1 引言
并聯(lián)機(jī)床（Parallel Machine Tool,簡(jiǎn)稱PMT），也被稱為虛（擬）軸機(jī)床（Virtual Axis Machine Tool）或并聯(lián)運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)器（Parallel Kinematic Machine），是并聯(lián)機(jī)器人技術(shù)和現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，它同時(shí)兼顧了機(jī)床和機(jī)器人的諸多特性，既可以看作是機(jī)器人化的機(jī)床（可以完成機(jī)床的切削任務(wù)），又可以看作是機(jī)床化的機(jī)器人（可以完成許多精密的機(jī)器人作業(yè)）。它能夠提供機(jī)器人的靈活與柔性，又具有機(jī)床的剛度和精度，是集多種功能于一體的新型機(jī)電設(shè)備。國(guó)際學(xué)術(shù)界和工程界非常重視對(duì)并聯(lián)機(jī)床的研究與開(kāi)發(fā)，20世紀(jì)90年代中期，美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、俄羅斯、瑞典、瑞士、日本等國(guó)家的有關(guān)研究機(jī)構(gòu)和機(jī)床廠家紛紛推出具有不同結(jié)構(gòu)形式和功能特性的并聯(lián)機(jī)床。并聯(lián)機(jī)床已成為機(jī)床行業(yè)發(fā)展過(guò)程中不可忽視的一個(gè)亮點(diǎn)。
并聯(lián)機(jī)床從問(wèn)世以來(lái)經(jīng)過(guò)了幾年的發(fā)展，經(jīng)歷了一個(gè)由快速發(fā)展到穩(wěn)步研究的發(fā)展過(guò)程，隨著人們對(duì)并聯(lián)機(jī)床的認(rèn)識(shí)越來(lái)越深入，并聯(lián)機(jī)床相關(guān)技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)工作的步伐正逐漸趨于平穩(wěn)。研究人員認(rèn)識(shí)到并聯(lián)機(jī)床與傳統(tǒng)機(jī)床相比所表現(xiàn)出的鮮明的特有優(yōu)勢(shì)，這鼓舞著國(guó)內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)和機(jī)床廠商堅(jiān)持不懈地積極從事并聯(lián)機(jī)床技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)工作；另一方面，經(jīng)過(guò)幾年的研究，研究人員也發(fā)現(xiàn)并聯(lián)機(jī)床存在一些缺陷，同時(shí)并聯(lián)機(jī)床在較多方面的理論研究和應(yīng)用技術(shù)研究尚不夠成熟，還有很多難題要突破。世界各國(guó)的研究機(jī)構(gòu)和機(jī)床廠商在這一問(wèn)題上基本達(dá)成了共識(shí)，認(rèn)為并聯(lián)機(jī)床這種新型的加工裝備與傳統(tǒng)機(jī)床相比，在一些方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，然而在現(xiàn)階段，并聯(lián)機(jī)床尚不能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)和市場(chǎng)化，并聯(lián)機(jī)床技術(shù)也有待進(jìn)一步發(fā)展完善。
2 發(fā)展特點(diǎn)及存在問(wèn)題
2．1 并聯(lián)機(jī)床的發(fā)展特點(diǎn)
目前，并聯(lián)機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)呈現(xiàn)如下兩個(gè)特點(diǎn)：
(1)并聯(lián)機(jī)床構(gòu)型的多樣性
構(gòu)型的多樣性是并聯(lián)機(jī)床的顯著特點(diǎn)之一，每一種構(gòu)型都有其自身的優(yōu)缺點(diǎn)，都有其各自適合的應(yīng)用領(lǐng)域。關(guān)于并聯(lián)機(jī)構(gòu)構(gòu)型的研究一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出多種適用于不同應(yīng)用條件的并聯(lián)機(jī)構(gòu)也一直是機(jī)構(gòu)學(xué)家們研究的一個(gè)重要內(nèi)容。近幾年，眾多學(xué)者提出了多種新機(jī)構(gòu)構(gòu)型，并對(duì)機(jī)構(gòu)的類型和構(gòu)建方法進(jìn)行了系統(tǒng)的討論。目前，基于串并混聯(lián)、內(nèi)外副混合驅(qū)動(dòng)或純并聯(lián)的少自由度機(jī)構(gòu)的并聯(lián)機(jī)床正逐漸受到人們的青睞，最有代表性的基于少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的并聯(lián)機(jī)床是瑞典Neos Robotics公司開(kāi)發(fā)研制的Tricept系列，其他典型的有意大利Comau公司的HPI型四桿三自由度機(jī)床、德國(guó)斯圖加特大學(xué)機(jī)床與制造設(shè)備控制技術(shù)研究所的LINAPOD三桿機(jī)床、德國(guó)漢諾威大學(xué)生產(chǎn)工程和機(jī)床研究所研制出用于鋼板激光加工的三桿機(jī)床、美國(guó)Sheldon/Van Someron公司的Triax三桿機(jī)床、清華大學(xué)與江東機(jī)床廠聯(lián)合開(kāi)發(fā)的三自由度混聯(lián)機(jī)床等。
然而，由于并聯(lián)機(jī)床出現(xiàn)不久，并沒(méi)有專用的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)境，目前開(kāi)發(fā)一種新型并聯(lián)機(jī)床的設(shè)計(jì)周期仍很長(zhǎng)，因此迫切需要一個(gè)快速的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)平臺(tái)以滿足結(jié)構(gòu)日趨多樣的新型并聯(lián)機(jī)床的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)需求。
(2)并聯(lián)機(jī)床設(shè)計(jì)理論和應(yīng)用技術(shù)研究不斷深入
雖然已開(kāi)發(fā)出一些并聯(lián)機(jī)床商業(yè)化樣機(jī)，且有產(chǎn)品投入實(shí)際應(yīng)用，但由于設(shè)計(jì)理論和工程技術(shù)的研究不夠成熟，目前并聯(lián)機(jī)床在作業(yè)能力、作業(yè)性能等方面表現(xiàn)差強(qiáng)人意，與傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床相比存在一定差距。有關(guān)并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)、并聯(lián)機(jī)床動(dòng)力學(xué)建模與分析、精度保證、控制技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)的研究一直在不斷深入，并取得了一定的研究成果。例如，Raghavan得出的Stewart平臺(tái)運(yùn)動(dòng)學(xué)正解結(jié)論，Innocenti和Cheok等人提出的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)值解法；Gosselin、Merlet和Ji的工作空間幾何解析法，黃田和汪勁松等人提出的工作空間邊界的變心球面族包絡(luò)面求交法；基于各向同性條件（局部靈活度）、動(dòng)平臺(tái)姿態(tài)能力、總體靈活度指標(biāo)的多種尺度綜合方法；Nguyen、Lee、Liu關(guān)于動(dòng)力學(xué)建模及動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的構(gòu)造的理論結(jié)果，以及熊有倫提出的動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)策略；用不同方法建立的驅(qū)動(dòng)部件誤差與終端誤差之間的關(guān)系；多種運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定、提高機(jī)床加工精度的方法等�？傊�，并聯(lián)機(jī)床的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)國(guó)內(nèi)外都取得了很多有價(jià)值的理論成果，在應(yīng)用技術(shù)方面也取得很大進(jìn)展。
有關(guān)并聯(lián)機(jī)床設(shè)計(jì)和應(yīng)用的理論成果和應(yīng)用技術(shù)雖然很多，然而這些理論成果和技術(shù)覆蓋了并聯(lián)機(jī)床設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的多個(gè)環(huán)節(jié)，相對(duì)獨(dú)立分散，很難有機(jī)地融合在一起，不能系統(tǒng)有效地應(yīng)用到并聯(lián)機(jī)床的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中。此外，由于并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，其運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)、動(dòng)力學(xué)優(yōu)化、精度保證等設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)均涉及非常復(fù)雜的非線性問(wèn)題，很多設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)間存在模型演化困難、數(shù)據(jù)難以集成等技術(shù)障礙。因此，迫切需要一個(gè)集成化一體化的并聯(lián)機(jī)床設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)境，以解決上述問(wèn)題。
通過(guò)對(duì)當(dāng)前并聯(lián)機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)的分析，可以看出，集成化、一體化、數(shù)字化的并聯(lián)機(jī)床快速開(kāi)發(fā)平臺(tái)能夠大大縮短并聯(lián)機(jī)床的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期、實(shí)現(xiàn)最新設(shè)計(jì)理論和應(yīng)用技術(shù)的集成和應(yīng)用、保證設(shè)計(jì)過(guò)程的一體化，從而推動(dòng)并聯(lián)機(jī)床在理論方面的研究進(jìn)展和在實(shí)際應(yīng)用方面走向產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。
但是迄今為止，國(guó)內(nèi)外與此相關(guān)的研究很少，涉及到并聯(lián)機(jī)床的集成化設(shè)計(jì)方法、虛擬原型設(shè)計(jì)環(huán)境、虛擬設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真和加工仿真等方面的研究已有如下成果：
1997年，L Molinari Tosatti等提出了并聯(lián)機(jī)床的集成化設(shè)計(jì)方法，提出了并聯(lián)機(jī)床設(shè)計(jì)環(huán)境中的主要組成部分，并以Stewart平臺(tái)為例進(jìn)行了Stewart平臺(tái)的拓?fù)涮匦苑治�、作業(yè)空間評(píng)估、誤差分析、剛度分析、機(jī)構(gòu)的敏感性分析以及機(jī)床動(dòng)力學(xué)建模等。
2001年，Marco Leonesio等提出了并聯(lián)機(jī)床的虛擬原型環(huán)境，該虛擬原型環(huán)境是在商業(yè)軟件Adams的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的，以一個(gè)三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)為例，簡(jiǎn)單分析了機(jī)構(gòu)原型的運(yùn)動(dòng)特性和力特性。
1999年，黃福林等根據(jù)實(shí)體幾何造型的思想建立了Stewart平臺(tái)機(jī)構(gòu)的實(shí)體模型，并采用畫(huà)家算法，針對(duì)Stewart平臺(tái)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出了適于該機(jī)構(gòu)的消隱算法，同時(shí)對(duì)Stewart平臺(tái)機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的干涉現(xiàn)象進(jìn)行了討論。最終開(kāi)發(fā)出用于Stewart平臺(tái)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真軟件。
2000年，韓海生等以3－HSS并聯(lián)機(jī)床為對(duì)象，在虛擬環(huán)境下進(jìn)行了樣機(jī)實(shí)體建模和運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真。
1998年，劉旭東利用C＋＋語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了主要針對(duì)Stewart并聯(lián)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)與性能分析軟件。
還有其他一些研究人員針對(duì)一些以特定機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)的并聯(lián)機(jī)床進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和仿真。
2．2 并聯(lián)機(jī)床發(fā)展中存在的問(wèn)題
總體上講，目前并聯(lián)機(jī)床的研究存在如下問(wèn)題：
①國(guó)外關(guān)于集成設(shè)計(jì)方法的研究主要提出并聯(lián)機(jī)床設(shè)計(jì)中需要的組成部分，如各種商業(yè)軟件或者自行開(kāi)發(fā)的軟件等，并沒(méi)有深入探討各設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)間的集成，更沒(méi)有提出一個(gè)集成的一體化的設(shè)計(jì)環(huán)境；
②國(guó)內(nèi)外進(jìn)行的研究都僅針對(duì)特定的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行仿真或分析，不能支持并聯(lián)機(jī)床設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)（例如Leonesio的虛擬原型環(huán)境僅支持機(jī)構(gòu)原型的仿真與設(shè)計(jì)）；
③國(guó)內(nèi)進(jìn)行的研究都是針對(duì)具體機(jī)構(gòu)，進(jìn)行機(jī)構(gòu)的仿真與分析，因此所開(kāi)發(fā)的軟件缺乏通用性。
綜上所述，國(guó)外已開(kāi)始關(guān)注支持并聯(lián)機(jī)床設(shè)計(jì)的通用環(huán)境，并取得了一定的研究成果（如并聯(lián)機(jī)床虛擬原型環(huán)境等），而國(guó)內(nèi)尚停留在針對(duì)具體機(jī)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行仿真與分析的階段。本文提出的并聯(lián)機(jī)床數(shù)字化快速開(kāi)發(fā)平臺(tái)能夠解決國(guó)內(nèi)外并聯(lián)機(jī)床現(xiàn)有研究中存在的問(wèn)題，為并聯(lián)機(jī)床的設(shè)計(jì)提供高效高質(zhì)量的開(kāi)發(fā)環(huán)境，并且在該領(lǐng)域達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
3 國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)
國(guó)內(nèi)在并聯(lián)機(jī)床的設(shè)計(jì)技術(shù)方面目前基本與國(guó)外同步，清華大學(xué)、天津大學(xué)等高等院校取得了一些具有世界先進(jìn)水平的設(shè)計(jì)理論和技術(shù)成果，并成功設(shè)計(jì)了多臺(tái)不同構(gòu)型的并聯(lián)機(jī)床產(chǎn)品樣機(jī)。2001年，在北京第七屆中國(guó)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上展出了清華大學(xué)與企業(yè)單位聯(lián)合設(shè)計(jì)的三臺(tái)并聯(lián)機(jī)床，在國(guó)內(nèi)外產(chǎn)生一定影響。2002年，清華大學(xué)與齊齊哈爾第二機(jī)床廠合作，成功開(kāi)發(fā)了新型大型龍門式五軸混聯(lián)機(jī)床，目前即將投入應(yīng)用，這表明并聯(lián)機(jī)床的研究開(kāi)發(fā)向產(chǎn)業(yè)化邁出了一大步。從1999年開(kāi)始，清華大學(xué)在國(guó)內(nèi)開(kāi)始進(jìn)行并聯(lián)機(jī)床數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)和虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)境的研究，在系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、并聯(lián)構(gòu)型設(shè)計(jì)、尺度綜合模型、動(dòng)力學(xué)建模、有限元分析、數(shù)字化仿真等方面取得了初步的研究成果，為關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)一步研究和設(shè)計(jì)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)奠定了很好的基礎(chǔ)。
4 國(guó)內(nèi)外專利情況
國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)和專利查新結(jié)果表明，目前有關(guān)并聯(lián)機(jī)床的國(guó)內(nèi)外研究主要集中在新構(gòu)型設(shè)計(jì)、作業(yè)空間分析、動(dòng)力學(xué)建模與分析、精度保證等關(guān)鍵技術(shù)方面，國(guó)外已有學(xué)者開(kāi)始研究并聯(lián)機(jī)床的集成化設(shè)計(jì)方法和虛擬原型設(shè)計(jì)環(huán)境等相關(guān)技術(shù)，但目前尚未出現(xiàn)支持并聯(lián)機(jī)床設(shè)計(jì)的集成化、一體化、數(shù)字化并聯(lián)機(jī)床快速開(kāi)發(fā)環(huán)境，國(guó)內(nèi)外都沒(méi)有相關(guān)的專利（詳見(jiàn)附件專利查新證明材料）。因此，進(jìn)行并聯(lián)機(jī)床快速開(kāi)發(fā)環(huán)境的研究具有創(chuàng)新性和先進(jìn)性。
5 主要研究?jī)?nèi)容
并聯(lián)機(jī)床數(shù)字化快速開(kāi)發(fā)平臺(tái)的主要目的是實(shí)現(xiàn)并聯(lián)機(jī)床的快速設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，是一個(gè)為研究者提供并聯(lián)機(jī)床設(shè)計(jì)方法研究、工作性能分析等研究的平臺(tái)，也是為用戶提供并聯(lián)機(jī)床的作業(yè)效果、作業(yè)過(guò)程演示的平臺(tái)。其研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)部分：
(1)并聯(lián)機(jī)床數(shù)字化快速開(kāi)發(fā)平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)研究：開(kāi)發(fā)并聯(lián)機(jī)床數(shù)字化快速開(kāi)發(fā)平臺(tái)關(guān)鍵在于技術(shù)研究包括平臺(tái)總體框架設(shè)計(jì)、并聯(lián)機(jī)床虛擬概念設(shè)計(jì)、并聯(lián)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)自動(dòng)化、整機(jī)智能化組合設(shè)計(jì)、數(shù)字化樣機(jī)仿真等。通過(guò)這些關(guān)鍵技術(shù)的研究，能夠在平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)并聯(lián)機(jī)床概念設(shè)計(jì)、構(gòu)型設(shè)計(jì)、整機(jī)設(shè)計(jì)、作業(yè)過(guò)程仿真等關(guān)鍵設(shè)計(jì)過(guò)程，為并聯(lián)機(jī)床提供一個(gè)快速的集成的數(shù)字化設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)境。研究中將主要以六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)和串并混聯(lián)少自由度機(jī)構(gòu)為實(shí)例，在平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)幾類典型機(jī)構(gòu)的數(shù)字化設(shè)計(jì)過(guò)程。
分析并聯(lián)機(jī)床的設(shè)計(jì)過(guò)程，結(jié)合虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)思想，確定系統(tǒng)的目標(biāo)和規(guī)模，并將系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)分為三個(gè)基礎(chǔ)平臺(tái)：
①機(jī)構(gòu)概念設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)平臺(tái)：該平臺(tái)提供并聯(lián)機(jī)構(gòu)概念設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與設(shè)計(jì)的功能。
②整機(jī)組合設(shè)計(jì)與動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)平臺(tái)：該平臺(tái)提供并聯(lián)機(jī)床整機(jī)輔助組合設(shè)計(jì)、動(dòng)力學(xué)分析與設(shè)計(jì)及精度綜合功能。
③作業(yè)過(guò)程仿真與作業(yè)性能分析平臺(tái)：該平臺(tái)支持并聯(lián)機(jī)床數(shù)字化樣機(jī)的作業(yè)仿真和性能分析。
(2)并聯(lián)機(jī)床設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)用化和集成化研究：并聯(lián)機(jī)床設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)包括機(jī)床結(jié)構(gòu)形式的概念設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)劃、動(dòng)力學(xué)特性分析、精度保證、作業(yè)過(guò)程仿真與性能分析等多方面研究?jī)?nèi)容，目前已經(jīng)取得了許多有價(jià)值的研究成果，但這些研究成果的實(shí)用化程度并不高，而且上述各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)所對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)往往相互獨(dú)立、分散，不能有機(jī)地融合，有必要在已有研究成果的基礎(chǔ)上，繼續(xù)深入地對(duì)各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，并將其有機(jī)地融合于所開(kāi)發(fā)的數(shù)字化快速開(kāi)發(fā)平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)并聯(lián)機(jī)床功能設(shè)計(jì)的集成化、高速化和實(shí)用化，這一關(guān)鍵技術(shù)的解決將會(huì)大大縮短并聯(lián)機(jī)床的設(shè)計(jì)周期、快速應(yīng)用最新的并聯(lián)機(jī)床設(shè)計(jì)理論。
6 主要技術(shù)難點(diǎn)
在目前的研究現(xiàn)狀下研究開(kāi)發(fā)并聯(lián)機(jī)床數(shù)字化快速開(kāi)發(fā)平臺(tái)，需要解決以下關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題：
(1)以并聯(lián)機(jī)構(gòu)型譜庫(kù)為核心的并聯(lián)機(jī)床虛擬概念設(shè)計(jì)技術(shù)
由于并聯(lián)機(jī)床概念設(shè)計(jì)中構(gòu)型綜合的復(fù)雜性，完全從頭進(jìn)行構(gòu)型綜合的概念設(shè)計(jì)方式可能導(dǎo)致普通設(shè)計(jì)者難以完成設(shè)計(jì)任務(wù)。設(shè)想用專門軟件進(jìn)行輔助型數(shù)綜合或由機(jī)構(gòu)學(xué)家獨(dú)立研究得出實(shí)用構(gòu)型，按并聯(lián)構(gòu)型族類存入并聯(lián)機(jī)構(gòu)型譜庫(kù)并不斷積累。設(shè)計(jì)者在進(jìn)行概念設(shè)計(jì)時(shí)只需直接從型譜庫(kù)中選取滿足機(jī)床運(yùn)動(dòng)性能要求的并聯(lián)構(gòu)型，大大簡(jiǎn)化了概念設(shè)計(jì)。此外，系統(tǒng)可提供并聯(lián)機(jī)構(gòu)常見(jiàn)組件庫(kù)，采用組件組合設(shè)計(jì)提高構(gòu)型綜合和建模效率。
(2)以并聯(lián)機(jī)構(gòu)組件庫(kù)為基礎(chǔ)的并聯(lián)構(gòu)型組合式設(shè)計(jì)及智能設(shè)計(jì)技術(shù)
由于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型多樣，為快速建立新并聯(lián)構(gòu)型，建立并聯(lián)機(jī)構(gòu)組件庫(kù)，該組件庫(kù)以零件庫(kù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)并聯(lián)構(gòu)型的快速、自動(dòng)組合并且實(shí)現(xiàn)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的智能設(shè)計(jì)是本研究需要解決的問(wèn)題之一。
(3)以并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)尺度綜合知識(shí)集為基礎(chǔ)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)尺度綜合專家系統(tǒng)技術(shù)
由于并聯(lián)機(jī)構(gòu)構(gòu)型種類繁多，不同機(jī)構(gòu)有不同的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程和尺度綜合目標(biāo)函數(shù)，采用各自獨(dú)有算法進(jìn)行尺度綜合將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)過(guò)分龐大。在機(jī)構(gòu)型譜庫(kù)中的并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)尺度綜合集提供各種機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程和尺度綜合目標(biāo)函數(shù)及其它有關(guān)信息，由具有一定通用性的核心算法針對(duì)具體構(gòu)型完成尺度綜合，將使系統(tǒng)更加簡(jiǎn)潔且易于實(shí)現(xiàn)。
(4)以并聯(lián)機(jī)床常用零件庫(kù)和子裝配體庫(kù)為基礎(chǔ)的整機(jī)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)技術(shù)
并聯(lián)機(jī)床整機(jī)設(shè)計(jì)采取計(jì)算機(jī)輔助組合設(shè)計(jì)方式。建立并不斷擴(kuò)充并聯(lián)機(jī)床詳細(xì)設(shè)計(jì)所需的子裝配體模型庫(kù)，系統(tǒng)提供輔助組合設(shè)計(jì)環(huán)境，根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)平臺(tái)提供的并聯(lián)機(jī)構(gòu)模型，以設(shè)計(jì)人員的整機(jī)結(jié)構(gòu)構(gòu)思為指導(dǎo)，以動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果為依據(jù)，并行化分布式完成各機(jī)床結(jié)構(gòu)件和輔助件的選擇和組合，形成可制造的機(jī)床整機(jī)數(shù)字化模型。
(5)數(shù)字化產(chǎn)品樣機(jī)模型演化技術(shù)及作業(yè)運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)
使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)仿真數(shù)字化樣機(jī)作業(yè)過(guò)程，進(jìn)行作業(yè)性能分析,向用戶展現(xiàn)虛擬產(chǎn)品全面具體的作業(yè)特性。切削類機(jī)床的作業(yè)仿真包括機(jī)床作業(yè)過(guò)程仿真和工件切削成型仿真，性能分析包括運(yùn)動(dòng)誤差預(yù)估、切削顫振效應(yīng)分析、熱態(tài)效應(yīng)分析、切削效果分析等。
(6)并聯(lián)機(jī)床動(dòng)力學(xué)優(yōu)化、精度綜合等關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)用化集成化研究
根據(jù)不同構(gòu)型進(jìn)行并聯(lián)機(jī)床的動(dòng)力學(xué)建模與分析，尋求最佳的動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)與控制參數(shù)；按照不同精度設(shè)計(jì)指標(biāo)，確定結(jié)構(gòu)工藝參數(shù)，保證設(shè)計(jì)精度；同時(shí)，研究動(dòng)力學(xué)優(yōu)化與精度綜合在系統(tǒng)中的集成問(wèn)題。
7 結(jié)論與展望
并聯(lián)機(jī)床數(shù)字化快速開(kāi)發(fā)平臺(tái)的研究，有助于：①快速建成并聯(lián)機(jī)床數(shù)字化快速開(kāi)發(fā)平臺(tái)的框架體系；②實(shí)現(xiàn)并聯(lián)機(jī)床概念設(shè)計(jì)、構(gòu)型綜合、整機(jī)裝配、作業(yè)過(guò)程仿真等關(guān)鍵技術(shù)過(guò)程；③實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)劃、動(dòng)力學(xué)特性分析、精度保證、作業(yè)過(guò)程仿真與性能分析的多功能的集成。
