并联机床的历史、现状及展望

并联机床历史,现状

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综述与评论

并联机床的历史、现状及展望#

李金泉，丁洪生，付

铁，庞思勤

（北京理工大学机械工程与自动化学院，邮编：!"""#!）

摘要：本文介绍了并联机床的基本概念、分类方法及其基本特性，详细地阐述了并联机床在国内外的发展历史、研究状况以及关键基础零部件的发展状况，在此基础上，分析了并联机床结构上的优缺点，表明了并联机床走向实用化所面临的一些问题，本文的最后对并联机床的发展趋势作了展望。

关键词：并联机床；虚拟轴机床；$%&’()%平台；并联机构

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!并联机床概述

（!）并联机床及其相关概念

［!］

：并联机构是并联机床的理论和结$%&’()%平台

构基础，$%&’()%平台是并联机床最初的原型结构，人们一般认为它是T自由度的具有T个独立运动链的并

联机构，同时每条运动链都包含一个万向节、一个独

立移动副和一个球铰。

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图!

E(?9-.&等的，但=LB似乎已经成为目前国际上对并

联机床约定俗成的称呼。

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［W］

床，但!YY!年定义了下列两个术语：

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北京理工大学的

图V

拉瓦尔实验室的灵巧眼

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型并联机床

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在此基础上，人们从并联机构以及机器人的历史

［W］

：发展过程逐渐形成了并联机床的概念

并联机床：是一种基于并联机构原理并结合现代机器人技术和机床技术而产生的一种新型数控机床，其基本的结构特征是并联，即：由床身—刀具（动平台）—工件这一运动链中包含多条独立的主动支链，图!所

示为一典型的T自由度并联机床。并联机床在国内也称作虚

［V］

拟轴机床、变轴机床、六条

（=LB）：B(?9-.&%66@K(8&D=()(@@&@L-.&E(%-?B(?9-.&

6.(J()(@@&@E&?9(.-8EM

此外，与并联机构相关的一些术语及其符号如下：

图W

瑞典3CQ$的<)-?&J%

腿机床、六杆机床、六足虫机床等等，在国际上一般称为

=：移动副J)-8E(%-?；^：转动副)&O6@1%&；$：球副8J9&)-?(@；;：万向节(1.-O&)8(@（566X&‘8，I()D(.）G6-.%，相当于^^；2Q:：自由度D&7)&&86AA)&&D6E。例如：$%&’()%平台是一个T]2Q:T];=$或T]2Q:T]

B(?9-.&%66@、*-.(J6D、5&P(J6D、S()-(P、J()(@@&@@-.X

万”工程建设资助项目。　方数据工大学“V!!

；中国科学院创新工程“:>$<”预研究资助项目；北京理#基金项目：国家重点基础研究发展规划资助项目（4!YY#"WT""）

并联机床历史,现状

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［$］

（!!）"#并联机构，加拿大拉瓦尔实验室的灵巧眼

《机床与液压》)//$UVJU$

所示）和卧式（如图**所示）；

按伸缩轴运动方式可分为轴伸缩式（如图*、$、+所示）和轴滑动式（如图,所示）以及轴摆动式；按伸缩轴的数目可分为：$轴（如图$）、+轴、-轴（如图*、+所示）等并联机床；

按自由度可分为：).-&’(并联机床。

［+］［)/］.

（$）传统机床与并联机床的基本特性比较见下表

并联机床

工作台（工件）———床身———多条伸缩轴———动平台（刀具），机床结构在由床身到末端执行器（刀具）的整个传动过程表现为并联

理论上的坐标系在实际机床上没有对应，表现为虚拟轴；计算时必须进行复杂的坐标变换高高

宽，不同工作位姿振动响应频率变化较大紧密耦合且非线性有

各支链自身误差串联累积，整体为各支链的误差的并联累积

科研成果较少，比较复杂

复杂，只能作为一个完整系统加以控制，开环控制简单，实时闭环控制相对困难卧式较好，立式比较差比较小

机械结构简单，技术附加值高

是一个$%&’($%!!!球形并联机构（如图)所示）。

（)）并联机床的分类

随着并联机床的快速发展，并联机床的形式也多种多样，大致可按如下进行分类：

按加工方式可分为外加工方式（如图*、$所示）

；和内加工方式（如图+所示）

按动平台布置方式可分为立式（如图*、$、+、,

基本特性

传统机床

工作台（工件）———床身导轨———主轴箱———主轴

传动路线

（刀具），机床结构在由床身到末端执行器（刀具）的整个传动过程表现为串联的非对称0型串联

坐标系刚度1质量比响应速度振动响应频率谱运动耦合工作空间奇异点误差传递运动学标定控制系统工件可接近性工作空间1机床体积比制造和成本

理论上的笛卡尔坐标系可以和实际的轴对应；计算时一般不需要复杂的坐标变换低低

窄，不同工作位姿振动响应频率变化不大只有少量耦合没有

传动链误差串联累积已经非常成熟，较为简单

简单，各轴可分别控制，笛卡尔坐标位置和速度的检测以及反馈较为简单，开环、闭环控制都相对简单比较好比较大

机械结构复杂，技术附加值较低

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