1994年在芝加哥国际机床展览会(IMTS94)上,美国的Ingersoll和Giddings & Lewis公司分别首次展出了名为Hexapod和Variax的并联机床,引起举世关注。并联机床以空间并联构型为基础,打破了近两个世纪以来单一的以笛卡尔坐标直线位移为基础的串联机床结构和运动学原理,被誉为“本世纪机床机构的最大变革与创新”、“21世纪的机床”。其后,意大利、日本、俄罗斯、挪威、瑞士、瑞典、丹麦等国的制造商竟相研发并联机床。1997年底,清华大学和天津大学联合研制出了我国第一台并联机床VAMT1Y。 与传统的串联构型机床相比,纯并联构型的并联机床在结构及运动特性上具有刚度重量比大,运动部件质量小、响应速度快,误差累积小,可以很容易地实现6轴联动,运动学逆解求解容易、便于实现实时控制,机床结构简单,技术附加值高等优点。但并联机床同时也存在着工作空间小,运动学的正解求解困难,控制复杂,各轴间存在着深度的非线性运动耦合,运动学标定困难,机床的刚度和运动精度不高等缺点。为克服并联机床的缺点,串-并混联式机床应运而生。 混联机床几乎继承了并联机床的全部优点,同时其工作空间增大,运动学正解的求解困难程度及控制复杂程度均明显降低。尽管其刚度和运动学精度仍不如串联机床高,但已显示出强大的生命力。目前,商品化的并联机床已投入使用。 课题组通过多年的研究发现,研抛属于弹性加工,研抛过程中作用反力较小,因而对机床的刚度要求较低,同时,研抛机床需要在其终端执行器上安装位移-力柔顺控制器,柔顺控制器的安装使研抛加工对机床运动精度的要求被弱化。研抛加工所具有的这些工艺特性,使得串-并混联机床扬长避短,可以在研抛加工中得到较好的应用。 基于对吉林省科技发展重点规划课题“精密自动研抛加工模具自由曲面的虚拟轴专用机床”的研究(机床照片见图1),本文就串-并混联研抛机床的概念设计、运动学分析、插补控制、研抛实验等问题展开研究。 对串联构型、并联构型、混联构型机床的结构特性、运动特性、控制特性等内容进行