并联机床范文10篇

摘要：介绍了并联机床的误差分类及特点。结合并联机构的特点，应用微分关系建立了并联6-SPS机构位姿误差分析的正解模型，给定各结构参数误差即可得出主轴端的位姿误差。应用此模型可定量分析结构误差对主轴端位姿误差的影响，为并联机床的精度综合提供了理论依据。

关键词：并联机床；精度分析；位姿误差

1并联机床误差基本分类及特点

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（1）转换误差。转换误差是并联运动机床所特有的一种误差。它是由于控制系统中的运动学模型与实际机构运动学之间的差别造成的。产生这种误差的原因如下：运动学模型含有某些简化和假设，例如万向铰链的轴线与线性轴线不平坦性之间的差异是忽略不计的；并联机构几何参数数量大，相互之间是非线性耦合。

（2）动平台质量所造成的误差。由于并联运动机床的运动学柔性以及机床刚度在整个工作空间内不是常数，动平台的质量(重力)将导致实际机床结构的静态弹性变形量随机床动平台的位置而变化。

并联机床是空间机构学、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。本文介绍了它的特点和研究现状，并总结出了并联机床的八个研究方向。

并联机床(ParallelMachineTools)，又称并联结构机床(ParallelStructuredMachineTools)、虚拟轴机床(VirtualAxisMachineTools)，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。

图1并联机床的运动仿真模拟图

1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：

1并联机床误差基本分类及特点

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（1）转换误差。转换误差是并联运动机床所特有的一种误差。它是由于控制系统中的运动学模型与实际机构运动学之间的差别造成的。产生这种误差的原因如下：运动学模型含有某些简化和假设，例如万向铰链的轴线与线性轴线不平坦性之间的差异是忽略不计的；并联机构几何参数数量大，相互之间是非线性耦合。

（2）动平台质量所造成的误差。由于并联运动机床的运动学柔性以及机床刚度在整个工作空间内不是常数，动平台的质量(重力)将导致实际机床结构的静态弹性变形量随机床动平台的位置而变化。

（3）弹性变形。弹性变形是机床构件在受力后的变形量。除上面提到的重力外，切削力和加速运动时的惯性力是并联运动机床变形的主要来源。并联运动机床动态载荷下的精确弹性变形是通过计算方法获得。

（4）振动误差。并联运动机床的动态刚度取决于它的固有频率，最低固有频率将限制机床的动态性能。通过刀头点位置测量和控制来进行补偿。

1并联机床误差基本分类及特点

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（1）转换误差。转换误差是并联运动机床所特有的一种误差。它是由于控制系统中的运动学模型与实际机构运动学之间的差别造成的。产生这种误差的原因如下：运动学模型含有某些简化和假设，例如万向铰链的轴线与线性轴线不平坦性之间的差异是忽略不计的；并联机构几何参数数量大，相互之间是非线性耦合。

（2）动平台质量所造成的误差。由于并联运动机床的运动学柔性以及机床刚度在整个工作空间内不是常数，动平台的质量(重力)将导致实际机床结构的静态弹性变形量随机床动平台的位置而变化。

（3）弹性变形。弹性变形是机床构件在受力后的变形量。除上面提到的重力外，切削力和加速运动时的惯性力是并联运动机床变形的主要来源。并联运动机床动态载荷下的精确弹性变形是通过计算方法获得。

（4）振动误差。并联运动机床的动态刚度取决于它的固有频率，最低固有频率将限制机床的动态性能。通过刀头点位置测量和控制来进行补偿。

摘要：介绍了并联机床的误差分类及特点。结合并联机构的特点，应用微分关系建立了并联6-SPS机构位姿误差分析的正解模型，给定各结构参数误差即可得出主轴端的位姿误差。应用此模型可定量分析结构误差对主轴端位姿误差的影响，为并联机床的精度综合提供了理论依据。

关键词：并联机床；精度分析；位姿误差

1并联机床误差基本分类及特点

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（1）转换误差。转换误差是并联运动机床所特有的一种误差。它是由于控制系统中的运动学模型与实际机构运动学之间的差别造成的。产生这种误差的原因如下：运动学模型含有某些简化和假设，例如万向铰链的轴线与线性轴线不平坦性之间的差异是忽略不计的；并联机构几何参数数量大，相互之间是非线性耦合。

（2）动平台质量所造成的误差。由于并联运动机床的运动学柔性以及机床刚度在整个工作空间内不是常数，动平台的质量(重力)将导致实际机床结构的静态弹性变形量随机床动平台的位置而变化。

1前言

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，其中在结构技术上取得突破性进展当属90年代问世的虚(拟)轴机床(VirtualAxisMachineTool)。与实现等同功能的传统数控机床相比，并联机床具有模块化程度高、精度高、重量轻、速度快和造价低等优点。

因而，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年代中期美国Ingersoll铣床公司，Giddings&Lewis公司和Hexel公司等相继推出结构各异的产品化样机。目前，我国也将并联机床的研究与开发列入“九五”攻关和“863”高科技发展计划。天津大学在国家自然科学基金、天津市重点基金、教育部“211”工程重点建设项目的资助下，开展新型多功能3-HSS虚(拟)轴机床设计理论、关键技术研究及样机建造工作。

2机床结构及传动原理

从机床结构图（图1），可以看出虚(拟)轴机床与传统机床的本质区别在于，刀具在操作空间的运动是关节空间线性伺服运动的非线性映射，要实现虚(拟)轴机床的CNC控制，必须建立基于实虚变换的操作空间与关节空间的运动正、逆解模型。其中机床的正解模型比较复杂，其算法效率直接影响到机床的位置显示、软限位的响应时间。本文结合机床的具体构型给出了正解显式表达，并在数控系统中得到了应用。

如图1所示，3-HSS并联机床(H─螺旋副，S─球面副)的主进给机构采用三自由度并联机构，由动平台和三对立柱─滑鞍─支链组成；每条支链中含三根平行定长杆件，各杆件一端与滑鞍，另一端与动平台用球铰(或虎克铰)连接，滑鞍由伺服电机和滚珠丝杠螺母副驱动，沿安装在立柱上的滚动导轨作上下移动，进而使动平台仅提供沿笛卡儿系三个方向的平动。

混联机构是并联机构与串联机构相结合的一种机械结构形式。PRS-XY型混联数控机床优于其他普通机床的一个显著特点就是刀具姿态的变换,但刀具姿态变换时需要考虑三维刀具半径补偿问题,三维(3D)刀具半径补偿(以下简称“3D刀补”)可以完成刀具姿态变换后刀具半径的自动补偿问题。

1.PRS-XY型混联数控机床机构模型

该机构(如图1所示)由并联机构和串联机构两部分构成。其上半部为一个三自由度的PRS型并联机构,包括固定平台和动平台,固定平台和动平台之间通过3个定长杆件连接,每一杆件链包含移动副、转动副和球面副。移动副水平120°均匀分布在固定平台的立柱上,并由直线电动机驱动。该机构的动平台具有1个平动自由度(Z轴)和2个旋转自由度(A、B轴)。其下半部为X-Y工作台,具有2个平动自由度(X、Y轴)。该混联机构为五轴联动加工机床,采用了串联驱动和并联驱动并用的混联驱动原理,兼有并联机床和传统机床的优点,克服了并联机床工作空间小的缺点,可应用于复杂型面零件的加工[1]。

2.PRS-XY型混联数控机床3D刀补原理

2.1硬件支持PRS-XY型混联数控机床控制系统采用PC+多轴运动控制器架构,多轴运动控制器采用美国DeltaTau公司生产的TurboPMAC。它既可单独执行存储于控制器内部的程序,也可执行运动程序和PLC程序,并可以自动对任务优先级进行判别,从而进行实时多任务处理。对于混联结构机床,更重要的是它不仅提供了强大的运动控制功能,如直线插补、圆弧插补、样条曲线插补和PVT插补等模式,还提供了正运动学和逆运动学计算能力,以及3D刀具半径补偿功能,并且可以很好地支持G代码编程功能。

2.2逆运动学分析

摘要：叶片的工作条件较为复杂，且需要长时间运作，因此在进行叶片加工时不仅要重点把握叶片的质量，同时也在生产过程中考虑到生产企业自身经济效益。传统叶片加工工艺不仅繁琐，且需要人力财力较多，而数控加工技术的出现不仅能够有效解决这一问题，同时也有利于提升我国工业产业整体科技水平。本文对汽轮机中的叶片及其特点进行分析，同时基于并联机床对数控加工技术在汽轮机中的应用进行研究。

关键词：数控加工技术；汽轮机；叶片；有效应用

汽轮机上的叶片能够在运作过程中将蒸汽转换为机械能，并通过不断旋转的形式为汽轮机提供动力，使其能够产生电力并不断运行，由此可见，叶片作为汽轮机中的重要组成部分，在整个能量转换过程中有着至关重要的作用。近年来我国工业科技水平不断受到国际化、科技化的推动而提升，而全球工业的进步也对汽轮机的设计提出了新要求，其中最重要的就是对叶片的型面设计。由于传统工艺加工技术已经无法满足工业生产需要，因此必须在传统技术的基础上融入数控加工等计算机科技手段并不断对其优化，在确保能够提高其加工工艺水平的同时促进工业工厂生产效率，促进我国工业实力的进步与发展。

1汽轮机叶片结构的特点及运作分析

叶片作为汽轮机中的重要组成部分，不仅是使风轮机转换能量的重要前提，同时其质量也决定着风轮机的运作效率，是决定汽轮机是否能够正常运作的基本条件，叶片在通常情况下分为动叶片与静叶片两种。就动叶片而言，其主要由叶身、叶根、拉筋以及型面、叶冠和中间体几个部分构成。其中，中间叶身的结构是最繁琐的，平常见到的多数为扭转型的自由曲面。通常情况下，可将叶身型面划分成叶根圆角、进气边圆角、背弧、拉筋以及叶冠圆角、出气边圆角和内弧几个部分。叶身型面均由不一样的截面型线拟合而成的曲面，叶身型面是由一组间距不一致的截面型线所形成的一种空间扭曲面，通常情况下，将叶身部分的该部分横截面称作叶型，将每个横截面的边缘叫做型线，在通常，一条型线均由三个部分构成，即背弧、进气边圆弧以及内弧与出气边圆弧，型线对叶片的具体工作有着直接性的作用和影响，许多型面均属于一种弯扭变截面与等截面弯扭曲面。在通常情况下，叶根形式有菱形、T形以及枞树形与叉形四种。与动叶片不同的是，静叶片被固定在汽轮机中的气缸里的叶片。而气缸中具有许多静叶片，每一个静叶片都与一个动叶片进行组合形成一级，而当热蒸汽进入汽缸并进入到第一个叶片级时，静叶片就将蒸汽倒入动叶片处，并使其产生推力推动动叶片旋转，而随着热蒸汽的不断进入，每一级叶片都因受到上一级的推动而转动起来，并且随着蒸汽总量与速度进入的增加，动叶片旋转的速度也不断加快，最终使每一级的动叶片都不断运行，并产生机械能，为汽轮机提供动力。

2叶片的数控加工工艺

数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。

在我国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步。特别是在通用微机数控领域，以PC平台为基础的国产数控系统，已经走在了世界前列。但是，我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题，特别是在技术创新能力、商品化进程、市场占有率等方面情况尤为突出。在新世纪到来时，如何有效解决这些问题，使我国数控领域沿着可持续发展的道路，从整体上全面迈入世界先进行列，使我们在国际竞争中有举足轻重的地位，将是数控研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务。

为完成此任务，首先必须确立符合中国国情的发展道路。为此，本文从总体战略和技术路线两个层次及数控系统、功能部件、数控整机等几个具体方面探讨了新世纪的发展途径。

1总体战略

制定符合中国国情的总体发展战略，对21世纪我国数控技术与产业的发展至关重要。通过对数控技术和产业发展趋势的分析和对我国数控领域存在问题的研究，我们认为以科技创新为先导，以商品化为主干，以管理和营销为重点，以技术支持和服务为后盾，坚持可持续发展道路将是一种符合我国国情的发展数控技术和产业的总体战略。

1.1以科技创新为先导

数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。

在我国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步。特别是在通用微机数控领域，以PC平台为基础的国产数控系统，已经走在了世界前列。但是，我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题，特别是在技术创新能力、商品化进程、市场占有率等方面情况尤为突出。在新世纪到来时，如何有效解决这些问题，使我国数控领域沿着可持续发展的道路，从整体上全面迈入世界先进行列，使我们在国际竞争中有举足轻重的地位，将是数控研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务。

为完成此任务，首先必须确立符合中国国情的发展道路。为此，本文从总体战略和技术路线两个层次及数控系统、功能部件、数控整机等几个具体方面探讨了新世纪的发展途径。

1总体战略

制定符合中国国情的总体发展战略，对21世纪我国数控技术与产业的发展至关重要。通过对数控技术和产业发展趋势的分析和对我国数控领域存在问题的研究，我们认为以科技创新为先导，以商品化为主干，以管理和营销为重点，以技术支持和服务为后盾，坚持可持续发展道路将是一种符合我国国情的发展数控技术和产业的总体战略。

1.1以科技创新为先导