第四章 并联机床刚柔耦合与动力学分析 22

4.1 引言 22

4.2 机床刚柔耦合多体动力学模型的建立与分析 23

    4.2.1 刚柔耦合多体动力学模型的建立..........23

4.2.2 运动学和动力学分析 28

4.3 本章小结 36

总 结 37

致  谢 38

参考文献 39

 第一章 绪论

     并联机床（Parallel Kinematic Machine Tool）并联机床是指用并联机构作为进给传动机构的数字控制机床，又称虚拟轴机床，是机器人技术与机床结构技术相结合的产物[1]，机构的特殊性使它具有传统机床无法比拟的优点，如结构刚度好，误差不会累加等，而且通过不同安装组合可以实现一机多用，广泛用于叶片、叶轮、螺旋推进器和模具等各种空间复杂曲面的加工，被誉为“21世纪新一代的加工设备[2]”、“机床结构的重大革命”等。

1.1 并联机床的发展与国内外研究现状 

1.1.1 国外并联机床的发展

随着生产力的发展，人们对加工设备的速度、精度以及加工灵活性等方面提出了更高的要求，这也为机械制造领域一种全新的革命的到来埋下伏笔。1928年，James E.Gwinnett设计了一种利用并联机构传动的平台并且成功将其运用到娱乐行业，自此，并联机构逐渐走入人们的实现并开始展现它的价值。伴随着并联机构的不断发展并在实用中扮演着越来越重要的角色，以并联机构为基础的并联机床应运而生，在结束了数十年的酝酿之后，终于结出硕果。1994年美国Ingersoll和G&L公司在芝加哥国际机床博览会上推出的Variax虚拟轴机床(图1-1)，打破了传统，向世人宣告了世界上第一台并联机床的诞生，同时也掀起了并联机床研究和发展的热潮。

 Variax 虚拟轴机床

在随后的十多年里，并联机床以超乎想象的速度向前飞驰。一台台更加先进、完善的并联机床如雨后春笋般不断涌现到人们面前。现将并联机床发展的大事记罗列如下，以供读者参考：

1997年德国汉诺威欧洲机床展（EMO'97）上，全世界各国有多达十多种并联机床参加展出，而且有些还进行了切削加工演示，这标志着人们对并联机床结构的认识达到了一个全新的高度。

1999年法国巴黎欧洲机床展（EMO'99），出现了一些新的并联机构，而且出现了专业生产并联机床关键部件的生产厂家，这标志着并联机床的发展进入徘徊期，产业化发展初露端倪。

2000年在美国芝加哥国际机床展上展出了瑞典NEOSRobotics公司的Tricept845型加工中心，基于串并联或纯并联少自由度结构的并联机床开始走进人们的视野并受到青睐。

2002年在美国芝加哥国际机床展上，展出了smt-Tricep公司的Robot、DS Technology公司的Ecospeed型大型5坐标加工中心等[3-15]。

虽着并联机床商品化进程的不断发展，各大并联机床制造商不断推出越来越先进的并联机床，并联机床进入实用化阶段。

1.1.2 国内并联机床的发展

国内并联机床的研究起于20世纪90年代，自1994年美国Ingersoll和G&L公司在芝加哥国际机床博览会上推出Variax虚拟轴机床继而拉开全世界并联机床发展的序幕之后，国内的并联机床事业也随即如火如荼的展开，尽管由于我国基础工业体系不完善，机械设计和机械制造理论体系不完善，整体水平和国外有很大差距，因此只能自力更生，“摸着石头过河”，并联机床的发展可谓历经波折，但是皇天不负有心人，在国内各高校、研究机构以及相关企业的共同努力下，我国并联机床的研究排除万难，结出了累累硕果，研制出一大批各项性能突出的并联机床。国内早期的主要研究单位有东北大学、清华大学、天津大学、中科院沈阳自动化研究所、西安交通大学等，作为国内最早开始进行并联机床研究的单位之一，清华大学不负众望率先实现国产并联机床的零的突破，于1998年在中国国际机床展览会上展出了我国第一台名为VAMT1Y（图1-2）的大型镗铣类并联机床原型样机，该机床的成功研制标志着我国的并联机床事业进入了前所未有的高度。