第526章 挑剔才能进步

受程时的影响，张自强现在去哪里都喜欢逛书店，然后买机械，电气类的专业书回来。

加上程时请林雪霁和卢再雪帮忙从港城带一些最新的专业期刊回来，所以厂里的书现在挺多的。

程时索性在厂里搞了个休息阅读室，把专业书籍都摆在里面。

工人们中午休息的时候会进去看书或者午休。

这天程时下楼的时候，看见刘光荣和小李在讨论机床，边上还围着一圈工人在听。

程时站停在楼梯上听了听，原来他们在讨论并联机床和串联机床。

今年有个德意志的工程师提出了并联机构理论，通过一根固定和5根可伸缩杆件的六杆并联结构实现主轴的5轴自由度运动，据说这个结构具有高刚度、高精度和高速加工的潜力。刚度比传统串联机床高3倍，定位精度达±10μm。

可是因为太超前，实际运用要到1996年才有。

小李说：“我觉得这帮外国人就太理想化。运动学正解需要求解非线性方程组，世界上哪怕是最先进的数控系统都做不到。理论的优势潜力如果不能通过技术条件。比如计算机算力、传感器精度来实现，那就等于没用甚至是错误的。”

刘光荣：“任何一个新技术，从提出理论到应用于实践要花费很多年。”

小李：“他们只是提出了理论没有任何长期可靠实验数据来验证，等于就是瞎说。而且他们自己都说了，在工作空间边界存在奇异位形，可能导致机构失去刚度或无法执行特定运动。比如当可伸缩杆长度接近零时，机构会失去对某些方向的控制力。所以不但是计算有问题，就连刚度和运动可靠性都有问题。总结起来，就是他说的三个优点其实全部不存在。”

刘光荣：“人家都说了是理论上了。”

小李：“好就算理论上全部都是对的。实践中也全不能实现。我们计算一下成本。现在串联机床技术这么成熟，国际上一台五轴数控机床的售

价根据公司和生产国不同而不同也要大约200到500万美刀。如果是用新的并联技术，在克服刚才说的那么多问题之后，你想一想研发成本该有多高。研发成本平摊到产品上有多可怕。如果实际加工效率和各方面性能并未显著超过之前的串联机床，压根就不会有企业愿意投资。”

“先驱者付出的代价总是会大一点。”刘光荣实在是不知道该怎么说，看程时下来了，想看到救星一样，忙说，“时哥，你来说说，这个并联机床到底值不值得。”

程时说：“你们说的我都听到了。我非常支持并联机床的研发。相对论从提出来到现在也有几十年了，一直没有运用到实际中，但是并不妨碍它成为最伟大的物理理论之一。”

“奇异点的问题，是因为缺乏有效的补偿方法。以后计算机和算法飞速发展，这个问题很快就能解决。”

小李摇头：“我真是觉得不值得。开创者说的那些优点根本就没有理论是实践依据。”

程时：“好，我们就来分析一下。首先说刚度。并联机床的刚度显著高于串联机床，这一优势主要源于其独特的结构设计和力学特性。”

“并联机床通过多根支链，通常为6杆，连接动平台与定平台，形成封闭的空间桁架结构。这种结构类似于建筑中的桁架，所有支链仅承受拉压载荷，而无弯矩或扭矩，材料利用率接近理论极限。”

“相比之下，串联机床的主轴箱、工作台等部件通过悬臂结构连接，存在显著的弯矩和剪切力。传统五轴机床的主轴箱在高速切削时，悬臂端的变形可能超过±0.02mm，而并联机床的支链变形，理论上可以控制在±0.002mm以内。”

“并联机床的切削力通过多根支链同步传递至基础框架，载荷分散在多个路径上。每个支链仅承受总载荷的六分之一，而串联机床的主轴箱和工作台需承受全部载荷。这种分布式承载特性使得并联机床的动态刚度显著提升。可以显著提高动态刚度和刀具寿

命。”

“然后是精度。并联机床的运动部件如主轴头，直接由支链驱动，传动链长度缩短至传统机床的三分之一。多支链结构使得单个支链的制造误差被平均化，还取消了传统机床的齿轮箱和丝杠副，大大减少传动误差，所以精度会比串联机床高。”

“并联机床的运动部件质量小，动态响应速度快，惯性小，对称结构还可有效抑制热变形。但是高速运动时六杆的惯性耦合效应可能引发振动。但是工作空间受限，现有平台的有效加工区域仅为其体积的10-15%。”

“串联机床的优点是结构简单，工作空间大比如龙门式机床可覆盖数米范围，适合大型零件加工动态响应稳定，适合低速高精度加工。误差分布直观，可通过机械预紧和导轨润滑降低摩擦误差。但是它的多层导轨和悬臂结构导致刚度较低。累积误差显著。”

“最后是成本。并联机床的零部件数量减少50%以上，因为可以不需要如无导轨和滑台，制造成本理论上降低30%。但是控制系统复杂，维护成本高。”

“串联机床的技术成熟，维护成本低。但是机械结构复杂，零部件更换成本高。”

“所以说，各有各的优点。并联机床将会更适合中小尺寸复杂曲面加工，而大型零件仍依赖串联机床。甚至为了结合并联机构的高刚度与串联机构的大工作空间，还会出现混联机床。”

小李：“可是现在串联机床用得好好的，发展迅速，不断地在克服缺点，为什么要费劲研发别的。客户有时候就是太挑剔了。”

程时：“串联机床确实取得了不小的进步，但是并不代表它就能一直这样发展下去。比如串联结构导致各轴运动存在耦合，在加工叶轮、螺旋桨等复杂曲面时，需通过后置处理算法补偿误差，增加编程难度。这个是很难克服的。”

“当年如果所有人都觉得马车用起来没问题，不用研发蒸汽机，现代几乎所有机械都不会出现。挑剔才是进步的动力。”