Станки с параллельной кинематикой - это механизмы, исполнительное звено которых соединено с основанием и использует несколько независимых кинематических цепей. Подобные станки в целом значительно проще, легче и жестче станков классической компоновки. Телескопические штанги и рамная конструкция работают только на растяжение и сжатие, не испытывая изгиба, так как сила резания от шпинделя, расположенного на верхней платформе, передается вдоль штанг. Поэтому у станка типа «гексапод» жесткость в 5 раз, а рабочие скорости в 3-5 раз выше, чем характеристики которые имеют многоцелевые фрезерные станки. Кроме того, поскольку штанги связывают подвижные и неподвижные части станка в единое целое, усилия распределяются по всей структуре равномерно, благодаря чему для металлообрабатывающего станка не требуется массивное основание и дорогостоящий фундамент, что позволяет легко перемещать его при изменении планировки цеха.
Машины с параллельной кинематикой
Металлорежущие станки на основе механизмов параллельной структуры служат альтернативой многокоординатным многоцелевым станкам традиционной компоновки (с последовательным соединением узлов формообразующей системы). Наиболее распространены фрезерные и шлифовальные машины с параллельной кинематикой, с шестью степенями свободы, реализованные на основе платформы Стюарта - гексаподы. Основная область их применения - обработка поверхностей двойной кривизны: лопатки турбин.
Для выполнения многокоординатной обработки деталей, производители традиционно склоняются к тому, чтобы купить обрабатывающий центр с чпу по металлу (многоцелевой станок). В таких машинах используются ортогональные или вращательные движения. Каждое из них обеспечивает рабочему органу станка одну степень свободы. Все степени свободы достигаются последовательным соединением приводов по каждой координате. Взаимное воздействие последовательно добавляемых координат приводит к снижению жесткости станка и ухудшению его динамических характеристик.
Робот с параллельной кинематикой как альтернатива
Альтернативой многоцелевым станкам является создание нетрадиционных технологических станков с параллельной кинематикой. Такие структуры отличаются тем, что выходное звено связано с основанием несколькими кинематическими цепями, каждая из которых содержит привод, либо налагает некоторое число связей на движение выходного звена. Для ориентации выходного звена необходима одновременная (параллельная) работа всех кинематических цепей. Каждая цепь содержит штангу переменной длины (рис. 1).
Рис. 1. Механизмы станков с последовательно (а) и параллельно (б) соединенными кинематическими цепями
Преимущества станков с параллельной кинематикой
Для любого набора длин стоек имеется единственная фиксированная позиция для механизма. Одновременное (параллельное) управление всеми стойками позволяет ориентировать рабочий орган станка определенным образом. При этом каждый из линейных приводов передает усилие только вдоль своей оси, не влияя на другие приводы. Такие механизмы, в отличие от традиционных, имеют замкнутые кинематические цепи и воспринимают нагрузку как пространственные фермы, что ведет к повышенной жесткости, точности и грузоподъемности, хотя возможно уменьшение рабочей зоны. Все это привело к большому интересу разработчиков и производителей станков к машинам на базе параллельной кинематики.
