并聯(lián)運動機床概述.doc

來自/jxzb/part3/part3-chapter2-101.html并聯(lián)運動機床概述 并聯(lián)運動機床是以空間并聯(lián)機構為基礎，充分利用計算機數字控制的潛力，以軟件取代部分硬件，以電氣裝置和電子器件取代部分機械傳動，使將近兩個世紀以來以笛卡兒坐標直線位移為基礎的機床結構和運動學原理發(fā)生了根本變化。 1994年，美國 Giddings & Lewis 公司展出第一臺并聯(lián)運動機床：Variax 加工中心，該機床現在英國 Nottingham 大學工學院；1996年，美國 Ingersoll 公司推出VOH1000型立式加工中心和HOH600型臥式加工中心，現分別在美國國家標準與技術研究所和德國阿亨工業(yè)大學機床實驗室。 Variax 型加工中心HOH 600型臥式加工中心通過早期并聯(lián)運動機床的試驗研究表明，并聯(lián)運動機床與傳統(tǒng)機床比較，具有以下特點： 1) 運動部件質量小，運動慣性??； 2) 高運動速度和高加速度，適合高速加工； 3) 主要部件具有重復性，通用程度高； 4) 容易通過預加載荷，提高機床部件的剛度； 5) 通過控制系統(tǒng)可以實現運動精度的補償。并聯(lián)機構概念設計 并聯(lián)機構（Parallel mechanism）是由2個和2個以上的驅動器（作動器）通過桿系同時作用于運動平臺的空間運動機構。它的特點是，所有的分支機構可同時接受驅動器的輸入，而最終共同給出輸出，并聯(lián)機構在機構學上是多路閉環(huán)機構。 在工業(yè)中，3桿并聯(lián)機構（Tripod）和6桿并聯(lián)機構（Hexapod）應用最為廣泛，如Delta 機器人和 Tricept 機器人是典型的3桿并聯(lián)機構，而Stewart 平臺是典型的 6桿并聯(lián)機構。其機構如下圖所示：6自由度的Delta并聯(lián)機構Stewart 運動平臺概念設計的主要內容：1） 機構綜合。根據加工要求，選定并聯(lián)運動機構所需的自由度，建立相應的運動學模型。2） 空間位置分析及坐標轉換。并聯(lián)運動機床的空間位置分析比較復雜，位置分析法分為正解法和逆解法。正解法的難度比較大，一般采用逆解法。3） 工作空間和約束條件。合理工作空間的設計是概念設計的核心，工作空間會受到構件長度、鉸鏈的偏轉角以及構件之間的干涉的約束。4） 實時運動仿真。由于并聯(lián)運動機構的運動復雜性，動平臺位置及其姿態(tài)僅憑計算很難判斷其正確性，加上并聯(lián)運動機床的各種幾何約束，能否現實給定刀頭點的軌跡，最終都需要通過運動仿真來解決。并聯(lián)運動機構的應用現在，并聯(lián)機構有著廣泛的應用：一. 運動模擬器 二. 工業(yè)機器人 三. 醫(yī)用機器人 四. 微定位機器人五. 天文望遠鏡 六. 繩索機器人吊車飛毯 七. 并聯(lián)運動機床運動模擬器包裝餅干的Delta工業(yè)機器人醫(yī)用機器人KNM-750 型測量機天文望遠鏡6X Hexa 型并聯(lián)運動機床并聯(lián)運動機床的設計一并聯(lián)運動機床設計的特點1） 非線形。動平臺或主軸部件的運動參數（速度、加速度）的變化是非線性的。2） 奇異性。動平臺或主軸部件在不同位置時，機床的靜態(tài)和動態(tài)性能有較大的差異，甚至刀頭點的位置都存在一定程度的不可預測性。3） 多樣性。實現所需運動的并聯(lián)運動機構往往具有多種組合的可能性。二并聯(lián)運動機床設計的內容1） 原始參數的確定。根據機床的應用領域和加工對象確定機床設計的原始參數。例如：被加工材料、零件尺寸范圍、加工工藝、主軸功率和切削力等等。2） 概念設計和運動綜合。首先要確定采用采用并聯(lián)運動機構還是并聯(lián)與串聯(lián)混合的機構，三桿機構還是六桿機構，固定桿長還是可變桿長。然后，進行運動學的綜合分析，確定是否需要冗余部件。此外，概念設計還包括確定機構的幾何尺寸，計算動平臺的姿態(tài)和工作空間，校驗構件是否在運動時發(fā)生干涉以及進行運動過程的仿真。3） 機床的結構設計。部件的設計和選用，包括主軸部件、桿件、鉸鏈以及支承部件的設計。結構設計需要借助有限元分析和仿真反復優(yōu)化，以獲得滿意的靜態(tài)、動態(tài)和熱性能。4） 控制系統(tǒng)的設計和標定。將加工零件所需要的笛卡兒坐標數據，轉換成驅動并聯(lián)運動機構動平臺的控制數據，是一個非常復雜的問題，需要解決控制算法和實時轉換等技術問題。5） 樣機試制。并聯(lián)運動機床的樣機試制、標定、補償和修正將與機床設計過程本身聯(lián)系在一起，是機床性能優(yōu)化不可缺少的環(huán)節(jié)。主要部件的設計和選用一、主軸系統(tǒng)主軸是直接體現機床性能的關鍵部件。并聯(lián)運動機床大多數采用內裝變頻電動機的主軸部件。它是一種機電一體化的功能部件，起電動機轉子與主軸是一體的，無需任何機械連接。改變供電的頻率，就可實現主軸調速，這種模塊化、系統(tǒng)化的功能部件稱為電主軸。Z3主軸部件二、桿件和鉸鏈1.桿件的分類：按桿件的長度，可分為可變桿長和固定桿長。2.桿件的驅動方式，可分為回轉驅動和直線驅動鉸鏈是連接桿件和動平臺的構件，起功能是提供繞某一運動中心的轉動以及傳遞實現運動所需的力，它可分為球鉸鏈和萬向鉸鏈。桿件和萬向鉸鏈三、驅動系統(tǒng) 桿件的位移是并聯(lián)運動機床的