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关于数控机床并联机构进给体系的优势分析

提示:

常规机床都采用笛卡尔坐标方式进行工作。这种机床最典型的布局是将工件安装在正交工作台上,实现X、Y轴的运动

  基于并联(虚拟轴)机构的高速进给系统:

  常规机床都采用笛卡尔坐标方式进行工作。这种机床最典型的布局是将工件安装在正交工作台上,实现X、Y轴的运动;将主轴部件安装在立柱溜板上,实现Z轴运动。这种机床的运动部分(工件、夹具、工作台等)的总质量比较大,再加上多层导轨所产生的运动阻力,使机床不易达到很高的进给速度和加速度。另外,传统机床是一种串联系统,组成环节多,结构复杂,而且常常存在悬臂部件和联接间隙,因此机床很难获得很高的刚度。并联(虚拟轴)机床的出现,为解决上述问题开辟了一条新的途径。

  各杆用滚珠丝杠或直线电机分别驱动,以调节和控制6根杆件(实轴)的不同长度,从而使电主轴上的刀具作6个自由度的运动,实现对安装在固定在工作台(图中未示出)上零件的加工。这种结构在60年代就有人提出,但由于牵动主轴的所有6根实轴都必须运动,计算极其复杂,当时还没有办法用于生产。只有在CNC技术得到高度发展的今天,并联机床的应用才成为可能,并已出现多种设计方案。这种并联机构进给系统的主要优点如下:

  (1)进给速度高在同样的电机驱动速度下,空间并联机构比常规机床的串联机构可获得更高的进给速度。并联机床不存在沿固定导轨运动的工作台及其支承部件,也就消除了导轨副的摩擦阻力,有利于进给速度的进一步提高。

  (2)加速度高机床上工件固定不动,所有的坐标运动由6杆驱动的电主轴完成。运动部件质量小,对刀具的驱动力为6根杆的合力,因此驱动力大,容易获得很高的进给运动加速度。

  (3)刚度大驱动杆既是机床的传动部件,又是主轴单元的支撑部件,减少了“机床-刀具―工件”工艺系统的联接环节和传动间隙,又取消了常规机床的悬臂结构,6根杆只受拉压不受弯矩,从而大大提高了机床的总体刚度。这种并联进给系统也存在如下一些缺点:坐标轴较多,作直线运动也要动6根轴,因此编程比较复杂,操作不直观;6杆长度大,其热变形对加工精度影响比较严重,因此目前加工精度还不太高;加工的有效空间与机床本身体积的比例不相称,也限制了其加工能力。这些问题都还有待于解决。


(责任编辑: 谢媛 )

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