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并联机床数字化开发平台研究的意义
 
慧聪网   2005年8月19日8时58分   信息来源:切削技术—技术专题    

1 引言

并联机床(Parallel Machine Tool,简称PMT),也被称为虚(拟)轴机床(Virtual Axis Machine Tool)或并联运动学机器(Parallel Kinematic Machine),是并联机器人技术和现代数控机床技术结合的产物,它同时兼顾了机床和机器人的诸多特性,既可以看作是机器人化的机床(可以完成机床的切削任务),又可以看作是机床化的机器人(可以完成许多精密的机器人作业)。它能够提供机器人的灵活与柔性,又具有机床的刚度和精度,是集多种功能于一体的新型机电设备。国际学术界和工程界非常重视对并联机床的研究与开发,20世纪90年代中期,美国、英国、德国、俄罗斯、瑞典、瑞士、日本等国家的有关研究机构和机床厂家纷纷推出具有不同结构形式和功能特性的并联机床。并联机床已成为机床行业发展过程中不可忽视的一个亮点。
并联机床从问世以来经过了几年的发展,经历了一个由快速发展到稳步研究的发展过程,随着人们对并联机床的认识越来越深入,并联机床相关技术的研究和开发工作的步伐正逐渐趋于平稳。研究人员认识到并联机床与传统机床相比所表现出的鲜明的特有优势,这鼓舞着国内外众多研究机构和机床厂商坚持不懈地积极从事并联机床技术的研究和开发工作;另一方面,经过几年的研究,研究人员也发现并联机床存在一些缺陷,同时并联机床在较多方面的理论研究和应用技术研究尚不够成熟,还有很多难题要突破。世界各国的研究机构和机床厂商在这一问题上基本达成了共识,认为并联机床这种新型的加工装备与传统机床相比,在一些方面具有独特优势,然而在现阶段,并联机床尚不能实现大规模生产和市场化,并联机床技术也有待进一步发展完善。

2 发展特点及存在问题

  1. 并联机床的发展特点
    目前,并联机床的发展趋势呈现如下两个特点:
    • 并联机床构型的多样性
      构型的多样性是并联机床的显著特点之一,每一种构型都有其自身的优缺点,都有其各自适合的应用领域。关于并联机构构型的研究一直是人们关注的热点,设计开发出多种适用于不同应用条件的并联机构也一直是机构学家们研究的一个重要内容。近几年,众多学者提出了多种新机构构型,并对机构的类型和构建方法进行了系统的讨论。目前,基于串并混联、内外副混合驱动或纯并联的少自由度机构的并联机床正逐渐受到人们的青睐,最有代表性的基于少自由度并联机构的并联机床是瑞典Neos Robotics公司开发研制的Tricept系列,其他典型的有意大利Comau公司的HPI型四杆三自由度机床、德国斯图加特大学机床与制造设备控制技术研究所的LINAPOD三杆机床、德国汉诺威大学生产工程和机床研究所研制出用于钢板激光加工的三杆机床、美国Sheldon/Van Someron公司的Triax三杆机床、清华大学与江东机床厂联合开发的三自由度混联机床等。然而,由于并联机床出现不久,并没有专用的设计开发环境,目前开发一种新型并联机床的设计周期仍很长,因此迫切需要一个快速的设计开发平台以满足结构日趋多样的新型并联机床的设计开发需求。
    • 并联机床设计理论和应用技术研究不断深入
      虽然已开发出一些并联机床商业化样机,且有产品投入实际应用,但由于设计理论和工程技术的研究不够成熟,目前并联机床在作业能力、作业性能等方面表现差强人意,与传统数控机床相比存在一定差距。有关并联机构运动学设计、并联机床动力学建模与分析、精度保证、控制技术等关键技术的研究一直在不断深入,并取得了一定的研究成果。例如,Raghavan得出的Stewart平台运动学正解结论,Innocenti 和Cheok等人提出的运动学数值解法;Gosselin、Merlet和Ji的工作空间几何解析法,黄田和汪劲松等人提出的工作空间边界的变心球面族包络面求交法;基于各向同性条件(局部灵活度)、动平台姿态能力、总体灵活度指标的多种尺度综合方法;Nguyen、Lee、Liu关于动力学建模及动态性能指标的构造的理论结果,以及熊有伦提出的动力学优化设计策略;用不同方法建立的驱动部件误差与终端误差之间的关系;多种运动学标定、提高机床加工精度的方法等。
 
 
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