先進(jìn)制造技術(shù)03章節(jié)

1、先進(jìn)制造技術(shù),主講：王宏斌,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,先進(jìn)制造技術(shù),第三章 目錄,第一節(jié) 概述,第二節(jié) 高速切削機(jī)床,第三節(jié) 并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床,對(duì)于普通機(jī)床來(lái)說(shuō)，加工過(guò)程中消耗的時(shí)間70%以上是輔助時(shí)間。隨著各種自動(dòng)化程度較高的加工裝備的應(yīng)用，加工過(guò)程中切削時(shí)間所占的比例越來(lái)越大。要想進(jìn)一步提高生產(chǎn)率，就必須減少切削時(shí)間。 由于高速切削具有較高的生產(chǎn)率，且能獲得優(yōu)良的質(zhì)量。發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)此進(jìn)行了大量的研究。目前，高速加工在航空航天、汽車制造、模具制造等行業(yè)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床是近年才發(fā)展越來(lái)的一種新型高速機(jī)床。與傳統(tǒng)機(jī)床比，并聯(lián)機(jī)床具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛度好、

2、動(dòng)態(tài)性能好、速度快、可重構(gòu)、宜于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜空間運(yùn)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，已成為高速高效加工設(shè)備的一個(gè)新的發(fā)展方向。,第一節(jié) 概述,一、高速切削機(jī)床 高速切削機(jī)床近年發(fā)展越來(lái)的一項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù)，是繼數(shù)控機(jī)床后對(duì)機(jī)械制造業(yè)具有深遠(yuǎn)影響的又一場(chǎng)技術(shù)革命。,第二節(jié) 高速切削機(jī)床,第一臺(tái)實(shí)用化的高速切削機(jī)床： 1976年美國(guó)的Vought公司研制了一臺(tái)高速銑床，主軸最高轉(zhuǎn)速為20,000r/min。,我國(guó)在高速切削機(jī)床方面的發(fā)展水平： 我國(guó)自20世紀(jì)80年代起從國(guó)外引進(jìn)高速切削機(jī)床以來(lái)，高速機(jī)床技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。但我國(guó)在機(jī)床關(guān)鍵功能部件的研發(fā)上，仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于市場(chǎng)的需求。,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,1. 高速切

3、削的概念 高速切削的理論是德國(guó)科學(xué)家Car.J.Salomon于1931年提出的。他指出切削速度與切削溫度的關(guān)系如下圖所示。,A區(qū) 切削溫度隨切削速度的提高而提高。,B區(qū) 由于切削溫度過(guò)高而不適宜進(jìn)行切削。,C區(qū) 切削溫度隨切削速度的提高反而降低，同時(shí)切削力也幅度降低。,雖然受當(dāng)時(shí)的條件所限，這一理論沒(méi)有付諸實(shí)踐，但卻給后人一個(gè)重要的啟示：即有可能在C區(qū)進(jìn)行切削。目前高速數(shù)控機(jī)床已逐漸成為數(shù)控機(jī)床的主流。,高速加工中心參數(shù)示例,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,1978年，CIRP（國(guó)際生產(chǎn)工程研究學(xué)會(huì) ）切削委員會(huì)提出：切削線速度為5007,000m/min的切削為高速切削。,對(duì)銑削加工，IS

4、O1940標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，主軸轉(zhuǎn)速高于8,000轉(zhuǎn)為高速切削。,以高于510倍的普通切削速度定義為高速切削。,以DN值（主軸軸承孔直徑D與主軸最大轉(zhuǎn)速N的乘積）定義高速切削，DN值達(dá)（52000）105mm.r/min時(shí)為高速切削。,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,關(guān)于高速切削目前尚無(wú)一個(gè)統(tǒng)一的定義，常用的定義有：,以刀具和主軸的動(dòng)力學(xué)參數(shù)來(lái)定義高速切削。,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,2. 高速切削的優(yōu)點(diǎn),提高生產(chǎn)效率,可獲得較高的加工精度,可獲得較高的加工表面質(zhì)量,可加工各種難加工材料,降低生產(chǎn)成本,簡(jiǎn)化了加工工藝流程,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,3. 高速切削對(duì)機(jī)床的要求 機(jī)床是實(shí)現(xiàn)高速

5、與切削的首要條件。高速切削對(duì)機(jī)床提出了很多新要求，歸納如下：,主軸要有高轉(zhuǎn)速、大功率和大扭矩,進(jìn)給速度高,主軸與進(jìn)給系統(tǒng)加速度高,機(jī)床有良好的靜、動(dòng)態(tài)特性（剛度）,機(jī)床的其它功能部件性能高,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,4. 高速切削機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù) 一般認(rèn)為，高速切削機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)包括以下幾個(gè)方面：,高速主軸單元,高速直線驅(qū)動(dòng)進(jìn)給單元,CNC控制系統(tǒng)（提高處理速度）,排屑、冷卻 、換刀裝置,安全裝置、實(shí)時(shí)監(jiān)控,機(jī)床結(jié)構(gòu),第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,二、電主軸 主軸是機(jī)床的關(guān)鍵部件之一。普通機(jī)床主軸在高速運(yùn)行時(shí)，會(huì)存在以下問(wèn)題：,傳動(dòng)鏈長(zhǎng)、復(fù)雜，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，使主軸無(wú)法達(dá)到高速加工所要求的速

6、度與加速度。,在主軸起動(dòng)、反向、加減速時(shí)，上述機(jī)械零部件會(huì)發(fā)生彈性變形、摩擦及反向間隙，會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)滯后及帶來(lái)非線性誤差。,主軸部件磨損快，在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)還會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)、噪聲，直接影響加工精度與加工表面質(zhì)量。,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,電主軸是“高頻主軸”（High Frequency Spindle）的簡(jiǎn)稱，又稱內(nèi)裝式電機(jī)主軸單元。 電主軸的主要特征是將電機(jī)內(nèi)置于主軸內(nèi)部直接驅(qū)動(dòng)主軸，實(shí)現(xiàn)電機(jī)、主軸一體化的功能。是省略齒輪傳動(dòng)、變速裝置（如皮帶、聯(lián)軸節(jié)）等中間傳動(dòng)件的直接驅(qū)動(dòng)方式。 電主軸是一套組件，它包括電主軸本身及其附件：電主軸、高頻變頻裝置、油霧潤(rùn)滑器、冷卻裝置、內(nèi)置編碼器、換刀裝置，

7、如下圖所示。,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,電主軸系統(tǒng),電主軸融合了多種技術(shù)，包括：,高速軸承技術(shù),高速電機(jī)技術(shù),潤(rùn)滑技術(shù),第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,冷卻裝置,脈沖編碼器,自動(dòng)換刀裝置,高頻變頻裝置,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,如下圖所示，電主軸由無(wú)外殼電機(jī)、主軸、軸承、主軸單元?dú)んw、驅(qū)動(dòng)模塊和冷卻裝置等組成。 電機(jī)的轉(zhuǎn)子采用壓配方法與主軸做成一體，主軸則由前后軸承支承。電機(jī)的定子通過(guò)冷卻套安裝于主軸單元的殼體中。主軸的變速由主軸驅(qū)動(dòng)模塊控制, 而主軸單元內(nèi)的溫升由冷卻裝置限制。 在主軸的后端裝有測(cè)速、測(cè)角位移傳感器，前端的內(nèi)錐孔和端面用于安裝刀具。

8、,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,電主軸單元,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,電主軸單元,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,1. 電主軸的參數(shù) 電主軸的基本參數(shù)包括：套筒直徑、最高轉(zhuǎn)速、輸出功率、轉(zhuǎn)矩和刀具接口等，其中主軸最高轉(zhuǎn)速、額定功率和套筒直徑為電主軸的主要參數(shù)。部分世界著名廠家生產(chǎn)的電主軸參數(shù)見(jiàn)教材表3.2.2、表3.2.3、表3.2.4（P166P168）。 2. 電主軸的結(jié)構(gòu) 如上所述，電主軸由無(wú)外殼電機(jī)、主軸、軸承、主軸單元?dú)んw、驅(qū)動(dòng)模塊和冷卻裝置等組成。 其結(jié)構(gòu)與所采用的軸承形式有密切關(guān)系，按照所采用的軸承不同，電主軸有三種結(jié)構(gòu)：具有滾動(dòng)軸承的電主軸、具有靜壓軸承的電主軸、具有磁

9、懸浮軸承的電主軸。,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,具有滾動(dòng)軸承的電主軸,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,陶瓷軸承高速主軸結(jié)構(gòu)特征,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,采用C或B級(jí)精度角接觸球軸承，軸承布置與傳統(tǒng)磨床主軸結(jié)構(gòu)相類似。,軸承采用“小珠密球”結(jié)構(gòu)。,滾珠材料Si3N4 ，密度?。?.2g/cm2）、彈性模量高（300GPa）硬度高（1800HV）、熱膨脹系數(shù)小、耐高溫。,主軸轉(zhuǎn)速特征值較普通鋼軸承提高1.2 2倍，可達(dá)0.51106 。,與鋼球相比，陶瓷軸承的優(yōu)點(diǎn)是：,陶瓷球密度減小60%，從而可大大降低離心力。,陶瓷彈性模量比鋼高50%，使軸承具有更高剛度。,滾珠材料Si3N4 ，密

10、度?。?.2g/cm2）、彈性模量高（300GPa）硬度高（1800HV）、熱膨脹系數(shù)小、耐高溫。,主軸轉(zhuǎn)速特征值較普通鋼軸承提高1.2 2倍，可達(dá)0.51106 。,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,具有靜壓軸承的電主軸,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,液體靜壓軸承原理示意圖,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,液體靜壓軸承的電主軸結(jié)構(gòu),第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,空氣靜壓軸承的電主軸結(jié)構(gòu),靜壓軸承高速主軸結(jié)構(gòu)特征,回轉(zhuǎn)精度高，液體靜壓軸承回轉(zhuǎn)誤差在0.2m以下，空氣靜壓軸承回轉(zhuǎn)誤差在0.05m以下。,功率損失小。,液體靜壓軸承轉(zhuǎn)速特征值可達(dá)1106，空氣靜壓軸承轉(zhuǎn)速特征值可達(dá)3106 。,空

11、氣靜壓軸承承載能力較小。,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,具有磁浮軸承高速主軸,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,磁懸浮軸承工作原理,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,磁浮軸承主軸特點(diǎn),主軸由兩個(gè)徑向和兩個(gè)軸向磁浮軸承支承，磁浮軸承定子與轉(zhuǎn)子間空隙約0.1mm。,剛度高，約為滾珠軸承主軸剛度10倍。,轉(zhuǎn)速特征值可達(dá)4106。,回轉(zhuǎn)精度主要取決于傳感器的精度和靈敏度，以及控制電路性能，目前可達(dá)0.2m。,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,機(jī)械結(jié)構(gòu)及電路系統(tǒng)均較復(fù)雜；又由于發(fā)熱多，對(duì)冷卻系統(tǒng)性能要求較高。價(jià)格昂貴。,磁浮軸承高速主軸的改進(jìn),第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,

12、為什么要改進(jìn)？,為檢測(cè)轉(zhuǎn)子位移，需使用位移傳感器，使軸承系統(tǒng)軸向尺寸加大，動(dòng)態(tài)性能下降，制造成本增高。由此提出利用電磁鐵線圈的自感應(yīng)來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子位移。,轉(zhuǎn)子發(fā)生位移時(shí)，電磁鐵線圈的自感應(yīng)系數(shù)也要發(fā)生變化，即電磁鐵線圈的自感應(yīng)系數(shù)是轉(zhuǎn)子位移 x 的函數(shù)，相應(yīng)的電磁鐵線圈的端電壓（或電流）也是位移 x 的函數(shù)。 將電磁鐵線圈的端電壓（或電流）檢測(cè)出來(lái)并作為系統(tǒng)閉環(huán)控制的反饋信號(hào)，通過(guò)控制器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子位移，使其工作在平衡位置上。,自檢測(cè)磁浮軸承原理,3. 電主軸的潤(rùn)滑與冷卻 電主軸滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑多采用油氣潤(rùn)滑方式進(jìn)行潤(rùn)滑。采用油氣潤(rùn)滑可顯著降低主軸軸承溫升。 由于電主軸將電機(jī)集成于主軸單元中，且其轉(zhuǎn)速很

13、高，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量熱量，引起電主軸溫升，使電主軸的熱態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性變差，從而影響電主軸的正常工作。 電主軸的主要熱源有：主軸內(nèi)置電機(jī)、軸承、切削刀具。 一般采取液體強(qiáng)制循環(huán)冷卻的方式對(duì)電主軸的定子及主軸軸承進(jìn)行冷卻，即將經(jīng)過(guò)冷卻裝置的冷卻液強(qiáng)制性地在主軸定子外和主軸軸承外循環(huán)，帶走主軸高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量。,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,油氣潤(rùn)滑系統(tǒng)原理,4. 電主軸的動(dòng)平衡 主軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，任何小的不平衡質(zhì)量即可引起電主軸大的高頻振動(dòng)。因此精密電主軸的動(dòng)平衡精度要求達(dá)到G1G0.4級(jí)。 對(duì)于這種等級(jí)的動(dòng)平衡，采用常規(guī)的方法即僅在裝配前對(duì)主軸上的每個(gè)零件分別

14、進(jìn)行動(dòng)平衡是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需在裝配后進(jìn)行整體的動(dòng)平衡，甚至還要設(shè)計(jì)專門的自動(dòng)平衡系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)主軸的在線動(dòng)平衡。 另外，在設(shè)計(jì)電主軸時(shí)，必須嚴(yán)格遵守結(jié)構(gòu)對(duì)稱原則，鍵聯(lián)接和螺紋聯(lián)接在電主軸上被禁止使用，而普遍采用過(guò)盈聯(lián)接，并以此來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的傳遞。過(guò)盈聯(lián)接與螺紋聯(lián)接或鍵聯(lián)接相比有：不會(huì)在主軸上產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，對(duì)主軸的旋轉(zhuǎn)精度沒(méi)有影響；主軸的動(dòng)平衡易得到保證等優(yōu)點(diǎn)。,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,5. 電主軸的驅(qū)動(dòng) 在數(shù)控機(jī)床中，電主軸通常采用變頻調(diào)速方法。目前主要有普通變頻驅(qū)動(dòng)和控制、矢量控制驅(qū)動(dòng)器以及直接轉(zhuǎn)矩控制三種控制方式。,普通變頻驅(qū)動(dòng),矢量控制驅(qū)動(dòng)器,直接

15、轉(zhuǎn)矩控制,變頻控制器,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,旋轉(zhuǎn)編碼器,三、高速直線電動(dòng)機(jī)進(jìn)給系統(tǒng) 高速進(jìn)給系統(tǒng)是高速切削機(jī)床的關(guān)鍵部件之一，隨著高速切削加工技術(shù)和高速切削機(jī)床的不斷發(fā)展，對(duì)高速進(jìn)給系統(tǒng)提出了越來(lái)越高的要求。,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,進(jìn)給速度高,進(jìn)給加速度高,高精度,高速進(jìn)給系統(tǒng),高速滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng),直線電動(dòng)機(jī)進(jìn)給系統(tǒng),特點(diǎn)：成本低。制造困難，速度及加速度受到限制，進(jìn)給行程有限，存在一定的非線性誤差，全閉環(huán)時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定性不易保證。,特點(diǎn)：機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，速度及加速度大，有較高的運(yùn)動(dòng)精度，行程不受限制，定位精度可達(dá)0.10.01m。,第三章

16、 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,1. 直線電動(dòng)機(jī)的工作原理 在高速切削機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)中，一般采用能提供較大推力的交流感應(yīng)異步直線電動(dòng)機(jī)和交流永磁同步直線電動(dòng)機(jī)。,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,交流感應(yīng)異步直線電動(dòng)機(jī)原理示意圖,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,交流永磁同步直線電動(dòng)機(jī)原理示意圖,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,交流感應(yīng)異步直線電動(dòng)機(jī)原理： 當(dāng)電機(jī)初級(jí)三相繞組中通入三相正弦交流電流后便產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)。當(dāng)三相電流隨時(shí)間變化時(shí)，氣隙磁場(chǎng)按定向相序沿直線移動(dòng)，即產(chǎn)生行波磁場(chǎng)。由于電機(jī)次級(jí)不存在永磁體，次級(jí)位移與行波磁場(chǎng)不存在強(qiáng)制同步關(guān)系，即有速度差，使次級(jí)導(dǎo)條切割

17、行波磁場(chǎng)磁力線，而產(chǎn)生感應(yīng)電流。這種感應(yīng)電流與氣隙磁場(chǎng)相互作用便產(chǎn)生了電磁推力。,交流永磁同步直線電動(dòng)機(jī)原理： 與上述異步電機(jī)不同的是交流永磁同步電機(jī)的次級(jí)有永磁磁鐵，由于行波磁場(chǎng)的磁極與次級(jí)永磁磁場(chǎng)間存在磁拉力，當(dāng)初級(jí)行波磁場(chǎng)以一定速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁拉力就會(huì)使次級(jí)作同步運(yùn)動(dòng)。,直線電動(dòng)機(jī)與機(jī)床的聯(lián)接： 直線電機(jī)安裝在機(jī)床上時(shí)，運(yùn)動(dòng)部件常與電動(dòng)機(jī)初級(jí)部件固定在一起，沿直線導(dǎo)軌移動(dòng)，次級(jí)部件安裝在機(jī)床床身或立柱上。直線電機(jī)的次級(jí)可由多段拼裝而成。,2. 高速直線電動(dòng)機(jī)進(jìn)給系統(tǒng) 高速直線電動(dòng)機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)如下圖所示，主要由直線電動(dòng)機(jī)、工作臺(tái)、滾動(dòng)直線導(dǎo)軌、位移精密測(cè)量反饋系統(tǒng)和防護(hù)系統(tǒng)組成。,第三章 加工

18、域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,工作臺(tái),滾動(dòng)直線導(dǎo)軌,位移檢測(cè),第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,冷卻,防磁,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,直線電機(jī)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量與加速度的關(guān)系,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,直線電機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)控制框圖,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,位置測(cè)量裝置光柵尺,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,高速滾動(dòng)直線導(dǎo)軌,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,直線電動(dòng)機(jī)進(jìn)給系統(tǒng),四、高速刀具 在高速切削條件下，對(duì)刀具的耐高溫性能和耐磨性都提出了更高的要求。同時(shí)，由于主軸轉(zhuǎn)速很高，高速旋轉(zhuǎn)的刀具會(huì)產(chǎn)生很大的離心力，對(duì)加工精度產(chǎn)生影響，還有可能導(dǎo)致刀體破碎而引起事故。因此，高速切削刀具在材料、刀具幾何參數(shù)、

19、刀體結(jié)構(gòu)及刀具裝夾形式等都不同于傳統(tǒng)的切削刀具。 1. 高速切削刀具材料 目前，適用于高速切削的刀具材料主要有陶瓷刀具、立方氮化硼（CBN）刀具、聚晶金剛石（PCD）刀具和天然金剛石等，其性能及應(yīng)用如下表所示。,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備, 陶瓷刀具,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,優(yōu)點(diǎn)：硬度高、耐磨性好、摩擦系數(shù)小、耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性好、抗粘接性能好。,缺點(diǎn)：強(qiáng)度及韌性差、導(dǎo)熱系數(shù)低、抗沖擊載荷和抗熱沖擊的能力差。,應(yīng)用：可用于鑄鐵、淬火鋼的高速加工。,性能改進(jìn)措施：提高材料純度、改進(jìn)制造工藝、加入添加劑等。,陶瓷材料種類：

20、金屬陶瓷、氧化鋁系陶瓷、氮化硅陶瓷、賽龍（Sialon）陶瓷、須晶強(qiáng)化陶瓷等。,聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具,優(yōu)點(diǎn)：硬度高（CBN HV80009000，聚晶CBN HV5000）、耐磨性好、導(dǎo)熱系數(shù)大、化學(xué)穩(wěn)定性好、摩擦系數(shù)較小且隨切削速度的提高而減小、具有金屬軟化效應(yīng)（即用PCBN切削淬硬鋼，當(dāng)工件材料硬度HRC50時(shí)，切削溫度隨材料硬度增加有下降趨勢(shì)，如圖所示）。,缺點(diǎn)：強(qiáng)度及韌性較差，成本較高。,應(yīng)用：可用于高溫合金、淬火鋼、冷硬鑄鐵等難加工材料的高速加工。,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,聚晶金剛石（PCD）刀具,優(yōu)點(diǎn)：硬度高（天然金剛石 HV100

21、00，PCD HV65008000）、耐磨性好、摩擦系數(shù)小、導(dǎo)熱好、沒(méi)有各向異性。,缺點(diǎn)：不適宜加工鐵碳合金，超過(guò)700800時(shí)會(huì)發(fā)生碳化，喪失切削能力。,應(yīng)用：可用于硬質(zhì)合金、銅、鋁有色金屬及其合金、陶瓷等高硬度材料 的高速加工。,制造：在高溫高壓條件下，借助于某些觸媒的作用，由石墨轉(zhuǎn)化而成。在高溫高壓下，金剛石粉經(jīng)二次壓制形成聚晶金剛石（上60年代出現(xiàn)）。,涂層刀具,特點(diǎn)：兼有基本與涂層的優(yōu)點(diǎn)，具有較高的表面硬度、耐磨性，又具有良好的抗沖擊能力。,常用涂層：涂層刀具的基體常用硬質(zhì)合金與陶瓷。涂層材料有化合物類材料（如TiN、TiC、Al2O3），復(fù)合化合物類材料（如TiCN、TiAlN），

22、軟涂層材料（如MoS2、WS2） 。,應(yīng)用：不同的涂層適用于不同的加工場(chǎng)合，在選用時(shí)需注意。,制造：在抗沖擊韌性好的基體上涂覆耐磨涂層?？梢允菃瓮繉踊驈?fù)合涂層。在高速切削中多用復(fù)合涂層刀具。,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,2. 高速刀具與機(jī)床的連接 在高速切削時(shí)，由于刀具旋轉(zhuǎn)速度很高，從保證加工精度和操作安全性方面考慮，傳統(tǒng)的刀具裝夾方法及刀柄與主軸的連接方法已不能滿足高速加工的需要。高速切削對(duì)刀具的裝夾、刀柄與主軸的連接在剛性、精度、可靠性及動(dòng)平衡等都提出了更高的要求。 高速刀具夾頭 為了滿足高速加工的要求，高速切削刀具與夾頭的連接應(yīng)具有高精度、加緊力要大、

23、夾頭幾何尺寸要小、夾頭的結(jié)構(gòu)對(duì)稱性要好。 世界上一些著名的刀具生產(chǎn)廠商分別開(kāi)發(fā)出了高精度彈性緊頭、液壓夾頭、熱裝夾頭、力膨脹夾頭等新型的刀具夾頭結(jié)構(gòu)。,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,力膨脹夾頭（德國(guó)雄克Schunk公司）,力膨脹夾頭的內(nèi)孔在自由狀態(tài)下為三棱形，三棱的內(nèi)切圓直徑小于要裝夾的刀具直徑。,力膨脹夾頭工作原理,力膨脹夾頭的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)在于裝夾精度高，操作簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，造價(jià)較低。缺點(diǎn)是需備有一個(gè)輔助的加力裝置。,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,液壓膨脹夾頭,液壓膨脹夾頭工作原理： 通過(guò)加壓螺栓對(duì)油腔中的液壓油進(jìn)行加壓，膨脹壁發(fā)生彈性變形，對(duì)刀具夾緊。 液

24、壓膨脹夾頭特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)是精度高，剛性大，操作方便。缺點(diǎn)是對(duì)刀具的尺寸公差要求較嚴(yán)，過(guò)松時(shí)，可能達(dá)不到應(yīng)有的夾持力。,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,熱收縮夾頭,熱收縮夾頭工作原理： 應(yīng)用感應(yīng)加熱裝置對(duì)刀具夾持部分迅速加熱，待其內(nèi)徑受熱膨脹后快速插入刀具，夾頭冷卻后，形成刀桿與夾頭部分的過(guò)盈連接。 熱收縮夾頭特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)是回轉(zhuǎn)精度高、夾緊力大、傳遞的扭矩大、可承受更大的離心力。缺點(diǎn)是需要配套的感應(yīng)加熱裝置與冷卻套。,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,高精度彈性?shī)A頭, HSK刀柄 德國(guó)的HSK刀柄是目前使用較為廣泛的一種新型結(jié)構(gòu)的高速切削刀柄。HSK刀柄具有以下特點(diǎn)：,采用錐面、端面過(guò)定位的結(jié)合形式

25、，有效地提高了結(jié)合剛度。,刀柄錐度1:10，相對(duì)BT柄的7:24錐部較短，換刀動(dòng)作快，楔形效果好，有較強(qiáng)的抗扭能力，能抑制因振動(dòng)產(chǎn)生的微量位移，有較高的重復(fù)安裝精度。,刀柄采用中空結(jié)構(gòu)，質(zhì)量輕，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。,刀柄與主軸間由擴(kuò)張爪鎖緊，轉(zhuǎn)速越高擴(kuò)張爪的離心力越大，鎖緊效果越好。,HSK刀柄有A、B型（自動(dòng)換刀型），C、D型（手動(dòng)換刀型）和E、F無(wú)鍵連接型（適用于高速加工）。,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,彈性?shī)A頭BT刀柄實(shí)物及結(jié)構(gòu),彈性?shī)A頭HSK-E型刀柄實(shí)物及結(jié)構(gòu),第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,HSK型刀柄與主軸的連接,五、高速加工中心實(shí)例 加工中心是帶有刀

26、庫(kù)（刀庫(kù)容量10100多把刀具）與自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床。工件經(jīng)一次裝夾后，可完成多個(gè)表面的銑、鏜、鉆、鉸、攻絲等加工，是一種加工效率較高的數(shù)控機(jī)床。 由于加工范圍大，應(yīng)用面廣，生產(chǎn)效率高，加工中心已成為數(shù)控機(jī)床的典型代表。隨著高速切削技術(shù)的發(fā)展，高速加工中心的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,USA Cincinnati CFV5 5軸高速加工中心 主軸轉(zhuǎn)速20000r/min,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,瑞士 Mikron HSM600U 5軸高速加工中心 主軸轉(zhuǎn)速60000r/min,Mikron HSM800 5軸高速加工中心 主軸

27、轉(zhuǎn)速60000r/min,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,日本Mazak Integrexe-1550V 5軸高速加工中心 主軸轉(zhuǎn)速12000r/min,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,日本Makino S56 高速加工中心 主軸轉(zhuǎn)速20000r/min,一、并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床概述 并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床是1994年才提出的新概念機(jī)床，是一種在結(jié)構(gòu)上完全不同于傳統(tǒng)機(jī)床的新型機(jī)床。,第三節(jié) 并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床,第一臺(tái)并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床： 1994年，在美國(guó)芝加哥國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上，美國(guó)Giddings & Lewis公司首次展出了Variax型并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床，引起轟動(dòng)。它是一臺(tái)以Stewart平臺(tái)為基礎(chǔ)的5坐標(biāo)立式加工中心，標(biāo)

28、志著機(jī)床設(shè)計(jì)開(kāi)始采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)，是機(jī)床結(jié)構(gòu)重大改革的里程碑，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,Variax 型加工中心,Variax型并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床原理： 在這臺(tái)機(jī)床上，看不到傳統(tǒng)機(jī)床的床身、導(dǎo)軌、立柱和橫粱等結(jié)構(gòu)，它的基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)活動(dòng)平臺(tái)、一個(gè)固定平臺(tái)和六根長(zhǎng)度可變的連桿。 活動(dòng)平臺(tái)上裝有機(jī)床主軸和刀具，固定平臺(tái)上安裝工件，六根桿實(shí)際是六個(gè)滾珠絲杠副，它通過(guò)萬(wàn)向鉸鏈將兩個(gè)平臺(tái)連在一起，同時(shí)將伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)不斷改變六根桿的長(zhǎng)度時(shí)，可帶動(dòng)活動(dòng)平臺(tái)產(chǎn)生六自由度的空間運(yùn)動(dòng)，使刀具在工件上加工出復(fù)雜的三維曲面。,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床的

29、發(fā)展： Variax加工中心實(shí)際上是一臺(tái)以Stewart平臺(tái)為基礎(chǔ)的立式加工中心，它標(biāo)志著機(jī)床設(shè)計(jì)開(kāi)始使用并聯(lián)機(jī)構(gòu)，是機(jī)床機(jī)構(gòu)重大改革的里程碑。 但是，Variax型加工中心是一種“內(nèi)銑型”結(jié)構(gòu)，機(jī)床占地為78008180mm，而工作空間僅有700mm700mm750mm，安裝工件也不太方便，因此沒(méi)有這生產(chǎn)中獲得應(yīng)用。經(jīng)過(guò)了近十幾年時(shí)間的發(fā)展，并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床已進(jìn)入了實(shí)用階段，并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床最適合用于高速切削加工。目前主要應(yīng)用在模具制造、氣缸體、傳動(dòng)箱體和大型飛機(jī)結(jié)構(gòu)零件的制造等領(lǐng)域。,1. 并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床的概念 在機(jī)構(gòu)學(xué)中，機(jī)構(gòu)可分為串聯(lián)機(jī)構(gòu)（Series mechanism）和并聯(lián)機(jī)構(gòu)（Paral

30、lel mechanism）。,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,串聯(lián)機(jī)構(gòu),并聯(lián)機(jī)構(gòu),并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,串聯(lián)機(jī)構(gòu),并聯(lián)機(jī)構(gòu),2. 并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床與傳統(tǒng)機(jī)床的比較,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,傳統(tǒng)機(jī)床,并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,傳統(tǒng)機(jī)床,并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床,并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床與傳統(tǒng)機(jī)床相比，具有以下優(yōu)異的性能：,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低。它由滾珠絲杠、球鉸、伺服電機(jī)等通用元件組成，可由專門廠家生產(chǎn)，因而本機(jī)床的制造成本比相同功能的傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床低。,結(jié)構(gòu)剛度高。由于采用了框架結(jié)構(gòu)，其剛度重量比高于傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床。,加工精度高。由于其為多軸并聯(lián)機(jī)構(gòu)組成，不存在傳統(tǒng)機(jī)床（即

31、串聯(lián)機(jī)床）的誤差累積問(wèn)題，故其加工精度大大提高。,多功能、靈活性強(qiáng)。由于并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、模塊化程度高，可根據(jù)加工對(duì)象的不同進(jìn)行靈活的重構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)其不同的功能。,使用壽命長(zhǎng)。,變換座標(biāo)系方便。由于沒(méi)有實(shí)體座標(biāo)系，機(jī)床座標(biāo)系與工件座標(biāo)系的轉(zhuǎn)換全部靠軟件完成，非常方便。,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床在具有以上優(yōu)異的性能的同時(shí)，也存在一些缺點(diǎn)：,控制、計(jì)算極其復(fù)雜。為了實(shí)現(xiàn)任意坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)，機(jī)床的每一個(gè)桿都必須運(yùn)動(dòng)，因而控制與計(jì)算十分復(fù)雜，只有在CNC技術(shù)高度發(fā)展的今天，才能成為可能。,桿件的熱變形對(duì)機(jī)床的加工精度影響比較嚴(yán)重 。由于六根桿件的長(zhǎng)度大

32、，其熱變形對(duì)加工精度影響較在在，所以目前這類機(jī)床的加工精度還不是很高。,機(jī)床加工的有效空間相對(duì)于機(jī)床本身體積所占比例較小。,存在運(yùn)動(dòng)奇異點(diǎn)。工作區(qū)間中，由于伸縮桿及鉸鏈的限制，可能產(chǎn)生奇異點(diǎn)，使主軸無(wú)法以所要求的方向到達(dá)該點(diǎn)。,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,二、并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床的機(jī)構(gòu)學(xué)基礎(chǔ) 空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)是并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床的基礎(chǔ)，并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床刀具相對(duì)于工作的運(yùn)動(dòng)軌跡是由空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。 1. 并聯(lián)機(jī)構(gòu) 第一臺(tái)并聯(lián)機(jī)床是以Stewart平臺(tái)為基礎(chǔ)的，該機(jī)構(gòu)是1965年提出的，最先作為飛行模擬器，用于訓(xùn)練飛行員，后又被應(yīng)用于機(jī)器人、天文望遠(yuǎn)鏡等領(lǐng)域。直到1994年該并聯(lián)機(jī)構(gòu)才被首次應(yīng)用于Vari

33、ax機(jī)床上。 該機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如下圖所示。它由上下兩個(gè)平臺(tái)和6 個(gè)并聯(lián)的可獨(dú)立伸縮的桿件組成，伸縮桿和平臺(tái)之間用球鉸鏈連接。如果以下平臺(tái)作為固定平臺(tái)，以伸縮桿的位移作為輸入變量，則可以控制上平臺(tái)的空間位置和姿態(tài)。,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,Stewart平臺(tái),第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)副及運(yùn)動(dòng)鏈 運(yùn)動(dòng)副確定兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系。 若空間機(jī)構(gòu)兩相鄰構(gòu)件之間有一個(gè)公共軸線Sj，兩構(gòu)件沿軸線Sj移動(dòng)或繞軸線Sj轉(zhuǎn)動(dòng)，則構(gòu)成一個(gè)運(yùn)動(dòng)副。 并聯(lián)機(jī)構(gòu)常用的運(yùn)動(dòng)副有轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副、球面副、萬(wàn)向鉸鏈和螺旋副。,轉(zhuǎn)動(dòng)副（R）,移動(dòng)副（P）,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,轉(zhuǎn)動(dòng)副（R）,

34、移動(dòng)副（P）,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,球面副（S）,萬(wàn)向鉸鏈（U）,螺旋副（H）,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,球面副（S）,螺旋副（H）,萬(wàn)向鉸鏈（U）,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,典型的并聯(lián)機(jī)構(gòu) 由兩個(gè)或兩個(gè)以上的運(yùn)動(dòng)鏈連接固定平臺(tái)或動(dòng)平臺(tái)就可構(gòu)成各種并聯(lián)機(jī)構(gòu)。 在機(jī)構(gòu)學(xué)中，對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的命名通常采用數(shù)字加工字母的方式來(lái)描述組成并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)鏈的數(shù)目及類型，其表示形式為“n-jjj”。其中n表示運(yùn)動(dòng)鏈的數(shù)目，j表示運(yùn)動(dòng)副類型，最后一個(gè)字母表示連接動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)副類型，在驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)副的相關(guān)字母下加工下劃線，如下例所示。,示例： 如圖所示的Stewart平臺(tái) 可表示為6-SPS ，數(shù)字

35、6表示 由6個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈并聯(lián)，每個(gè)運(yùn)動(dòng) 鏈由兩個(gè)球鉸鏈S和一個(gè)移動(dòng) 副P組成，通過(guò)球鉸鏈連接動(dòng) 平臺(tái)，機(jī)構(gòu)由移動(dòng)副P驅(qū)動(dòng)。,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)示例,3-PSS,2. 并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床常用的典型機(jī)構(gòu) 并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床在結(jié)構(gòu)上具有多種多樣的形式，但其常用的并聯(lián)機(jī)構(gòu)基本上是從Stewart平臺(tái)機(jī)構(gòu)演化而來(lái)的，一般為6桿件（Hexapod）或3桿件（Tripod）并聯(lián)機(jī)構(gòu)。 一般情況下，并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的固定平臺(tái)與機(jī)床底座、床身或框架連為一體，位于下方，被加工工件安裝在其上。動(dòng)平臺(tái)位于上方，其上安裝機(jī)床主軸部件。動(dòng)平臺(tái)位置的參考點(diǎn)是刀具中心點(diǎn)，動(dòng)平臺(tái)尺寸比固定平臺(tái)小得多。 機(jī)床中的并聯(lián)機(jī)構(gòu)分

36、為可變桿長(zhǎng)和固定桿長(zhǎng)兩類。其命名形式為： C/V（M-m） 其中C表示固定桿長(zhǎng)，V表示可變桿長(zhǎng)，M表示固定平臺(tái)上的鉸鏈數(shù)目，m表示動(dòng)平臺(tái)上的鉸鏈數(shù)目。如果固定平臺(tái)或動(dòng)平臺(tái)有兩層，則用加號(hào)“+”表示，如下例所示。,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,固定桿長(zhǎng)并聯(lián)機(jī)構(gòu) C（3-3）,可變桿長(zhǎng)并聯(lián)機(jī)構(gòu) V（3-3）,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,可變桿長(zhǎng)并聯(lián)機(jī)構(gòu) V（6-3+3）,可變桿長(zhǎng)并聯(lián)機(jī)構(gòu) V（6-6）,3.并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床動(dòng)作分析 位置分析 在對(duì)并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床進(jìn)行位置控制時(shí)，通常會(huì)遇到兩類問(wèn)題：,一類是已知各運(yùn)動(dòng)桿件的位置和姿態(tài)，需要求解動(dòng)平臺(tái)的位置和姿態(tài)，這是所謂

37、的位置正解。,另一類是已知支平臺(tái)的位置和姿態(tài)，需要求解各運(yùn)動(dòng)桿件的位置和姿態(tài)，這類問(wèn)題稱為位置反解。,并聯(lián)機(jī)床位置分析使用反解法比較簡(jiǎn)便，正解法十分復(fù)雜。詳細(xì)情況可參考高等機(jī)構(gòu)學(xué)。,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,以6-SPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)為例，在機(jī)構(gòu)動(dòng)平臺(tái)和固定平臺(tái)上分別建立坐標(biāo)系，如圖所示。,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,X,Y,Z,X,Y,Z,P,l1,l2,l3,l4,l5,l6,在動(dòng)坐標(biāo)系中的任意向量R，可通過(guò)坐標(biāo)變換表示為固定坐標(biāo)系中的向量R：,其中T為上平臺(tái)姿態(tài)的方向余弦造成矩陣。P為動(dòng)坐標(biāo)原點(diǎn)在固定坐標(biāo)系中的位置矢量。 當(dāng)給定機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸后，T矩陣與P矢量已知，利用幾何關(guān)系可寫(xiě)出動(dòng)

38、平臺(tái)和固定平臺(tái)各鉸鏈點(diǎn)（bi，Bi，i=1,26）在各自坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。 利用上述公式，可把動(dòng)平臺(tái)鉸鏈點(diǎn)的坐標(biāo)值變換為固定平臺(tái)中的坐標(biāo)值。則6個(gè)驅(qū)動(dòng)桿桿長(zhǎng)矢量li（i=1,26）在固定坐標(biāo)系中可表示為：,機(jī)構(gòu)的位置反解方程為：,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備, 運(yùn)動(dòng)分析 由于并聯(lián)機(jī)床各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件相互耦合，并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)參數(shù)（速度、加速度、角速度、角加速度等）的轉(zhuǎn)換具有非線性特征。 例如，對(duì)某個(gè)桿件輸入一個(gè)勻速運(yùn)動(dòng)，其它桿件的速度、加速度都不是線性，是隨輸入桿件的位置不同而改變的，如下圖所示。,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,6-SPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)速度特性,vx,vy,vz,z,x,y, 工作

39、空間分析 并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床的工作空間是指在動(dòng)平臺(tái)給定姿態(tài)時(shí)，刀具中心點(diǎn)能達(dá)到的所有點(diǎn)的集合。它直接影響到機(jī)床的加工范圍，是并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床的重要特性之一。 影響并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床工作空間的主要約束條件是：桿件長(zhǎng)度、鉸鏈轉(zhuǎn)角及構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)干涉三個(gè)方面。 工作空間分析可借助數(shù)值法或解析法。前者的核心算法為，根據(jù)工作空間邊界必為約束起作用邊界的性質(zhì)，利用位置逆解和K-T條件搜索邊界點(diǎn)集。后者的基本思路是，將并聯(lián)機(jī)構(gòu)拆解成若干單開(kāi)鏈，利用曲面包絡(luò)論求解各單開(kāi)鏈子空間邊界，再利用曲面求交技術(shù)得到整體工作空間邊界。,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,第三章 加工域活動(dòng)中的先進(jìn)裝備,3-PSS并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床工作空間,6-SPS并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床工作空