同济大学现代制造技术研究所 张曙
本文简单概述了早期并联运动机床与传统机床的优点,详细介绍了几种典型的并联运动机床特点。
早期的并联运动机床
1994年,在美
芝加哥国际机床展览会上,美国Giddings & Lewis公司首次展出了Variax型并联运动机床,引起轰动。它
一台以Stewart平台为基础的5坐标立式加工中心,标志着机床设计开始采用并联机构,是机床结构重大改革的里程碑,其内部结构如图1所示。
6根由伺服电动机驱动的伸缩杆,借助万向铰固定在下平台上,
种结构也被称为“6条腿 (Hexapod)”,丝杆的螺母通过万向铰支承着上平台。杆件
度的伸缩使带有主轴部件的上平台完成加工零件所需的运动。
Variax型加工中心是一种“内铣型”结构,机床占地面积为7800mm′8180mm,而工作空间仅有700mm′700mm′750mm,安装工件也不太方便,因此没有在生产中获得应用。后来该机床提供给英国诺廷汉大学工学院作为进行“航空工业敏捷制造”项目研究的设备。
嗣后,美国Ingersoll公司推出采用并联机构的VOH 1000型立式加工中心和HOH 600型卧式加工中心,在结构上作了最大改进,从“内铣型”改为“外铣型”,明显缩小动平台的体积,减轻了运动部件的重量,安装工件也较为方便,对并联运动机床的发展曾经产生很大的影响。
但是由于种种原因,Ingersoll机床也没有投入生产实际应用。两台VOH 1000型立式加工中心分别交付给美国国家标准和技术研究所和美国国家宇航局进行研究。HOH 600型加工中心提供给德国阿亨工业大学的机床实验室进行研究。它们的研究结果对并联运动机床的发展起到很大的促进作用。
通过早期并联运动机床的试验研究表明,并联运动机床与传统机床比较,具有一下优点:
1) 运动部件质量小,运动惯性小;
2) 高运动速度和高加速度,适合高速加工;
3) 主要部件具有重复性,通用程度高;
4) 容易通过预加载荷,提高机床部件的刚度;
5) 通过控制系统可以实现运动精度的补偿。
但是,早期并联运动机床由于种种原因,没有在生产中获得应用。近年来,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的突破。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变型结构,使并联运动机床开始进入了实用阶段。

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