面向机床和高速加工设备的混联机构研究

由于混联机构兼有串联机构（工作空间大）和并联机构（惯量小、刚度高）的特点，可实现高速高精度运动，近年来逐渐应用于机床和各种高速加工设备。但是，目前混联机构的设计主要依赖于设计者经验，结构单一，在市场上比较成功的只有Tricept系列机床和基于Sprint Z3头的Ecospeed/Ecolinear加工中心，真正适用于机床和高速加工的混联结构尚未出现。.本研究的目的是建立一套针对混联机床/高速加工设备的系统化设计方法，为不同的应用找到相应的最优混联机构。首先，根据目标应用的运动类型和自由度的要求，利用李群和微分流形理论，系统地综合出能完成该运动的所有混联机构构型，并根据具体应用，选择最佳的拓扑结构。针对此拓扑结构，建立包含有机构几何参数、结构参数和控制参数的闭环控制模型，并根据目标性能要求，形成一个多参数的优化设计问题，通过求解该优化问题，可以得到混联机构的最优概念机和相应的最优控制参数。

超高速加工技术简介

超高速切削机床是实现高速、超高速切削的必不可少的设备。超高速机床有以下五项基本要求：超高速的主轴部件、快速响应的数控系统、快速的进给部件、动、静、热刚度好的机床支承部件、高压大流量喷射的冷却系统和安全装置。

超高速加工技术主轴部件

电主轴和以前用于内圆磨床的内装式电机主轴有很大的区别，主要表现在：有很大的驱动功率和扭矩 ；有较宽的调速范围 ；有一系列监控主轴振动、轴承和电机温升等运行参数的传感器、测试控制和报警系统，以确保主轴超高速运转的可靠性与安全性。

超高速主轴采用的轴承有滚动轴承、气浮轴承、液体静压轴承和磁浮轴承几种形式

超高速加工技术数控系统

超高速切削对数控系统的要求不断提高，最基本的要求是保证高精度、高速度。为了适应高速，要求单个程序段处理时间短；为了在高速下保证加工精度，要有前馈和大量的超前程序段处理功能；要求快速形成刀具路径，此路径应尽可能圆滑，走样条曲线而不是逐点跟踪，少转折点、无尖转点；程序算法应保证高精度；碰到干扰能迅速调整，保持合理的进给速度，避免刀具振动等。

超高速加工技术进给系统

超高速切削在提高主轴速度的同时必须提高进给速度，并且要求进给运动能在瞬时达到高速和瞬时准停等。超高速切削机床的进给系统不仅要能达到很高的进给速度，还要求进给系统具有大的加速度以及高的定位精度。

超高速加工技术支承部件

超高速加工机床的支承制造技术是指超高速加工机床的支承构件如床身、立柱、箱体、工作台、底座、托板、刀架等的制造技术。

由于超高速加工机床同时需要高主轴转速、高进给速度、高加速度，又要求用于高精度的零部件加工，因而集“三高”(高速度、高精度、高刚度)于一身就成为超高速加工机床的最主要特征。更先进、更高速的直线电动机已经发展起来，它可以取代滚珠丝杠传动，提供更高的进给速度和更好的加、减速特性。

直线电机直接驱动的优点是：①控制特性好、增益大、滞动小，在高速运动中保持较高位移精度；②高运动速度，因为是直接驱动，最大进给速度可高达100～180 m/min；③高加速度，由于结构简单、质量轻，可实现的最大加速度高达2～10g；④无限运动长度；⑤定位精度和跟踪精度高，以光栅尺为定位测量元件，采用闭环反馈控制系统，工作台的定位精度高达0.1～0.01；⑥起动推力大(可达12000N)；⑦由于无传动环节，因而无摩擦、无往返程空隙，且运动平稳

超高速加工技术冷却系统

超高速加工时，必然产生大量的高温热切屑，必须把它迅速从工作台上弄走，避免导致机床、工件和刀具产生热变形，以及妨碍切削加工的继续进行

超高速加工技术刀具系统

超高速切削加工刀具系统由刀具材料、刀具几何角度与形状、刀体结构与刀片夹紧结构、刀具与机床的联结、刀具的冷却及切屑的清除、刀具工况监控等组成

刀具系统具有如下特点：

1、刀片在刀体上的定位夹紧牢固、安全，刀具与机床的联结可靠

2、超高速切削加工的切削力随着切削速度的提高而降低约30%

3、切削温度随着切削速度的提高而缓慢提高

4、刀具磨损主要由切削温度、刀具—切屑之间和刀具－工件之间的相对速度决定的

超高速加工技术刀具材料

超高速切削加工要求刀具材料与被加工材料的化学亲合力要小，并且具有优异的机械性能、热稳定性、抗冲击性和耐磨性涂层刀具材料。涂层刀具通过在刀具基体上涂覆金属化合物薄膜，以获得远高于基体的表面硬度和优良的切削性能金属陶瓷刀具材料。金属陶瓷具有较高的室温硬度、高温硬度及良好的耐磨性陶瓷刀具材料。陶瓷刀具材料主要有氧化铝基和氮化硅基两大类。

PCD刀具材料。 PCD是在高温高压条件下通过金属结合剂(如Co等)将金刚石微粉聚合而成的多晶材料；

CBN刀具材料。CBN刀具具有极高的硬度及红硬性，可承受高切削速度，适用于超高速加工钢铁类工件；

超高速加工技术切削机床

磨削加工按砂轮线速度Vs的高低可分为普通磨削(Vs=30～40 m/s) 和高速磨削(Vs≥45 m/s) 两类。

为了与20 世纪80 年代以前速度不超过80～120 m/s 的一般高速磨削相区别, 通常将速度为普通磨削速度5 倍以上(即Vs≥150 m/s) 的高速磨削称为超高速磨削（Super-High Speed Grinding 或Ultra-High Speed Grinding。

电阻混联电路

既有电阻串联又有电阻并联的电路,称为电阻混联电路.

一般情况下,可以通过等效概念逐步化简,最后化成一个等效电阻.

化简过程中，一定要保证电阻元件之间的联接关系.

可以采用等电位点法标示等方法.2100433B