專利名稱：用于索驅(qū)動并聯(lián)雕刻機(jī)的排索機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于雕刻機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于索驅(qū)動并聯(lián)雕刻機(jī)的排索機(jī) 構(gòu)。
背景技術(shù)：
雕刻機(jī)種類繁多，按結(jié)構(gòu)可以分為懸臂雕刻機(jī)和龍門雕刻機(jī)兩種，懸臂雕刻機(jī)采 用串聯(lián)剛性桿支撐機(jī)構(gòu)，與并聯(lián)機(jī)構(gòu)相比，剛性小，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，相同自重或體積下，承載能 力弱；而且串聯(lián)式末端件上的誤差是各個關(guān)節(jié)誤差的積累和放大，因而誤差大而精度低； 懸臂雕刻機(jī)的驅(qū)動電機(jī)及傳動系統(tǒng)不固定，增大了系統(tǒng)的運(yùn)動負(fù)荷。龍門結(jié)構(gòu)雖然被廣泛 應(yīng)用到各種用途的雕刻機(jī)上，但其體積龐大，靈活性弱，其驅(qū)動部分一般為液壓缸、氣缸或 由電機(jī)帶動的齒輪齒條，因而其附加裝置復(fù)雜，控制系統(tǒng)實現(xiàn)困難，制造成本高，并不能適 應(yīng)日益發(fā)展的多樣性需求[1]。而索驅(qū)動并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、慣性 小、響應(yīng)快、工作空間大、驅(qū)動器并聯(lián)工作、精度高、機(jī)械效率高、柔性大等優(yōu)點(diǎn)[2_3]。雖然，大射電望遠(yuǎn)鏡的50m模型中在滾筒上開索槽來實現(xiàn)懸索的有序排放[4]，但 懸索的收放僅通過滾筒的旋轉(zhuǎn)來達(dá)到，從而導(dǎo)致出索口發(fā)生了變化，索驅(qū)動并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié) 構(gòu)參數(shù)改變、控制精度降低，在實驗中，必須修正模型來降低結(jié)構(gòu)的參數(shù)誤差。而且，該收放 索機(jī)構(gòu)對直徑小的懸索不適合，因為索槽加工困難。在機(jī)床中常使用滾珠絲杠副將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動或?qū)⒅本€運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)樾?轉(zhuǎn)運(yùn)動[5]，極大地推動了機(jī)床行業(yè)的數(shù)控化發(fā)展，提高了定位精度，但是滾珠絲杠副一般尺 寸大，且不能同時實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動，所以，開發(fā)研制一種收放懸索的機(jī)構(gòu)對提高索驅(qū)動 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的控制精度非常重要。參考文獻(xiàn)[1]吳光明.CNC電腦雕刻機(jī)及其與數(shù)控銑床和加工中心的聯(lián)合應(yīng)用策略[J]. CAD/CAM 與制造業(yè)信息化，2005，(11): 94-97[2] Motoji Y, Noritaka Y, Akira M. Trajectory control of incompletely restrained parallel wire-suspended mechanism based on inverse dynamics [J]. IEEE transactions on robotics. 2004, 20(5): 840-850[3] Albus J S, Bostelman R V, Dagalakis N G. The NIST Robocrane [J], Journal of Robotics System. 1993, 10(5): 709-724[4]趙澤.大射電望遠(yuǎn)鏡懸索饋源支撐系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析[Master]. 碩士學(xué)位論文.西安電子科技大學(xué).2003[5]賈亞洲.金屬切削機(jī)床概論[M].機(jī)械工業(yè)出版社.1994。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種用于索驅(qū)動并聯(lián)雕刻機(jī)的排索機(jī)構(gòu)，解決現(xiàn)有技術(shù) 雕刻機(jī)收放索過程中索的紊亂無序給結(jié)構(gòu)模型造成誤差大的問題。[0012]本實用新型所采用的技術(shù)方案是用于索驅(qū)動并聯(lián)雕刻機(jī)的排索機(jī)構(gòu)，包括滾 索套、滾筒軸、軸套和滾筒座；滾筒座包括底座和與底座呈垂直設(shè)置的立座；滾筒軸的一端 設(shè)置在立座上，滾筒軸上設(shè)置有滾索套和軸套；滾索套通過鍵與滾筒軸連接，軸套通過螺紋 與滾筒軸連接；滾索套與軸套連接，滾索套靠近軸套一側(cè)端部的外圓周面上設(shè)置有卡圈，軸 套靠近滾索套一側(cè)的端部上設(shè)置有與卡圈對應(yīng)的卡槽，軸套的該端部上還設(shè)置擋板，該擋 板將卡圈限制在卡槽里。其中，底座上設(shè)置有與滾筒軸平行的直線長條凸塊，軸套的外圓周面上設(shè)置有與 長條凸塊對應(yīng)的滑槽，長條凸塊內(nèi)嵌在滑槽里。本實用新型的有益效果是，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，能夠?qū)崿F(xiàn)柔性懸索的有序排放和 懸索的出索口的唯一，使得模型結(jié)構(gòu)參數(shù)的準(zhǔn)確，還能保證動平臺(刀具)位姿控制的精確 性。在其他索驅(qū)動并聯(lián)機(jī)構(gòu)和對索牽拉位置要求高的場合都可應(yīng)用此機(jī)構(gòu)。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的A向視圖；圖3是本實用新型實現(xiàn)懸索排放的原理圖；圖4是本實用新型球鉸裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1.滾索套，2.滾筒軸，3.軸套，4.滾筒座，5.底座，6.立座，7.卡圈，8.卡槽， 9.擋板，10.長條凸塊，11.刀具移動端，12.刀具，13.懸索，14.基座，15.定滑輪，16.支桿， 17.頂盤，18.球鉸套，19.球鉸球，20.中心孔，21.索結(jié)。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖1所示，本實用新型公開了一種用于索驅(qū)動并聯(lián)雕刻機(jī)的排索機(jī)構(gòu)，包括滾 索套1、滾筒軸2、軸套3和滾筒座4 ；滾筒座4包括底座5和與底座5呈垂直設(shè)置的立座6 ； 滾筒軸2的一端設(shè)置在立座6上，滾筒軸2上設(shè)置有滾索套1和軸套3 ；滾索套1通過鍵與 滾筒軸2連接，軸套3通過螺紋與滾筒軸2連接；滾索套1與軸套3連接，滾索套1靠近軸 套3 —側(cè)端部的外圓周面上設(shè)置有卡圈7，軸套3靠近滾索套1 一側(cè)的端部上設(shè)置有與卡圈 7對應(yīng)的卡槽8，軸套3的該端部上還設(shè)置擋板9，該擋板9將卡圈7限制在卡槽8里。如圖 2所示，底座5上設(shè)置有與滾筒軸2平行的直線長條凸塊10，軸套3的外圓周面上設(shè)置與長 條凸塊10有滑槽，長條凸塊10內(nèi)嵌在滑槽里。本實用新型的工作原理是如圖3所示，索驅(qū)動并聯(lián)雕刻機(jī)的動平臺包括刀具移 動端11、設(shè)置在刀具移動端11上端的支桿16和設(shè)置在支桿16頂端的頂盤17，刀具移動端 11下端設(shè)置有刀具12。刀具移動端11和頂盤17上各設(shè)置有多根懸索13，與之對應(yīng)的，基 座14上設(shè)置有多個定滑輪15。每根懸索13端部各連接有一個本實用新型排索機(jī)構(gòu)。每根 懸索13繞過一個定滑輪15，一端連接在刀具移動端11或頂盤17上，另一端繞在本實用新 型的排索機(jī)構(gòu)上。懸索13與刀具移動端11通過球鉸裝置連接，如圖4所示，球鉸裝置包括 球鉸套18和設(shè)置在球鉸套18內(nèi)的球鉸球19，球鉸球19上設(shè)置有中心孔20，懸索13穿過 中心孔20，設(shè)置在懸索13末端的索結(jié)21能防止懸索13從中心孔20中抽出，球鉸套18通過螺紋與刀具移動端11連接。設(shè)置球鉸裝置的原因是為了確保機(jī)構(gòu)的完整性和控制模型 的精確性，使得動平臺在理論工作空間動作時，懸索13能夠在球鉸開口錐角范圍內(nèi)運(yùn)動， 如此構(gòu)建的結(jié)構(gòu)模型能夠接近理論分析模型。當(dāng)與本實用新型排索機(jī)構(gòu)連接的電機(jī)驅(qū)動滾 筒軸2轉(zhuǎn)動時，滾筒軸2通過鍵帶動滾索套1轉(zhuǎn)動；另一方面，因軸套3與滾筒軸2是通過 螺紋連接的，當(dāng)滾筒軸2轉(zhuǎn)動時，軸套3通過螺紋沿著滾筒軸2橫向直線運(yùn)動，設(shè)置在軸套3 外圓周面上的滑槽沿著底座5上的直線長條凸塊10滑動。由于固定在軸套3端部上的擋 板9將滾索套1上的卡圈7限制在軸套3的卡槽8里，軸套3沿著滾筒軸2作直線運(yùn)動，也 帶動著滾索套1在滾筒軸2上作直線運(yùn)動。這樣，滾索套1即可以作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，也可以作直 線運(yùn)動，以確保出索口位置的相對固定以及排索的有序性。如圖3所示，理論上，如果雕刻機(jī)排索機(jī)構(gòu)的出索口 C點(diǎn)與定滑輪15 A點(diǎn)的連線 與地面垂直。起始位姿時，設(shè)定滑輪15到球鉸裝置之間的索長為Ji 或定滑輪15到頂盤 17之間的索長為Ji ，則總的索長I = AB+ AC ;終止點(diǎn)時，設(shè)定滑輪15到球鉸裝置之間 的索長為或設(shè)定滑輪15到頂盤17之間的索長為t 則起始到終止時索長的變化量
為
M = (AB + ACMAB' + AC) = AB-AB'因此，理論上并不需要考慮出索口到定滑輪15端索長JC的長度。如果收放索機(jī)構(gòu)設(shè)計不合理，出索口 C點(diǎn)發(fā)生異位變?yōu)镃，點(diǎn)，會導(dǎo)致起始到終止 時索長變化量為
M = (AB + AC)-(AB' + AC) = AB-AB' + (AC — AC)可見，出索口 C固定以及索的有序排放對機(jī)構(gòu)的模型誤差影響很大。使用時，已知雕刻機(jī)刀具12運(yùn)行的起始點(diǎn)、終止點(diǎn)的位姿，將空間軌跡離散化，依 據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)逆解模型分別求解出各離散點(diǎn)對應(yīng)的理論懸索13索長，控制系統(tǒng)將后一時 刻與前一時刻索長的變化量轉(zhuǎn)化為脈沖控制信號驅(qū)動每根懸索13上的本實用新型排索機(jī) 構(gòu)以協(xié)調(diào)收、放懸索，從而實現(xiàn)動平臺11下端部的刀具按照規(guī)劃軌跡運(yùn)動的目的。本實用 新型排索機(jī)構(gòu)既保證了柔性懸索13的有序排放，避免索紊亂帶來的末端(動平臺)定位精度 的降低，又保證了懸索13出索的位置相對地面垂直且固定以避免索傾斜造成模型誤差。已知懸索13直徑為d,滾索套1直徑為D,滾筒軸2螺紋段直徑為M,導(dǎo)程為S ；則收放索長度d=2nR，％々R=Q)+d)/2 ；電機(jī)每轉(zhuǎn)過一圈，滾筒軸2帶動滾索套1轉(zhuǎn)過一圈，同時滾索套1和軸套3沿滾筒 軸2移動一個螺距(螺距=懸索的直徑)，以此可以使懸索13順序排列無重疊，出索口相對 固定。通過以上分析可知，工作時，電機(jī)轉(zhuǎn)速不發(fā)生改變，移動由滾筒軸2上的螺距大小 決定，而滾筒軸2螺紋段直徑大小對滾索套1收放索無影響，只要確保螺距與懸索13直徑 一致即可實現(xiàn)出索口唯一且有序排放。
權(quán)利要求用于索驅(qū)動并聯(lián)雕刻機(jī)的排索機(jī)構(gòu)，其特征在于包括滾索套(1)、滾筒軸(2)、軸套(3)和滾筒座(4)；所述滾筒座(4)包括底座(5)和與底座(5)呈垂直設(shè)置的立座(6)；滾筒軸(2)的一端設(shè)置在立座(6)上，滾筒軸(2)上設(shè)置有滾索套(1)和軸套(3)；所述的滾索套(1)通過鍵與滾筒軸(2)連接，軸套(3)通過螺紋與滾筒軸(2)連接；滾索套(1)與軸套(3)連接，滾索套(1)靠近軸套(3)一側(cè)端部的外圓周面上設(shè)置有卡圈(7)，軸套(3)靠近滾索套(1)一側(cè)的端部上設(shè)置有與卡圈(7)對應(yīng)的卡槽(8)，軸套(3)的該端部上還設(shè)置擋板(9)，該擋板(9)將卡圈(7)限制在卡槽(8)里。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排索機(jī)構(gòu)，其特征在于所述底座(5)上設(shè)置有與滾筒軸(2) 平行的直線長條凸塊(10)，軸套(3)的外圓周面上設(shè)置有與長條凸塊(10)對應(yīng)的滑槽，長 條凸塊(10)內(nèi)嵌在滑槽里。
專利摘要本實用新型公開了一種用于索驅(qū)動并聯(lián)雕刻機(jī)的排索機(jī)構(gòu)，包括滾索套、滾筒軸、軸套和滾筒座；滾筒座包括底座和與底座呈垂直設(shè)置的立座；滾筒軸的一端設(shè)置在立座上，滾筒軸上設(shè)置有滾索套和軸套；滾索套通過鍵與滾筒軸連接，軸套通過螺紋與滾筒軸連接；滾索套與軸套連接，滾索套靠近軸套一側(cè)端部的外圓周面上設(shè)置有卡圈，軸套靠近滾索套一側(cè)的端部上設(shè)置有與卡圈對應(yīng)的卡槽，軸套的該端部上還設(shè)置擋板，該擋板將卡圈限制在卡槽里。有益效果是，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，能夠?qū)崿F(xiàn)柔性懸索的有序排放和懸索的出索口的唯一，使得模型結(jié)構(gòu)參數(shù)的準(zhǔn)確，還能保證動平臺位姿控制的精確性。在其他索驅(qū)動并聯(lián)機(jī)構(gòu)和對索牽拉位置要求高的場合都可應(yīng)用此機(jī)構(gòu)。
文檔編號B44B1/00GK201712392SQ20102015063
公開日2011年1月19日 申請日期2010年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月6日
發(fā)明者侯曉莉, 孔令飛, 李言, 湯奧斐, 肖繼明, 袁啟龍, 高新勤 申請人:西安理工大學(xué)