1 引言
    并聯(lián)機床(Parallel Machine Tools)也稱(chēng)為虛(擬)軸機床(Virtual Axis Machine Tools)，是并聯(lián)機器人技術(shù)與現代數控機床技術(shù)相結合發(fā)展起來(lái)的一種新型機床，它同時(shí)具有機床和機器人的諸多特性。二十世紀九十年代，美國、英國、德國、俄羅斯、瑞典、瑞士、日本等工業(yè)發(fā)達國家的有關(guān)研究機構和機床廠(chǎng)家紛紛推出具有不同結構型式和功能特性的并聯(lián)機床。并聯(lián)機床的問(wèn)世使機床行業(yè)取得了突破性進(jìn)展，引起了世界各國機床制造廠(chǎng)商和研究機構的廣泛關(guān)注被譽(yù)為“機床結構的重大革命”, 21世紀的新一代數控加工裝備”。 

    并聯(lián)機床出現至今只有不到十年的發(fā)展時(shí)間，其理論研究和應用技術(shù)研究尚不夠成熟，還有許多技術(shù)難題需要解決。此外，在研究手段、設計環(huán)境上也有待進(jìn)一步完善與發(fā)展。并聯(lián)機床具有機構型式多樣、運動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)設計復雜、計算量大等特點(diǎn)，各種設計分析活動(dòng)必須采用計算機及多種工具軟件，設計環(huán)節分散，且各環(huán)節間相互影響，數據模型的映射和演變存在障礙，以致一些最新的理論和技術(shù)成果難以迅速應用，設計周期長(cháng)，設計成果不易積累。因此，迫切需要一個(gè)統一的、集成的設計環(huán)境來(lái)解決上述問(wèn)題。并聯(lián)機床虛擬產(chǎn)品設計系統正是為滿(mǎn)足這一需求而提出并開(kāi)發(fā)的。 
　
    2 并聯(lián)機床虛擬產(chǎn)品設計系統的構成與功能

    系統基本框架 
    并聯(lián)機床虛擬產(chǎn)品設計系統(Virtual Product Design System for Parallel Machine Tools，PMT-VPDS)將為設計者提供數字化的設計開(kāi)發(fā)環(huán)境，提供包括并聯(lián)機構概念設計、運動(dòng)學(xué)設計、整機設計、動(dòng)力學(xué)分析、精度設計、可制造性分析、作業(yè)過(guò)程仿真與性能分析等方面的分析和設計平臺；為研究者提供并聯(lián)裝備設計方法研究、工作性能分析和作業(yè)工藝優(yōu)化的研究平臺；為用戶(hù)提供并聯(lián)機床或各種井聯(lián)類(lèi)裝備的作業(yè)過(guò)程、作業(yè)效果、作業(yè)能力、作業(yè)性能演示平臺。簡(jiǎn)言之，PMT-VPDS系統可同時(shí)滿(mǎn)足并聯(lián)機床的設計者、研究者和用戶(hù)三方的需要。 

    并聯(lián)機床虛擬產(chǎn)品設計系統的基本框架。系統主要由三個(gè)設計平臺     (機構概念設計與運動(dòng)學(xué)設計平臺、整機組合設計與動(dòng)力學(xué)設計平臺和作業(yè)運動(dòng)仿真與性能分析平臺少、系統界面(人機交互界面、計算機仿真和虛擬現實(shí)界面)和數據庫或數據文件(并聯(lián)機構型譜庫、井聯(lián)機構實(shí)體模型、子裝配體模型庫等)組成。 
    三個(gè)設計子系統 

    并聯(lián)機構概念設計和運動(dòng)學(xué)設計子系統 
該子系統可提供并聯(lián)機構概念設計和機構運動(dòng)學(xué)分析與設計的功能。機構概念設計包括構型綜合和構型選擇。運動(dòng)學(xué)分析和尺度綜合以并聯(lián)機構型譜庫提供的設計算法和程序為基礎，進(jìn)行優(yōu)化設計，可得到滿(mǎn)足機床需要的機構參數。 

    整機組合設計與動(dòng)力學(xué)設計子系統 
    該子系統可提供并聯(lián)機床整機輔助組合設計、動(dòng)力學(xué)分析與設計及精度綜合功能最終可給出滿(mǎn)足設計要求的、帶公差的、可裝配數字化樣機的機床實(shí)體模型。 

    作業(yè)過(guò)程仿真與作業(yè)性能分析子系統 
該子系統可提供并聯(lián)機床數字化樣機的機床作業(yè)過(guò)程仿真和工件切削成型仿真，并且進(jìn)行機床作業(yè)的性能分析評價(jià)機床比能優(yōu)劣，獲得工藝優(yōu)化的相關(guān)信息。

    3 并聯(lián)機床虛擬產(chǎn)品設計系統的開(kāi)發(fā)

    系統開(kāi)發(fā)環(huán)境 
    PMT-VPDS系統采用Unigraphics作為開(kāi)發(fā)平臺，在利用Unigraphics自身功能的基礎上進(jìn)一步開(kāi)發(fā)適用于并聯(lián)機床設計開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用功能。 

Unigraphics的二次開(kāi)發(fā)工具使用了Visual C++ 6.0軟件。型譜庫、零件庫、組件庫等數據庫中的數據以數據文件形式存放于系統環(huán)境變量制定的目錄中，系統環(huán)境變量在安裝系統時(shí)設置，用于存放PMT-VPDS系統的各種文件和信息。

    設計項目管理 
    為對設計過(guò)程進(jìn)行有效管理．提出了設計項目的概念。設計一臺滿(mǎn)足一定設汁要求的并聯(lián)機床的整個(gè)過(guò)程可稱(chēng)為一個(gè)設計項目。每次開(kāi)始設計一臺并聯(lián)機床時(shí)，都必須首先建立或打開(kāi)一個(gè)設計項目，與該并聯(lián)機床相關(guān)的各種設計信息(如設計要求信息、構型信息、運動(dòng)學(xué)設計相關(guān)文件、機構實(shí)體模型、整機實(shí)體模型、動(dòng)力學(xué)設計相關(guān)文件、精度設計相關(guān)文件等)均按項目進(jìn)行管理和調用。

    系統可提供項日管理功能包括創(chuàng )建新項目打開(kāi)已有項目、修改項目設計需求信息、查詢(xún)項目信息、刪除項目等。創(chuàng )建新項目操作中的一個(gè)功能對話(huà)框，用于輸入需要的項目如運動(dòng)能力驅動(dòng)及速度要求等。打開(kāi)已有項日功能可列出所有設計項目，從中選擇需要設計的項目。顯示項目信息功能可列出項目設計的相關(guān)信息，包括機構選型信息、整機設計信息整機作業(yè)仿真信自等。 

    并聯(lián)機構型譜庫 
    型譜庫在PKM-VPDS系統中具有重要作用型譜庫用于存放各種成熟的并聯(lián)機構構型及相關(guān)的設計信息，包括機構標識名、機構形式化描述、機構實(shí)體模型、自由度及姿態(tài)實(shí)現能力、機構運動(dòng)學(xué)優(yōu)化算法及程序、機構動(dòng)力學(xué)設計等。在機構設計平臺中進(jìn)行構型設計時(shí)．需根據各構型的主要性能指標從型譜庫中選擇構型方案；在進(jìn)行尺度綜合時(shí)，需從型譜庫中選擇己有機構的設計算法和相應程序進(jìn)行優(yōu)化設計。此外，在進(jìn)行整機動(dòng)力學(xué)設計、精度設計時(shí)，同樣可將型譜庫中已有的機構設計算法和相應程序作為設計基礎。因此，型譜庫是對已有研究成果的積累和延續，可以為后續設計奠定良好的設計基礎，并盡可能決地應用最新的理論研究成果。
 
    并聯(lián)機構概念設計與運動(dòng)學(xué)設計平臺的原型開(kāi)發(fā) 
    以型譜庫為基礎，開(kāi)發(fā)出并聯(lián)機構概念設計與運動(dòng)學(xué)設計平臺的原型。設計者可從型潛庫中選擇已有構型開(kāi)始設計，也可以利用以并聯(lián)機構組件庫和零件庫為基礎的組合式開(kāi)發(fā)環(huán)境，進(jìn)行新構型的設計。 

    并聯(lián)機構組件庫與零件庫 
    結構形式的多樣性是并聯(lián)機床區別于傳統機床的顯著(zhù)特點(diǎn)之一。不同的并聯(lián)機構可以由數目一定的相同組件按照不同的拓撲關(guān)系組合而成。組件是指由多個(gè)零件、運動(dòng)副(或僅由零件)構成的組合件，并聯(lián)機構組件庫則是與并聯(lián)機構相關(guān)的組件集合。 

    并聯(lián)機床的機構組件可分為三類(lèi)：①支鏈類(lèi)：指構成并聯(lián)機構基礎和動(dòng)平臺間支鏈的結構，包括滑塊滑軌類(lèi)、伸縮腿、定長(cháng)桿等；② 平合類(lèi)：指構成基礎平臺和動(dòng)平臺的結構，包括固定鉸鏈平臺和滑軌式平臺；③ 除以上兩類(lèi)之外的其它組件、如刀頭刀架組件等。 

    并聯(lián)機構零件是指構成并聯(lián)機構組件的基本零件，并聯(lián)機構零件庫則是并聯(lián)機構零件的集合。 

    系統提供了對組件庫和零件庫進(jìn)行管理的功能。 

    并聯(lián)機構的組件庫和零件庫均以參數化的形式進(jìn)行存儲，可以修改設計參數。利用并聯(lián)機構組件和零件能夠決速構造并聯(lián)機床的機構原型從而縮短并聯(lián)機床的概念樣機設計周期。 

    并聯(lián)機構組合設計與分析 
    以并聯(lián)機構組件庫和零件庫為基礎，系統提供了組合設計的功能。從組件庫中選擇適當的組件，調整組件位置和參數，即可完成并聯(lián)機構的實(shí)體模型建模。如沒(méi)有滿(mǎn)足要求的合適組件，可從零件庫中選擇零件組成需要的組件。此外，系統還提供機構形式化描述自動(dòng)分析功能．以字符串形式輸入機構形式化描述．系統可自動(dòng)選擇需要的建模組件。 

    其它功能 
    利用Unigraphics本身的功能可以進(jìn)行并聯(lián)機構的運動(dòng)仿真，井進(jìn)行運動(dòng)學(xué)分析和動(dòng)力學(xué)分析(如位移、力、速度、加速度分析等)。對于存放在型譜庫中的已經(jīng)過(guò)運動(dòng)學(xué)設計的并聯(lián)機構，可從系統提供的界面中直接選擇并調用(或打開(kāi)其它工具軟件選擇并運行)運動(dòng)學(xué)尺度綜合程序，優(yōu)化瀏幾構的設計參數。

    4 結語(yǔ)
    本文提出的并聯(lián)機床虛擬設計系統為并聯(lián)機床提供了統一的、集成的虛擬設計環(huán)境，可以縮短并聯(lián)機床的設計周期．綜合應用并聯(lián)機床設計各方面的理論和方法，從而對并聯(lián)機床的理論研究、工程設計、推廣應用起到一定的促進(jìn)作用，推動(dòng)并聯(lián)機床的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。 

    系統的機構概念設計與運動(dòng)學(xué)設計平臺原型已基本開(kāi)發(fā)完成．建立了項目管理體系，以型譜庫、組件庫、零件庫為基礎實(shí)現了井聯(lián)機床的機構建模及分析．為后續進(jìn)行整機設計和整機作業(yè)仿真及睦能分析奠定了基礎。