【原】同济大学--张曙 典型的并联运动机床（3）

简介

法国Renault Automation 公司（www.renualt-automation.com）推出Urane SX卧式加工中心，其外观如图8所示。

该机床采用一系列新技术，如直线电动机、电主轴、高速镗铣削和油雾干切削等。该机床用于加工Ranault汽车齿轮变速箱体的平面和孔，采用高速切削，效率很高。 

机床的并联机构特点是采用3杆并联机构，具有很高的动态特性，快速移动可达100m/min，最大加速度甚至可以达到5g。 在机床的床身上分布有3根水平导轨，直线电动机的滑板沿导轨移动。3块滑板通过3组平行杆机构以及万向铰和球铰支承动平台和主轴部件，使主轴实现3个坐标方向的移动。 

SKM 400型卧式加工中心 

德国Herkert机床公司（www.heckert-maschinen.com）推出结构独特的SKM 400型卧式加工中心，它是一台三杆并联运动机床，其外观如图9所示。 

从图中可见，机床的左前方配置有数控系统和容量为16把刀具的盘状刀库，3根伸缩杆分布在机床的顶部横樑和左右两侧倾斜立柱上，由中空转子伺服电动机的滚珠丝杆驱动。3根伸缩杆的末端共同支承主轴部件，实现Ｘ、Ｙ、Ｚ坐标运动。其特点是在主轴部件的下方，配置有曲柄机构。这是一个被动机构，它有2个自由度，使主轴部件绕固定在机床底座上轴线偏转和前后倾斜，从而扩大了工作空间，如图10所示。该机床还配有数控回转工作台，主要用于加工箱体类零件，机床的运动控制采用Siemens 840D型数控系统。 

Ecospeed型卧式加工中心 

德国DS Technologie机床公司（www.ds-technologie.de）推出Ecospeed型大型5坐标卧式加工中心，用于加工飞机机身的结构件，其外观如图11所示。

 

该机床的主要特点在于Z3型主轴部件部件的设计，它采用3杆并联机构，其工作原理如图12所示。 

从图中可见，在主轴部件套筒的内壁上有按照120°分布的轴向导轨，伺服电动机驱动导轨上的滑板前后移动。滑板通过板状连杆和万向铰链与主轴部件的壳体相连。如果3块滑板同步运动，则主轴部件作Z方向的前后移动。如果某一个伺服电动机单独驱动滚珠丝杆，可以通过万向铰链使主轴部件沿A或B坐标在±40°范围内摆动。由于飞机机身结构件多是厚度不大（不超过300mm）的薄壁零件，机床主轴Z坐标的移动量控制在670mm以内，以提高主轴部件的动、静态刚度。此外，客户可以根据需要选用低速高转矩或高速低转矩的主轴部件。 

Pegasus型木材加工中心 

德国Reichenbacher公司（www.reicherbacher. de）是一家生产木材加工数控铣床为主的小公司。最近推出采用并联机构的Pegasus型木材加工中心，其外观如图13所示。 

该机床的结构特点是，采用3组固定杆长的、两端有万向铰链的杆系，借助铰链将杆系分别与3块移动滑板和动平台连接。3块滑板皆有各自的直线电动机初级绕组，但它们共用一个固定在机床横梁上的次级。改变3个移动滑板相对主轴刀头点垂直截面（ZY坐标平面）的距离，就可以实现刀头点在X、Y、Z坐标方向的运动。 

主轴部件固定在动平台上，它由电主轴和附加回转机构组成，以现实4～5坐标加工。机床结构配置简洁，工作区域开阔，工件装卸方便。它的主要支承零部件都由钢板焊接而成，可以根据需要配置成为双面工作台的加工中心或流水生产线。Pegasus木材加工中心采用西门子840D数控系统。

国产并联机床
 
　　哈量集团通过引进、消化吸收再创新而新设计制造的LINKS-EXE700并联机床，具有刚性高、动态及高速性能好、加工范围大等特点，可广泛用于航空、航天、船舶、国防、汽车等大型复杂零件的自由曲面加工。哈量集团并联机床同时兼有5轴联动、高速切削、快速定位、灵活移动、五面(六面)加工等一系列常规数控机床无法同时具有的多种功能和高性价比。
 
配置华中数控系统的哈量集团并联机床
 另外，还有北京机电院与华中数控合作研制的A3六轴并联机床。
 

配置华中数控系统的北京机电院并联机床
国产混联机床
　混联机床则集中了并联机床与串联机床各自的优势，在拥有并联机床优点的同时，具备了串联机床加工工作空间大的特点，使得混联机床能够在制造业重点领域得到成功应用。

 
　　清华大学与齐齐哈尔第二机床(集团)有限公司联合研制的重型混联机床XNZH2430、XNZH2415，大胆创新，曾经引起业界高度关注。XNZH2430重型混联机床是面向我国制造业的关键基础装备需求，重点针对技术含量高、工序复杂的大型水轮机叶片、螺旋桨叶片等复杂曲面类零件的加工而研制开发的。该机床从软件开发到硬件制造，不仅能够满足上述零件的曲面加工，还能用于军工、航天航空、船舶、发电设备以及模具制造等行业大型关键精密零件的三维空间曲面加工。
 

XNZH2430、XNZH2415混联机床

进入90年代以来，在高速切削领域出现了一种完全新型的机床——六杆机床（又称并联结构机床）。它的基本原理如图10所示，机床的主轴由六条伸缩杆支承，通过调整各伸缩杆的长度，使机床主轴在其工作范围内既可作直线运动。也可作转动。与传统机床相比，六杆机床能够有六个自由度的运动，而传统机床则多数只能在其直角坐标系内运动。六杆机床结构简单，每条伸缩杆可采用滚珠丝杠驱动或直线电机驱动。因为六条伸缩杆完全相同，所以易于组织大批量生产，从而降低生产成本。由于每条伸缩杆只是轴向受力，结构刚度高，可以降低其质量以达到高速进进给的目标。这种机床的关键是它的数控单元，因为机床主轴的每一个位移都需通过六条伸缩杆的独立运动来组合，数控单元必须保证每条伸缩杆在运动结束时，能同时达到预定的位置。

图11是一台已投入使用的六杆铣床。用它可高速铣削涡轮机叶片和各种压注模具。该机床的闭环刚度是传统机床的5倍，进给速度可达30m／min，加工精度一般在2～5μm。

除伸缩杆式的六杆机床外，在此基础上还发展了其他类型的机床。 

图12是德国斯图加特大学研制的并联结构六杆机床。与伸缩杆机床不同，它的六条杆的长度是固定的。六条杆在垂直导轨上作直线运动以实现主轴的六个自由度的运动。这种机床结构紧凑，刚性较大，部件的种类很少，易于实现大批量生产，可降低机床制造费用。

图13是德国汉诺威大学研制的三杆五轴机床。与图12的机床相比，该机床只有三条支承杆，每条支承杆在一个倾斜的直线导轨上运动。三个直线运动再加上连带主轴的两个旋转运动，便构成了五个自由度的运动。该机床的结构上分紧凑，由于巧妙地把直线运动和旋转运动进行了组合。相同的机床空间体积能达到比其他机床更大的工作空间。

图14是德国亚琛工大研制的另一种采用并联结构的机床。机床有两个由直线电机驱动的伸缩杆和两个随动的折叠杆。改变两伸缩杆的长度便可实现主轴X-Y平面内的运动。为了实现Z向的运动，主轴装在一个由直线电机驱动的Z向滑台上。对于大多数三轴铣削过程来讲，要求Z向有最快的运动，该机床由于把Z向运动部件的质量减少到最低的程度，因而可大幅度地提高Z向的进给速度。