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。

五、功能多样，灵活性强

并联机床结构简单且控制操作方便，人们在进行铣削、镗削、磨削等工件加

工时，可以根据加工对象把它开发成专用机床，也可以设计成通用机床，非常灵活。一旦给并联机床配备必要的测量工具，并联机床就可以被组装成测量机床，

具备了机床的多功能化的特性。并联机床的这种多功能性和较强的灵活性在国防、民用方面均有十分广阔的市场应用前景。

六、实现了stewart平台操作，变换坐标系方便

Stewart 平台结合了数控技术、计算机软硬技术和CAD\CAM技术，具有硬件

简单，软件复杂的特点。没有实体坐标系的设置，工件坐标系与并联机床的坐标

系的转换完全由软件来完成，转换起来非常方便。并且只要符合机床加工的范围，

在进行不同器件的加工时，只需要对连杠长度和接点位置进行改变，输入新的机

构参数就可以完成，省去了机件的再制造和调整环节，也便于进行对并联机床自

身的机体维护。

总之，并联机床具有以上特性，并且由于合理的受力结构，使得并联机床的

运动部件磨损小，而且由于没有导轨，避免了传统串联机床的机械性操作，灵活

简便，也不会产生铁屑或冷却液进入导轨内部而产生的导轨被划伤、磨损以及铁

锈的锈蚀等问题，使用寿命相对较长。

并联机床具有工件加工的高刚性、高速度、高精度和高灵活性，同时还具有

大推力、重量轻、组装简单、多功能以及造价低廉等优点，其应用前景非常广阔，适用于航空航天、船舶、汽车等制造领域，既可以完成对叶轮、海艇螺旋桨、发

动机箱体等复杂的自由曲面的加工，也可以完成对一般工件的铣削、磨削和镗削

等工作，在工业用和民用方面都有很大的应用市场且前景十分广阔。

并联机床是新一代机床的代表，是一种知识密集型的高科技产物，是现代机

器人技术和现代数控机床技术结合的高科技产品，代表着机床制造业的发展趋势

和方向。它所具备的体系刚度重量比大、技术附加值含量高等优点使得高精密仪

器领域内重要部件的加工对并联机床的需求增大，是国家技术力量的重要指标之一。我国的并联机床的研究与开发已经起步并取得了一定的成果，但和国外相比

还存在一定的差距，亟待更大的发展。

参考文献：

[1] 姜峣,李铁民,王立平. 过约束并联机构动力学建模方法[J]. 机械工程学报. 2013(17)

[2] 刘晓,赵铁石,边辉,罗二娟,苑飞虎. 耦合型3自由度并联稳定平台机构动力学分析[J]. 机械工程学报. 2013(01)

[3] 孙小勇,谢志江,蹇开林,张钧. 6-PSS柔性并联机器人动力学分析与仿真[J]. 农业机械学报. 2012(07)

[4] 胡波,路懿,许佳音,于晶晶. 新型过约束并联机构2RPU+UPU动力学模型[J]. 机械工程学报. 2011(11)