並在線上床（又稱虛擬軸工具機）是由機械機構學原理引用過來的，機構學裡將機構分為串在線上構和並在線上構，串在線上構的典型代表是機器人，傳統工具機的布局實際上也是串在線上構。理論上串在線上構具有工作範圍大，靈活性好等特點，但精度低，剛性差，作為工具機，為提高精度和剛性，不得不將床身、導軌等製造得寬大厚實，由此導致了活動範圍和靈活性能的下降。
基本介紹
- 中文名：並在線上床
- 又稱：虛擬軸工具機
- 引用：機械機構學原理
- 優點：工作範圍大，靈活性好等
- 缺點：精度低，剛性差，
- 標籤：科學,機械,加工
該工具機具有以下特點,產業化,特點、研究現狀及展望,並在線上床的特點,結構簡單、價格低,結構剛度高,加工速度高 慣性低,加工精度高,多功能靈活性強,使用壽命長,Stewart平台,變換坐標系方便,並在線上床操作程式,
該工具機具有以下特點
1．並在線上構僅有6個關節，10個自由度，剛性、動態性能及高速性能大幅提高。
2．提出了最新並在線上床校準和標定技術：能夠校準並在線上床所有參數，是世界第一個在誤差補償方面現數控工具機相同的並在線上床。
3．並在線上床下平台主軸無論處於加工範圍的任何位置，其動態特性都保持高度一致，為最佳切削參數的選擇提供了保證。
4．工具機加工效率更高，加工產品尺寸範圍更大。工具機在有效工作空間內可實現5～6面及全部複合角度的位置加工，適合用於敏捷加工；需一次裝夾即可完成5～6面的複雜異型件及複合角度孔和曲面的加工等，可廣泛用於航天航空、船舶、國防、汽車、大型模具、發電設備等大型複雜零件的自由曲面加工。用該工具機組成的生產線，可大幅度的減少工具機台數，減少輔助時間。
產業化
哈量集團計畫採取兩種方式在國內推廣使用該產品和實現產業化。一是獨立開展市場行銷工作，向全球的終端用戶提供完整的工具機和解決方案。重點向航空航天、核電力設備、船舶、高速列車及汽車領域提供該產品。二是向EXECON技術公司在中國和全球的集成許可商提供該工具機的核心模組，由集成商向用戶提供完整的工具機，或與這些公司共同合作，向全球的用戶提供完整的工具機和解決方案。
並在線上床（又稱虛擬軸工具機）是由機械機構學原理引用過來的，機構學裡將機構分為串在線上構和並在線上構，串在線上構的典型代表是機器人，傳統工具機的布局實際上也是串在線上構。
理論上並在線上構具有工作範圍大，靈活性好等特點，但精度低，剛性差，作為工具機，為提高精度和剛性，不得不將床身、導軌等製造得寬大厚實，由此導致了活動範圍和靈活性能的下降。
為了解決上述矛盾，在20世紀80年代後，一大批學者開始致力於並在線上構的研究，提出了並在線上床的概念。並在線上床的典型代表是Stewart平台結構，即由六根可伸縮桿和動平台構成，可實現較高的動態特性，但工作範圍小。為解決這一問題，研究者把並在線上構與串在線上構結合起來，取得高動態性能和大的工作空間，其典型代表是瑞典的NOUSE公司的Tricepts工具機。
1994年芝加哥國際工具機展覽會後，許多大學和企業加入到並在線上床的套用研究開發之中，如美國Giddings & Lewis公司、Ingersold公司、Hexel公司，德國的Siemens公司、Mikromant公司，日本的東芝公司、豐田公司、日立公司、三菱公司，俄羅斯的Lapic公司等。當時在國際上對並在線上床做得最好的是瑞典的NOUSE公司，到2003年，該公司已經銷售出300餘台。
1994年後，我國的高校、科研院所和企業也開展了並在線上床的研究工作，主要有哈工大與哈量集團共同研製的加工葉片的並聯加工中心，該項目獲得2005年度中國機械行業科技進步二等獎；清華大學和齊齊哈爾第二工具機集團聯合研製的加工水輪機葉片的龍門式混在線上床，另外還有天津大學、燕山大學、中科院瀋陽自動化所、北京航空航天大學、東北大學、北京理工大學等，也都開展了並在線上床的研製工作，並取得了一定的成績。
2004年，原NOUSE公司總裁卡勒紐曼先生與他的原總設計師成立了新的EXECON公司，推出了新型的並在線上床，並致力於該技術在全世界以發放生產許可證的方式的推廣工作。
特點、研究現狀及展望
類別：行業知識
並在線上床(Parallel Machine Tools)，又稱並聯結構工具機(Parallel Structured Machine Tools)、虛擬軸工具機(Virtual Axis Machine Tools)，也曾被稱為六條腿工具機、六足蟲(Hexapods)。並在線上床是基於空間並在線上構Stewart平台原理開發的，是近年才出現的一種新概念工具機，它是並在線上器人機構與工具機結合的產物，是空間機構學、機械製造、數控技術、計算機軟硬技術和CAD/CAM技術高度結合的高科技產品。它克服了傳統工具機串在線上構刀具只能沿固定導軌進給、刀具作業自由度偏低、設備加工靈活性和機動性不夠等固有缺陷，可實現多坐標聯動數控加工、裝配和測量多種功能，更能滿足複雜特種零件的加工。自其1994年在美國芝加哥工具機展上首次面世即被譽為是“21世紀的工具機”，成為工具機家族中最有生命力的新成員。
並在線上床的特點
整體而言，傳統的串在線上構工具機，是屬於數學簡單而機構複雜的工具機，而相對的，並在線上構工具機則機構簡單而數學複雜，整個平台的運動牽涉到相當龐大的數學運算，因此虛擬軸並在線上床是一種知識密集型機構。這種新型工具機完全打破了傳統工具機結構的概念，拋棄了固定導軌的刀具導向方式，採用了多桿並在線上構驅動，大大提高了工具機的剛度，使加工精度和加工質量都有較大的改進。另外，由於其進給速度的提高，從而使高速、超高速加工更容易實現。由於這種工具機具有高剛度、高承載能力、高速度、高精度以及重量輕、機械結構簡單、製造成本低、標準化程度高等優點，在許多領域都得到了成功的套用，因此受到學術界的廣泛關注。由並聯、串聯同時組成的混聯式數控工具機，不但具有並在線上床的優點，而且在使用上更具實用價值。
隨著高速切削的不斷發展，傳統串聯式機構構造平台的結構剛性與移動台高速化逐漸成為技術發展的瓶頸，而並聯式平台便成為最佳的候選對象，而相對於串聯式工具機來說，並聯式工作平台具有如下特點和優點：
結構簡單、價格低
工具機機械零部件數目較串聯構造平台大幅減少，主要由滾珠絲槓、虎克鉸、球鉸、伺服電機等通用組件組成，這些通用組件可由專門廠家生產，因而本工具機的製造和庫存成本比相同功能的傳統工具機低得多，容易組裝和搬運。
結構剛度高
由於採用了封閉性的結構(closed-loop structure)使其具有高剛性和高速化的優點，其結構負荷流線短，而負荷分解的拉、壓力由六隻連桿同時承受，以材料力學的觀點來說，在外力一定時，懸臂量的應力與變形都最大，兩端插入(build-in)次之，再來是兩端簡支撐(simply-supported)，其次是受壓的二力結構，應力與變形都最小的是受張力的二力結構，故其擁有高剛性。其剛度重量比高於傳統的數控工具機。
加工速度高 慣性低
如果結構所承受的力會改變方向，(介於張力與壓力之間)，兩力構件將會是最節省材料的結構，而它的移動件重量減至最低且同時由六個致動器驅動，因此機器很容易高速化，且擁有低慣性。
加工精度高
由於其為多軸並在線上構組成，六個可伸縮桿桿長都單獨對刀具的位置和姿態起作用，因而不存在傳統工具機(即串在線上床)的幾何誤差累積和放大的現象，甚至還有平均化效果(averaging effect)；其擁有熱對稱性結構設計，因此熱變形較小；故它具有高精度的優點。
多功能靈活性強
由於該工具機機構簡單控制方便，較容易根據加工對象而將其設計成專用工具機，同時也可以將之開發成通用工具機，用以實現銑削、鏜削、磨削等加工，還可以配備必要的測量工具把它組成測量機，以實現工具機的多功能。這將會帶來很大的套用和市場前景，在國防和民用方面都有著十分廣闊的套用前景。
使用壽命長
由於受力結構合理，運動部件磨損小，且沒有導軌，不存在鐵屑或冷卻液進入導軌內部而導致其劃傷、磨損或鏽蝕現象。
Stewart平台
對於不同的機器加工範圍，只需改變連桿長度和接點位置，維護也容易，無須進行機件的再制和調整，只需將新的機構參數輸入。
變換坐標系方便
由於沒有實體坐標系，工具機坐標系與工件坐標系的轉換全部靠軟體完成，非常方便。
Stewart平台套用於工具機與機器人時，可以降低靜態誤差(因為高剛性)，以及動態誤差(因為低慣量)。而Stewart平台的劣勢在於其工作空間較小，且其在工作空間上有著奇異點的限制，而串聯工作平台，控制器遇到奇異點時，將會計算出驅動裝置無法達成的驅動命令而造成控制誤差，但Stewart平台在奇異位置會失去支撐部分方向的力或力矩的能力，無法完成固定負載對象。
並在線上床操作程式
1、用本工具機前、必須首先熟悉本工具機的結構、各手柄的功用和操作方法，使用前套用油槍對準各油杯逐一加油，並檢查各夾緊機構是否處於夾緊狀態及電器設備是否正常；
2、主軸轉速的變換主軸變速是通過三個塔形輪進行，主軸轉速從1600LPm~3000LPm，以適用不同的切削加工需要。（見標牌）變速時可鬆開電機支桿的鎖緊螺釘，變動皮帶在輪槽的位置後拉緊，再鎖緊電機支桿，即可工作；
3、進給系統操作主軸的快速進給鬆開左側縮緊手柄，搬動操作手柄，即可實現主軸的快速進給；3工作檯的縱橫進給鬆開鎖緊手炳，搖動手輪，即可實現工作檯的縱橫進給運動；
4、機頭的升降鬆開立柱夾緊手柄，搖動立柱座上的升降手把，可實現主軸箱的升降；
5、銑削本工具機配有銑卡頭一套，可裝上立銑刀進行銑削，若銑削較大平面時，可購買M3# 端銑刀與之配用；
6、鑽削（擴、鉸）主軸內錐孔為莫氏號，選用不同莫氏號的變徑套以適應各種直徑的鑽削、擴孔作業；
7、攻絲本機若配有JSN12型絲錐夾頭，可實現逆轉、過載保護及調正扭矩等功能。攻絲時主軸轉速應選取550rPm以下的轉速為安。（可逆攻絲夾頭JSN12型自配）
8、鏜孔附屬檔案中配有莫氏號鏜刀桿，裝上刀頭，即可進行鏜孔，根據需要，也可自配專用鏜桿，以適應各種鏜孔加工需要；
9、磨削工具機配有碗型砂輪，選用不同磨料的砂輪，可使用各種鋼件和鑄鐵件平面磨削；
10、工具機潤滑滾動軸承均用潤滑脂潤滑，每半年清洗一次，相對移動的滑動表面採用機油潤滑，每班2次。
11、機器的維護保養按《設備操作、維護、保養制度》執行。
