并联机床自从九十年代出现以来,由于其具有理论刚度高、承载能力强、重量轻、响应速度高、结构对称易于补偿、模块化程度高、可重组性强和技术附加值高等优点,一直受到学术界的广泛关注。并联机床的出现扩大了机床的应用范围,为新型机床设计提供了理论依据。但是并联机床普遍存在有效工作空间小的问题,而且多自由度并联机床运动耦合高、建模困难且控制系统复杂。为了充分利用串联机床和并联机床的优点,克服两者的不足之处,本文提出了一种新型5-DOF串并联机床。本串并联机床以3-HSS构型并联机构为主体,在并联机构动平台上安装了具有两个旋转自由度的串联机构。由于本串并联机床中的3-HSS并联机构的滚珠丝杠采用水平布置方式,其在水平方向上具有较大的移动能力,因此本串并联机床具有较大的有效工作空间。本文针对新型5-DOF串并联机床的机构及其数控系统的关键技术进行了较深入系统的研究。主要工作内容如下: 采用并联机构构型原理对串并联机床并联结构进行自由度分析,并针对该机床的机构特点进行运动学分析,得到了串并联机床的位置正解和位置逆解,建立了其控制系统的数学模型。在此基础上,研制出了5-DOF串并联机床样机。 基于开放式、模块化、集成化体系结构建造本串并联机床数控系统。采用“IPC+PMAC”方式构建了5-DOF串并联机床数控系统硬件平台。采用这种体系结构可以充分利用IPC机的系统软件和数据处理功能以及PMAC控制卡的实时控制功能。 基于集成开放式数控系统构建了本串并联机床数控系统软件平台。整个数控系统软件平台以Windows为操作平台,以Visual C++为编程环境,按照开放性、模块化的思想开发控制软件和系统管理软件,使得系统软件具有良好的开放性和可扩展性。 针对5-DOF串并联机床的机构特点,开发了其相应的数控系统的空间直线及圆弧插补功能、坐标变换功能和运动变换功能。基于PMAC功能本文还开发了数控系统的其它一些功能,如:电机测试功能、速度设定功能、文件下载功能等。 通过对5-DOF串并联机床进行联机控制实验,实现了正确控制,验证了串并联机床机构的合理性和数控系统的正确性。