CN101347903B - 一种混联式平面少自由度虚拟轴机床 - Google Patents
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Abstract
一种混联式平面少自由度虚拟轴机床，属于机械制造技术领域。混联式平面少自由度虚拟轴机床的主体结构一般包括：一个定平台、一个AC轴、一个动平台、四个连接支链、两个滑座和两个立柱。此类机床的并联部分具有平面内的两个平动自由度，串联部分(即AC轴)具有空间内的两个转动自由度。为使得此类机床能够成功应用于加工产业，需改进其结构的相对薄弱环节，即非平面方向静刚度。本发明利用四个连杆对连接支链进行加固，增强其整体性，以提高机床的整体静刚度，尤其是非平面方向静刚度。本发明可在较大程度上提高此类机床的非平面方向静刚度，且具有运动质量小、制造成本低及易于维护保养等特点。
Description
技术领域
本发明属于机械制造领域，涉及一种可对大型工件进行复杂曲面加工的混联式平面少自由度虚拟轴机床。
背景技术
虚拟轴机床是近年来世界范围内机床制造业的研究热点。为克服传统六自由度虚拟轴机床的工作空间小、加工精度差及运动学设计复杂等缺点，人们逐渐开始选择少自由度虚拟轴机床用于加工产业。其中基于平面两自由度并联机构的平面少自由度虚拟轴机床得到广泛重视和应用，相关厂商已开发了若干台可用于实际生产的样机。
此类机床可实现平面内的两个平动自由度，如图1所示，四个连接支链分别与滑座8、动平台3以转动副连接，滑座8(左右各1个滑座)在滚珠丝杠副的驱动下，可沿滚动直线导轨副实现在z方向的平动，因此动平台3可实现平面yOz内的两个平动自由度。此类机床亦可实现空间内的两个转动自由度，如图1所示，在动平台3的底部串联AC轴2，可实现绕x、z轴的转动。若配合工作台的x方向(非平面方向)进给运动，此类机床可实现五轴联动加工。
上述机床采用混联结构实现平面内的平动及空间内的转动自由度，具有工作空间大、运动学设计简单、对零部件精度要求低等特点，且由于位置正解存在解析解，故为数控编程和误差补偿提供了极大方便。
静刚度是评价机床加工性能的重要指标之一，会严重影响机床的精度、抗振、加工效率及发热等各方面性能。根据设计及实践经验，此类机床的非平面方向(x方向)静刚度相对较弱，不仅显著低于其它方向静刚度，也低于传统串联龙门铣床的最小静刚度，这显然是实现产业化的瓶颈之一，因此在此类机床的设计中应致力于提高非平面方向静刚度。
发明内容
本发明的目的在于克服混联式平面少自由度虚拟轴机床的非平面方向静刚度相对较弱的缺点，利用四个连杆对机床结构进行加固，从而达到提高此类机床非平面方向静刚度的目的。本发明的技术方案如下：
一种混联式平面少自由度虚拟轴机床，该机床结构包括AC轴2，动平台3，动平台支撑架12，立柱9，位于动平台一侧且上下布置的第一连接支链4和第二连接支链5，以及位于动平台另一侧且上下布置的第三连接支链6和第四连接支链7；所述的第一连接支链、第二连接支链、第三连接支链和第四连接支链的一端分别通过转动副与设置在立柱上的滑座8进行铰接，另一端分别通过转动副与动平台进行铰接；动平台支撑架12固定安装于动平台的顶部。其特征在于，在第一连接支链与第二连接支链的前面和后面分别设置第一连杆10与第二连杆13，第一连杆与第二连杆对称布置；第一连杆的一端与第一连接支链以转动副相连，另一端与第二连接支链以转动副相连；在第三连接支链与第四连接支链的前面和后面分别设置第三连杆11与第四连杆14，第三连杆与第四连杆对称布置；第三连杆的一端与第三连接支链以转动副相连，另一端与第四连接支链以转动副相连；各连杆与所对应的连接支链之间的转动副距该连接支链顶端的距离均相等。
本发明的技术特征还在于：所述的第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆与所对应的连接支链之间的转动副距该连接支链顶端的距离等于连接支链总长度的1/3。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：
本发明具有结构简单、易于加工、易于安装维护和低运动质量等特点，且将质量较小的连杆作为运动部件，这样的配置使得机床的运动质量不会因为本发明而显著增大。根据有限元仿真计算可知，本发明使得此类机床的相对薄弱环节，即非平面方向静刚度提高30％左右，技术效果非常显著。
附图说明
图1为现有技术中一种混联式平面少自由度虚拟轴机床的结构示意图。
图2为本发明提供的混联式平面少自由度虚拟轴机床的结构示意图。
图3为图2的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的原理、结构及具体实施方式作进一步的说明。
图2为本发明提供的混联式平面少自由度虚拟轴机床的结构示意图。该机床包括AC轴2，动平台3，动平台支撑架12，立柱9，位于动平台一侧且上下布置的第一连接支链4和第二连接支链5，以及位于动平台另一侧且上下布置的第三连接支链6和第四连接支链7；所述的第一连接支链、第二连接支链、第三连接支链和第四连接支链的一端分别通过转动副与设置在立柱9上的滑座8进行铰接，第一连接支链、第二连接支链、第三连接支链和第四连接支链的另一端分别通过转动副与动平台3进行铰接；动平台支撑架12固定安装于动平台的顶部。在第一连接支链与第二连接支链的前面和后面分别设置第一连杆10与第二连杆13，第一连杆与第二连杆对称布置；第一连杆的一端与第一连接支链以转动副A相连，另一端与第二连接支链以转动副B相连；在第三连接支链与第四连接支链的前面和后面分别设置第三连杆11与第四连杆14，第三连杆与第四连杆对称布置；第三连杆的一端与第三连接支链以转动副C相连，另一端与第四连接支链以转动副D相连。各连杆与所对应的连接支链之间的转动副距该连接支链顶端的距离均相等。转动副A、转动副B、转动副C及转动副D距所对应的连接支链上端部的距离最好等于连接支链总长度的1/3。
本发明使得此类机床的同侧上、下两个连接支链的整体性增强，机床抵抗非平面方向静态载荷的能力增强，从而改进了此类机床的相对薄弱环节。
Claims (2)
1.一种混联式平面少自由度虚拟轴机床，该机床包括AC轴(2)，动平台(3)，动平台支撑架(12)，立柱(9)，位于动平台一侧且上下布置的第一连接支链(4)和第二连接支链(5)，以及位于动平台另一侧且上下布置的第三连接支链(6)和第四连接支链(7)；所述的第一连接支链、第二连接支链、第三连接支链和第四连接支链的一端分别通过转动副与设置在立柱上的滑座(8)进行铰接，另一端分别通过转动副与动平台进行铰接；动平台支撑架(12)固定安装于动平台的顶部，其特征在于：在第一连接支链与第二连接支链的前面和后面分别设置第一连杆(10)与第二连杆(13)，第一连杆与第二连杆对称布置；第一连杆的一端与第一连接支链以转动副相连，另一端与第二连接支链以转动副相连；在第三连接支链与第四连接支链的前面和后面分别设置第三连杆(11)与第四连杆(14)，第三连杆与第四连杆对称布置；第三连杆的一端与第三连接支链以转动副相连，另一端与第四连接支链以转动副相连；各连杆与所对应的连接支链之间的转动副距该连接支链顶端的距离均相等。
2.按照权利要求1所述的一种混联式平面少自由度虚拟轴机床，其特征在于：所述的第一连杆(10)、第二连杆(13)、第三连杆(11)和第四连杆(14)与所对应的连接支链之间的转动副距该连接支链顶端的距离等于连接支链总长度的1/3。
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