直线电机与并联机床

并联机床和可重构机床的发展并联机床基于Stewart平台原理的并联机床，目前在国际上一般称为并联运动学机器(Parallel Kinematic Machine, PKM)，过去中国也称其为六条腿机床或者虚拟轴机床。

由于并联机床是机床结构的重大革新而具有许多优点，自1994年美国Giddings & Lewis公司在芝加哥国际机床展览会上首次展出名为VARIAX(变异型)加工中心的这种机床以来，倍受各国重视，比如欧盟就设立了PKM科研专项，在历届着名的国际机床展览会上都相继展出了一些经过改进的新产品，中国的高等院校与机床制造商也合作推出了几种形式的并联机床。

总之，无论国际还是国内现在都在大力推进并联机床的实用化。

图1传统的金属切削机床，本质上是“串联”机构。

而图1所示的基于Stewart平台的典型纯并联六自由度机床，相对传统机床来说，具有如下优点：硬件结构简单，刚度/重量比大，制造成本相对较低；运动部件轻，惯性小，响应速度快，易於实现高的速度和加速度；配置灵活，在动平台上可以选配不同的工作头(旋转刀具头、高能束加工头、测量头等)来进行不同的作业；理论上运动和定位精度可以达到很高，这是由于六根变长杆长度变化的误差对动平台空间位置精度的影响，不是像传统机床那样累计迭加而是具有均化倾向。

不过，并联机床也存在一些缺点和问题，例如：其动平台在工作空间的运动，要通过从虚轴空间(并不存在的运动座标轴)到实轴(变长杆长度)空间的非线性映射来实现，而且实轴空间存在深度耦合，因此其控制软件要比传统机床复杂；在相同的外观尺寸下，其有效工作空间要比传统机床小得多且不直观，特别是动平台主轴头能实现的最大姿态角一般小于30°；虽然并联机床的空间定位精度理论上可以达到很高，但实际上受一些因素的制约，比如其关键元件高精度铰关节的设计制造仍较困难等原因，迄今其动平台的空间位置精度基本上还处于10微米级的水平。

为了解决并联机床工作空间小、特别是主轴头姿态角严重不足影响5轴联动加工能力的问题，世界上相继推出了各种不同串并联组合的所谓混联机床，其中最常见的是由三自由度并联机构实现平动和由传统串联机构实现转动的混联机床，从而使平动和转动解耦。

・２・《机床与液压》２００４．Ｎｏ．６的生产量。

当今世界最优秀的超高速机床，可能要数日本Ｍａｚａｋ公司开发的ＨＭＣ乃一６６０Ｌ了（见图１）。

主轴可在１．６ｓ秒内从０加速到２００００ｒ／ｍｉｎ；由ＧＥＦＡＮＵｃ直线电机驱动三轴，快移速度高达２０８ｍ／ｍｉｎ，加速度３．２９，各轴在１２０ｍ／ｍｉｎ速度下进行高速加工，换刀时间只有２．４ｓ“。

我国广东工业大学开发了感应宜线电机驱动的高速加工中心ＧＤ一３型，额定进给力２０００Ｎ，最高速度达１００Ｉｎ／ｍｉｎ，定位精度达４“ｍ”１ｏ２００３年４月，在北京举行的ｃＩＭＴ２００３中国国图ｌＭｚａｋ的ＨＭｃ际机床展览会上，德国Ｆ３—６６０ＬＧＲＯＢ公司展出ＢＺ５００Ｌ高速卧式加工中心，主轴转速１８０００ｒ／ｍｉｎ，直线电机驱动ｘ、Ｙ、ｚ三轴，行程均为６３０ｍｍ，快移速度１２０ｎ∥ｍｉｎ，加速度分别为１９、１．２９、３．４９，换刀时间只有２．５ｓ；直线电机由ｓｉｅｍｅｎｓ制造。

参展的还有德国ＤＭＧ公司的ＤＭｃ６４Ｖ立式加工中心，ＥＭＡＧ公司的ＶＧ１１０Ｄｓ立式车磨中心，都使用了直线电机驱动技术。

北京机电研究院展出了一台立式高速加工中心，直线电机驱动ｘ、Ｙ轴，快移速度６０Ｉｎ／ＩＩｌｉｎ。

类似这些高速加工中心，代表着先进制造技术的未来发展方向。

２直线电机驱动超精密机床及其它机床尖端技术、微电子工业等离不开精密和超精密加工（ｕｈｒａｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃｕｔｔｉｎｇ）技术，如制造微型机器人，陀螺仪，大型太空望远镜的镜面，大规模集成电路、芯片等。

现在的超精密加工精度已经达到百分之几微米。

可采用液体静压轴承或空气静压轴承主轴，空气静压导轨，国际上空气导轨的直线度可达０．１一Ｏ．２仙ｎ∥（２５０ｍｍ）。

直线电机用于超精密加工机床，可以获得很好的效果。

如美国Ｐｒｅｃｉｔｅｃｈ公司的Ｎａｎｏｆｏｌｍ２００，是两轴的超精密数控仿形机床，机床用的直线电机是Ｍ啊Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ公司制造，主要加工大型太空望远镜的镜面，使用金刚石刀具，压电晶体误差补偿技术，加工精度达到０．０２５斗ｍ，获得镜面效果；速度范围大，在ｌｕ皿／ｓ低速下无爬行。

线性马达在机床上的应用与展望导语：随着电子技术突飞猛进的发展，高速度多功能的或专用的微处理器及信号处理器的大量涌现（如DSP），直线电机在机床领域的应用迎来了它的高潮。

介绍直线电机在高速和超高速加工、超精密加工和异形截面加工等方向的应用。

1前言随着电子技术突飞猛进的发展，高速度多功能的或专用的微处理器及信号处理器的大量涌现（如DSP），直线电机在机床领域的应用迎来了它的高潮。

从1996年的美国芝加哥机床展览会IMTS`96，日本第18届国际机床展览会，到1999年巴黎国际EMO博览会等一系列国际有影响的展览会上，美国的Ingerellmilling公司，德国的西门子（IFNI），日本三精公司，美国的Kollmorgen公司等国际知名企业向人们展示了直流电机应用于各类机床的强大的魅力，这预示着直线电机开辟的新时代已经到来。

2在机床领域的应用2.1在高速与超高速精密加工中的应用为了提高生产效率和改善零件的加工质量而发展起来的高速和超高速加工，现在已成为机床发展的一个重大趋势。

一个反应灵敏、高速轻便的驱动系统，速度要提高到40-50m/min以上，加减速也要求提高到25-50m/s2，传统的“旋转电机+滚轴丝杠”的传动形式显然是不行的，这是由它自身的弱点决定的，因为中间传动环节的存在首先使刚度降低，弹性变形可使系统的阶次变高，从而系统的鲁棒性降低，伺服性能下降。

弹性变形更是数控机床产生机机械谐振的根源。

其次中间传动环节的存在，增加了运动体的惯量，使得位移和速度响应变慢。

另外诸如间隙死区、摩擦、误差积累等因素，使得这种传统的方式所能达到的最高进给速度为30m/min，加速度仅3m/s2。

而直流电机直接驱动所具有的优点则恰恰可以弥补传统传动方式的不足，其速度是滚轴丝杆副的30倍；加速度是滚轴丝杆副的10倍，最大可达10g，刚度提高了7倍；另外，直线电机直接驱动工作台，所以无反向工作死区；由于电枢惯量小，所以由其构成的直线伺服系统可以达到较高的频率响应（如100Hz）。

直线电机在机床上的应用
乔景富
【期刊名称】《机电一体化》
【年(卷),期】1998(4)3
【摘要】一、前言直线电机这个词来源于英文(line motor),又有人称为线性马达、力马达。

1996年美国芝加哥机床展览会IMTS’96上美国Ingerell milling公司
在高速进给机床(HVM)上首次展出这种电机,该公司在40年前就开始研制,目前已
对外销售,并在卧式铣床(FF—510)上应用,预计在两年后的IMTS’98芝加哥机床
展览会上,该机床将是最引人注目的展品。

1996年,在日本第18届国际机床展览
会上,展出夫阿纳库(日本)开发的直线电机,并应用于高速研磨机床。

德国西门子(IFNI)的直线电机在CIMT’97现场表演120m/min高速进给,使观众大开眼界。

西门子公司的直线电机最大进给速度可达200m/min。

其最大推力可达6600N,最大位移距离为504mm,适用对象为高速铣床、曲轴车床、超精密车床、磨床及激
光机床等。

【总页数】2页(P37-38)
【关键词】机床;直线电机;旋转电机
【作者】乔景富
【作者单位】包头液压机械厂
【正文语种】中文
【中图分类】TG502.34
【相关文献】
1.直线电机在高档数控机床上的应用现状 [J], 张倩;万里冰;赵彤
2.直线电机在高档数控机床上的应用 [J], 张伟;王亮;杨冬
3.直线电机技术在PCB数控钻床上的应用 [J], 肖强
4.直线电机在机床上的应用研究 [J], 乔昌风
5.直线电机技术在PCB数控钻床上的应用 [J], 肖强
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并联机床的设计理论与关键技术Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998详解并联机床的设计理论与关键技术1 概述为了提高对生产环境的适应性，满足快速多变的市场需求，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，其中在机床结构技术上的突破性进展当属90年代中期问世的并联机床(Parallel Machine Tool)，又称虚(拟)轴机床(Virtual Axis Machine Tool) 或并联运动学机器(Parallel Kinematics Machine)。

并联机床实质上是机器人技术与机床结构技术结合的产物，其原型是并联机器人操作机。

与实现等同功能的传统五坐标数控机床相比，并联机床具有如下优点：刚度重量比大：因采用并联闭环静定或非静定杆系结构，且在准静态情况下，传动构件理论上为仅受拉压载荷的二力杆，故传动机构的单位重量具有很高的承载能力。

响应速度快：运动部件惯性的大幅度降低有效地改善了伺服控制器的动态品质，允许动平台获得很高的进给速度和加速度，因而特别适于各种高速数控作业。

环境适应性强：便于可重组和模块化设计，且可构成形式多样的布局和自由度组合。

在动平台上安装刀具可进行多坐标铣、钻、磨、抛光，以及异型刀具刃磨等加工。

装备机械手腕、高能束源或CCD摄像机等末端执行器，还可完成精密装配、特种加工与测量等作业。

技术附加值高：并联机床具有“硬件”简单，“软件”复杂的特点，是一种技术附加值很高的机电一体化产品，因此可望获得高额的经济回报。

目前，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年代中期相继推出结构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Ingersoll铣床公司、Giddings & Lewis公司和Hexal公司首次展出了称为“六足虫”(Hexapod)和“变异型”(VARIAX)的数控机床与加工中心，引起轰动。

并联机床的特性与应用摘要：并联机床是机床技术与机器人结合的一项新产物，在技术的革新下，并联机床类型愈加多样，在工程界与学术界有着良好的发展前景。

关于并联机床，国内外也投入了大量的人力、物力、财力来研究，取得了良好的成效。

本文主要针对并联机床的类别、特征与应用进行分析。

关键词：并联机床；特性；应用并联机床是并联机器人机构和机床结合并建立在空间机构学、机械制造、数控技术和计算机的软硬件技术以及CAD和CAM等技术上的一种高科技产品，可以实现加工工件的多坐标的联动数控加工、装配和测量以及对各种复杂的特种零件的加工工作。

在设计上无导轨，克服了传统的数控机床刀具只能沿着固定导轨行进而造成的刀具作业自由度偏低、灵活性差和机动性不够的缺陷，被广泛应用于航天航空、船舶、国防和大型模具等大型复杂零件或特种零件的加工制造。

相较于传统的串联机床来说，并联机床具有以下特性：一、简单的结构形式和传统的串联结构的机床相比，并联机床的机床机械零部件数目大幅减少，其组成部件主要由滚珠丝杠、虎克铰、球铰以及伺服电机等组成。

其通用组件多可以由专门厂家进行生产制造，因而并联机床在制造和库存成本上都大幅降低，并且容易进行部件的组装和搬运。

二、良好的结构刚性封闭性结构的采用使得并联机床具有相对较高的刚性。

由于并联机床的结构负荷流线短，并且其负荷分解的拉力和压力是有六只连杆同时承受的，在外力一定的情况下，从材料力学的角度来看，在应力和变形方面，悬臂量的应力和变形最大，两端插入次之，随后依次是两端简支撑和受力的二力结构，最后是受张力的二力结构。

因而，并联机床拥有高刚性的特点，优于传统的串联机床。

三、加工速度高而且惯性低在设计上，并联机床的结构所承受的力能发生方向的改变，两力构件因此成为最能节省材料的结构，并且并联机床的移动件的组成数目减少且受六个致动器的同时驱动，机器运转达到高速化很容易，并且惯性相对较低。

四、良好的加工精度并联机床的组成是多轴并联机构，其六个可伸缩杠杆长都可以单独作用于刀具的位置和姿态，不会造成传统串联机床出现的几何误差积累和放大的问题，甚至还可以产生平均化效果，具有结构设计的热对称性，热变形相对较小，所以会产生工件加工的高精度。

并联机床并联机床是指用并联机构作为进给传动机构的数字控制机床.与传统机床相比并联机床具有刚度重量比大、响应速度快、对环境适应性高、技术附加值高等优点该机床具有以下特点1．并联机构仅有6个关节，10个自由度，刚性、动态性能及高速性能大幅提高。

2．提出了最新并联机床校准和标定技术：能够校准并联机床所有参数，是世界第一个在误差补偿方面现数控机床相同的并联机床。

3．并联机床下平台主轴无论处于加工范围的任何位置，其动态特性都保持高度一致，为最佳切削参数的选择提供了保证。

4．机床加工效率更高，加工产品尺寸范围更大。

机床在有效工作空间内可实现5～6面及全部复合角度的位置加工，适合用于敏捷加工；需一次装夹即可完成5～6面的复杂异型件及复合角度孔和曲面的加工等，可广泛用于航天航空、船舶、国防、汽车、大型模具、发电设备等大型复杂零件的自由曲面加工。

用该机床组成的生产线，可大幅度的减少机床台数，减少辅助时间。

产业化哈量集团计划采取两种方式在国内推广使用该产品和实现产业化。

一是独立开展市场营销工作，向全球的终端用户提供完整的机床和解决方案。

重点向航空航天、核电力设备、船舶、高速列车及汽车领域提供该产品。

二是向EXECON公司技术在中国和全球的集成许可商提供该机床的核心模块，由集成商向用户提供完整的机床，或与这些公司共同合作，向全球的用户提供完整的机床和解决方案。

并联机床（又称虚拟轴机床）是由机械机构学原理引用过来的，机构学里将机构分为串联机构和并联机构，串联机构的典型代表是机器人，传统机床的布局实际上也是串联机构。

理论上串联机构具有工作范围大，灵活性好等特点，但精度低，刚性差，作为机床，为提高精度和刚性，不得不将床身、导轨等制造得宽大厚实，由此导致了活动范围和灵活性能的下降。

为了解决上述矛盾，在20世纪80年代后，一大批学者开始致力于并联机构的研究，提出了并联机床的概念。

并联机床的典型代表是Stewart平台结构，即由六根可伸缩杆和动平台构成，可实现较高的动态特性，但工作范围小。

并联机床的基本原理
并联机床的基本原理是将多个机床通过某种机构连接在一起，共同完成加工任务。

每个机床在并联系统中都保持独立运动，彼此之间没有相互制约，可以同时进行加工操作。

并联机床通常由一个主机床和多个从机床组成。

其中，主机床负责控制整个系统的运动和协调从机床的操作。

从机床通常具有相同或类似的结构和性能，可以分别进行不同的工序加工。

主机床通过机械、液压或电气传动系统将力或运动传递给从机床，使其进行加工操作。

主机床可以根据需要控制从机床的位置、速度和力等参数，以实现复杂的工件加工。

并联机床的优点包括高效、高精度和灵活性。

由于多个机床同时工作，可以大幅度提高加工效率。

而且，每个机床可以独立运动，以适应不同的加工要求。

此外，通过合理的设计和控制，可以实现高精度的加工，保证工件质量。

然而，并联机床也存在一些挑战和限制。

由于系统中有多个机床，在协调运动和控制时需要考虑各个机床之间的协调和同步。

此外，系统中的复杂结构和部件可能带来更高的维护和操作成本。

同时，精确的工件定位和夹持也是一项技术难题。

总的来说，通过并联机床的组合使用，可以提高生产效率、加工品质和灵活性，
适应多变的工艺要求，是现代制造业中重要的加工设备。

直线电机名词解释直线电机，这可是个相当有趣且充满科技魅力的概念呢！直线电机从本质上来说，是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。

想象一下，传统的电机往往是通过旋转运动，再借助各种机械结构，像皮带、链条或者齿轮等，才能转化为直线运动。

而直线电机就像是一个不走寻常路的革新者，直接一步到位实现直线运动，多酷呀！从结构上看，直线电机可以大致分为定子和动子这两个主要部分。

定子就像是它的根基，固定在某个位置，动子则是可以在定子产生的磁场作用下进行直线运动的部分。

这就好比是在一条特制的轨道上，动子就像是列车，定子产生的磁场就是推动列车前行的无形力量。

直线电机在很多领域都有着不可替代的作用。

在交通运输方面，磁悬浮列车就是直线电机的一个超酷应用范例。

磁悬浮列车利用直线电机的原理，使列车悬浮在轨道之上，从而大大减少了摩擦力。

这带来的好处可太多啦！一方面，它能够实现非常高的运行速度，远远超过传统的轮轨列车。

另一方面，由于减少了摩擦损耗，列车在运行过程中的能量损耗也大幅降低。

你看，当你乘坐磁悬浮列车时，那种风驰电掣般的感觉，背后就有直线电机的巨大功劳呢！在工业生产领域，直线电机也大放异彩。

比如说在一些高精度的加工设备中，直线电机能够提供非常精准的直线运动。

像在半导体芯片制造过程中，对于加工设备的精度要求极高，直线电机可以精确地将加工工具移动到指定的位置，误差可以控制在极小的范围内。

这就像是一个超级精确的工匠，能够在微观的世界里精准地雕琢每一个细节。

在物流自动化仓库中，直线电机也扮演着重要的角色。

那些自动搬运货物的设备，依靠直线电机能够快速而准确地在货架之间穿梭，搬运货物。

这不仅提高了物流的效率，还减少了人工操作可能带来的误差。

不过呢，直线电机也不是完美无缺的。

它的成本相对较高，无论是在制造过程中还是在后期的维护保养方面。

这是因为直线电机的技术含量较高，需要使用一些特殊的材料和工艺。

而且，由于它的结构相对复杂，一旦出现故障，排查和修复的难度也比传统的电机要大一些。