專利名稱：五軸聯(lián)動(dòng)并串聯(lián)數(shù)控機(jī)床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種并聯(lián)機(jī)床。
背景技術(shù)：
近十幾年來(lái)，并聯(lián)機(jī)床是國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床研究領(lǐng)域非常關(guān)注的熱點(diǎn)課題。并聯(lián)機(jī)床又稱虛擬軸機(jī)床，是知識(shí)密集、智力密集、技術(shù)密集的機(jī)電一體化高技術(shù)產(chǎn)品，是并聯(lián)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)械、計(jì)算機(jī)控制、精密測(cè)量、數(shù)控加工等多學(xué)科應(yīng)用技術(shù)的交叉。國(guó)內(nèi)外的學(xué)者對(duì)其投入了大量的研究工作。
從國(guó)內(nèi)外并聯(lián)機(jī)床產(chǎn)品與技術(shù)發(fā)展的概況來(lái)看，前些年大多集中在六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究上。近些年來(lái)，少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)得到了人們?cè)絹?lái)越多的重視，但大多集中在三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究上，而對(duì)于四、五自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究則較少，致使可用做并聯(lián)機(jī)床的四、五自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的構(gòu)形很少。目前國(guó)內(nèi)外的并聯(lián)機(jī)床產(chǎn)品大多采用一般的Stewart六自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)五軸運(yùn)動(dòng)，但這機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，并且因浪費(fèi)了一個(gè)軸的驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)裝置而增加了成本。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?1107247公開了一種“新型混聯(lián)五自由度虛擬軸機(jī)床”，該機(jī)床的結(jié)構(gòu)包括機(jī)架、安裝切削刀具的動(dòng)平臺(tái)、可帶動(dòng)被切削工件雙向移動(dòng)的工作臺(tái)，機(jī)架與動(dòng)平臺(tái)之間通過三條腿相聯(lián)。該機(jī)床實(shí)際上是由一個(gè)非對(duì)稱三自有度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)串聯(lián)兩個(gè)移動(dòng)工作臺(tái)構(gòu)成。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?0100193公開了一種“五自由度五軸并聯(lián)虛擬軸機(jī)床”，它的結(jié)構(gòu)是運(yùn)動(dòng)臺(tái)通過五支連桿與固定臺(tái)連接，五支連桿通過鉸鏈與運(yùn)動(dòng)臺(tái)連接，五支連桿通過運(yùn)動(dòng)副與固定臺(tái)連接，每支連桿可以是伸縮連桿，也可以是定長(zhǎng)連桿。該機(jī)床機(jī)構(gòu)原型是由一個(gè)非對(duì)稱的五自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)利用現(xiàn)有六自由度并聯(lián)機(jī)床實(shí)現(xiàn)五軸運(yùn)動(dòng)存在成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的弊端，以及現(xiàn)有五自由度并聯(lián)機(jī)床的機(jī)構(gòu)原型少，結(jié)構(gòu)對(duì)稱性差，運(yùn)動(dòng)參數(shù)偶合等問題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、易制造、結(jié)構(gòu)對(duì)稱性好、運(yùn)動(dòng)參數(shù)不藕合且具有較好的剛度、精度和動(dòng)態(tài)性能的可以實(shí)現(xiàn)三維移動(dòng)兩維轉(zhuǎn)動(dòng)的五軸聯(lián)動(dòng)并串聯(lián)數(shù)控機(jī)床，它包括機(jī)架1、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2和連桿，連桿為四根，四根連桿的一端都與機(jī)架1連接，四根連桿的另一端都與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2鉸接；在所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2的下方還設(shè)有移動(dòng)工作臺(tái)4。本發(fā)明的五軸聯(lián)動(dòng)并串聯(lián)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)空間的兩維移動(dòng)和兩維轉(zhuǎn)動(dòng)，串聯(lián)的可移動(dòng)工作臺(tái)可提供空間的一維移動(dòng)，這就使得運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的刀具相對(duì)被加工的工件具有空間三維移動(dòng)和兩維轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。因此該并串聯(lián)機(jī)床完全可以替代傳統(tǒng)的串聯(lián)式多軸機(jī)床和六自由度并聯(lián)機(jī)床來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)空間復(fù)雜曲面零件的加工。與傳統(tǒng)的串聯(lián)式多軸機(jī)床相比，本發(fā)明機(jī)床具有較好的剛度、精度和動(dòng)態(tài)性能，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、易制造且結(jié)構(gòu)對(duì)稱性好、運(yùn)動(dòng)參數(shù)不藕合；與現(xiàn)有的六自由度并聯(lián)機(jī)床相比，本發(fā)明機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易控制、造價(jià)低。本發(fā)明不僅豐富了五軸并聯(lián)機(jī)床的結(jié)構(gòu)形式，為四、五自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的理論研究提供了機(jī)構(gòu)原型，并且該機(jī)床機(jī)構(gòu)完全可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有的六自由度并聯(lián)機(jī)床機(jī)構(gòu)所擁有的功能，利于推廣應(yīng)用。


圖1是具體實(shí)施方式
一的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是具體實(shí)施方式
二的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是具體實(shí)施方式
三的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式的五軸聯(lián)動(dòng)并串聯(lián)數(shù)控機(jī)床采用立式結(jié)構(gòu)，它包括機(jī)架1、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2和連桿，連桿為四根，四根連桿的一端都與機(jī)架1連接，四根連桿的另一端都與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2鉸接；所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2設(shè)置在機(jī)架1的下方，工作時(shí)，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2上安裝有用于加工的刀具；在所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2的下方還設(shè)有移動(dòng)工作臺(tái)4，被加工的工件固定在移動(dòng)工作臺(tái)4上。所述四根連桿與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2之間通過球鉸連接，球鉸可以實(shí)現(xiàn)連桿相對(duì)于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在各個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)，所述四個(gè)球鉸在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2的平面上間隔90度對(duì)稱布置，可以使運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2動(dòng)作時(shí)保持平衡。本實(shí)施方式的機(jī)架1上固定有相互平行的一組滑道，滑道為三條，三條滑道中有一條滑道上設(shè)有兩個(gè)滑塊，另外兩條滑道上分別設(shè)有一個(gè)滑塊，所述四根連桿即通過滑道和滑塊與機(jī)架1相連；所述四根連桿都為定長(zhǎng)連桿，其中兩根連桿通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)滑塊相連，另兩根連桿通過通過虎克鉸與另外兩個(gè)滑塊相連。
本實(shí)施方式的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，如圖建立坐標(biāo)系，Y軸沿相互平行的三根滑道的方向，X軸在滑道5-1、5-2、5-3所構(gòu)成的平面內(nèi)，Z軸垂直向上，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2通過四個(gè)定長(zhǎng)連桿3-1、3-2、3-3、3-4與機(jī)架1和滑道5-1、5-2、5-3所組成的固定臺(tái)相連接；其中連桿3-1、3-2的一端分別通過虎克鉸7-1、7-2與分別安裝在滑道5-3、5-1上的滑塊6-3、6-1相連，連桿3-3、3-4的一端分別通過轉(zhuǎn)動(dòng)副8-2、8-1與安裝在滑道5-2上的滑塊6-2、6-4相連(轉(zhuǎn)動(dòng)副8-1、8-2的軸線方向與X軸平行)，這四個(gè)連桿3-1、3-2、3-3、3-4的另一端分別通過球鉸10-1、10-3、10-2、10-4與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2相連。各滑塊和移動(dòng)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)分別由各自的驅(qū)動(dòng)器控制。移動(dòng)工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)器控制移動(dòng)工作臺(tái)4沿X軸方向運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)工作臺(tái)4安放在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2的下方，切削刀具安裝在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2上，被加工的工件安裝在移動(dòng)工作臺(tái)4上。機(jī)床工作時(shí)，通過四個(gè)滑塊沿各自滑道的往復(fù)移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2沿Y、Z軸的移動(dòng)運(yùn)動(dòng)和繞X、Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)移動(dòng)工作臺(tái)4可沿X軸方向移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)刀具對(duì)工件的加工，這樣該機(jī)床就具備了空間五自由度的加工能力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)空間復(fù)雜曲面零件的加工。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同之處在于，所述機(jī)架1上固定有滑道5，滑道5為一根，在滑道5上設(shè)有兩個(gè)滑塊；四根連桿中的兩根連桿為定長(zhǎng)連桿，兩根定長(zhǎng)連桿分別通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)滑塊連接；四根連桿中的另兩根連桿為伸縮連桿，伸縮連桿與機(jī)架1之間通過虎克鉸連接。
本實(shí)施方式的總體結(jié)構(gòu)如圖2所示，如圖建立坐標(biāo)系，Y軸沿滑道5的方向，X軸在滑道5與機(jī)架1的固定桿1-1、1-2所構(gòu)成的平面內(nèi)，Z軸垂直向上。運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2通過兩個(gè)定長(zhǎng)連桿3-1-1、3-1-2和兩個(gè)伸縮連桿3-2-1、3-2-2與機(jī)架1、機(jī)架1的固定桿1-1、1-2和滑道5所組成的固定臺(tái)相連接，其中定長(zhǎng)連桿3-1-1、3-1-2的一端分別通過轉(zhuǎn)動(dòng)副8-2、8-1與分別安裝在滑道5上的滑塊6-1、6-2相連(轉(zhuǎn)動(dòng)副8-2、8-1的軸線方向與X軸平行)，伸縮連桿3-2-1、3-2-2的一端分別通過虎克鉸7-1、7-2與機(jī)架1的固定桿1-1、1-2相連，這四個(gè)連桿3-1-1、3-1-2、3-2-1、3-2-2的另一端分別通過球鉸10-3、10-1、10-4、10-2與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2相連。滑塊6-1、滑塊6-2、伸縮連桿3-2-1、伸縮連桿3-2-2和移動(dòng)工作臺(tái)4的運(yùn)動(dòng)分別由各自的驅(qū)動(dòng)器控制。移動(dòng)工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)器控制移動(dòng)工作臺(tái)4可沿X軸方向運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)工作臺(tái)4安放在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2的下方，切削刀具安裝在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2上，被加工的工件安裝在移動(dòng)工作臺(tái)4上。機(jī)床工作時(shí)，通過滑塊6-1、6-2沿滑道5的往復(fù)移動(dòng)和連桿3-2-1、3-2-2的伸縮運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2沿Y、Z軸的移動(dòng)運(yùn)動(dòng)和繞X、Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)移動(dòng)工作臺(tái)4可沿X軸方向移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)刀具對(duì)工件的加工，這樣該機(jī)床就具備了空間五自由度的加工能力，可實(shí)現(xiàn)對(duì)空間復(fù)雜曲面零件的加工。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同之處在于，所述機(jī)架1上安裝有兩只曲柄，兩只曲柄分別與機(jī)架1通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接；四根連桿中的兩根連桿為定長(zhǎng)連桿，兩根定長(zhǎng)連桿分別與兩只曲柄通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接；四根連桿中的另兩根連桿為伸縮連桿，兩根伸縮連桿分別與機(jī)架1通過虎克鉸連接。
本實(shí)施方式的總體結(jié)構(gòu)如圖3所示，如圖建立坐標(biāo)系，X軸在機(jī)架1的固定桿1-1、1-2所構(gòu)成的平面內(nèi)，Z軸垂直向上，Y軸與機(jī)架1的固定桿1-1、1-2平行，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2通過“兩個(gè)定長(zhǎng)連桿3-1-1和3-1-2及兩個(gè)曲柄9-1、9-2”和“兩個(gè)伸縮連桿3-2-1、3-2-2”與“機(jī)架1及機(jī)架1的固定桿1-1、1-2所組成的固定臺(tái)”相連接，其中定長(zhǎng)連桿3-1-1和3-1-2的一端分別通過轉(zhuǎn)動(dòng)副8-4、8-3與曲柄9-1、9-2相連，曲柄9-1、9-2分別通過轉(zhuǎn)動(dòng)副8-2、8-1與固定臺(tái)相連接(轉(zhuǎn)動(dòng)副8-1、8-2、8-3、8-4的軸線方向與X軸平行)，伸縮連桿3-2-1、3-2-2的一端分別通過虎克鉸7-1、7-2與機(jī)架1的固定桿1-2、1-1相連，這四個(gè)連桿3-1-1、3-1-2、3-2-1、3-2-2的另一端分別通過球鉸10-1、10-2、10-3、10-4與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2相連。伸縮連桿3-2-1、伸縮連桿3-2-2、曲柄9-1、曲柄9-2和移動(dòng)工作臺(tái)4的運(yùn)動(dòng)分別由各自的驅(qū)動(dòng)器控制。移動(dòng)工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)器控制移動(dòng)工作臺(tái)可沿X軸方向運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)工作臺(tái)4安放在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2的下方，切削刀具安裝在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2上，被加工的工件安裝在移動(dòng)工作臺(tái)4上。機(jī)床工作時(shí)，通過曲柄9-1、9-2的擺動(dòng)和連桿3-2-1、3-2-2的伸縮運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2沿Y、Z軸的移動(dòng)運(yùn)動(dòng)和繞X、Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)移動(dòng)工作臺(tái)4可沿X軸方向移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)刀具對(duì)工件的加工，這樣該機(jī)床就具備了空間五自由度的加工能力，可實(shí)現(xiàn)對(duì)空間復(fù)雜曲面零件的加工。
權(quán)利要求
1.一種五軸聯(lián)動(dòng)并串聯(lián)數(shù)控機(jī)床，它包括連桿、機(jī)架(1)和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(2)，其特征在于連桿為四根，四根連桿的一端都與機(jī)架(1)連接，四根連桿的另一端都與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(2)鉸接；在所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(2)的下方還設(shè)有移動(dòng)工作臺(tái)(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五軸聯(lián)動(dòng)并串聯(lián)數(shù)控機(jī)床，其特征在于四根連桿與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(2)之間通過球鉸連接，且四個(gè)球鉸在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(2)的平面上間隔90度對(duì)稱布置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的五軸聯(lián)動(dòng)并串聯(lián)數(shù)控機(jī)床，其特征在于所述四根連桿都為定長(zhǎng)連桿，定長(zhǎng)連桿與機(jī)架(1)之間活動(dòng)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的五軸聯(lián)動(dòng)并串聯(lián)數(shù)控機(jī)床，其特征在于所述機(jī)架(1)上固定有相互平行的一組滑道，滑道上設(shè)有滑塊，所述連桿通過滑道和滑塊與機(jī)架(1)相連；其中兩根連桿通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)滑塊相連，另兩根連桿通過虎克鉸與另外兩個(gè)滑塊相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的五軸聯(lián)動(dòng)并串聯(lián)數(shù)控機(jī)床，其特征在于所述機(jī)架(1)上固定有滑道(5)，滑道(5)上設(shè)有兩個(gè)滑塊；四根連桿中的兩根連桿為定長(zhǎng)連桿，兩根定長(zhǎng)連桿分別與兩個(gè)滑塊之間通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接；四根連桿中的另兩根連桿為伸縮連桿，伸縮連桿與機(jī)架(1)之間通過虎克鉸連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的五軸聯(lián)動(dòng)并串聯(lián)數(shù)控機(jī)床，其特征在于所述機(jī)架(1)上安裝有兩只曲柄，兩只曲柄分別與機(jī)架(1)通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接；四根連桿中的兩根連桿為定長(zhǎng)連桿，兩根定長(zhǎng)連桿分別與兩只曲柄通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接；四根連桿中的另兩根連桿為伸縮連桿，兩根伸縮連桿分別與機(jī)架(1)通過虎克鉸連接。
全文摘要
五軸聯(lián)動(dòng)并串聯(lián)數(shù)控機(jī)床，涉及一種并聯(lián)機(jī)床。現(xiàn)有的利用六自由度并聯(lián)機(jī)床實(shí)現(xiàn)五軸運(yùn)動(dòng)存在成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的弊端。五軸聯(lián)動(dòng)并串聯(lián)數(shù)控機(jī)床，它包括機(jī)架(1)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(2)和連桿，連桿為四根，四根連桿的一端都與機(jī)架(1)連接，四根連桿的另一端都與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(2)鉸接；在所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(2)的下方還設(shè)有移動(dòng)工作臺(tái)(4)。本發(fā)明機(jī)床結(jié)構(gòu)對(duì)稱性好，具有較好的剛度、精度和動(dòng)態(tài)性能，運(yùn)動(dòng)參數(shù)不藕合，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、易制造；本發(fā)明不僅豐富了五軸并聯(lián)機(jī)床的結(jié)構(gòu)形式，為四、五自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的理論研究提供了機(jī)構(gòu)原型，并且該機(jī)床機(jī)構(gòu)完全可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有的六自由度并聯(lián)機(jī)床機(jī)構(gòu)所擁有的功能，利于推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)B23Q1/48GK1788929SQ20051012736
公開日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2005年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月20日
發(fā)明者傘紅軍, 王知行, 鐘詩(shī)勝, 劉文濤 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)