并联机床的研究现状和发展前景中国地质大学机电学院金云龙430025【摘要】作为机器人技术与机床技术相结合的产物，并联机床与传统串联机床相比，具有很多优点，具有很大的发展空间。本文简要介绍了并联机床与传统机床的区别，提出了当前串联机床研究存在的一些问题，并对于未来并联机床的研究方向和前景作出了一点见解。【关键词】并联机床机构现状发展趋势并联机床，又称为虚拟轴机床或并联运动学机器，是并联机器人技术和现代数控技术相结合的产物。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，是集多种功能与一体的新型机电设备。Stewart平台结构被认为是并联机床的最初的原形结构。这个平台主要由一个定平台、一个动平台和六根伸缩杆组成，伸缩杆与动平台和静平台之间采用万向联轴节相连，见图1。每根伸缩杆由各自的伺服电机和滚珠丝杠带动，通过六条伸缩杆的伸缩实现主轴的位置和姿态控制，以满足刀具运动轨迹的要求，运动平台具有6个空间运动自由度，可实现平台的移动和转动，理论上可以加工任意复杂的曲面（叶轮、模具、雕刻品等）。图1Stewart平台结构从传动链角度来说，并联机床与传动串联机床的区别在于：串联机床一般是由底座立柱、主轴箱和工作台等构件构成的“C”型结构，负载力全面地由一级传动构件传向下一级，每个传动链的构件都要固定机床的全部自由度，都要承受工作负载的全部力流，包括力和力矩，这样，为了满足机床的刚度和强度要求，构件的质量不可避免的增大，不但增加了材料和能源的消耗，而且制约了进给速度和加速度的提高。而并联机床的工作台是由多个传动链联合控制自由度，以以上Stewart结构为例，通过伸缩杆两端的万象联轴节或球铰，避免了横向力矩的作用，使每个伸缩杆只承受轴向拉压作用，只限定沿伸缩杆轴向方向的一个自由度。一方面通过避免横向力矩作用，另一方面，将工作负载均衡的分担到了六个伸缩杆上，极大的减轻的伸缩杆的工作负载，伸缩杆只需很小的尺寸便可满足刚度和强度要求。不但减轻了机床整体的质量，使得大幅度提高机床的进给速度和加速度成为可能，而且提高了机床刚度，对提高加工精度起到有利的一面。2、并联机床特性分析2.1并联机床优点：因为结构等原因，与实现同等功能的传统机床相比，并联机床具有如下优点：(1)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，由于伸缩杆与动平台和静平台之间使用万向联轴节（或球铰）相连，不存在横向力矩的作用，因此，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。(2)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，因而特别适用于各种高速数控作业。(3)精度高，并联机床由并联机构组成，各杆的杆长都单独对主轴的位置和姿态起作用，因而它不存在传统机床中串联机构的误差累积问题，从而其加工精度较高。(4)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，还可以完成精密装配、特种加工和测量等作业[9]。(5)结构简单、维护维修方便，并联机床运动部件少，并且主要由通用元件（滚珠丝杠、虎克铰、球铰、伺服电机等）组成，这些通用组件可由专门生产厂家生产，因而机床的库存和制造成本低，加之布局敞开性好，因此维修量小且维修方便。(6)使用寿命长，由于受力结构合理，运动部件磨损小，且没有导轨，不存在铁屑或冷却液进入导轨内部而导致其划伤、磨损或锈蚀现象。(7)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。正因为这样的特点，并联机床的坐标变换比较方便，没有实体坐标系，机床坐标系与工件坐标系的转换全部靠软件完成。2.2并联机床发展过程中存在的问题：并联机床因为其种种优点，在当前世界各国引起了广泛的重视，但是因为当前一些技术性的问题，使并联机床的发展受到了一定的限制。主要表现在以下几个方面。(1).振动问...