虚拟轴机床ppt课件.pptx
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1、虚拟轴机床,虚拟轴机床(Virtual Axis Machine Tools)又称并联机床,是机器人技术和机床技术相结合的产物。 这种新型机床完全打破了传统机床结构的概念,抛弃了固定导轨的导向模式,采用了多杆并联机构驱动,被认为是20世纪最具有革命性突破的机床设计。,目录,一、发展简史二、分类 三、主要结构四、特点五、关键技术六、存在的问题及设想七、发展趋势八、应用九、参考文献,一、发展简史,1890-1894空间机构理论研究,Gough平台式并联机构,1962 Whitehall和Gough六个长度可伸缩的并行线性支杆支撑两个平台的轮胎测试机,1965Stewart有6自由度并联机构的飞行模
2、拟器,1979Mac.Callion基于Stewart平台的机械手臂,1994Gidding &Lewis第一代八面体六足虫虚拟轴机床,二、分类,一、按并联机构的驱动方式分: 1. 内副驱动 2. 外副驱动 3. 内外副混合驱动二、按并联机构的支链配置分为: 1. 纯并联型(Stewart平台为基本构型 ) 2. 混合型 三、按末端执行器运动自由度数目分为: 1. 6自由度并联机床 2. 5自由度并联机床 3. 4自由度并联机床 4. 3自由度并联机床,四自由度并联机构,六自由度并联机构,三自由度并联机构,三、主要结构,下平台(静平台):刚性箱体机架,上面装有固定工件的工作台上平台(动平台):
3、用来安装主轴头,主轴头内有主驱动电机,能进行6轴(X、Y、Z、A、B、C)运动,有的虚拟轴机床还能进行8轴控制。轴向可调的6根伸缩杆:每根伸缩杆都由各自的伺服电机和滚珠丝杠驱动,一端固定在下平台机架上,而另一端则与上平台连接,通过6根杆的伸缩协调实现主轴的位置姿态控制。,杆 件,主轴部件,工作台,四、特点,传统机床,虚拟轴机床,1.机床结构,一般采用由床身、立柱、主轴箱、工作台串联而成的非对称“C”型布局。机床的轴线与笛卡尔坐标轴对称,无需进行坐标变换。,主要由框架和变长杆等简单构件组成,对于复杂的曲面加工,只要控制六杆的长度即可。,四、特点,传统机床,虚拟轴机床,2.机床刚度,因结构不对称,
4、而使机床受力、受热不均匀。不仅受拉压力,还受到弯矩和扭矩 。,呈对称的框架结构,主轴平台的受力由六根杆分摊承担,每根杆的受力要小得多,且只受拉压力,不受弯矩和扭矩。,四、特点,传统机床,工件、工作台等大质量部件一般都在运动,系统惯性大,使机床高速动态性能恶化,虚拟轴机床,工件、工作台不运动,只有主轴、刀具和杆在运动,运动部件少、质量轻、惯性小,减小了运动负荷,实现更快的动态响应,尤其在高速加工时,并联结构的优点更为显著,3.机床动态性能好,四、特点,传统机床,串联传动结构,主轴或工作台的运动由各传动轴依次传递,最后误差为累计误差,虚拟轴机床,并联传动结构,各个轴的误差形成的是平均值,加工精度较
5、高不依靠导轨的正交直线性和精度,可以将所有测量均置于不动的构架结构上结构刚度的提高,运动质量的减小也使加工精度提高,4.加工精度高,四、特点,传统机床,沿X、Y、Z三个方向的滑台式结构的导轨,消耗材料多、质量大需要保持导轨正交状态的部件需要支撑横向载荷的部件,虚拟轴机床,不需要床身式直线导轨及保持其正交状态的部件,不需要支撑横向载荷的部件材料消耗少,机床重量轻,制造成本低主要部件多为通用件,有较强的模块化功能,有利于针对不同的加工需要进行设备重组减少了投资,维修方便,5.经济性好,四、特点,传统机床,各轴可分别控制,笛卡尔坐标位置和速度的检测以及反馈较为简单,开环、闭环控制都相对简单。,虚拟轴
6、机床,通过连接刀具的动平台在空间改变位置和姿态实现加工刀具的运动由六个伺服电机驱动六个滚珠丝杠,调整各杆的长度进行控制对于不同形状的零件,只需改变相应伺服电机的控制指令,从而改变各杆的长度,实现刀具位姿的变化刀具调整方便,机床适应性强,但是控制复杂,6. 适应性好,硬件简单,软件复杂,整个平台的运动牵涉到相当庞大的数学运算,附加技术价值很高的机电一体化产品,五、关键技术,虚拟轴机床的设计技术 包括虚拟轴机床的运动分析、力学分析和由个伸缩杆的长度决定动平台位姿的理论及特例等。虚拟轴机床的控制技术 虚拟轴机床的控制系统不仅要实现六根杆定时发送,实现预定刀具运动轨迹的控制信号,而且还要实时处理六根杆
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