并联运动机床概述

并联运动机床概述并联运动机床是指多个工作台或刀架可以同时进行运动的一种机床。

它通过使用多个独立的工作台或刀架，使得机床在同一台机床上可以同时进行多个加工操作。

这种机床一般由主轴、驱动装置、工作台和控制系统组成。

并联运动机床在工业生产中具有广泛的应用，可以提高工作效率，节约生产成本，对于批量生产和多种类型产品的加工都具有较大的优势。

首先，从加工效率上来看，由于并联运动机床可以同时进行多个工艺操作，可以大大缩短加工时间。

例如，在铣床和镗床的组合机床中，通过同时进行铣削和镗削操作，可以使得零件的加工时间减少一半以上。

这对于生产效率提高有着明显的作用。

其次，从生产成本上来看，由于并联运动机床可以在同一台机床上完成多个工艺操作，减少了物料的输送和处理环节，降低了生产线的长度和设备数量，节约了生产空间。

同时，只需要一个操作工人，减少人工成本。

另外，并联运动机床的能耗也较低，不仅节能环保，还能降低生产成本。

此外，并联运动机床还有以下几个优点：一是具有高精度和高稳定性，可以保证产品的质量和稳定性。

二是具有较强的适应性，可以根据不同的加工要求进行调整和改装。

三是具有较好的安全性，由于多个工作台或刀架可以同时进行运动，避免了工件的迎剪和碰撞现象，减少了事故的发生。

不过，并联运动机床也存在一些不足之处。

首先，由于机床结构复杂，维护和保养难度较大。

其次，并联运动机床的控制系统需要进行复杂的编程和调试，需要专业的技术人员进行操作和维护。

另外，并联运动机床的投资成本较高，对于一些小企业来说可能承担不起。

综上所述，并联运动机床具有较高的加工效率和生产效果，对于提高企业的生产能力和竞争力有着积极的作用。

随着制造业的发展，越来越多的企业开始采用并联运动机床。

未来，随着科技的不断进步和机床制造技术的提高，相信并联运动机床会在产业生产中发挥越来越重要的作用。

并联运动机床与传统机床的比较并联运动机床与传统机床的构造见下列图所示。

并联运动机床与传统机床的比较并联运动机床是以机床框架为固定平台的若干个杆件组成空间并联机构，主轴部件安装在并联机构的动平台上，工作台与机床框架连接在一起。

改变杆件的长度或移动杆件的支点，按照并联运动学原理形成刀具相对于被加工零件的运动轨迹。

并联运动机床与传统机床相比，具有以下优异的性能：运动精度高。

可实现高速加工。

机床刚性好。

构造简单。

由于并联运动机床具有上述显著优点，目前已成为高速高效高柔性加工设备的一个新的发展方向，但是它也存在一些缺点，如控制计算极其复杂，杆件的热变形对机床的加工精度影响比较严重，机床加工的有效空间相对于机床本身体积所占比例较小。

并联运动机床的主要部件相对于传统机床，并联运动机床机械构造简单，模块化程度高，并且具有可重构性。

并联运动机床主要由主轴、杆件及其驱动等机电—体化功能部件及固定平台、动平台、框架等组成。

（1）主轴部件并联运动机床的主轴大多数采用电主轴，其电动机的转子和主轴是一体的，无需任何机械连接。

主轴转速的调节采用变频调速，改变电动机的供电频率，即可实现主轴转速的调节。

下列图为IBAG公司生产的主轴系统。

主轴系统主要包括电主轴及安装调整板、可编程控制器和主轴驱动、主轴冷却系统和润滑系统、刀具夹紧液压系统等组成。

主轴系统（2）杆件杆件是并联机构的运动输入构件。

杆件的物理构造包括机械构件、电气器件、液压部件以及它们的组合，可分为固定杆长和可变杆长两大类。

可变杆长的并联机构，杆件的基点固定，杆件的工作长度可变；固定杆长的并联机构，杆件的长度固定不变，杆件的基点位置可以变化。

从运动学的角度来看，杆件是具有一定刚度的刚体，杆件长度的变化或杆件基点的移动决定了动平台(主轴部件)的运动速度、加速度、位置和姿态。

下列图是固定杆长杆件。

杆件的两端安装有万向铰链，分别用于连接直线电动机滑板和主轴部件动平台。

杆件由管材制成，通过螺纹与万向铰连接。

1.1 本课题研究的目的和意义 并联机床又称为虚拟机床或是并联运动学机器，它是机器人技术和现代数控技术的结合产物，它有机器人的灵活又有机床的刚度精度，是多功能系于一体的新型机电设备．由于它属于高速加工且属于高精度加工，对机床的振动要求就会很高．我们对刘杆并联机床进行振动测试目的就是找到机床的主要振动位置，并进行改善从而提高机床的实用性．我们都知道振动是影响机床精加工的主要故障之一。

它会带来很多危害，比如它会降低零件精度和表面粗糙度，构件的磨损和因疲劳造成的疲劳破坏。

振动如果超过一定范围就会造成很严重的后果，如内部构件的损坏或是机器的正常运行。

其次振动本身会产生噪音，对人的身体也带来一定的伤害。

对于并联机床而言，它具有传统机床无法比拟的优点，像质量轻，刚度重量比大，响应快，误差小，能快速进给，模块化高等，它更需要保证机床的振动范围，再加上并联机床是未来机床的发展趋势，因此对六杆并联机床的振动测试研究是很有意义的。

1.2机床的振动简述机床在加工过程中会产生振动，其振动按性质不一样可以分为自由振动，自激振动和受迫振动。

所谓的自由振动是系统在平衡状态时收到一个初始的激励而产生的振动，这样的振动是靠系统自身弹性恢复力维持的，因为有阻尼的存在会使振动很快就消失。

单自由度无阻尼线性系统运动方程为：0..=+kx x m通过求解可以得到固有频率： mk w n = 物体不是一受到激励都可发生振动，实际的振动体在运动过程中总会受到某种阻尼的作用，只有阻尼小于临界值时才能激发振动，临界阻尼是振动体的一种固有属性用e c 表示 km C e 2=当1〈ξ时，是一种振幅按指数衰减的振动，振动频率与初始振动无关.振动频率w 率略小于固有频率n w （n w w 21ξ-=）；当1≥ξ时，物体就不会振动．自激振动是在没有初始激励和没有外界激振力的情况下产生得振动，这种有被叫做颤振．设备产生自激振动时很小的能量就能产生剧烈振动，由于系统的非线性，振幅被限制在一定范围内．所谓受迫振动是系统受到外界持续激振力的作用下被迫产生的振动受迫振动又包含机内振源和机外振源的影响产生得振动．机内振源一般包括电机的振动，机床回转零件的不平衡，运动传递过程中引起的振动，往复部件运动的惯性力．机外振源：外在条件引起的振动．力学模型如下运动方程为：wt F kx x c x m sin 0...=++这个常系数线性非齐次微分方程，其解由通解和特解组成：()()()φϕξξ+++-=-wt B t w Ae t x n t w n sin 1sin 2前部分是通解为衰减自由振动；后面一部分为特解，稳态强迫振动．振动的特点是，前面部分衰减随时间的推移迅速消失，强迫振动不受阻尼的影响，是一种和激振力同频率的振动，所以强迫振动不仅和激振力的频率及振幅有关，还与物体自身固有属性有关．由于自激振动是由切削力突然变化或一些外力冲击引起的，可迅速衰减消失，其影响很小，完全可以忽略不计，所以我所要研究的振动就是受迫振动。

并联机床的运动控制系统设计与实现随着工业技术的不断发展，机床的控制系统也在不断地更新换代。

而并联机床是近年来推广较为广泛的一种机床类型，它与传统机床相比具有更加灵活、高效等优点。

本文将重点探讨并联机床的运动控制系统设计与实现，让我们一起来了解一下。

一、并联机床的概述首先，我们需要了解并联机床的基本概念和组成结构。

并联机床即指由多个运动副组成的机床，其中每个运动副都相互独立，但又能够通过同步器实现同步运动。

它的关键组成部分包括传动机构、力传递机构、同步控制机构以及运动控制系统等。

与传统的串联机床相比，由于每个运动副都相对独立，因此并联机床更加灵活，能够同时完成多项生产任务，提高生产效率。

同时，它的运动轨迹设计非常灵活，可以根据不同的工件需求进行自由调整。

二、运动控制系统设计运动控制系统是并联机床非常重要的组成部分，它的功能是控制机床的各个运动副的运动状态，使得整个机床能够按照预定的轨迹完成所需的加工任务。

下面，我们将对运动控制系统的设计进行详细介绍。

1、控制算法的选择在设计运动控制系统时，需要确定采用何种控制算法来进行控制。

目前常见的并联机床控制算法有PID控制算法、模糊控制算法、神经网络控制算法等。

不同算法有各自的优劣势，因此需要根据实际需求进行选择。

2、动力学建模在进行控制算法设计前，需要先对并联机床进行动力学建模，建立运动副之间的运动关系，并推导出各运动副的动力学方程。

这样才能够针对不同的加工任务进行控制算法的设计。

3、控制系统硬件设计并联机床的运动控制系统硬件设计包括电机和伺服控制器的选型、功率放大器的设计、传感器的选用等。

需要根据机床的使用需求和性能要求进行选择。

4、控制系统软件设计控制系统软件设计包括编程语言的选择、控制算法的软件实现、程序调试等。

要确保软件的可靠性和稳定性，程序错误及时排除，保证机床正常运行。

特别是控制算法的软件实现，需要保证其对不同加工任务的适应性和实时性。

三、运动控制系统实现在完成运动控制系统设计后，需要进行实现。

同济大学--张曙典型的并联运动机床（1）简介早期的并联运动机床 1994年，在美国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。

它是一台以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。

从图中可见，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，这种结构也被称为6条腿 (Hexapod)，丝杆的螺母通过万向铰支承着上平台。

杆件长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。

Ingersoll公司HOH 600型的外观如2所示。

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。

并联机床运动学自标定方法研究机床运动学自标定方法是现代制造技术中重要的研究领域之一、并联机床作为一种特殊的机床结构，其运动学参数标定更加复杂。

本文将对并联机床运动学自标定方法进行研究，并进行详细介绍。

首先，我们需要了解并联机床的基本结构和运动学模型。

并联机床由多个平行连杆组成，每个连杆由旋转副连接，形成一个闭链运动系统。

在运动学模型中，需要确定每个连杆的长度和连接角度，以及工作台的位置和姿态。

这些参数决定了机床的运动学特性。

然而，并联机床的运动学参数往往无法直接测量，因此需要通过自标定方法来求解。

自标定方法的核心思想是通过机床的运动状态和姿态数据，在已知的参考点或者已知位置的情况下，通过数学模型和优化算法，反推机床自身的运动学参数。

目前，关于并联机床运动学自标定方法的研究有很多，下面将介绍几种常见的方法。

第一种方法是基于传感器数据的自标定方法。

该方法通过传感器测量机床的运动状态和姿态数据，如位置、速度、加速度等，然后将这些数据作为参数输入到数学模型中，通过优化算法求解机床的运动学参数。

该方法的优点是适用范围广，可以用于各种类型的并联机床。

缺点是需要准确的传感器测量数据，对传感器的要求较高。

第二种方法是基于机器视觉的自标定方法。

该方法利用摄像头或其他视觉传感器获取机床的运动状态和姿态数据，然后通过图像处理和计算机视觉算法，提取特征点或轮廓线，进而求解机床的运动学参数。

该方法的优点是非接触性，适用于各种环境和工况下的机床标定。

缺点是对图像处理和计算机视觉算法的要求较高。

第三种方法是基于强化学习的自标定方法。

该方法利用强化学习算法，在已知的参考点或已知位置下，通过多次尝试和优化，不断调整机床的参数，使得机床的运动状态和姿态数据与真实值尽可能接近。

该方法的优点是自动化程度高，对机床本身的要求较低。

缺点是求解时间较长，需要大量的试验数据。

总结来说，并联机床运动学自标定方法是一项复杂且具有挑战性的任务。

研究人员可以根据具体情况和需求选择合适的自标定方法，同时结合机床的特点和性能进行优化和改进。

并联机床的基本原理
并联机床是一种多轴联动的机床系统，它由多个独立运动的机床组成，并通过控制系统实现协同工作。

其基本原理包括以下几点：
1. 独立运动：并联机床中的每个单独的机床可以独立运动，并根据加工任务的不同进行相应的动作。

2. 协同工作：通过控制系统对各个机床进行协同控制，使其在同一时刻进行协同动作，完成复杂的加工任务。

3. 分工协作：并联机床中的每个机床可以承担不同的加工任务，通过合理的分工协作，提高加工效率。

4. 并联机构：并联机床中的每个机床通过并联机构与其他机床连接，实现相对的运动关系。

常见的并联机构有平行机构、串联机构等。

5. 控制系统：通过控制系统对各个机床的运动进行协调和控制，实现多轴联动，保证加工精度和工件质量。

总的来说，通过独立运动、协同工作和分工协作，利用并联机构和控制系统的协同控制，实现多个机床的协同加工，提高加工效率和精度。