K ey w ords:Parallel Machine Tools;Mechanism Design;K inematics;NC Technology;Dynamics 并联机床自20世纪90年代中期问世以来,不过数年时间,便以迅猛的速度向前发展[1]。并联机床实质上是机器人和机床技术相结合的产物,从1994年美国Ingersoll和G&L公司首次在IM TS上首次展出称为VARIX和Hexapods的并联机床后,到2001年汉诺威国际机床展览会(EMO′2001)上展出的各种构型的商品化并联机床已达到30余台。目前,国际学术界和工程界十分重视研究与开发并联机床,对这种新型数控装备的应用前景和市场潜力抱乐观的态度,纷纷投入大量的人力和物力竞相开发[2]。并联机床如此迅速发展,并受到众多科研单位与商家的高度重视,原因是这种机床具有高刚性、高速度、高加速度、高精度、高柔性、高灵活性、大推力以及重量轻等优点,从而使得并联机床具有广阔的发展和应用前景。 1　并联机床基础理论及关键技术 111　构型设计构型设计是并联机床设计的首要环节,其目的是在给定所需自由度条件下,寻求含一个动平台的并联机构杆副配置、驱动方式和总体布局的各种可能组合。关于并联机构构型的研究一直是人们关注的热点。近几年众多学者提出了多种新机构构型,并对机构的类型和构建方法进行了系统的讨论,其中基于少自由度并联机构的并联机床逐渐受到人们的青睐[3]。按末端执行器运动自由度的数目并联机构可以分为6自由度、5自由度、4自由度和3自由度并联机床。20世纪90年代中期出现的并联机床基本都是以Stewart平台为基础的,经过几年的研究人们发现以Stewart平台为基础的6自由度并联机床存在工作空间小和加工精度不易保证的缺点,机构的运动学、动力学设计较为复杂。因此,人们逐渐开始选择并设计一些新结构形式的少自由度机构来用于加工。基于少自由度并联机构的并联机床具有结构形式简单、作业空间大、运动学动力学设计简单、运动容易解耦、对机械元件的制造及控制精度较低等优点。在少自由度机构上附加转头并且结合工作台的运动,有可能实现刀具相对工件的5个或6个自由度的运动。最有代表性的基于少自由度并联机构的并联机床是瑞典Neos Robotics公司开发研制的Tricept系列。在基于少自由度的并联机床中,5自由度和4自由度机床一般都属于变结构或串并混联结构机床,在串并混联结构中一个支链内可以有多个驱动器。例如东北大学的5轴联动3杆虚轴数控机床。按驱动副类型的不同,并联机床可以分为内副驱动、外副驱动和内外副混合驱动,其中定长杆作为支链的外副驱动或内外副混合驱动的结构形式越来越普遍。以Stewart 平台为原型的并联机床主要为内副驱动形式,内副驱动形式灵活,速度快,常用于机器人操作机中实现一般空间运动,然而在金属加工中,内副驱动表现出很差的静特性和动特性,容易产生热效应且不便于补偿。相反,外副驱动采用定长杆,在刚度和动态性能上要比内副驱动好得多,而且在很大程度上避免了热效应,降低了热补偿的难度,此外还具有作业空间大、机械结构简单、标准化强、工艺性较好、具有优势运动方向等优点。具有代表性的外副驱动机床是瑞士苏黎世联邦技术学院的的6滑块机床Hexaglide、韩国SEN2 A TE公司的串并联机床ECL IPSE等。按支链中伺服驱动器的数目不同,并联机床可分为并收稿日期:2002-03-03 基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2001AA421110);国家973资助项目(G1998030607) 作者简介:杨建新(1977-),男,山西阳泉人,清华大学博士研究生,主要研究领域为并联机床机构学与动力学。 012002年5月　机械设计与制造工程　第31卷　第3期

数控机床外观造型的改进设计

数控机床外观造型的改进设计 □黄朝亮王晨升【内容摘要】数控机床外观造型设计对于提高数控机床产品附加值，增强市场竞争力具有重要意义。进入21世纪，伴随科技的快速发展，我国数控机床的产量与质量都得到了大幅度的提高。但是传统观念认为机床的外观设计以满足机床加工功能要求为目的，在设计过程中不重视人的因素。对数控机床行业来说，讲究产品的外观造型，不单出于对美的追求，更多的是为了适应市场的变化，客户的需求，更好地提高机床产品的竞争力。本文通过对现有数控机床的外观造型设计相关技术及理论基础研究，提出改进设计方法，该方法基于色彩的运用、形态的运用、宜人性的运用和“绿色机床”的运用。并在此基础上结合实际以一台数控机床为例进行了外观造型的改进设计。【关键词】数控机床；创新设计；外观造型【作者简介】黄朝亮（1985．10 ），男，湖南湘西人；北京邮电大学自动化学院硕士研究生；研究方向：人机交互王晨升（1964．5 ），北京邮电大学自动化学院副教授，博士；研究方向：工程图学、先进设计与制造技术一、引言数控机床是当代加工制造业的重要装备，21世纪初中国已成为世界上最大的数控机床进口国家。经过几十年的努力，国产数控机床与国外数控机床在技术上差距不断缩小，但在外观造型设计上水平明显还很落后。如今市场竞争日趋激烈，功能已经不再是决定客户购买产品的唯一因素，外观造型上的独特性、创新性等愈来愈受到重视。过去的“中国制造”往往给人以廉价、劣质的印象，数控机床作为科技密集型产品，在满足功能的前提下研究其外观造型设计，赋予其视觉上的科技感、时代感，提高其外在质量，是国内数控机床制造业刻不容缓的问题。本文针对国产中低档数控机床外观造型设计提出改进设计方法，并结合实际进行了创新设计。二、数控机床外观造型改进设计的意义我国在高档数控机床市场目前还缺乏竞争力，主要原因在于高精技术上的差距，这一问题无法在短时间内解决。在数控机床市场，国产品牌依靠较低廉的价格和并不逊色的技术质量占有较大市场份额。但是目前国内大多数控机床设计以满足产品的功能性为主要目标，外观造型设计服务于机床功能的实现，在审美需求、宜人性、节能环保等方面较少考虑。纵观数控机床发展史，从劳动密集型向科技密集型发展是历史发展的趋势。随着数控机床科技含量的不断提高，外观造型上也应与时俱进。研究数控机床的外观造型设计方法，目的在于提高数控机床产品的外观质量和宜人性，增强产品的附加值与整体造型效果，提高我国数控机床产品的市场竞争力，树立企业品牌价值，满足市场竞争的需要，创造更高的经济效益。三、数控机床外观造型现有设计的方法当前的数控机床外观造型设计一般采用计算机辅助数控机床外观造型设计方法。由于我国目前机电产品外观造型设计水平较低，大多数设计师会先从网上广泛地搜集、整理、分析国内外同类产品的造型。在工作中一般选用Au-todesk公司的3D Studio Max和AutoCAD等软件利用其提供的概念设计模块、草图设计模块、工业设计模块等系统模块进行造型设计。现有的数控机床外观造型设计尚未有统一的设计方法或模型，通常是设计者根据自身所掌握的相关专业知识，从最初的设计要求出发，通过产品定位、设计问题的解决、综合及细化等一系列操作，使设计对象逐步清晰、明确，从而得到设计对象的完整表达信息，形成最终的设计结果。四、改进设计的方法为了满足数控机床产品外观造型的审美需求、宜人性、节能环保等功能，需要综合运用色彩理论、形态理论、人机工程理论、绿色机床理论等知识。一是色彩的运用。数控机床主要由人来操作，所以色彩选用时要考虑人的活动和审美要求。现有的中低档数控机床选用色彩灰暗沉闷，容易使人郁闷，产生疲劳。改进设计时考虑到操作者需要长时间操作、观察机床，所以应选择使其觉得安全、稳定、舒适的颜色搭配。机床主体可以采用纯度低的颜色如浅蓝、浅黄等使人觉得舒适、亲近；增强稳定感则可以选用上轻下重、上明下暗的处理。二是形态的运用。目前国产中低档数控机床形态设计过于简单、生硬，往往给人以不自然的感觉，造型随意，往往各种部件之间风格不统一。针对这些缺点，在改进设计时要依循形式美的法则，考虑机床外观造型尺度大小、比例的协调、对称与均衡、韵律与美感等。同时数控机床作为高科技产品，在形态设计上要体现出其科技感、时代感。三是宜人性的运用。数控机床的设计应该以人为本，符合人的操作习惯，提高操作准确度和工作效率。现有机床设计较多的是人适应机器，所以出现了诸如数控面板过高，不便于观察与操作；舱门位置不合理，把手横置不符合用力习惯；缺少安全 · 65 ·

并联机床的最新发展趋势

并联机床的最新发展趋势摘要：并联机床是上世纪90年代发展起来的新型机床，其集成了机床技术、机器人技术与现代数控技术于一身的新一代加工设备。同传统的数控机床相比，并联机床具有刚度重量比大、响应速度快以及环境适应能力强以及技术附加值高等优点，具有十分广阔的市场应用前景。本文主要介绍的为并联机床的起源、发展以及优势，同时分析了并联机床的国内外发展现状与应用领域。关键词：并联机床机器人现代数控响应速度 Research status and latest development trend of parallel machine tool at home and abroad Abstract: parallel machine tool is a new type of machine tool developed in the 90's of last century, which integrates the technology of machine tool, robot technology and modern numerical control technology in a new generation of processing equipment. Compared with traditional CNC machine tools, parallel machine tool has the advantages of high stiffness weight ratio, fast response speed, strong adaptability to environment and high technology added value, and has a very broad market prospects. This paper mainly introduces the origin, development and advantages of parallel machine tool, and analyzes the development status and application field of parallel machine tool at home and abroad. Key words: parallel machine tool robot modern numerical control response speed 1并联机床的发展并联机床又被叫做并联结构机床、虚拟轴机床等也被叫做六条腿机床，在国际上面一般叫做Parallel Kinematic Machine(PKM)，其是通过Stewart平台为基础的。他的出现不仅仅引起了世界各国的关注，同时被认为机床结构的重大革命。并联机床以空间并联结构作为基础，充分的使用计算机数字控制具有的潜力，使用软件代替硬件，使用电气装置与电子器件取代部分的机械传动，使得将近两个世纪以来使用笛卡尔坐标直角坐标

并联机器人机构静刚度研究现状与展望

并联机器人机构静刚度研究现状与展望* 李永刚1,2,宋轶民2,冯志友3 (1.天津工程师范学院机械工程学院,天津300222;2.天津大学机械工程学院,天津300072;3.天津工业大学机械工程学院,天津300160) 摘要:静刚度是并联机器人机构的一项重要性能评价指标,是并联机器人研究的热点领域之一。从有限元分析、静刚度解析模型、静刚度分析和静刚度设计等4个领域对并联机器人机构的静刚度研究现状进行了总结回顾,并对其未来发展趋势进行了分析。关键词:并联机构;静刚度;有限元;建模中图分类号:T H122文献标识码:A文章编号:1001-2354(2010)03-0001-04 与串联机器人机构相比,并联机器人机构具有刚度大、结构稳定、承载能力强、累积误差小、运动惯性小、运动学反解易求和便于实时控制等互补性优点,具有广阔的应用前景。因此,近30年来,并联机器人机构理论研究一直是机构学领域的研究热点之一。然而,作为一项重要性能评价指标,静刚度不仅与机器人机构的拓扑结构有关,而且与机构的尺度参数和截面参数密切相关。显而易见,一个由细杆组成的并联机器人不一定比粗杆构成的串联机器人静刚度高。因此,为设计出大刚度的并联机器人,基于静刚度性能分析和设计的参数优化设计研究至关重要。许多学者在此领域做了大量卓有成效的工作。文中主要从有限元分析、静刚度解析模型、静刚度性能分析、静刚度设计4个方面对并联机器人机构静刚度研究现状进行了分析,并对其未来发展趋势进行了展望。 1国内外研究现状 1.1有限元分析有限元分析是并联装备设计和静刚度性能预估的重要手段,主要是借助有限元分析软件如A NSYS等,对设计的虚拟并联装备样机进行受力分析,根据变形和应力分布情况,从而对样机的尺度参数和截面参数进行改进。朱春霞等[1-3]利用ANSYS软件对3-TPT并联机床进行了静刚度有限元分析,得到机床在不同姿态下的静刚度和静力特性,并调查了平行四边形结构对机床性能的影响。李育文等[4]利用有限元分析预估了6-UPS并联机床在整个工作空间内的静刚度性能分布,分析了结构参数对机床性能的影响,并通过静刚度实验对有限元分析的可靠性和有效性进行了验证。为研究并联机床单支路的刚度对系统性能的影响,李洋等[5]对单个U PS支链进行了有限元分析,研究发现虎克铰是应力集中的地方,其结构参数应做改进。魏永庚和胡景姝等[6-7]利用AN SYS软件对不同结构形式的6自由度并联机床进行了有限元分析,结果表明非交叉结构比较理想。梁军和付铁[8]采用结构矩阵分析和有限元分析相结合的方法,研究了BKX-I型并联机床刚度在工作空间中的分布规律。杨春辉等[9]分别采用有限元模型和线性理论模型研究了3RRR微动机器人的刚性,发现有限元分析的计算精度要高于线性理论模型。徐礼锯和范守文[10]基于刚度和弹性动力学的有限元分析,对比研究了一种新型4自由度并联机床和基于Stew art平台的并联机床的性能。徐洋等[11]利用ANSYS研究了基于Stew ar t平台的航海模拟平台的静、动态特性,并据此优化设计了平台的结构参数。由此可见,利用有限元分析计算机构的刚度方法简便,精确度较高,但耗时多,工作量大。因此,为便于并联机构参数的多变量优化设计,仍需要建立静刚度的解析或半解析模型。 1.2刚度解析模型刚度解析模型是指机构的操作力和末端变形之间的映射。1990年Gosselin[12]依据虚功原理在只考虑主动关节弹性的前提下,首先给出了平面和空间机构操作力与末端变形间映射的建立方法,得到的映射为n@n矩阵,其中,n为机构的自由度数目。利用此方法,许多学者针对不同机构开展了静刚度分析和设计研究。由于此类刚度映射仅涉及主动关节的刚度,忽略了杆件和铰链等其他部件弹性的影响,因此所建模型缺乏完备性。H uang等[13]以此为基础,在考虑简单机架以及支链全部组件弹性的条件下,结合子结构综第27卷第3期2010年3月机械设计 JO U RN A L O F M ACH IN E D ESIG N V ol.27N o.3 M ar.2010 *收稿日期:2009-02-06;修订日期:2009-09-30 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50675151) 作者简介:李永刚(1975-),男,河北永年人,讲师,博士,专业方向:并联机器人机构学,发表论文10余篇。

数控机床外观造型工业设计

参考资料1. 数控机床外观造型工业设计设计是一种艺术的造物活动，其本质是“按照美的规律为人造物”，这就决定了对设计的研究不能脱离审美的范畴。虽然“美”不是设计的惟一属性和最终目的，但就设计成果而言，美的因素却成为考虑其优劣程度的标准之一。对于机械造型美，最早可以追溯到19世纪。英国著名的建筑师、工艺美术家威廉?莫里斯要求艺术能为大多数人服务，为整个社会服务。1907 年，在莫里斯等人的影响下，德国一些工程师和工业设计师创办了“德意志艺术工业联盟”。这个组织在大工业机器生产的基础上将艺术和劳动结合在一起，在提高机械产品的质量，特别是在改进产品外观造型上作出显著成效。因此，德国的工业机械产品立即在国际市场上畅销，从而促进了世界各国对机械产品造型的重视。我国以前对美在机械造型中的作用重视不够，出口的机械产品不太重视把美学运用到造型中去，因此，产品虽然在性能、坚固等方面达到国际水平，但仍不受欢迎而缺乏竞争能力。此外，机械造型忽视和人体工程学的结合，明显与外市场的需求不相适应，从而失去竞争能力。因此，优良的机械产品必须和美的创造结合，才能达到最大的社会效益和经济效益。一、数控机床外观造型要素分解数控机床的整体造型是由外观件组成，数控机床外观件的造型体现了机床的整体造型风格。以数控机床的造型对人视觉印象造成主要影响为依据，可将数控机床外观件分为外罩、门、观察窗、把手、数控系统、排屑装置、水箱、油箱、电控柜、标牌等外观部件。每个外观部件作为数控机床整体造型的特征要素，其对整体造型的影响是各不相同的，一般的外观件只是研究机床门、把手和标牌等对机床外观造型影响较大的外观件。数控机床整体造型与外观件造型、外观件与外观件造型之间的关系是有机的协调关系，整体造型通过外观件造型的有机统一来实现其造型的目的。外观件的设计对数控机床整体外观质量以及机床使用的操作性有着重要的影响，因此外观件造型设计是数控机床造型设计的重点。外罩：机床的外罩造型是影响整体造型风格的最重要因素。外罩是数控机床主体上最主要的部件，其造型的视觉冲击力和表现力直接影响人们对机床的第一印象乃至最终评判。现有机床的外罩造型从其正立面上大体可以概括为曲面造型、直面造型和斜面造型。这三种特征的外罩造型给人的感觉各不相同。以曲面、曲线为基调的外罩造型给人圆润、流畅、活泼、亲切的感觉。以直面、直线为主的造型风格给人规整、均衡、庄重的感觉。正立面以斜面为主的造型，其面与面之间的转折变化较为丰富，给人以有生气、活力、轻巧的感觉。门：机床门位于机床主体部分的正面中央，是机床造型设计的重点之一。机床门的造型要受到机床外罩正立面造型的约束，其外轮廓线要与机床外罩正立面的轮廓线相匹配。现有的造型大致可以按造型感觉分为曲门、直门和折门三种，其造型的变化要随外罩造型的变化而变化。

数控车床基础知识

广州市XXXX技工学校教案册（生产实习）课题数控车床基本知识教师时间

课题练习与作业图样技术要求： 1、以01为工件编程原点写出各点的绝对坐标值 2、以02为工件编程原点写出各点的绝对坐标值名称材料45#额定工时

课题学习要求（引言）本课题的教学目的掌握数控加工的入门知识、组成及工作原理，及数控编程的基础知识；熟练数控的基本功能。掌握数控编程通用 G 代码、M 功能、S 功能、T 功能。一、数控车床加工特点以及加工流程（0.3课日） 1数控的定义：数控是指用数字来控制，通过计算机进行自动控制的技术通称为数控技术。 2、数控机床的特点： 1）、具有高度柔性， 2）、加工精度高， 3）、加工质量稳定、可靠。 4）、生产率高。 5）、改善劳动条件。 6）、利于生产管理现代化。 3、数控机床的组成和工作原理 1）、数控机床的组成数控机床一般由输入输出设备、 CNC 装置（或称CNC 单元）、伺服单元、驱动装置（或称执行机构）、可编程控制器 PLC 及电气控制装置、辅助装置、机床本体及测量装置组成。下图是数控机床的组成框图，其中除机床本体之外的部分统称为计算机数控（CNC ）系统。 2）、工作步骤在数控机床上加工零件通常经过以下几个步骤: 加工阶段编程阶段

4、数控车床编程的基础知识数控车床之所以能够自动加工出不同形状、尺寸及高精度的零件，是因为数控车床按事先编制好的加工程序，经其数控装置“接收”和“处理”，从而实现对零件的自动加工的控制。使用数控车床加工零件时，首先要做的工作就是编制加工程序。从分析零件图样到获得数控车床所需控制介质（加工程序单或数控带等）的全过程，称为程序编制，其主要内容和一般过程如下图所示：修改f 丄| | f * | f修改 1）图样分析根据加工零件的图纸和技术文件，对零件的轮廓形状、有关标注、尺寸、精度、表面粗糙度、毛坯种类、件数、材料及热处理等项目要求进行分析并形成初步的加工方案。 2）辅助准备根据图样分析确定机床和夹具、机床坐标系、编程坐标系、刀具准备、对刀方法、对刀点位置及测定机械间隙等。 3）制定加工工艺拟定加工工艺方案、确定加工方法、加工线路与余量的分配、定位夹紧方式并合理选用机床，刀具及切削用量等。 4）数值计算在编制程序前，还需对加工轨迹的一些未知坐标值进行计算，作为程序输入数据，主要包括：数值换算、尺寸链解算、坐标计算和辅助计算等。对于复杂的加工曲线和曲面还须使用计算机辅助计算。 5）编写加工程序单根据确定的加工路线、刀具号、刀具形状、切削用量、辅助动作以及数值计算的结果按照数控车床规定使用的功能指令代码及程序段格式，逐段编写加工程序。此外，还应附上必要的加工示意图、刀具示意图、机床调整卡、工序卡等加工条件说明。 6）制作控制介质加工程序完成以后，还必须将加工程序的内容记录在控制介质上，以便输入到数控装置中。如穿孔带、磁带及软盘等，还可采用手动方式将程序输入给数控装置。 7）程序校核加工程序必须经过校验和试切削才能正式使用，通常可以通过数控车床的空运行检查程序格式有无出错或用模拟防真软件来检查刀具加工轨迹的正误，根据加工模拟轮廓的形状，与图纸对照检查。但是，这些方法尚无法检查出刀具偏置误差和编程计算不准而造成的零件误差大小，及切削用量选用是否合适、刀具断屑效果和工件表面质量是否达到要求，所以必须采用首件试切的方法来进行实际效果的检查，以便对程序进行修正。

基于螺旋理论的5_UPS_UPU并联机床自由度分析

2012年第30期（总第45期）科技视界 SCIENCE &TECHNOLOGY VISION 科技视界0前言并联机构是一种由两个及以上独立运动链连接动平台和定平台，具有2-6个自由度，且采用并联的驱动方式的机构。与串联机构相比较，并联机构具有精度高、结构紧凑、刚度高、承载能力强等优点。由于并联机构的诸多优点而引起了众多学者展开将并联机构应用于机床的研究。并联机床又称为虚拟轴机床，是一种知识密集型机构，实质上它是现代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。与传统机床相比，并联机床具有如下优点：1）刚度重量比大，2）响应速度快。3）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。4）技术附加值高。可以说，并联机床被认为是本世纪最具有革命性的机床设计突破，代表了21世纪机床发展的方向。虽然并联机床得到了众多学者的研究，也获得了丰硕的研究成果，但由于其相比传统的机床而言在机构与控制方面相对要复杂的多，受限于并联机构的应用还不成熟，并联机床在我国还没有成熟的产品进入市场，目前国内外研究的并联机床大都集中在三自由度和六自由度的机型上，而对机床来说要加工复杂的零件最多需要五个自由度就可以完成。所以，六自由度并联机构应用在并联机床上将有一个多余的自由度，这显然是一种不必要的浪费；而三自由度的并联机构为完成复杂的任务就必须借助其他两个自由度的运动，这将使得并联机构的优点大打折扣。因此，研究五自由度的并联机构应用于机床是非常有意义的。燕山大学研究了五自由度的并联机床，但其机构构型（5-UPS/PRPU ）中的约束支链采用了移动副连接方式，这将影响机床的性能。作者提出采用五自由度并联机构（5-UPS/UPU ）应用于并联机床的构型，并分析其自由度数量与性质，证明本机构适合应用于并联机床。 1结构设计图1 图2图3 如图1所示，5-UPS/UPU 机构由静平台c 、动平台d 与联接动静平台的六条支链L i （i ＝1，2，3，4，5，6）组成，每条支链L i （i ＝1，2，3，4，5，6）由杆a i （i ＝1，2，3，4，5，6）和杆b i （i ＝1，2，3，4，5，6）组成，其中L i （i ＝1，2，3，4，5）为主动支链，L 6为约束支链，a i （i ＝1，2，3，4，5，6）与b i （i ＝1，2，3，4，5，6）之间通过移动副p i （i ＝1，2，3，4，5，6）联接，主动支链的一端通过虎克铰A i （i ＝ 1，2，3，4，5）与静平台c 联接，主动支链另一端通过球铰B i （i ＝1，2，3，4，5）与动平台d 联接，约束支链L 6分别通过虎克铰A 6与虎克铰B 6与静平台c 与动平台d 联接。虎克铰A i （i ＝1，2，3，4，5）的几何中心为第一正五边形的五个顶点，以第一正五边形的几何中心为坐标原点，垂直于虎克铰A i （i ＝1，2）中心连线的方向为X 轴，平行于虎克铰A i （i ＝1，2）中心连线的方向为 Y 轴，第一正五边形所在平面的法向方向为Z 轴建立参考坐标系O-XYZ 。 2自由度分析由上节可知每条主动支链L i （i ＝1，2，3，4，5）具有相同的结构，建立主动支链坐标系O i -X i Y i Z i （i ＝1，2，3，4，5），如图2所示，其X i 轴和Y i 轴分别与虎克铰A i 的两个转动轴线重合，且Z i 轴垂直于X i 、Y i 平面，可知球铰B i 的几何中心相对于支链坐标系的位置为（x i ，y i ，z i ）。故主动支链的运动螺旋系为： i 1:（1,0,0;0,0,0）i 2:（0,1,0;0,0,0）i 3:（0,0,0;l 3,m 3,n 3）i 4:（1,0,0;l 4,m 4,n 4）i 5:（0,1,0;l 5,m 5,n 5）i 6 :（0,0,1;l 6,m 6,n 6!#######"#######$ ）（2-1）基于螺旋理论的５－ＵＰＳ／ＵＰＵ并联机床自由度分析舒宏庭王红州程洪涛 (江西省机械科学研究所江西南昌 330002）【摘要】并联机床被认为是本世纪最具有革命性的机床设计突破,代表了21世纪机床发展的方向，目前国内外研究的并联机床大都集中在三自由度和六自由度的机型上，而对机床来说要加工复杂的零件最多需要五个自由度就可以完成。燕山大学研究了五自由度的并联机床，但其机构构型（5-UPS/PRPU ）的约束支链采用了移动副连接方式，这将影响机床的性能。本文提出采用五自由度并联机构（5-UPS/UPU ）应用于并联机床的构型，并分析其自由度数量与性质,证明了本机构适合应用于并联机床。【关键词】并联机床；机构构型；5-UPS/UPU ；五自由度分析【Abstract 】Parallel machine tool is considered to be the most revolutionary breakthrough design of machine tool,which represents the direction of machine tool ’s development in the 21st century.At present the domestic and international research of parallel machine tool mostly concentrated in the three degree of freedom and six degrees of freedom on the model ，however,it only needs five degrees of freedom to processing complex parts.Yan - shan university has studied parallel machine tool with five degrees of freedom,but its mechanism configuration is 5-UPS/PRPU,which the constraint of branched chain adopts prismatic pair,which affects the functions of the machine tool.This paper puts forward parallel machine tool with parallel mechanism (5-UPS/UPU)of the five degrees of freedom and analyzes quantity and nature of its degree of freedom,this paper proves that the mecha -nism is suitable for parallel machine tool. 【Key words 】Parallel machine tool ；Mechanism configuration ；5-UPS/UPU ；Analysis of five degrees of freedom 作者简介：舒宏庭（1973.8—），男，汉族，硕士，江西省机械科学研究所，从事科研工作，研究方向为数控技术、并联机床。（下转第276页）机械与电子 273

数控机床外观造型设计中的审美分析

106艺术设计月刊 March ???????????????? ??????? Art & Design 总第１６７期 20073 数控机床外观造型设计中的审美分析 Aesthetic Analysis of Designing the Form of NC Machine Tool 卢晓梦Ｌｕ　Ｘｉａｏｍｅｎｇ｜　内容摘要　｜　本文通过分析数控机床外观造型设计视觉传达中艺术与技术的关系，进一步阐述了了解美的规律，灵活掌握数控机床外观造型的表现形式，从而能更形象、生动、快捷地传达机械产品信息的观点。［关键词］数控机床外观造型／艺术美／技术美设计是一种艺术的造物活动，其本质是“按照美的规律为人造物”，这就决定了对设计的研究不能脱离审美的范畴。虽然“美”不是设计的惟一属性和最终目的，但就设计成果而言，美的因素却成为考虑其优劣程度的标准之一。对于机械造型美，最早可以追溯到１９世纪。英国著名的建筑师、工艺美术家威廉?莫里斯要求艺术能为大多数人服务，为整个社会服务。１９０７年，在莫里斯等人的影响下，德国一些工程师和工业设计师创办了“德意志艺术工业联盟”。这个组织在大工业机器生产的基础上将艺术和劳动结合在一起，在提高机械产品的质量，特别是在改进产品外观造型上作出显著成效。因此，德国的工业机械产品立即在国际市场上畅销，从而促进了世界各国对机械产品造型的重视。我国以前对美在机械造型中的作用重视不够，出口的机械产品不太重视把美学运用到造型中去，因此，产品虽然在性能、坚固等方面达到国际水平，但仍不受欢迎而缺乏竞争能力。此外，机械造型忽视和人体工程学的结合，明显与国外市场的需求不相适应，从而失去竞争能力。因此，优良的机械产品必须和美的创造结合，才能达到最大的社会效益和经济效益。一、数控机床外观造型要素分解｜｜｜数控机床的整体造型是由外观件组成，数控机床外观件的造型体现了机床的整体造型风格。以数控机床的造型对人视觉印象造成主要影响为依据，可将数控机床外观件分为外罩、门、观察窗、把手、数控系统、排屑装置、水箱、油箱、电控柜、标牌等外观部件。每个外观部件作为数控机床整体造型的特征要素，其对整体造型的影响是各不相同的，一般的外观件只是研究机床门、把手和标牌等对机床外观造型影响较大的外观件。数控机床整体造型与外观件造型、外观件与外观件造型之间的关系是有机的协调关系，整体造型通过外观件造型的有机统一来实现其造型的目的。外观件的设计对数控机床整体外观质量以及机床使用的操作性有着重要的影响，因此外观件造型设计是数控机床造型设计的重点。外罩：机床的外罩造型是影响整体造型风格的最重要因素。外罩是数控机床主体上最主要的部件，其造型的视觉冲击力和表现力直接影响人们对机床的第一印象乃至最终评判。现有机床的外罩造型从其正立面上大体可以概括为曲面造型、直面造型和斜面造型。这三种特征的外罩造型给人的感觉各不相同。以曲面、曲线为基调的外罩造型给人圆润、流畅、活泼、亲切的感觉。以直面、直线为主的造型风格给人规整、均衡、庄重的感觉。正立面以斜面为主的造型，其面与面之间的转折变化较为丰富，给人以有生气、活力、轻巧的感觉。门：机床门位于机床主体部分的正面中央，是机床造型设计的重点之一。机床门的造型要受到机床外罩正立面造型的约束，其外轮廓线要与机床外罩正立面的轮廓线相匹配。现有的造型大致可以按造型感觉分为曲门、直门和折门三种，其造型的变化要随外罩造型的变化而变化。观察窗：观察窗作为数控机床正立面的视觉中心，其造型对整体造型风格的表现起着画龙点睛的作用。现有的数控机床的观察窗造型变化较多，但均要求与整体造型风格相协调。方形观察窗带有小圆角，常与以直线、平面为主，边角较硬直的外罩造型相匹配，给人以规整、精确的感觉。而带有大圆角的观察窗造型常与以曲面感觉为主的或面与面之间过渡较为圆滑的外罩造型相匹配。现有数控机床的观察窗造型已不再以方形为主，尤其是国外的数控机床造型越来越多地采用曲线造型和一些不规矩形作为观察窗的外形，以满足机床造型风格多样化的需求。把手：把手虽然在数控机床外观部件中体积较小，但其造型的视觉冲击力却不小。把手的造型和安装的位置都要考虑人机工程学方面的因素，以方便操作者使用。把手的造型主要由其截面形状和外形轮廓线决定。现有机床的把手截面多以圆形为主，但方形截面把手也有少量的应用。现有的把手外形轮廓线可归纳为直、曲、折三种，每种造型可分别与不同造型风格的机床造型搭配，但要考虑风格协调问题。直把手多用于方正的机床造型；曲把手多用于曲面的造型，以体现整体形态的张力；而折把手多应用于面与面之间转折变化丰富的机床造型，形成整体风格的统一。二、数控机床外观造型设计中的艺术美｜｜｜数控机床是多种技术的综合体，因而在设计过程中，仅仅局限于使其安全、快捷以及功能性的提高已经无法满足人们的需求。设计师还应注重机床的外观质量，比如形态、色彩、质感和装饰等综合整体给予人们的审美形象。要塑造美的形式很大程度上受到相对独立的审美法则的制约，机床造型设计同样也需要一些审美法则来加以指导，在数控机床造型设计中贯彻。例如：对立与统一、比例与尺度等造型设计法则，有利于处理好机床局部部件造型与整体造型之间的关系，以获得风格统一、比例协调的机床造型。宇宙间万物的形态无论有多复杂，都可以归纳为点、线、面、体四个基本要素。不同造型要素的组合，在造型意义上可以产生不同的性格，既能产生和谐，又能产生动态的紧张。数控机床外观艺术形式大体可分以下几种：现代艺术与设计 Modern Art and Design