新一代飞机的高性能、高质量、短周期和低本钱研制要求，对制造技术尤其是结构件数控加工技术的发展提出了新的挑战。采用虚拟主轴的并联机床刚度重量比大、响应速度快、精度高、效率高，故在数控加工行业得到越来越多的关注。20世纪末，为了寻求适应飞机结构件的全新工艺方法和机床，德国某公司和空客公司合作开发了一种全新的满足高精度、高刚性、率、低本钱的加工设备——虚拟轴五坐标高速卧式加工中心，2000年开始*地提供给空客、波音等世界主要飞机生产厂家。本文重点介绍该德国公司采用sprintz3万向高速主轴并联机床的工作原理及技术参数。由于sprintz3万向高速主轴的使用，飞机结构件得到高速、高精度的加工，并获得的表面加工粗糙度。
设备介绍
并联机床又称虚拟轴机床，是并联机器人技术与机床结构技术相结合的产物，其原理为：在并联机构的动平台上安装主轴头，动平台带动主轴头实现多轴联动。并联机床与传统数控机床将形成很强的上风互补，尤其在复杂曲面精密加工上具有十分广阔的应用远景，是目前上并联机器人和*制造领域的一个研究热门。
下面介绍该公司采用sprintz3万向高速主轴的并联机床技术参数及其特点。
1设备结构及参数
该型虚拟轴机床是一款带快速托盘交换装置的高性能五轴加工中心，设备由床身、立柱、龙门框、可交换工作台、万向高速主轴、刀库和控制系统等部分组成。机床采用设计sprintz3虚拟主轴头，该主轴头包含在立柱内，可实现y、z、a及b轴的运动；而x轴的移动通过工作台运动实现，同时工作台的交换由2个可以旋转90°四工位的工作台交换站完成。各轴（线性轴和回转轴）加速度达到9.81m/s2，快速进给速度达到50m/min，换刀速度1.8s，链式刀库设计。
主要技术参数如下：
·x轴zui大行程：1600mm；
·y轴zui大行程：2500mm；
·z轴zui大行程：670mm/370mm（主轴±40°时）；
·a轴摆角行程：±40°；
·b轴摆角行程：±40°；
·工作台尺寸：1200mm×1200mm；
·工作台交换时间：10s；
·主轴zui高转速：30000r/min；
·快速移动速度：50m/min；
·加速度：9.81m/s2；
·刀柄形式：hsk63a/80；
·刀库容量：64把；
·主轴额定功率：80kw；
·主轴zui大扭矩：46n·m；
·t型槽宽度×间距×条数：22mm×125mm×7条。
数控机床主轴功率扭矩表如下图所示。
2sprintz3万向高速主轴
该系列加工中心的主要特点是采用了突破性的sprintz3型高速万向主轴。该主轴利用三杆并联机构，可以同时完成主轴头的直线和旋转运动。其工作原理为：在主轴外框的内壁上有120°均匀分布的轴向线性导轨，伺服电动机驱动导轨上的滑板前后移动，滑板通过板状连杆和万向铰链与主轴部件的壳体相连。假如3块滑板同步运动，则主轴部件做z方向的前后直线移动；假如3块滑板不同步运动，就可以通过万向铰链使主轴部件沿a或b坐标在±40°范围内任意摆动。由于飞机机身一般采用薄壁零件，所以机床主轴z坐标的运动行程控制在670mm以内，以进步主轴的静态和动态刚度。
传统主轴头的a/c、a/b摆角加工有很多弊端，如空间窄小，在很小的空间内要布置相应的机械传动和水、电、气的供给接口；采用摩擦离合器等构件刚性差、易磨损，特别是a/c、a/b摆动的加速度很低。sprintz3主轴克服了这些弊端，zui大的特点是刚性好、功率大（80kw），摆动轴的加速度可达1g，因此对速度的响应特别快，运动更加平稳，更适应连续角度变化的曲面加工。
3并联机床的特性
传统机床是按笛卡尔坐标将沿3个坐标轴线的移动x、y、z和绕3个坐标轴线的转动a、b、c依次串联叠加，形成所需要的刀具运动轨迹。并联机床则是采用多种类型的杆机构在空间移转主轴部件，形成所需要的刀具运动轨迹的。并联机床具有结构简单紧凑、刚度高、动态性能好等优点，应用远景十分广阔。
并联机床采用圆柱形的主体结构；完成线形的自由移动，可实现直线加工或转变成万向摆动加工；zui小的移动质量；zui高的移动速度和加速度；zui高的精度；适合尽大部分航空航天铝结构件的快速和高精度加工。快速移动50m/min；加速度达到9.81m/s2。而传统的a/b摆角或a/c摆角的机床，由于空间和旋转面联接的限制、通过旋转的摩擦面来传送，因此轻易磨损，故障率高。
由于主轴的方向摆动是通过3个线性轴的运动实现的，而3个线性轴采用标准元件产品，结构简单，因而主轴的可靠性、精度和寿命得到很大程度的进步；摆角的范围加大而坐标的运动减少，因而加工效率高。另外，2台机床共用一个装夹交换站，可从降低本钱、进步使用效率，是飞机铝合金结构件加工的专业化机床；排屑好、效率高，达到传统数控机床的2倍以上；适合加工薄壁整体壁板、整体框，能获得较低的表面粗糙度值。
典型应用
ecospeedfht1000为五轴高速卧式加工中心，特别适合于加工尺寸规格为1000mm×1000mm的铝合金预拉伸板材类零件。下面以某型民机产品飞机结构件为例，从装夹定位方案、刀具及切削参数选用、加工程序编制及仿真等方面介绍该机床的应用情况。
1装夹定位方案
装夹方式通常有2种：采用真空吸夹，适用于单面加工的零件；采用螺栓（沉孔）压紧，适用于双面加工的零件。为便于快速定位（拉直找正、确定原点），可在普通三坐标数控设备上加工出定位基准（如定位面、直角边、工艺孔等）。该设备有2个交换工作台，可在不停机的情况下提前做好下一个工装和零件的装夹预备，大大进步了设备的利用率。
2刀具和切削参数
为充分冷却、延长刀具寿命，高速加工时宜采用内冷结构刀具，常用的有2种：整体合金内冷高速铣刀和机夹式内冷高速铣刀。机夹式内冷高速铣刀由刀体、刀片、紧固螺钉组成，常用于高速粗加工往除余量，刀具外径尺寸规格推荐系列：20mm、25mm、30mm、32mm、40mm、50mm，粗加工时尽量选用大直径的刀具。整体合金内冷高速铣刀常用于零件内外形的精加工，刀具外径尺寸规格推荐系列：10mm、12mm、16mm、20mm。为适应该设备的机械手、实现自动换刀，应选用hsk63a/80形式刀柄，其刀柄换刀卡槽结构尺寸与其他高速铣设备不同。
在高速旋转时，刀具的不平衡会对主轴系统产生附加的径向载荷，其大小与转速成平方关系，从而对刀具的安全性和加工质量带来不利的影响。因此，用于高速切削的铣刀必须经过动平衡测试，并应该达到规定的平衡质量等级，本设备对于高速铣刀不平衡质量要求达到g2.5级。
铣削时可以根据被加工材料、刀具、工件的结构特征选择主轴转速12000～28000r/min，加工进给7～15m/min。建议以大切深、径向分层切削为主，切削宽控制在3mm以内。
3加工程序编制及仿真
并联高速机床编程除了要满足通用要求外，还要留意：
（1）避免刀具侧刃贴着零件侧壁进退刀；
（2）避免在零件内形锐角处直接进刀；
（3）除非预先制出进刀孔，不要把铣刀沿轴向切进毛料；
（4）进、退刀宏指令要仔细设好进给速度，避免极慢或极快的进退刀；
（5）五坐标加工时，在程序的开头和结尾都要插进所有转角回零程序段；
（6）对于进退刀宏指令不要赋予太多的功能；
（7）进刀速度选择：以接近机床的zui大进给速度运行到距毛坯表面5～10mm，然后以加工速度的30％～50％切进毛坯；
（8）退刀速度选择：以正常加工速度运行2mm，使刀具离开毛坯，然后以接近机床的zui大进给速度使刀具运行到安全区域。
虚拟主轴机床五轴开关始终是打开的，不答应手动加进，否则在自动换刀时会引起报警。程序头加进“finishing”精加工（控制机床加速度）语句，加工中finishing可以获得*的精度。
程序试切前必须经过vericut加工仿真，让“碰撞”发生在编程阶段，避免重大损失；还可实现程序优化，进步加工效率。
其他功能应用
1转台
利用bt90°转台转定角可补偿摆角不足的加工。
2丈量探头
丈量探头（renishaw）用于零件的快速拉直找正、确定坐标原点。
3激光刀具治理和破损控制系统
激光刀具治理和破损控制系统（“blum”功能）用于刀具检测和破损控制，检测循环包括如下内容：校对程序、刀具破损控制、单刃监控、自动对刀具长度、直径调整。
需要留意的是，在检测开始之前，确定刀具已经移开工件，并且避免碰撞；然后可以接近定义的检测初始点。
结束语
并联机床在我国航空产业中的应用处于起步阶段，还有很多技术没有把握，设备效率还不能得到发挥；此外，进口并联机床价格昂贵，而国产设备质量不过关。无论是设备制造，还是配套技术攻关，仍需进一步研究。