并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件

并聯(lián)機(jī)床專題講座清華大學(xué)精儀系制造所王立平2019年1月19日并聯(lián)機(jī)床專題講座1并聯(lián)機(jī)床(PMTI,ParallelmachineTool)又稱并聯(lián)運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)器(PKMs,ParallelKinematicsMachine)或虛(擬)軸機(jī)床(Virtualaxismachinetool),是并聯(lián)機(jī)器人技術(shù)和現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物,它同時(shí)兼顧了機(jī)床和機(jī)器人的諸多特性,既可以看作是機(jī)器人化的機(jī)床(可以完成機(jī)床的切削任務(wù)),又可以看作是機(jī)床化的機(jī)器人(可以完成許多精密的機(jī)器人作業(yè))。它能夠提供機(jī)器人的靈活與柔性,又具有機(jī)床的剛度和精度,是集多種功能于一體的新型機(jī)電設(shè)備并聯(lián)機(jī)床(PMTI,ParallelmachineTo2與傳統(tǒng)機(jī)床相比,并聯(lián)機(jī)床具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)剛度重量比大:傳動(dòng)構(gòu)件理論上為僅受拉壓載荷的二力桿故傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的單位重量具有很高的承載能力(2)精度高:并聯(lián)機(jī)床刀具的運(yùn)動(dòng)由各獨(dú)立支鏈的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)共同提供,不存在串聯(lián)的誤差積累,理論上比串聯(lián)機(jī)床容易達(dá)到較高的精度;(3)響應(yīng)速度快:運(yùn)動(dòng)部件慣性的大幅度降低,有效的改善了伺服控制器的動(dòng)態(tài)品質(zhì),允許動(dòng)平臺(tái)獲得很高的進(jìn)給速度和加速度,因而特別適用于各種高速數(shù)控作業(yè)(4)功能性強(qiáng):并聯(lián)機(jī)床的主軸平臺(tái)可以具有3-6個(gè)自由度,能靈活地實(shí)現(xiàn)空間姿態(tài),提供較強(qiáng)的加工、裝配、測(cè)量等能力(5)結(jié)構(gòu)靈活、成本低:并聯(lián)機(jī)床構(gòu)型多樣、結(jié)構(gòu)簡單、部件少、重組性強(qiáng),便于模塊化設(shè)計(jì)。具有“硬件”簡單,“軟件復(fù)雜的特點(diǎn),因此制造成本較低。與傳統(tǒng)機(jī)床相比,并聯(lián)機(jī)床具有如下優(yōu)點(diǎn)3、并聯(lián)機(jī)構(gòu)的發(fā)展并聯(lián)機(jī)構(gòu)的構(gòu)想可以追溯到1895年,但直到1948年才由Gough真正將并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)用于實(shí)踐,設(shè)計(jì)出一種輪胎操作機(jī)。1965年,Stewart首次提出一種6條腿連接靜平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)的6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu),作為飛行模擬器,該并聯(lián)機(jī)構(gòu)被稱之為平臺(tái)。并在1978年,由Hunt提出可以應(yīng)用Stewart平臺(tái)作為機(jī)器人機(jī)構(gòu)。進(jìn)入八十年代以后,隨著工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的發(fā)展,機(jī)器人的研究逐漸成為熱點(diǎn),工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)向著多樣化的方向發(fā)展。人們開始認(rèn)識(shí)到并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的重要性。在隨后的十多年間,Hunt、Fichter、Gosselin等對(duì)并聯(lián)機(jī)器人和并聯(lián)機(jī)構(gòu)的理論進(jìn)行了廣泛深入的研究,取得了不少研究成果。如由Clavel在1986年提出的DELTA機(jī)構(gòu)、由Pierrot在1991年提出的Hexa機(jī)構(gòu)由Herve在1992年提出的Star機(jī)構(gòu)、由Tsai在2019年提出的Tsai機(jī)構(gòu)和由Hebsacker在2019年提出的Hexi-glide機(jī)構(gòu)等等、并聯(lián)機(jī)構(gòu)的發(fā)展4目前,國際學(xué)術(shù)界和工程界對(duì)研究與開發(fā)并聯(lián)機(jī)床非常重視,九十年代中期,美國、英國、德國、俄羅斯、瑞士、瑞典、日本等國家的有關(guān)研究機(jī)構(gòu)和機(jī)床廠家紛紛推出具有不同結(jié)構(gòu)形式和功能特性的并聯(lián)機(jī)床。1994年,美國芝加哥國際機(jī)床博覽會(huì)上,美國Giddings&Lewis公司和ngersol1公司展出了最早的兩臺(tái)并聯(lián)機(jī)床,如圖所示。圖1.1Giddings&Lewis公司的VARIAX圖1.2Ingerso11公司的Hexapod國內(nèi)從2019年由清華大學(xué)和天津大學(xué)共同開始研究并聯(lián)機(jī)床,并于2019年研制成功了VAMT1Y型桁架式六軸并聯(lián)機(jī)床原型樣機(jī)。東北大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、天津大學(xué)等在其后分別推出了結(jié)構(gòu)各異的并聯(lián)機(jī)床目前,國際學(xué)術(shù)界和工程界對(duì)研究與開發(fā)并聯(lián)機(jī)床非常重視,九十年5二、并聯(lián)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用隨著并聯(lián)機(jī)構(gòu)技術(shù)應(yīng)用的深入,并聯(lián)類構(gòu)型已不僅僅局限于并聯(lián)機(jī)床等加工類設(shè)備,而被廣泛的應(yīng)用于人們生產(chǎn)和生活的各個(gè)方面,如航空航海領(lǐng)域、加工制造、裝配領(lǐng)域、輕工業(yè)領(lǐng)域和醫(yī)療器械領(lǐng)域、特種加工、微動(dòng)機(jī)構(gòu)、測(cè)量作業(yè)、焊接、鉚接、十方挖掘煤礦開釆、娛樂設(shè)施、天文望遠(yuǎn)鏡、機(jī)器亼手臂和靈巧眼等很多方面二、并聯(lián)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用6圖2.1并聯(lián)機(jī)構(gòu)用于醫(yī)療器械圖22飛行模擬器圖2.1并聯(lián)機(jī)構(gòu)用于醫(yī)療器械7圖2424個(gè)自由度的機(jī)器人手臂圖23Dla并聯(lián)機(jī)器人用于食品包裝機(jī)圖2424個(gè)自由度的機(jī)器人手臂8圖25并聯(lián)機(jī)構(gòu)應(yīng)用于電子行業(yè)圖2.6游戲動(dòng)感椅圖25并聯(lián)機(jī)構(gòu)應(yīng)用于電子行業(yè)9三、并聯(lián)機(jī)床研究進(jìn)展并聯(lián)機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)2.并聯(lián)機(jī)床精度與標(biāo)定3.并聯(lián)機(jī)床動(dòng)力學(xué)4.并聯(lián)機(jī)床切削性能與工藝5.并聯(lián)機(jī)床數(shù)字化快速開發(fā)平6.并聯(lián)機(jī)床產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程三、并聯(lián)機(jī)床研究進(jìn)展10并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件11并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件12并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件13并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件14并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件15并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件16并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件17并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件18并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件19并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件20并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件21并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件22并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件23并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件24并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件25并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件26并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件27并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件28并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件29并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件30并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件31并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件32并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件33并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件34并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件35并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件36并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件37并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件38并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件39并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件40并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件41并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件42并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件43并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件44并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件45并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件46并聯(lián)機(jī)床專題講座清華大學(xué)精儀系制造所王立平2019年1月19日并聯(lián)機(jī)床專題講座47并聯(lián)機(jī)床(PMTI,ParallelmachineTool)又稱并聯(lián)運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)器(PKMs,ParallelKinematicsMachine)或虛(擬)軸機(jī)床(Virtualaxismachinetool),是并聯(lián)機(jī)器人技術(shù)和現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物,它同時(shí)兼顧了機(jī)床和機(jī)器人的諸多特性,既可以看作是機(jī)器人化的機(jī)床(可以完成機(jī)床的切削任務(wù)),又可以看作是機(jī)床化的機(jī)器人(可以完成許多精密的機(jī)器人作業(yè))。它能夠提供機(jī)器人的靈活與柔性,又具有機(jī)床的剛度和精度,是集多種功能于一體的新型機(jī)電設(shè)備并聯(lián)機(jī)床(PMTI,ParallelmachineTo48與傳統(tǒng)機(jī)床相比,并聯(lián)機(jī)床具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)剛度重量比大:傳動(dòng)構(gòu)件理論上為僅受拉壓載荷的二力桿故傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的單位重量具有很高的承載能力(2)精度高:并聯(lián)機(jī)床刀具的運(yùn)動(dòng)由各獨(dú)立支鏈的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)共同提供,不存在串聯(lián)的誤差積累,理論上比串聯(lián)機(jī)床容易達(dá)到較高的精度;(3)響應(yīng)速度快:運(yùn)動(dòng)部件慣性的大幅度降低,有效的改善了伺服控制器的動(dòng)態(tài)品質(zhì),允許動(dòng)平臺(tái)獲得很高的進(jìn)給速度和加速度,因而特別適用于各種高速數(shù)控作業(yè)(4)功能性強(qiáng):并聯(lián)機(jī)床的主軸平臺(tái)可以具有3-6個(gè)自由度,能靈活地實(shí)現(xiàn)空間姿態(tài),提供較強(qiáng)的加工、裝配、測(cè)量等能力(5)結(jié)構(gòu)靈活、成本低:并聯(lián)機(jī)床構(gòu)型多樣、結(jié)構(gòu)簡單、部件少、重組性強(qiáng),便于模塊化設(shè)計(jì)。具有“硬件”簡單,“軟件復(fù)雜的特點(diǎn),因此制造成本較低。與傳統(tǒng)機(jī)床相比,并聯(lián)機(jī)床具有如下優(yōu)點(diǎn)49、并聯(lián)機(jī)構(gòu)的發(fā)展并聯(lián)機(jī)構(gòu)的構(gòu)想可以追溯到1895年,但直到1948年才由Gough真正將并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)用于實(shí)踐,設(shè)計(jì)出一種輪胎操作機(jī)。1965年,Stewart首次提出一種6條腿連接靜平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)的6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu),作為飛行模擬器,該并聯(lián)機(jī)構(gòu)被稱之為平臺(tái)。并在1978年,由Hunt提出可以應(yīng)用Stewart平臺(tái)作為機(jī)器人機(jī)構(gòu)。進(jìn)入八十年代以后,隨著工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的發(fā)展,機(jī)器人的研究逐漸成為熱點(diǎn),工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)向著多樣化的方向發(fā)展。人們開始認(rèn)識(shí)到并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的重要性。在隨后的十多年間,Hunt、Fichter、Gosselin等對(duì)并聯(lián)機(jī)器人和并聯(lián)機(jī)構(gòu)的理論進(jìn)行了廣泛深入的研究,取得了不少研究成果。如由Clavel在1986年提出的DELTA機(jī)構(gòu)、由Pierrot在1991年提出的Hexa機(jī)構(gòu)由Herve在1992年提出的Star機(jī)構(gòu)、由Tsai在2019年提出的Tsai機(jī)構(gòu)和由Hebsacker在2019年提出的Hexi-glide機(jī)構(gòu)等等、并聯(lián)機(jī)構(gòu)的發(fā)展50目前,國際學(xué)術(shù)界和工程界對(duì)研究與開發(fā)并聯(lián)機(jī)床非常重視,九十年代中期,美國、英國、德國、俄羅斯、瑞士、瑞典、日本等國家的有關(guān)研究機(jī)構(gòu)和機(jī)床廠家紛紛推出具有不同結(jié)構(gòu)形式和功能特性的并聯(lián)機(jī)床。1994年,美國芝加哥國際機(jī)床博覽會(huì)上,美國Giddings&Lewis公司和ngersol1公司展出了最早的兩臺(tái)并聯(lián)機(jī)床,如圖所示。圖1.1Giddings&Lewis公司的VARIAX圖1.2Ingerso11公司的Hexapod國內(nèi)從2019年由清華大學(xué)和天津大學(xué)共同開始研究并聯(lián)機(jī)床,并于2019年研制成功了VAMT1Y型桁架式六軸并聯(lián)機(jī)床原型樣機(jī)。東北大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、天津大學(xué)等在其后分別推出了結(jié)構(gòu)各異的并聯(lián)機(jī)床目前,國際學(xué)術(shù)界和工程界對(duì)研究與開發(fā)并聯(lián)機(jī)床非常重視,九十年51二、并聯(lián)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用隨著并聯(lián)機(jī)構(gòu)技術(shù)應(yīng)用的深入,并聯(lián)類構(gòu)型已不僅僅局限于并聯(lián)機(jī)床等加工類設(shè)備,而被廣泛的應(yīng)用于人們生產(chǎn)和生活的各個(gè)方面,如航空航海領(lǐng)域、加工制造、裝配領(lǐng)域、輕工業(yè)領(lǐng)域和醫(yī)療器械領(lǐng)域、特種加工、微動(dòng)機(jī)構(gòu)、測(cè)量作業(yè)、焊接、鉚接、十方挖掘煤礦開釆、娛樂設(shè)施、天文望遠(yuǎn)鏡、機(jī)器亼手臂和靈巧眼等很多方面二、并聯(lián)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用52圖2.1并聯(lián)機(jī)構(gòu)用于醫(yī)療器械圖22飛行模擬器圖2.1并聯(lián)機(jī)構(gòu)用于醫(yī)療器械53圖2424個(gè)自由度的機(jī)器人手臂圖23Dla并聯(lián)機(jī)器人用于食品包裝機(jī)圖2424個(gè)自由度的機(jī)器人手臂54圖25并聯(lián)機(jī)構(gòu)應(yīng)用于電子行業(yè)圖2.6游戲動(dòng)感椅圖25并聯(lián)機(jī)構(gòu)應(yīng)用于電子行業(yè)55三、并聯(lián)機(jī)床研究進(jìn)展并聯(lián)機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)2.并聯(lián)機(jī)床精度與標(biāo)定3.并聯(lián)機(jī)床動(dòng)力學(xué)4.并聯(lián)機(jī)床切削性能與工藝5.并聯(lián)機(jī)床數(shù)字化快速開發(fā)平6.并聯(lián)機(jī)床產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程三、并聯(lián)機(jī)床研究進(jìn)展56并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件57并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件58并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件59并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件60并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件61并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件62并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件63并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件64并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件65并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件66并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件67并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件68并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件69并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件70并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件71并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件72并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件73并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件74并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件75并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件76并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件77并聯(lián)機(jī)床專題講座(并聯(lián))1課件78并聯(lián)機(jī)床專