关键词:并联机床;虚拟轴机床;虚拟设计;虚拟制造
0 引言
并联机床(Parallel Machine Tool,PMT)又称并联运动学机器(Parallel Kinematics Machines,PKMs)或虚(拟)轴机床(virtual axis machine tool),是基于空间并联机构的新型数控加工设备。90年代初,美国等工业发达国家先后推出了多种并联机床商业化样机,引起了世界制造业的轰动,被誉为“机床结构的重大革命”、“21世纪的新一代数控加工设备”\[1,2\] 。
由于PMT推出时间较短,在并联机床设计方法、设计理论、设计环境、研究手段、用户认同及相关支持等方面存在许多问题,制约着并联机床的研究、设计和开发,无法适应制造业的迅猛发展和并联机床产业化要求。针对设计环境方面存在的问题,结合虚拟制造技术,本文提出并联机床虚拟产品设计系统,并初步给出系统的总体设计思想和基本结构。
1 并联机床设计技术的研究和发展
11 并联机床的多样化结构
从并联机构的驱动方式上,可将并联机床分为内副驱动、外副驱动及内外副混合驱动三大类;根据并联机床机构的支链配置,可将并联机床分为纯并联型、串并联型、并串联型三种;根据末端执行器运动自由度的数目还可分为6自由度、5自由度、4自由度和3自由度并联机床等\[3\]。
以Stewart平台为基本构型的各类并联机床,包括美国Giddings & Lewis公司的VARIAX数控机床\[4\]、英国Geodetic公司的Hexapods加工中心\[1,5\]、清华大学VAMT1Y型虚拟轴机床原型样机及美国Ingersoll公司、俄罗斯Lapic joint-stock公司并联机床样机等均属于内副驱动类;而日本丰田公司的丰田工机\[6\],瑞士苏黎世联邦工业大学的六滑块机床,韩国SENA TE公司的ECLIPSE等则属于外副驱动类。标准的Stewart平台即为纯并联结构,而采用2自由度主轴头的Geodetic机床,即为典型的混联结构\[1,5\]。不同自由度的并联机床也均有一些样机或产品问世。