背景介绍

什么是并联运动机床(PKM)?
    相对于传统机床(串联结构) 并联运动机床在机床整体设计上是一种革命性创新. 工业行业中使用的传统机床具有高刚性和高精度的特性, 但是为了保证高刚性和高精度而降低的是机床的灵活性. 诞生于1970年代的电气机械手具有高度的灵活性但缺乏机床所具有的高刚性和高精度. 长期以来, 机床制造行业的开发者们的梦想一直都是要把机器人灵活性好、工作区域大与传统机床精度、刚性高的优点结合在一起。在过去的20年里人们因此一直着眼于并联运动机床(称为PKM)的开发。这种技术是指是通过3个或3个以上平行的轴实现X,Y和Z轴的运动,这种结构的刚性、精度十分显著,而且还能保证结构的灵活性和工作区域。自1980年代中期首项并联运动机床专利出现以来, 瑞典, 美国, 德国, 日本, 中国等国家的几十家企业与机构相继进行了大量研发, 其中以瑞典NeoRobotics公司的Tricept型并联运动机床最有代表性, 数年间生产300余台, 占有70%以上相关市场,在以波音、通用汽车为代表的航空和汽车工业已有较广泛应用。

并联运动机床优势举例

    敏捷加工: 传统3轴加工时常遇到工件坐标系的参照点不是在工件内部就是与工件的中心线不一致的问题,因此使工件与机床坐标系对齐是一项耗时又耗钱的工作。传统机床对此的解决方案是使用非常昂贵且不灵活的伺服控制夹具,或通过使用高级的脱机测量设备手工调整每个工件。并联机床可以轻松地使用激光或传统测头并结合5轴机床极高的加速度和快速运动的性能,在加工前能够在几秒钟内蜻蜓点水般地测完工件,测完需要分析的所有指数,相应地调整相关程序数据。举一实例来说,机翼剖面上的零件是不一致的,需要在加工前单独测、计算、再放回机床坐标系,而所有这些工作只用几秒钟。
    一次装夹加工: 传统3轴加工的另外一个问题是工件所有6个面的加工,最少需要2个夹具,有时用3个夹具。这种加工技术要求多次工件装夹,这会造成很多的问题诸如,不断给工件换夹具致使公差累加,相应出现了Cpk问题,而且设计制造几个不同夹具的成本亦不菲。并联运动机床可以让主轴始终真正地指向一点向后退刀,这种独特的性能使得并联运动机床从理论上能够在一次装夹内便可加工工件的所有面。如果此技术再用上述测头的话,那么使用无重复性或固定精度,但稳定性和刚性好的成本十分低的夹具就有可能了。因而公差累加的所有问题也随之消失,工件的Cpk值也会增加。
    复合角度加工: 由于飞机和汽车设计的越来越高级,随之对复合角度和圆插补的复杂加工需求也与日俱增。为了用传统的龙门型机床做这类加工,它是随身带着很大的重量在加工,由于5个笨重的轴需要不断再定位,通常出现路径跟随问题及/或生产率问题。对于并联运动机床来说,以其高度的动态性能平面或是与复合角度面对它来说都是一样的,因此它十分适于未来汽车制造期望的所有复杂加工。而且不难想象飞机、火车或建筑机械上的部件要求更先进的加工技术,而现今传统机床无法做到的,但是并联运动机床却可以实现。
     多重路径混合及消除拖刀纹楞: 传统数控机床加工纯平表面是一个棘手的问题。如果采用多重路径加工,这要求机床的刚性和精度非常好。尽管如此,实际上几乎也不可能避免出现路径之间的纹楞。用传统机床主要有两种途径来解决这个问题,一是使用运动轨迹可覆盖整个表面的刀具,但要求机床功率更大、稳定性更好;二是给主轴调整出一个前倾角,让所有的路径按同一方向切削,耗时多。并联运动机床的主轴与工件表面是否垂直是没有直接关系的,所以用一个确定的前倾角给并联机床进行编程即可。这种加工方法的另一个优点是,在加工时刀具背面不接触工件,可增加了刀具的使用寿命,尤其是加工带余沙的铸件时,沙子不会溅到并且积留在刀背面和工件之间,减少了刀具的磨损。

艾克斯康并联运动机床
    艾克斯康(EXECHON)并联运动机床技术是在Tricept技术基础上, 由以原Tricept技术发明人为主组成的瑞典艾克斯康公司发明并拥有PCT(国际专利合作协议组织)全球A级技术发明专利的新一代并联运动机床技术,在机床性能与数控系统易用性等方面均有决定性突破,打破了阻碍并联机床发展与应用的诸多瓶颈与障碍, 使得并联运动机床第一次真正具有在制造业全面广泛应用的前景。
    艾克斯康并联运动机床不仅首次摆脱了以往并联运动机床技术对球型关节的依赖, 同时使其并联结构的节点数与节点自由度进一步大幅下降, 成功的在保持并联运动机床灵活性的同时极大地提高其刚性。 以往并联运动机床的编程和使用通常不同于常规机床, 成为并联运动机床推广应用的主要障碍之一。 艾克斯康并联运动机床解决了这一问题。通过坐标变换系统软件, 同样使用Siemens通用数控系统, 艾克斯康并联运动机床在编程和操作上与常规5坐标数控机床无异。
    艾克斯康并联运动机床具有独特的校准系统。 这种技术使测量艾克斯康并联运动机床下平台主轴的真实位置成为可能。并且能够校准、验证上部结构的所有参数并能把参数传送到运动模型中。这样一来世界上第一次出现了有能力在所有误差补偿方面像真正的CNC机床一样表现的并联运动机床系统。艾克斯康并联运动机床同时具有实时仿真系统, 能够在实际的运动状态下在CNC控制器真实驱动下运行一台仿真机床。它能够检查相对于实际工件和实际NC程序的工件程序, 而不只是 “检查”相对于虚拟机床和工件程序的仿真。这是世界上第一次在NC机床真实的控制器中,以实际的驱动传递的轴数据,实时地在屏幕上运行自己的程序。
    同样具有创新与突破意义的是艾克斯康并联运动机床技术以专利许可方式, 作为开放式技术平台在全球广泛推广应用。


艾克斯康并联运动机床发展历史
    1985年, 第一个由瑞典卡尔-埃里克•纽曼(Karl-Erik Neumann)先生开发的结构为一个稳心柱四围安装上3个制动器的并联运动机床(PKM)专利问世。
    1992年, 卡尔-埃里克•纽曼先生创办了NeoRobotics公司,同时Comau机器人公司在意大利投放了第一台商品用多重处理控制器,世界称为C3G。NeoRobotics和Comau之间展开合作为Tricept开发软件。
    1996年, 波音公司购买了第一台Tricept机床用于加工波音737的零件。
    1997年, 通用汽车公司向Comau下了4台Tricept机床的订单用在其生产线上来装配气缸头。自那以后,通用又购买了多台用在这个方面。
    1998年, 大众汽车公司宣布Tricept机床是市场上唯一能用来进行高速激光焊接的机床,大众购买了多台用于这个方面。
    1999年, 国际金机器人奖(Golden Robotics Award),作为工业领域最有威信奖项之一,颁给了NeoRobotics公司的创始人和Tricept的发明人卡尔-埃里克•纽曼先生。这个奖第一次颁发是在1984年,颁给了福特的威海姆•克西先生,上一届奖颁给了丰田的Hisanori Nakamura先生。
    2000年, 西班牙Loxin公司成立并做为航天航空集成商与NeoRobotics成功合作。已有多台Tricept机床成功地在空中客车(飞机)公司安装。
    2004年, 以卡尔-埃里克 纽曼为主成立了艾克斯康公司。
    2005-2008, 艾克斯康公司已与世界上十多家机床行业生产制造厂家与集团达成专利技术生产与开发许可协议,在世界范围推广艾克斯康并联运动机床技术与应用, 其中哈量集团获得艾克斯康并联结构中国独家制造许可。