CN100579719C

CN100579719C - 一种多轴联动混联装置

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Publication number: CN100579719C
Application number: CN200810113768A
Authority: CN
Inventors: 刘辛军; 汪劲松; 谢福贵
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2008-05-30
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2028-05-30
Also published as: CN101279425A

Abstract

本发明属于数控装置制造领域，涉及一种多轴联动混联装置，该装置包括床身、动平台、安装主轴的关节型摆头、三条支链、安装被切削工件的工作台；该床身与工作台之间为移动副连接，该安装主轴的关节型摆头与动平台固定连接，该三条支链分别连接于该床身与动平台之间，与床身和动平台形成一个空间并联闭链机构，该空间并联闭链机构用于实现二维移动自由度，该工作台用于实现一到二维自由度，该关节型摆头用于实现零到二维自由度，该工作台、空间并联闭链机构与关节型摆头的复合运动，实现至少三轴的联动控制。该装置结构简单、布局合理、刚度高、易于控制、工作空间大、加工精度高和可实现立卧两用，可以满足对复杂曲面类零件的多轴联动数控加工要求。

Description

一种多轴联动混联装置

技术领域

本发明属于数控装置制造领域，涉及一种能够满足对复杂曲面类零件进行多轴联动数控加工的多轴联动混联装置。

背景技术

在数控装置制造领域，传统数控装置的机械结构大多采用串联式的连接方式，使得装置容易产生误差积累，整体刚度不高，加工精度较低。上世纪90年代，并联装置的诞生让人们看到了数控装置的希望。并联装置具有结构简单、刚度高、无误差积累、运动部件质量小、易于实现高速运动等优点，在一定程度上弥补了传统数控装置的不足。然而，并联装置也有其天生的缺陷，尤其是6自由度并联装置，运动耦合性强、工作空间小、数控编程复杂等缺点使得并联装置的推广应用受到了较大程度的限制。近年来，少自由度并联装置越来越受到研究者的重视和青睐，而且一些少自由度并联装置得到了成功应用。

为了满足对被加工零件日益复杂和特殊的加工要求，数控装置的加工性能也需要日益提高。混联装置较好地综合了传统装置和并联装置的优点，此类产品在制造领域中更具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多轴联动混联装置，该装置具有结构简单、布局合理、刚度高、易于控制、工作空间大、加工精度高和可实现立卧两用等优点，综合了串联式和并联式装置的优势，可以满足对复杂曲面类零件的多轴联动数控加工要求。

本发明提出的一种多轴联动混联装置，包括床身、安装被切削工件的工作台、安装主轴的关节型摆头、动平台、第一条支链、第二条支链；该床身与工作台通过移动副连接，该安装主轴的关节型摆头与动平台固定连接，该第一、第二条支链分别连接于该床身与动平台之间；其特征在于，该装置还包括第三条支链，该第三条支链连接于该床身与动平台之间，所述第一、第二、第三条支链分别与床身、动平台连接形成一个空间并联闭链机构，该空间并联闭链机构用于实现二维移动自由度，该安装被切削工件的工作台用于实现一到二维自由度，该关节型摆头用于实现零到二维自由度，该工作台、空间并联闭链机构与关节型摆头的复合运动，实现至少三轴的联动控制。

所述第一、第二条支链包括设置在床身上的对称布置的两根立柱、滑块、连杆、运动副及固定连接有关节型摆头的动平台。所述运动副有三个，一个是连接于该立柱与滑块之间移动副，一个是连接于该滑块与连杆之间转动副，另一个是连接于该连杆与动平台之间转动副，该支链为PRR型运动支链。

所述第一、第二条支链包括设置在床身上的对称布置的两根立柱、伸缩内杆、伸缩外杆、运动副及固定连接有关节型摆头的动平台。所述运动副有三个，一个是连接于该立柱与伸缩外杆之间转动副，一个是连接于该伸缩外杆与伸缩内杆之间移动副，另一个是连接于该伸缩内杆与动平台之间转动副，该支链为RPR型运动支链。

所述第三支链包括床身、四个连杆、连接体及该动平台，该床身、四个连杆、连接体及动平台依次通过转动副首尾相连形成两个平行四边形机构，该第三支链为该两个平行四边形机构串联而成的运动支链。

所述第三支链包括床身、两个连杆、该动平台及一个移动滑块机构，该移动滑块机构包括滑块、床身与连接于该滑块与床身之间的移动副，该滑块、两个连杆及动平台依次通过转动副首尾相连形成一个平行四边形机构，该第三支链为该移动滑块机构和平行四边形机构串联而成的运动支链。

本发明的特点及技术效果

本发明的多轴联动混联装置的空间并联闭链机构可实现二维移动自由度，其第一、第二支链可以是PRR(P为移动副、R为转动副)型或RPR型运动支链，其第三支链是由四个连杆及连接体依次通过转动副首尾相连的两个平行四边形机构串联而成的运动支链，或者是由一个移动滑块机构和一个平行四边形机构串联而成的运动支链，以限制动平台的转动和增强动平台刚度。通过工作台、动平台以及关节型摆头的复合运动，该装置可实现至少三轴的联动控制运动。

该机床具有以下优点：(1)结构简单；(2)刚度高；(3)数控编程简便；(4)机床体积工作空间比较小；(5)可实现立卧两用。这些优点使该机构更易于设计和控制，其灵活性更好，加工精度更高，可以满足对复杂曲面类零件的多轴联动数控加工要求。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例2的结构示意图。

图3为本发明实施例3的结构示意图。

图4为本发明实施例4的结构示意图。

图5为本发明实施例5的结构示意图。

图6为本发明实施例6的结构示意图。

图7为本发明实施例7的结构示意图。

图8为本发明实施例8的结构示意图。

图9为本发明第三支链结构示意图。

具体实施方式

本发明的多轴联动混联装置结合附图及实施例详细说明如下：

实施例1

本实施例多轴混联装置的结构如图1所示，其中图1(a)为前视图，图1(b)为后视图，包括床身11、动平台110、安装主轴的关节型摆头111、安装被切削工件14的工作台13、设置在床身上的对称布置的并通过水平连接体19连接的两根立柱15、114及第一、第二、第三条支链，所述三条支链分别连接于该立柱15、114、床身11与该动平台110之间，并与该立柱15、114、床身11、该动平台110形成空间并联闭链机构，该工作台13通过滚珠丝杠副由伺服电机12驱动。

所述第一、第二条支链为PRR型运动支链，包括该两根立柱15、114、在该立柱导轨上作直线运动的滑块16、滑块115、连杆17、连杆112、运动副、关节型摆头111、动平台110；该滑块16、115分别由安装在各立柱内的伺服电机18、113通过滚珠丝杠副驱动，该关节型摆头111水平放置与该动平台110固定连接，形成卧式结构，所述运动副有三个，一个是连接于该立柱与滑块16、115之间移动副，一个是连接于该滑块16、115与连杆17、112之间转动副，另一个是连接于该连杆17、112与动平台110之间转动副。

所述第三支链包括该床身、连杆117、118、119、120、连接体116及该动平台，依次通过转动副首尾相连形成两个平行四边形机构串联的运动支链，该第三支链连接于该动平台与该床身之间；该第三支链是随动支链，用以限制动平台的转动和增强动平台刚度；该空间并联闭链机构具有y、z方向的移动自由度；该工作台13具有沿x轴的移动自由度；关节型摆头111实现转动自由度为零；通过该工作台、动平台以及关节型摆头的复合运动，该装置实现卧式三轴联动控制运动。

实施例2

本实施例多轴混联装置的结构如图2所示，该装置与实施例1的不同之处是，工作台由绕z轴转动的平台221和沿x轴移动的平台222构成，平台221由伺服电机223驱动。该工作台具有沿x轴的移动自由度与绕z轴的转动自由度。本实施例的其它结构和工作过程与实施例1相同。该装置实现卧式四轴联动控制运动。

实施例3

本实施例多轴混联装置的结构如图3所示，该装置与实施例1的不同之处是，所述第三支链通过床身的竖直外延32和水平外延31与动平台相连，关节型摆头33竖直放置，与该动平台固定连接，形成立式结构。本实施例的其它结构和工作过程与实施例1相同。该装置可实现立式三轴联动控制。

实施例4

本实施例多轴混联装置的结构如图4所示，该装置是在实施例3的基础上，关节型摆头44采用A/C主轴头，该主轴头实现绕z轴的转动自由度和绕平行于平面xoy的轴的转动自由度，即该关节型摆头44实现两个转动自由度。本实施例的其它结构和工作过程与实施例3相同。该装置实现立式五轴联动控制运动。

实施例5

本实施例多轴混联装置的结构如图5所示，该装置与实施例1的不同之处是，所述第一、二支链由RPR型支链代替，其中伸缩外杆52与伸缩内杆53之间的移动副为主动驱动，立柱51与伸缩外杆52通过转动副相连，伸缩内杆53与动平台通过转动副相连。

实施例6

本实施例新型多轴混联装置的结构如图6所示，该装置与实施例2的不同之处是，所述第一、二支链由RPR型支链代替，其中伸缩外杆62与伸缩内杆63之间的移动副为主动驱动，立柱61与伸缩外杆62通过转动副相连，伸缩内杆63与动平台通过转动副相连。

实施例7

本实施例新型多轴混联装置的结构如图7所示，该装置与实施例3的不同之处是，所述第一、二支链由RPR型支链代替，其中伸缩外杆72与伸缩内杆73之间的移动副为主动驱动，立柱71与伸缩外杆72通过转动副相连，伸缩内杆73与动平台通过转动副相连。

实施例8

本实施例新型多轴混联装置的结构如图8所示，该装置与实施例4的不同之处是，所述第一、二支链由RPR型支链代替，其中伸缩外杆82与伸缩内杆83之间的移动副为主动驱动，立柱81与伸缩外杆82通过转动副相连，伸缩内杆83与动平台通过转动副相连。

以上各实施例所述第三支链的结构，也可由图9所示的移动滑块机构和平行四边形机构串联而成的运动支链实现，该支链包括床身95、两个连杆92、93、动平台91及一个移动滑块机构，该移动滑块机构包括滑块94与床身95，该滑块94与床身95通过移动副连接，两个连杆92、93及动平台91依次通过转动副首尾相连形成一个平行四边形机构。

Claims

1、一种多轴联动混联装置，该装置包括床身、安装被切削工件的工作台、安装主轴的关节型摆头、动平台、第一条支链、第二条支链；该床身与工作台通过移动副连接，该安装主轴的关节型摆头与动平台固定连接，该第一、第二条支链分别连接于该床身与动平台之间；其特征在于，该装置还包括第三条支链，该第三条支链连接于该床身与动平台之间，所述第一、第二、第三条支链分别与床身、动平台连接形成一个空间并联闭链机构，该空间并联闭链机构用于实现二维移动自由度，该安装被切削工件的工作台用于实现一到二维自由度，该关节型摆头用于实现零到二维自由度，该工作台、空间并联闭链机构与关节型摆头的复合运动，实现至少三轴的联动控制。

2、如权利要求1所述的多轴联动混联装置，其特征在于，所述第一、第二条支链包括设置在床身上的对称布置的两根立柱、滑块、连杆、运动副；所述运动副有三个，一个是连接于该立柱与滑块之间移动副，一个是连接于该滑块与连杆之间转动副，另一个是连接于该连杆与动平台之间转动副，该支链为PRR型运动支链。

3、如权利要求1所述的多轴联动混联装置，其特征在于，所述第一、第二条支链包括设置在床身上的对称布置的两根立柱、伸缩内杆、伸缩外杆、运动副；所述运动副有三个，一个是连接于该立柱与伸缩外杆之间转动副，一个是连接于该伸缩外杆与伸缩内杆之间移动副，另一个是连接于该伸缩内杆与动平台之间转动副，该支链为RPR型运动支链。

4、如权利要求1所述的多轴联动混联装置，其特征在于，所述第三条支链包括四个连杆、连接体，所述床身、四个连杆、连接体及动平台依次通过转动副首尾相连形成两个平行四边形机构，该第三条支链为该两个平行四边形机构串联而成的运动支链。

5、如权利要求1所述的多轴联动混联装置，其特征在于，所述第三条支链包括两个连杆及一个移动滑块机构，该移动滑块机构包括滑块与连接于该滑块和床身之间的移动副，该滑块、两个连杆及动平台依次通过转动副首尾相连形成一个平行四边形机构，该第三条支链为该移动滑块机构和平行四边形机构串联而成的运动支链。