并联机床讲义专题讲座(并联)1
机器人学-并联机构与并联机器人
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视频：饼干抓取
视频：试管分拣
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2.2 虚拟轴机床简介(1990s)
• 虚拟轴机床又称并联机床（Parallel Kinematics Machine Tools ）,实质上是机器人技术和机床 技术相结合的产物 。
• 与传统机床比较： 优点：比刚度高（弹性模量与其密度的比值，比
• 其中2、3自由度并联机构中存在平面机构这一特殊情况，研究难度降低很多， 较多地被人们研究和使用。
• 6 自由度并联机构是并联机器人机构中的一大类，是国内外学者研究得最多 的并联机构，广泛应用在飞行模拟器、6维力与力矩传感器和并联机床等领域。 但这类机构有很多关键性技术没有或没有完全得到解决，比如其运动学正解、 动力学模型的建立以及并联机床的精度标定等。
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• 为了满足越来越复杂的工作需求，研究和使用多自由度 （3~6）的空间机构显示出一定的必要性。
• 近年来, 国内外机构型研究主要集中在多自由度多支链并 联机器人构型问题上。并联机构的结构属于空间多环多自 由度机构。并联机构的构型综合是一个极具挑战性的难题。 到目前为止, 国内外主要有四种并联机构的型综合研究方 法, 即基于螺旋理论的给定末端运动约束的型综合法、基 于李代数的型综合法、基于给定末端运动的型综合法和列 举型综合法。
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• 从前面对delta系统分析的过程中我们已经 对并联机构的复杂性有所了解，而这种复 杂性正潜藏了一些未知的优越性，所以并 联机构和并联机器人的开发必将对机器人 事业的发展提供强大助力。
并联机器人构型方法 (1)
并联机器人机构构型方法研究
1-3-5基于集合的综合方法
高峰
[139]
使用复合铰链综合具有确定运动特征支链的方法综合了多种少自由度并联机构，并提出了
一种特殊的Plücker坐标，用于描述机构和支链的运动特征。在此基础上，宫金良、高峰
[140-142]
进的机器人机构构型分析方法，使用四种运动基（移动基、转动基、左螺旋基
定义并联机构中第j个分支总的自由度数为
j
C，则有下式成立
=1 =1
∑=∑
mg
j i
j i
C f (1.4)
将(1.4)代入(1.3)消去
i
f后得到
∑= +
m
j
j
C M d l (1.5)
对于分支运动链结构相同，且分支数等于机构自由度数的对称并联机构，又有以下条件成立
m = M且l = M−1 (1.6)
标记法、哈明数法、对称群理论、图论法等，这些理论研究积累了丰富的经验，综合并创新了多种机构
[77-83]
。到目前为止，已经形成了比较完善的平面机构构型理论和方法。
近年来，国内外机构型研究主要集中在并联机器人机构构型问题上。并联机构的结构属于空间多环
河北工业大学博士学位论文
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度的非线性约束，才能确定动平台运动输出特性，而自由度的非线性约束增加了型综合的难度。
形统一描述基本运动副和串、并联机构末端执行器运动类型的理论框架。该方法可被认为是李群代数法
并联机器人-课件PPTb第1章 并联机器人概述
1.1.5 并联机器人的特点
6）完全对称的并联机构具有较好的各向同性， 也使完全对称的并联机器人具有较好的各向同性。
7）并联机构的各运动支链的结构相同时，有 利于并联机器人的制造。
8）在位置求解上，并联机器人的运动反解容 易，运动正解困难，这有利于并联机器人的控制。
9）并联机构的使用寿命长。
1.2 并联机器人的分类
构件是机械系统中能够进行独立运动的单元体。 在并联机构中，刚性构件主要是连杆，弹性或柔性 构件主要是柔索。
运动副是指两构件既保持接触又有相对运动的 活动联接。在并联机构中，运动副有转动副、移动 副、螺旋副、圆柱副、虎克铰和球面副等，多为面 和面接触的低副。在机械工程中，通常又称这些运 动副为关节或者铰链。
(3) 并联机构的类型
图1-3 2-PRR的2自由度并联机构 图1-4 3-RPS的3自由度并联机构
(3) 并联机构的类型
图1-5 4-UPU的4自由度并联机构
图1-6 3-5R的5自由度并联机构
(3) 并联机构的类型
图1-7 6-UPU的6自由度并联机构 图1-8 4-SPS/S的3自由度冗余驱动并联机构
混联机器人
五自由度混联机器人
混联机器人
五自由度混联机器人
1.2.4 按并联机器人的连杆的刚度分类
按并联机器人的连杆的刚度，并联机器人可以 分为刚性和柔性并联机器人。
刚性连杆的并联机器人为刚性并联机器人。刚 性并联机器人的连杆由刚性的杆件组成，刚性的杆 件能受拉力和压力，变形量小，可使并联机器人有 高的精度。刚性并联机器人的运动支链主要是液压 缸、直线电机、滚珠丝杠和普通刚性杆，支撑或拉 动平台。
例：三D打印并联机器人
汽车纵横双向驻车坡度角检测并联机器人
《并联六杆机床》word版
摘要概念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，寻求含一个主刚体(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。
按照支链中所含伺服作动器数目不同，并联机床可大致分为并联、串并联和混联3种类型。
前两者在一条支链中仅含一个或一个以上的作动器，以直接生成3～6个自由度；而后者则通过2个或多个少自由度并联或串联机构的串接组合生成所需的自由度。
按照作动器在支链中的位置不同，并联机床可采用内副和外副驱动，且一般多采用线性驱动单元，如伺服电机—滚珠丝杠螺母副或直线电机等。
机架结构的变化可使得并联机床的总体布局具有多样性，但同时也使工作空间的大小、形状以及运动灵活度产生很大差异。
因此，在制定总体布局方案时，应采用概念设计与运动学设计交互方式，并根据特定要求做出决策。
通过更换末端执行器便可在单机上实现多种数控作业是并联机床的优点之一。
然而由于受到铰约束、支链干涉、特别是位置与姿态耦合等因素的影响，致使动平台实现姿态能力有限是各种6自由度纯并联机构的固有缺陷，难于适应大倾角多坐标数控作业的需要。
目前并联机床一个重要的发展趋势是采用混联机构分别实现平动和转动自由度。
这种配置不但可使平动与转动控制解耦，而且具有工作空间大和可重组性强等优点。
特别是由于位置正解存在解析解答，故为数控编程和误差补偿提供了极大的方便。
应该强调，传统机床的发展已有数百年历史，任何希望从纯机构学角度创新而试图完全摒弃传统机床结构布局与制造工艺合理部分的设想都将是有失偏颇的。
本次设计的是由6根伸缩杆连接固定平台（机床的框架）和动平台（主轴部件），机床的6边形框架是固定平台，6根伸缩杆通过铰链成60度角分布在框架上，杆件的支撑点是固定的，而杆件的长度是可变的，即可伸缩的。
6根伸缩杆的另一端，则通过铰链与装有主轴部件的动平台相连接，从而实现刀具的6个自由度运动。
待加工零件固定在机床的工作台上，在整个加工过程中不作任何运动.ABSTRACTThis design is made up of 6telescopic rod is connected with a fixing platform ( machine frame ) and a moving platform ( spindle ), the machine on 6 sides of the frame is fixed platform,6 telescopic rod through a hinge at a 60 degree angle distribution in the frame, the support rod is fixed, and the rod of are variable in length, can be telescopic. 6 telescopic rod at the other end, through a hinge and a spindle of moving platform is connected, so as to realize the tool with 6degrees of freedom of motion. Parts to be processed is fixed on a working table of a machine tool, in the entire process without any movement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。
并联机器人的工作空间分析
8.1 并联机器人的工作空间的概念
4）灵巧工作空间 灵巧工作空间又称灵活工作空间，是指操作器可以从 任何方向到达的点的集合，或者说，在灵巧工作空间内的任 意位置点，操作器能从所有方位到达，再或者说，在操作器 全方位空间下，操作器具有最大位置的工作空间。 灵巧工作空间不要求操作器的位 置最大，只要求操作器具有全方位，对 于进动角来说，进动角为0～360º。
ni 在定坐标系OXYZ下的位置的列矩阵：
A ni
A L~i A Li1 A L~i A Li1
（8-9）
图8-2 相邻两连杆间的连杆间距
8.2.2 并联机器人的工作空间的限制条件
4. 奇异位形的限制条件
并联机构不产生奇异位形的限制条件：
det J q 0
（8-10）
图8-1 具有操作器的6-SPS并联机构
3. 操作器的方位表示 最常用的操作器的方位参数或姿态参数是欧拉角中的进 动角 、章动角 和自旋角 ，也有用其他形式的欧拉角或用 RPY角。 操作器固定在动平台上，动平台与操作器的方位参数相 同。
8.1 并联机器人的工作空间的概念
4. 工作空间的表示 工作空间的边界在二维平面上表现为曲线，在三维空间 中表现为曲面，在大于三维的超空间中，用曲面表示3维工 作空间的边界，且用文字、色彩等表示第4、5和6维的工作 空间。 工作空间等于或大于三维时，可绘出工作空间曲面的截 面，这可清楚表达工作空间内部的结构。可以用直角坐标表 示工作空间的曲线和曲面，也可以用极坐标表示工作空间的 曲线和曲面，用何种形式的坐标表示工作空间的曲线和曲面， 以清楚和方便地表达工作空间为原则。
图8-1 具有操作器的6-SPS并联机构
8.2.1 具有操作器的6-SPS并联机构及操作器的位姿分析
同步发电机的并联运行知识讲解
3、电机和电网之间有高次谐波环流，增加损 耗，温度升高，效率降低。
4、电网和电机之间存在巨大的电位差而产生 无法消除的环流，危害电机安全运行。
第三节 同步电机并网运行的理论基础
无限大电网：
电网的容量相对于并联的同步发电机容量来说要大得 多，如果对并联在电网上的同步发电机进行有功功率和无 功功率调节时，对电网的电压和频率不会有什么影响。无 限大电网的特点是端电压和频率均可认为是恒定的。
时，电磁转矩 T 也增加一个 T ，去掉干扰后， 因 + T >T ，使T1 电机自动回到原工作点
（ T T1），稳定。
（2）凸极机： 凸极机与隐极机相似，额定运行点一般在
200 ~ 300 电角度范围。
（电能3）磁 力最，转大用矩转kT矩mN（表T或示max（额：或定最电大磁电功磁率功PN率）P之M m比ax称）为与过额载定
3.发电机的电压相序与电网的电压相序相同（发电机相序决 定于原动机的转向，一般是固定的）
4.在合闸时，发电机的电压相角与电网电压的相角一样
二、方法：
1. 准确同步法：将同步发电机调整到符合并联 条件后进行并网操作，分为暗灯法和旋转灯光法 两种。
(1)暗灯法： 电网与同步发电机之间的三相并联开关两
侧接灯泡，称相灯，若三相相灯同明同暗，说 明相序正确；当三组相灯同时熄灭时，表示电 压差 U A UB UC 0 ，即可并网合闸。
输入 功率P1
电磁功 率Pem
输出功 率P2
机械损 耗pmec
附加损铁损pFe 耗pad
定子铜损 pcu1
2. 自同步法：
自同步法的投入步骤为： （1）校验发电机相序把发电机拖动到接近同步 速，励磁绕组经限流电阻短路。
并联机构、并联运动机床
3.2并联机床的特点
3.4 国内并联机床研究
燕山大学黄真教授VAMT1Y
3.4 国内并联机床研究
哈尔滨工业大学加工汽轮机叶片并联机床
数控镗铣虚拟轴机床
3.4 国内并联机床研究
V100型并联车削中心
3.4 国内并联机床研究
哈量LINKS-EXE700并联机床
四、并联机构的其他应用
飞行模拟器
四、并联机构的其他应用
传统机床与并联机床的综合性能比较
3.3 实用阶段的并联机床
6X Hexa 立式加工中心
3.3 实用阶段的并联机床
КИМ-750型测量机 美国Hexel公司的P2000型5轴加工铣床
3.3 实用阶段的并联机床
德国Herkert机床公司SKM400型卧式加工中心
3.3 实用阶段的并联机床
德国DS-Technologie公司Sprint Z3型动力头
3D打印机
天文望远镜
四、并联机构的其他应用
医疗手术
在2O世纪9O年代中期问世的并联机床，正是为 解决传统机床存在的问题而进行的一种新的尝试。
3.1早期的并联运动机床
Variax 型加工中心
3.1早期的并联运动机床
美国 Ingersoll公司 VOH 600
3.1早期的并联运动机床
美国 Ingersoll公司 HOH 1000
3.2并联机床的特点
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。
并联机床的设计理论与关键技术
并联机床的设计理论与关键技术Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998详解并联机床的设计理论与关键技术1 概述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(Parallel Machine Tool)，又称虚(拟)轴机床(Virtual Axis Machine Tool) 或并联运动学机器(Parallel Kinematics Machine)。
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”(VARIAX)的数控机床与加工中心，引起轰动。
并联运动机床解析
（2） 并联机床设计的理论研究概况
并联机床的设计除包括机床结构形式的概念设计外， 还包括运动学设计、动力学设计、精度设计、数控系 统设计等方面，已经取得了诸多有价值的研究成果。 如：Raghavan得出Stewart平台运动学正解结论；
Innocenti和Cheok等人提出运动学数值解法； Gosselin、Merlet和 Ji的工作空间几何解析法； Nguyen、Lee、Liu关于动力学建模，以及熊有伦 提出动力学优化设计策略； 建立的驱动部件误差与终端误差之间的关系； 多种运动学标定、提高机床加工精度的方法等。 这些研究成果为并联机床的设计和应用奠定了理 论基础。
新概念并联运动机床
一、并联运动机床概述 二、并联机床技术的研究和发展 三、并联机床的特点 四、并联运动机床结构 五、并联机构的应用
并联运动机床解析
一、并联运动机床概述
1. 新概念机床－并联运动机床 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)、21世纪的机床。如图1所示
并联运动机床解析
如前所述，虚轴机床实际是一个空间并联连 杆机构，其六根杆即为六根并联连杆，它们是机 床的驱动部件和主要承力部件，由于这六根杆均 为二力杆，只承受拉压载荷，所以其应力、变形 显著减小，刚性大大提高。由于不必要采用大截 面的构件，运动部件的质量减小，从而可采用较 高的运动速度和加速度。
并联运动机床解析
3.虚轴机床的并联机构
虚轴机床的基本结构是一个动平台、一个 定平台和六根长度可变的连杆,如图4所示。动 平台上装有机床主轴和刀具，定平台(或者与定 平台固连的工作台)上安装工件，六根杆实际是 六个滚珠丝杠螺母副，它们将两个平台连在一 起，同时将伺服电动机的旋转运动转换为直线 运动，从而不断改变六根杆的长度，带动动平 台产生六自由度的空间运动，使刀具在工件上 加工出复杂的三维曲面（如图5所示）。
最新同步发电机的并联运行讲课讲稿
若转子极对数为P，则整个转子上有个 2P等值励 磁电流，作用在转子的总电磁转矩为 T ：
b.电压不等：三个相灯没有绝对熄灭的时候，而 是在最亮和最暗范围闪烁，需调节励磁电流从而 改变发电机的端电压。
c.相序不等：三个相灯明暗呈交替变化状态， 说明发电机与电网的相序不同,需对调发电机或 电网的任意两根接线。 d. 相角不等：三组相灯不同时熄灭，不能合闸 并网，需微调节转速。
(2) 灯光旋转法：
网相当于电感负载。
3． 改变发电机的励磁电流只能使电枢绕助产生落后或
领先的纯无功电流，没有能使发电机输出有功功率。
二、负载运行
并联到电网上的发电机，能够调节的物理量有两个：
励磁电流；原动机输出转矩。
原动机的输出转矩增加，T1 T 0 转子加速，首先出现的是
转子位置（以
F
为标志）领先气隙旋转磁密
f1
②注意事项
励磁绕组必须通过一限流电阻短接， 因为直接开路，将在其中感应出危险的高 压；直接短路，将在定、转子绕组间产生 很大的冲击电流。
③ 自同步法的优点 操作简单，方便快捷；
④ 自同步法的缺点 合闸时有冲击电流。
6.4.2 同步电机并网运行的理论基础
并联运行通常是指同步发电机与无限大电网 并联运行。就是发电机的端电压和频率与电网完 全相等.
6.4.1 投入并联的条件和方法
条件：
方法
1.电压大小相位(波形)相同 1.准确同步法
2.频率相同
2.自同步法
3.电压幅值相同
4.电压相位相同
5.相序相同(相序一致是绝对
条件)
条件不满足时对电机的影响
1、电机和电网间有环流，定子绕组端部受力变形。 2、产生拍振电流和电压，引起电机内功率振荡。 3、电机和电网之间有高次谐波环流，增加损耗，温
并联机床
并联机床并联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该机床具有以下特点1．并联机构仅有6个关节，10个自由度，刚性、动态性能及高速性能大幅提高。
2．提出了最新并联机床校准和标定技术：能够校准并联机床所有参数，是世界第一个在误差补偿方面现数控机床相同的并联机床。
3．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，为最佳切削参数的选择提供了保证。
4．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。
用该机床组成的生产线，可大幅度的减少机床台数，减少辅助时间。
产业化哈量集团计划采取两种方式在国内推广使用该产品和实现产业化。
一是独立开展市场营销工作，向全球的终端用户提供完整的机床和解决方案。
重点向航空航天、核电力设备、船舶、高速列车及汽车领域提供该产品。
二是向EXECON公司技术在中国和全球的集成许可商提供该机床的核心模块，由集成商向用户提供完整的机床，或与这些公司共同合作，向全球的用户提供完整的机床和解决方案。
并联机床（又称虚拟轴机床）是由机械机构学原理引用过来的，机构学里将机构分为串联机构和并联机构，串联机构的典型代表是机器人，传统机床的布局实际上也是串联机构。
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，作为机床，为提高精度和刚性，不得不将床身、导轨等制造得宽大厚实，由此导致了活动范围和灵活性能的下降。
为了解决上述矛盾，在20世纪80年代后，一大批学者开始致力于并联机构的研究，提出了并联机床的概念。
并联机床的典型代表是Stewart平台结构，即由六根可伸缩杆和动平台构成，可实现较高的动态特性，但工作范围小。
4-4并联机床
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。
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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。
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三杆并联机床
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小结：1、并联机床的优点
2、传统机床的缺点
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作业：习题册：第四章一、4 二、5 三 、5 6 四、1 2
35
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原理：
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优点：①机床应力、变形小 ②刚性提高 ③质量小可采用较高的运动速度和加
速度。
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并联机床的特点：
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。
（2）由于这项技术尚处于开发的初期，某些厂家的虚轴 机床性能并不理想，如精度、刚性等指标甚至低于普通机 床，使得人们对这种新型机床持怀疑态度。
（3）任何新事物都很难立刻得到人们充分的肯定。虚轴 机床与传统机床几乎没有相似之处，要想得到人们的承认， 更需时日。
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鉴于以上几点，今后虚轴机床的研制和生产可能 会有以下趋势：
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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。
并联机床
并联机床：在一个完整的虚拟环境中的设计，分析和仿真张丹王利辉选择一个配置为机器的工具,最适合的电力需求预测设置需求可以是一个困难和昂贵的运动。
这个问题现在可以得到一个完整的虚拟验证系统的使用。
该系统包括运动学/动态分析、力分析模型、计算机辅助设计(CAD)模块、有限元分析模块,CAM模块、优化模块和视觉环境进行模拟和碰撞检测的加工、去毛刺。
这是一个整合的平行运动机器(PKM)设计、分析、优化和仿真。
本文综合虚拟实验系统进行详细的描述,基于三自由度原型平行运动机器(PKM)进行建模、分析、优化和远程控制系统。
一些结果和模拟结果也进行了分析。
其有效性得到的结果显示NRC-IMTI在设计的平行运动机器(PKM)进行。
介绍因为最近的趋势对高速切削加工，高速加工有需求开发机床高的动态性能,提高刚度和减少移动质量。
采用并行机制开发这一类型机器,叫做并行结构机器平行运动机器(pkm)[1 – 3]。
然而,研究人员在Giddings和刘易斯表示,饱满集成的标准自动化装置、计算机辅助设计(CAD),和一个用户界面使其前需要并行结构.中国总体市场可轻易买到。
一个虚拟环境-品德,可用于个人知识理(PKM)设计、分析和仿真迫切要求。
几个努力进行了这个话题。
Pritschow[4]提出了一种系统的方法设计不同的平行运动机器(PKM)拓扑结构。
Merlet[5]软件的开发优化设计一个具体的平行运动机器(PKM)class-Stewart平台基于机制。
金和杨[6、7]提出了一种方法拓扑分析的合成及并联机构。
然而,没有完成现有的虚拟实验系统的平行运动机器(PKM)设计和分析。
与客观研制一种实用方法相应的虚拟环境,平行运动机器(PKM)的分析和设计, 好几个活动在加拿大国家研究理事会进行了集成制造技术研究。
平行运动机器(PKM)一个关键组成部分,对可重构制造系统在不同的产业部门。
最重要的是,平行运动机器(PKM)设计师设计和分析潜在的平行运动机器(PKM)一个整合性的虚拟在制造环境。
并联运动机床1ppt课件
由于这种机床上没有导轨、转台等表征坐 标轴方向的实体构件，故称为虚轴机床 (Virtual Axis Machine Tool)；由于其构造特 点，又称为“并联运动机床〞(Parallel Kinematic Machine，PKM)；同时由于其奇特的 外形，西方刊物上还常称之为“六足虫〞 (Hexapod)。
以Stewart平台为根本构型的各类并联机床， 包括美国某公司的VARIAX数控机床、英国某公司 的Hexapods加工中心、清华大学VAMT1Y型虚拟轴 机床原型样机等
〔2〕 并联机床设计的实际研讨概略 并联机床的设计除包括机床构造方式的概念设计外，还包括运动学设
计、动力学设计、精度设计、数控系统设计等方面，曾经获得了诸多有价 值的研讨成果。 如：Raghavan得出Stewart平台运动学正解结论； Innocenti和Cheok等人提出运动学数值解法； Gosselin、Merlet和 Ji的任务空间几何解析法； Nguyen、Lee、Liu关于动力学建模，以及熊有伦提出动力学优化设计战略； 建立的驱动部件误差与终端误差之间的关系； 多种运动学标定、提高机床加工精度的方法等。 这些研讨成果为并联机床的设计和运用奠定了实际根底。
• 伸缩杆的长度变化驱动主轴部件，实现加工轨迹 所需的运动，工件固定在任务台上不动。
驱动滑板
长度固定 的杆件
机床立柱
万向铰链 万向铰链 主轴部件
电主轴
万向铰链
万向铰链
Stewart 运动平台
伺服电动机
解码器 万向铰链
外层滚珠丝杆
滚珠丝杆的构造
内层滚珠丝杆
5杆并联机构驱动的主轴部件
谢谢大家！
虚轴机床的制造本钱能够低的缘由：
〔1〕虚轴机床是用复杂的数学运算和相对简单的 机械构造来实现复杂型面的加工，降低了构造制 造本钱；
并联机床的基本原理
并联机床的基本原理
并联机床的基本原理是将多个机床通过某种机构连接在一起，共同完成加工任务。
每个机床在并联系统中都保持独立运动，彼此之间没有相互制约，可以同时进行加工操作。
并联机床通常由一个主机床和多个从机床组成。
其中，主机床负责控制整个系统的运动和协调从机床的操作。
从机床通常具有相同或类似的结构和性能，可以分别进行不同的工序加工。
主机床通过机械、液压或电气传动系统将力或运动传递给从机床，使其进行加工操作。
主机床可以根据需要控制从机床的位置、速度和力等参数，以实现复杂的工件加工。
并联机床的优点包括高效、高精度和灵活性。
由于多个机床同时工作，可以大幅度提高加工效率。
而且，每个机床可以独立运动，以适应不同的加工要求。
此外，通过合理的设计和控制，可以实现高精度的加工，保证工件质量。
然而，并联机床也存在一些挑战和限制。
由于系统中有多个机床，在协调运动和控制时需要考虑各个机床之间的协调和同步。
此外，系统中的复杂结构和部件可能带来更高的维护和操作成本。
同时，精确的工件定位和夹持也是一项技术难题。
总的来说，通过并联机床的组合使用，可以提高生产效率、加工品质和灵活性，
适应多变的工艺要求，是现代制造业中重要的加工设备。
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易水寒江雪敬奉
并联机床（PMT, Parallel Machine Tool）又称并联运动 学机器（PKMs, Parallel Kinematics Machine）或虚（拟） 轴机床(Virtual Axis Machine Tool)，是并联机器人技术和现 代数控机床技术结合的产物，它同时兼顾了机床和机器人 的诸多特性，既可以看作是机器人化的机床（可以完成机 床的切削任务），又可以看作是机床化的机器人（可以完 成许多精密的机器人作业）。它能够提供机器人的灵活与 柔性，又具有机床的刚度和精度，是集多种功能于一体的 新型机电设备。
0
60
(b) ≤ 36 o
120
180
刀具转角 Θ / (o)
两支链距离d/(m) 0.3
0.1
0.1
-180
-120
-60
0
60
(c) ≤ 37 o
与传统机床相比，并联机床具有如下优点：
⑴ 刚度重量比大：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；
⑵ 精度高：并联机床刀具的运动由各独立支链的进给驱动共 同提供，不存在串联的误差积累，理论上比串联机床容易达到 较高的精度；
⑶ 响应速度快：运动部件惯性的大幅度降低，有效的改善了 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，因而特别适用于各种高速数控作业；
(2) 输出运动之间具有复杂的 非线性关系，因此在机构的运动 学、动力学、作业空间、误差分 析及运动控制中均涉及大量的非 线性方程组求解。
基于流形理论和数值连续算法, 研究和开发了一种含参数的非线 性方程组的解集边界求解算法， 可以直接搜索出一个非线性系统 的解集边界，计算速度快、效率 高。已经针对作业空间和机床运 动精度建立了数学模型。
图1.1 Giddings& Lewis 公司的VARIAX 图1.2 Ingersoll公司的Haxapod
国内从1995年由清华大学和天津大学共同开始研究并联机床，并于1997年研制 成功了VAMT1Y型桁架式六轴并联机床原型样机。东北大学、哈尔滨工业大学、天 津大学等在其后分别推出了结构各异的并联机床。
图2.1 并联机构用于医疗器械
图2.2 飞行模拟器
图2.3 Delta并联机器人用于食 品包装机
图2.4 24个自由度的机器人手臂
图2.5 并联机构应用于电子行业
图2.6 游戏动感椅
三、并联机床研究进展
1. 并联机床运动学 2. 并联机床精度与标定 3. 并联机床动力学 4. 并联机床切削性能与工艺 5. 并联机床数字化快速开发平台 6. 并联机床产业化进程
提出了多种有重要应用的并 联机构，这些并联机构可广泛地应用 在工业机器人、微动机器人、少自由 度飞行模拟器和并联机床等领域，已 经申请多项发明专利，为开发具有中 国知识产权的相关产品提供保证。
一种空间三自由度并联机器人机构
两维移动两维转动四轴并联机床结构
两维移动一维转动三轴并联机床结构 一种四自由度并联结构
l1=l2=1150 l1=l2=1200 l1=l2=1250
XNZ2010 作业空间的边界
两支链距离d/(m) 0.3
两支链距离d/(m) 0.3
0.1
0.1
-180
-120
-60
0
60
(a) ≤ 35 o
120
180
刀具转角 Θ / (o)
两支链距离d/(m) 0.3
-180
-120
-60
进入八十年代以后，随着工业机器人应用的发展，机器人
的研究逐渐成为热点，工业机器人结构向着多样化的方向发展
。人们开始认识到并联机构运动结构的重要性。在随后的十多 年间，Hunt、Fichter、Gosselin等对并联机器人和并联机构的理 论进行了广泛深入的研究，取得了不少研究成果。如由Clavel在 1986年提出的DELTA机构、由Pierrot在1991年提出的Hexa机构 、由Herve在1992年提出的Star机构、由Tsai在1996年提出的Tsai 机构和由Hebsacker在1999年提出的Hexi-glide机构等等
⑷ 功能性强：并联机床的主轴平台可以具有3-6个自由度，能 灵活地实现空间姿态，提供较强的加工、装配、测量等能力；
⑸ 结构灵活、成本低：并联机床构型多样、结构简单、部件 少、重组性强，便于模块化设计。具有“硬件”简单，“软件 ”复杂的特点，因此制造成本较低。
一、 并联机构的发展
并 联 机 构 的 构 想 可 以 追 溯 到 1895 年 ， 但 直 到 1948 年 才 由 Gough真正将并联机构运用于实践，设计出一种轮胎操作机。 1965年，Stewart首次提出一种6条腿连接静平台和动平台的6自 由度并联机构，作为飞行模拟器，该并联机构被称之为平台。 并在1978年，由Hunt提出可以应用Stewart平台作为机器人机构。
1. 并联机床运动学
(1) 基于空间模型理论的并联机构设
计方法及新机构的创新研究
研究方向：Stewart平台等6自由度并 联机构——转向少自由度和串并混联 的机构。
研究少自由度机构尺寸和性能之间的 关系，进一步研究机器人的性能随尺 寸变化的一般规律，从而达到依据性 能图谱进行机构设计的目的，为机构 尺寸设计这一难题提供了一条有效途 径。
二、并联机构的应用
随着并联机构技术应用的深入，并联类构型已不仅仅局限于并 联机床等加工类设备，而被广泛的应用于人们生产和生活的各个方 面，如航空航海领域、加工制造、装配领域、轻工业领域和医疗器 械领域、特种加工、微动机构、测量作业、焊接、铆接、土方挖掘、 煤矿开采、娱乐设施、天文望远镜、机器人手臂和灵巧眼等很多方 面。
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，九十年代中期， 美国、英国、德国、俄罗斯、瑞士、瑞典、日本等国家的有关研究机构和机床厂 家纷纷推出具有不同结构形式和功能特性的并联机床。1994年，美国芝加哥国际 机床博览会上，美国Giddings& Lewis 公司和Ingersoll公司展出了最早的两台 并联机床，如图所示。