本文簡單概述了早期并聯(lián)運動機床與傳統(tǒng)機床的優(yōu)點，詳細介紹了幾種典型的并聯(lián)運動機床特點。

早期的并聯(lián)運動機床

1994年，在美國芝加哥機床展覽會上，美國Giddings & Lewis公司展出了Variax型并聯(lián)運動機床，引起轟動。它是一臺以Stewart平臺為基礎的5坐標立式加工中心，標志著機床設計開始采用并聯(lián)機構，是機床結構重大改革的里程碑，其內部結構如圖1所示。

從圖中可見，6根由伺服電動機驅動的伸縮桿，借助萬向鉸固定在下平臺上，這種結構也被稱為“6條腿 （Hexapod）”，絲桿的螺母通過萬向鉸支承著上平臺。桿件長度的伸縮使帶有主軸部件的上平臺完成加工零件所需的運動。

Variax型加工中心是一種“內銑型”結構，機床占地面積為7800mm′8180mm，而工作空間僅有700mm′700mm′750mm，安裝工件也不太方便，因此沒有在生產中獲得應用。后來該機床提供給英國諾廷漢大學工學院作為進行“航空工業(yè)敏捷制造”項目研究的設備。

嗣后，美國Ingersoll公司推出采用并聯(lián)機構的VOH 1000型立式加工中心和HOH 600型臥式加工中心，在結構上作了zui大改進，從“內銑型”改為“外銑型”，明顯縮小動平臺的體積，減輕了運動部件的重量，安裝工件也較為方便，對并聯(lián)運動機床的發(fā)展曾經產生很大的影響。

但是由于種種原因，Ingersoll機床也沒有投入生產實際應用。兩臺VOH 1000型立式加工中心分別交付給美國國家標準和技術研究所和美國國家宇航局進行研究。HOH 600型加工中心提供給德國阿亨工業(yè)大學的機床實驗室進行研究。它們的研究結果對并聯(lián)運動機床的發(fā)展起到很大的促進作用。

Ingersoll公司HOH 600型的外觀如2所示。

通過早期并聯(lián)運動機床的試驗研究表明，并聯(lián)運動機床與傳統(tǒng)機床比較，具有一下優(yōu)點：

1） 運動部件質量小，運動慣性小；
2） 高運動速度和高加速度，適合高速加工；
3） 主要部件具有重復性，通用程度高；
4） 容易通過預加載荷，提高機床部件的剛度；
5） 通過控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)運動精度的補償。

但是，早期并聯(lián)運動機床由于種種原因，沒有在生產中獲得應用。近年來，在運動學原理、機床設計方法、制造工藝、控制技術、動態(tài)性能研究和工業(yè)應用方面都先后取得重大的突破。世界的機床公司都相繼推出新產品，發(fā)展了許多經過改進的變型結構，使并聯(lián)運動機床開始進入了實用階段。

6X Hexa 立式加工中心

德國Mikromat公司（）的6X Hexa立式加工中心的研制由歐共體Esprit高科技研究計劃資助，有4個單位參加：

1） Mikromat機床公司，負責機床的設計和制造，同時也作為機床的zui終用戶。
2） 富蘭霍夫機床及鍛壓技術研究所，作為企業(yè)的技術顧問，提出機床總體設計方案。
3） Andron公司，提供Andronic 400數(shù)控系統(tǒng)的軟、硬件，以及數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)化。
4） GMD-First公司，高性能計算機和網絡專家，負責并聯(lián)運動控制策略和高速數(shù)據(jù)傳送。

該機床的外觀如圖3所示。

從圖中可見，工作臺在機床的底座上可前后移動，以便于裝卸工件。底座上有3根按照120°分布的立柱，用于支承并聯(lián)機構。

該并聯(lián)機構的特點是采用變型Stewart平臺，分別將上下平臺都分為兩層，兩層上平臺固定在3根立柱的側面，兩層下平臺共同支持主軸部件。采用伺服電動機驅動滾珠絲桿實現(xiàn)6根桿的同時或單獨伸縮，以控制主軸部件完成6個自由度的空間運動。這種變型結構改善了工作空間與機床所占體積之比，使主軸姿態(tài)變化時受力更加均勻。

該機床主要用于模具加工，可以實現(xiàn)5坐標高速銑削，加工精度可達0.01～0.02mm，明顯提高加工效率、改善表面質量，延長刀具壽命。

КИМ-750型測量機

俄羅斯Lapic公司將Stewart平臺并聯(lián)機構用于TM-1000型精密加工中心和КИМ-750型3坐標測量機，КИМ-750型測量機的外觀如圖4所示。

從圖中可見，上平臺就是測量機的框架，6根伸縮桿是由伺服電動機驅動的滾珠絲桿，它們共同與裝有測量頭的下平臺連接。在固定的上平臺和運動的下平臺之間安裝有6根激光干涉測量尺，對伸縮桿的位移進行測量，并實時反饋，工作精度可達±0.001~0.002mm。工作空間為750mm×550mm×450mm。采用并聯(lián)機構的測量機的特點是可以很方便地將測量頭偏轉一個角度，測量斜孔的直徑。

P2000 型 5坐標銑床

美國Hexel公司（）致力于并聯(lián)運動機床和并聯(lián)機構應用的普及化，推出低價位的Tornado型5坐標加工中心和P 2000銑床工作臺，以及6自由度的定位平臺和微型機器人等一系列產品。

P2000 銑床工作臺是一個采用并聯(lián)機構的6自由度動平臺，它可以作為單獨部件提供給用戶，也可以配置成為完整的5坐標立式銑床。

將P2000銑床工作臺與舊的普通立式銑床相配合，將主軸部件轉180°，就能夠很快構成一臺全新的5坐標數(shù)控立式銑床，適用于加工小型模具或樣件制造。數(shù)控系統(tǒng)軟件由該公司自行開發(fā)，硬件采用Window操作系統(tǒng)的微機和Delta-Tau公司的控制卡。機床外觀如圖5所示。

V100立式車削中心

德國Index機床公司（index-werke.de）2000年推出采用并聯(lián)機構的車削中心，2002年又將其聯(lián)成加工回轉體零件的流水線，在生產中應用效果良好。機床的外觀如圖6所示。

該機床的結構特點是3根立柱固定在機床底座上，頂端由多邊形框架連接。每根立柱上有導軌，滑板在滾珠絲桿驅動下沿導軌移動，通過6根固定桿長的桿件將主軸部件吊住，使主軸實現(xiàn)3個直角坐標的移動。從并聯(lián)機構分析的角度看，這種配置屬于3桿并聯(lián)機構（Tripod）。

在機床前方的垂直臺面上，可以安裝8~12把固定刀具或旋轉刀具，除完成車削加工外，還可以進行銑削、激光硬化、激光焊接、磨削等工序。機床設計的巧妙之處還在于：主軸除完成加工任務外，還同時承擔工件的裝卸，如圖7所示。

從圖6和圖7中可見，機床的周圍有一個環(huán)形的輸送帶，它將待加工工件依次輸送到機床后方的管道中。當工件加工完畢時，處于工作空間的管道防護罩打開，主軸將加工好的工件放到輸送帶的夾具上，并將下一個待加工的工件自動裝卡在主軸卡盤上，主軸起到裝卸機械手的作用。當主軸移至加工工位時，防護罩自動關閉，主軸轉動，開始進行下一個工件的加工。

機床的數(shù)控系統(tǒng)采用西門子公司的Simumerik 840D。

Urane SX型臥式加工中心

法國Renault Automation 公司（）推出Urane SX臥式加工中心，其外觀如圖8所示。該機床采用一系列新技術，如直線電動機、電主軸、高速鏜銑削和油霧干切削等。該機床用于加工Ranault汽車齒輪變速箱體的平面和孔，采用高速切削，效率很高。

機床的并聯(lián)機構特點是采用3桿并聯(lián)機構，具有很高的動態(tài)特性，快速移動可達100m/min，zui大加速度甚至可以達到5g。

在機床的床身上分布有3根水平導軌，直線電動機的滑板沿導軌移動。3塊滑板通過3組平行桿機構以及萬向鉸和球鉸支承動平臺和主軸部件，使主軸實現(xiàn)3個坐標方向的移動。

SKM 400型臥式加工中心

德國Herkert機床公司（）推出結構*的SKM 400型臥式加工中心，它是一臺三桿并聯(lián)運動機床，其外觀如圖9所示。

從圖中可見，機床的左前方配置有數(shù)控系統(tǒng)和容量為16把刀具的盤狀刀庫，3根伸縮桿分布在機床的頂部橫樑和左右兩側傾斜立柱上，由中空轉子伺服電動機的滾珠絲桿驅動。3根伸縮桿的末端共同支承主軸部件，實現(xiàn)Ｘ、Ｙ、Ｚ坐標運動。其特點是在主軸部件的下方，配置有曲柄機構。這是一個被動機構，它有2個自由度，使主軸部件繞固定在機床底座上軸線偏轉和前后傾斜，從而擴大了工作空間，如圖10所示。該機床還配有數(shù)控回轉工作臺，主要用于加工箱體類零件，機床的運動控制采用Siemens 840D型數(shù)控系統(tǒng)。

Ecospeed型臥式加工中心

德國DS Technologie機床公司（www.ds-technologie.de）推出Ecospeed型大型5坐標臥式加工中心，用于加工飛機機身的結構件，其外觀如圖11所示。

該機床的主要特點在于Z3型主軸部件部件的設計，它采用3桿并聯(lián)機構，其工作原理如圖12所示。

從圖中可見，在主軸部件套筒的內壁上有按照120°分布的軸向導軌，伺服電動機驅動導軌上的滑板前后移動。滑板通過板狀連桿和萬向鉸鏈與主軸部件的殼體相連。如果3塊滑板同步運動，則主軸部件作Z方向的前后移動。如果某一個伺服電動機單獨驅動滾珠絲桿，可以通過萬向鉸鏈使主軸部件沿A或B坐標在±40°范圍內擺動。由于飛機機身結構件多是厚度不大（不超過300mm）的薄壁零件，機床主軸Z坐標的移動量控制在670mm以內，以提高主軸部件的動、靜態(tài)剛度。此外，客戶可以根據(jù)需要選用低速高轉矩或高速低轉矩的主軸部件。

Pegasus型木材加工中心

德國Reichenbacher公司（www.reicherbacher. de）是一家生產木材加工數(shù)控銑床為主的小公司。zui近推出采用并聯(lián)機構的Pegasus型木材加工中心，其外觀如圖13所示。

該機床的結構特點是，采用3組固定桿長的、兩端有萬向鉸鏈的桿系，借助鉸鏈將桿系分別與3塊移動滑板和動平臺連接。3塊滑板皆有各自的直線電動機初級繞組，但它們共用一個固定在機床橫梁上的次級。改變3個移動滑板相對主軸刀頭點垂直截面（ZY坐標平面）的距離，就可以實現(xiàn)刀頭點在X、Y、Z坐標方向的運動。

主軸部件固定在動平臺上，它由電主軸和附加回轉機構組成，以現(xiàn)實4～5坐標加工。機床結構配置簡潔，工作區(qū)域開闊，工件裝卸方便。它的主要支承零部件都由鋼板焊接而成，可以根據(jù)需要配置成為雙面工作臺的加工中心或流水生產線。Pegasus木材加工中心采用西門子840D數(shù)控系統(tǒng)