浅析并联机床发展

　　并联机床(Parallel Machine Tools)又称为并联结构机床(Parallel Structured Machine Tools)、虚拟轴机床(Virtual Axis Machine Tool),也曾被称为六条腿机床、六足虫(Hexapods),在国际上一般称为Parallel Kinematic Machine(PKM),PKM似乎已经成为目前国际上对并联机床约定俗成的称呼,它们都是以Stewart平台为基础的.它的出现不仅引起了世界各国的广泛关注,而且被誉为“机床结构的重大革命”,制造业给予高度的重视。

　　并联机床以空间并联机构为基础,充分利用计算机数字控制的潜力,以软件取代部分硬件,以电气装置和电子器件取代部分机械传动,使将近两个世纪以来以笛卡尔坐标直线位移为基础的机床结构和运动学原理发生了根本变化。

　　2.国外并联机床研究现状

　　国外对并联机床的研究是从20世纪80年代开始的,并于20世纪90年代相继推出了形式各异的产品化样机.1994年在芝加哥国际机床博览会上,美国的Giddings&Lewis公司和Geodetics公司分别推出了各自的并联机床,在机床行业引起了轰动。

　　随后,美国Ingersoll公司(1994年)相继推出了采用并联机构的VOH-1000型立式加工中心和HOH-600型卧式加工中心(EMO97),这两台机床在结构上都作了较大改进,从内铣型改为外铣型,并明显缩小了主轴部件的体积,减轻了运动部件的质量,安装工件也比较方便,对并联机床的发展产生很大影响,该机床的底座采用基本构件组成的八面体绗架结构,据称这种结构刚性很好,力流封闭,机床安装时不用打基础.该机床连杆的最大进给速度为30 m/min,加速度为0.5 g,主轴转速为0～20000 r/min,最大功率为37.5 kW,最大扭矩为49.1 Nm,自带刀库,能自动换刀。

　　2000年前后,并联机床在运动学原理、机床设计方法、制造工艺、控制技术、动态性能研究和工业应用方面都先后取得重大突破.世界著名的机床公司都相继推出新产品,发展了许多经过改进的机构原理和结构,并使并联机床进入了实用阶段。

　　3.国内并联机床研究现状

　　国内对于并联机床的研究是从20世纪90年代中期开始的,主要研究单位有燕山大学、东北大学、清华大学、天津大学、中科院沈阳自动化研究所、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、西安交通大学、华中理工大学和浙江大学等.1998年,清华大学在第五届中国国际机床展览会上展出了名为VAMT1Y的并联机床，该机床由清华大学和天津大学联合开发,是我国展出的第一台并联机床样机.后来,清华大学又先后和云南机床厂、大连机床厂、江东机床厂合作开发了多台并联机床。

　　北京航空航天大学从1996年开始从事并联机床的研究,于1999年开发出一台虚轴刀具磨床实验样机.1999年天津大学在第六届中国国际机床展览会上展出了名为Linapod的3自由度并联机床。该机床是由天津大学开发,天津第一机床厂制造的.该机床的定位精度不大于20μm.沈阳自动化所于995年底研制出一台6杆并联机器人机床样机,后来又开发出一台龙门式4杆5轴并联机床.哈尔滨工业大学于1998年研制出6坐标BJ系列并联机床，并在1999年的机床展览会上展出。

　　目前,东北大学先进制造与自动化技术研究所,开展了“立卧转换五轴混联加工中心”样机开发和“少自由度并联机床约束关节可控刚度和阻尼理论及关键技术”的研究.立卧转换五轴混联加工中心可实现主轴立、卧转换和完全五面加工,带静力平衡和约束关节可控阻尼系统,约束链兼测量链实现半闭环控制,可加工铸铁和钢.机床设计指标为:机床精度0.01 mm,运动速度50 m/min,加速度9.8 m/s2,加工空间400 mm×400mm×400 mm.并联机床约束关节可控刚度和阻尼针对并联机床动刚度较低这一关键共性问题,采用在其机构从动约束链的关节上附加可控阻尼的方法,寻求有效提高系统动刚度这一影响加工精度和生产效率的主要指标、有效改善机构动态特性和控制运动及切削过程中振动的途径,并解决其技术实现的主要关键问题,为该方法的实际应用提供理论基础和关键技术,推动我国并联机床技术理论发展和实现实用化、产品化。

　　4.结束语

　　目前,并联机床的加工精度还难以和传统高精度机床相比拟.尽管国外在并联机床的产业化方面已经取得了突破性进展,但国内的研究和国外相比还有一定的差距,虽然东北大学已有一台并联机床应用于实际生产,但总的来看,国内在并联机床的实用化方面还有相当远的距离.并联机床是一个新生事物,有着巨大的市场潜力,还有许多问题需要深入研究。