專利名稱：一種并聯(lián)式三軸主軸頭結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械制造領(lǐng)域，涉及一種既能獨(dú)立工作又能配合其它裝置進(jìn)行復(fù)合加工的并聯(lián)式三軸主軸頭結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前，大量的多功能銑床均安裝有一個可以實現(xiàn)連續(xù)回轉(zhuǎn)的兩軸主軸頭，這些主軸頭多采用雙擺角或者叉形頭的串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，如專利ZL03278067.2描述了一種A/C軸主軸頭以及專利US 3483796提出的一種叉行頭主軸頭等。這些主軸頭往往傳動系統(tǒng)復(fù)雜、結(jié)構(gòu)龐大、運(yùn)動質(zhì)量大，而且難以安裝，制造成本高，維護(hù)費(fèi)用也較高。
近十年來，國際上出現(xiàn)了一種新概念機(jī)床—并聯(lián)機(jī)床。在1994年芝加哥國際制造技術(shù)展覽會(IMTS’94)上，美國積仃斯與萊威斯(Giddings&Lewis)公司和因閣塞耳(Ingersoll)公司第一次在世界上展出了VARIAX和HOH600并聯(lián)機(jī)床。該并聯(lián)機(jī)床的機(jī)構(gòu)如圖3所示，它包括定平臺15、動平臺17、固定在動平臺17上的主軸頭16、以及6個相同的支鏈，其中每個支鏈均包括球鉸鏈18、20和移動副19，球鉸鏈18與動平臺17相連接，而球鉸鏈20與定平臺15相連接。該機(jī)構(gòu)具有6個自由度，通過驅(qū)動6個支鏈上的6個移動副來實現(xiàn)動平臺15的位姿。
上述機(jī)床采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動數(shù)控加工、裝配和測量等多種功能，具有模塊化程度高、運(yùn)動部件質(zhì)量輕、精度高，響應(yīng)快，制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)機(jī)床相比，虛擬軸機(jī)床因采用了刀具運(yùn)動的形式，從而改善了其速度、加速度、精度和剛度等性能。但是在實際的應(yīng)用中，往往不需要用6自由度機(jī)構(gòu)，3自由度機(jī)構(gòu)就能滿足要求。與此同時，減少機(jī)構(gòu)的自由度能降低機(jī)構(gòu)的制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有串聯(lián)式主軸頭結(jié)構(gòu)的不足，利用并聯(lián)機(jī)床的結(jié)構(gòu)原理，提供一種并聯(lián)式三軸主軸頭結(jié)構(gòu)，這種主軸頭既能獨(dú)立工作又能配合其它裝置進(jìn)行復(fù)合加工；且具有高剛度，低運(yùn)動質(zhì)量，高動態(tài)性能，構(gòu)造簡單，相同零件數(shù)量多，成本低，易制造以及沿移動方向等特點(diǎn)。
本發(fā)明提出的一種并聯(lián)式三軸主軸頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，該結(jié)構(gòu)包括主軸、一個動平臺、一個定平臺，以及連接所述動平臺和定平臺的三個相同的分支，該主軸固接在動平臺上；其中，所述的三個分支中，每個分支均包括一個輸入桿件、與所述動平臺連接的多自由度鉸鏈，以及兩個運(yùn)動副，一個運(yùn)動副是連接于所述輸入桿件與定平臺之間的運(yùn)動副a，另一個運(yùn)動副是連接于所述輸入桿件與多自由度鉸鏈之間的運(yùn)動副b，所述運(yùn)動副a具有一個自由度且是驅(qū)動的，所述運(yùn)動副b具有一個或兩個自由度且是被動的。
本發(fā)明的特點(diǎn)及技術(shù)效果本發(fā)明的動平臺或者主軸具有三個獨(dú)立的自由度，以及相對于定平臺的三個伴隨運(yùn)動。結(jié)構(gòu)的伴隨運(yùn)動可以用兩個轉(zhuǎn)動自由度來描述。另外，由于本發(fā)明結(jié)構(gòu)具有對稱性，設(shè)計參數(shù)只需要確定動平臺和定平臺的大小即可。
該主軸頭結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)結(jié)構(gòu)簡單；(2)設(shè)計參數(shù)少；(3)剛度高。這些優(yōu)點(diǎn)使該機(jī)構(gòu)更易于設(shè)計，其靈活度更好。


圖1是本發(fā)明并聯(lián)三軸主軸頭結(jié)構(gòu)第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明并聯(lián)三軸主軸頭結(jié)構(gòu)第二實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是已有技術(shù)的六軸并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的并聯(lián)式三軸主軸頭結(jié)構(gòu)結(jié)合附圖及實施例詳細(xì)說明如下本發(fā)明并聯(lián)三軸主軸頭結(jié)構(gòu)的第一實施例如圖1所示，該結(jié)構(gòu)包括主軸、一個動平臺、一個定平臺，以及連接所述動平臺和定平臺的三個相同的分支，主軸固接在動平臺上；其中，動平臺和定平臺的形狀均為正三角形；每個分支均含有一個輸入桿件2、一個移動副6、一個圓柱副7以及一個萬向鉸鏈3，故可將該機(jī)構(gòu)簡稱為3-PCU機(jī)構(gòu)。其連接關(guān)系為動平臺4，該動平臺的三個頂點(diǎn)分別通過三個相同的分支與定平臺1的三個頂點(diǎn)相連接。分支中連接動平臺的一端是萬向鉸鏈3；輸入桿件2通過圓柱副7(是被動的)與萬向鉸鏈3(是被動的)相連接；而定平臺1與輸入桿件2通過一個移動副6(是驅(qū)動的)相連接。主軸5固接在動平臺上，該機(jī)構(gòu)通過驅(qū)動每個分支中的一個移動副6來實現(xiàn)主軸5的位姿改變。
本發(fā)明并聯(lián)三軸主軸頭結(jié)構(gòu)的第二實施例如圖2所示，該結(jié)構(gòu)包括主軸、一個動平臺、一個定平臺，以及連接所述動平臺和定平臺的三個相同的分支；其中，動平臺和定平臺的形狀均為正三角形，每個分支均含有一個輸入桿件、含有兩個移動副和一個球鉸鏈，故可將該機(jī)構(gòu)簡稱為3-PPS機(jī)構(gòu)。其連接關(guān)系為動平臺11的三個頂點(diǎn)通過三個相同的分支與定平臺8的三個頂點(diǎn)相連接。分支中連接動平臺的一端是球鉸鏈10(是被動的)；球鉸鏈10通過移動副14(是被動的)與輸入桿件9間接連接；而定平臺8與輸入桿件9則通過一個移動副13相連接。主軸12固接在動平臺上，該機(jī)構(gòu)通過驅(qū)動每個分支中定平臺與輸入桿件之間的移動副13(是驅(qū)動的)來實現(xiàn)主軸10的位姿改變。
在上述實施例中，分支中的球鉸鏈10與輸入桿件9也可以是直接相連，間接相連除實施例所述的是球鉸鏈10先通過桿件和移動副14連接，移動副14再與輸入桿件9相連接，還可以是球鉸鏈通過其它運(yùn)動副和桿件與輸入桿件連接，應(yīng)作廣義的理解。
權(quán)利要求
1.一種并聯(lián)式三軸主軸頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，該結(jié)構(gòu)包括主軸、一個動平臺、一個定平臺，以及連接所述動平臺和定平臺的三個相同的分支，該主軸固接在動平臺上；其中，所述的三個分支中，每個分支均包括一個輸入桿件、一個與所述動平臺連接的多自由度鉸鏈，以及兩個運(yùn)動副，一個運(yùn)動副是連接于所述輸入桿件與定平臺之間的運(yùn)動副a，另一個運(yùn)動副是連接于所述輸入桿件與多自由度鉸鏈之間的運(yùn)動副b，所述運(yùn)動副a具有一個自由度且是驅(qū)動的，所述運(yùn)動副b具有一個或兩個自由度且是被動的。
2.如權(quán)利要求1所述的并聯(lián)式三軸主軸頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的動平臺和定平臺均為正三角形，該動平臺的三個頂點(diǎn)分別通過所述三個相同的分支與該定平臺的三個頂點(diǎn)相連接。
3.如權(quán)利要求1所述的并聯(lián)式三軸主軸頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述輸入桿件與定平臺之間的運(yùn)動副a為移動副；所述輸入桿件與多自由度鉸鏈之間的運(yùn)動副b為移動副或圓柱副。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種并聯(lián)式三軸主軸頭結(jié)構(gòu)，屬于機(jī)械制造領(lǐng)域。該結(jié)構(gòu)包括主軸、一個動平臺、一個定平臺，以及連接動平臺和定平臺的三個相同的分支，主軸固接在動平臺上；其中，所述的三個分支中，每個分支均包括一個輸入桿件、一個與動平臺連接的多自由度鉸鏈，以及兩個運(yùn)動副，一個運(yùn)動副是連接于輸入桿件與定平臺之間的運(yùn)動副a，另一個運(yùn)動副是連接于輸入桿件與多自由度鉸鏈之間的運(yùn)動副b，運(yùn)動副a具有一個自由度且是驅(qū)動的，運(yùn)動副b具有一個或兩個自由度且是被動的。本發(fā)明既能獨(dú)立工作又能配合其它裝置進(jìn)行復(fù)合加工；且具有高剛度，低運(yùn)動質(zhì)量，高動態(tài)性能，構(gòu)造簡單，相同零件數(shù)量多，成本低，易制造以及沿移動方向等特點(diǎn)。
文檔編號B23Q1/25GK1986148SQ20061016557
公開日2007年6月27日 申請日期2006年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日
發(fā)明者劉辛軍, 汪勁松, 吳超, 王立平, 李鐵民 申請人:清華大學(xué)