CN101480734B - 具有热位移约束滚滑回转结合部宏微驱动的复合加工中心 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有热位移约束滚滑回转结合部宏微驱动的复合加工中心，由床身、立柱、横梁、X轴部件、摆动轴B轴部件、回转轴C轴部件、二轴并联机构、铣削电主轴、Y轴部件、Z轴部件及研抛电主轴组成，二轴并联机构采用双驱动实现虚拟轴W轴和V轴运动；宏微驱动的宏动台和微动台之间采用微驱动致动器变形导轨；X轴部件、Y轴部件及二轴并联机构移动副的滑座采用由铸铁工作滑座、热位移约束结合部及花岗岩支承滑座组成的复合滑座；B轴和C轴回转运动轴及二轴并联机构的转动副均采用滚滑回转结合部机构。本发明复合加工中心具有直接对淬硬零件的复杂型面进行X、B、C、V、W五轴联动高速铣削和X、B、C、Y、Z五轴联动高精度研抛的复合加工功能。

Description

具有热位移约束滚滑回转结合部宏微驱动的复合加工中心 

技术领域

本发明属于精密机床技术领域，涉及一种高速精密数控机床，具体涉及一种具有热位移约束滚滑回转结合部宏微驱动的复合加工中心。 

背景技术

传统的机床采用完全串联原理，优点是作业空间大、机床运动算法简单。其缺点是各轴的运动误差累加、悬臂结构刚度弱、运动质量大、进给速度不能太高。完全并联原理机床，优点是运动件质量小、速度快、比刚度高、运动误差不累加；其缺点是作业空间小、运动算法复杂。将串联和并联原理结合起来兼具二者优点的混联原理机床是非常具有实用价值的新型数控机床，因此各国竞相进行研究和开发。例如，美国开发的五轴混联原理数控铣床(三轴并联和二轴串联)，德国阿亨工业大学开发的三轴加工中心(二轴并联，一轴串联)等各种类型的混联原理数控机床。二轴、三轴并联机构属于少自由度并联机构，少自由度并联机构的优点：①保持了完全并联机构速度高的特点，②少自由度并联机构与完全并联机构相比，作业空间增大，③原理上讲，并联机构各个分支运动误差不累加，精度高，但由于并联机构的被动关节(被动运动副)多，出于设计和制造的原因，实际实施时往往达不到原理上的高精度，少自由度并联机构与六自由度完全并联机构相比，被动关节少，精度相对较高。少自由度并联机构的缺点：与完全并联机构相比，机构受力状况变差。 

复合加工机床具有多种加工功能，可将一个工件的多道加工工序甚至全部工序集中在一台机床上进行，使工件的加工过程集约化。减少了工件的安 装定位次数，使得工件的安装定位误差减小；同时减少了分工序加工所用的工装夹具数量，进而使得准备工装的时间及成本减小；并减少了因工序转换所需的等待、上下料及装夹等辅助时间，提高生产率；使物流系统缩短，大大减少加工系统的物流装备数目及占地面积。由于多功能复合加工机床具有上述优点，国内外竞相研究开发。例如日本森精机制作所开发的以车削功能为主，兼有铣削功能的5LC型数控复合车床，意大利Mandelli公司开发的Mandelli 800U型卧式加工中心，除铣削功能外，还具有车削功能，是一台以铣削为基础的铣车复合加工机床。 

常规切削加工不能加工经淬火的淬硬工件，其加工路线是：切削加工→淬火→磨削加工(或研磨或电火加工)。高速电主轴、高速进给系统(主要方式并联机构、直线电机、高速滚珠丝杠)及高速CNC控制系统等技术的发展为高速加工创造了功能部件条件；新型刀具的出现为切削加工硬度大于50HRC的淬硬工件创造了工具条件。高速切削加工和常规切削加工相比，主要特点是：切削加工效率高、切削力降低，可减少工件的加工变形、切削热对被加工工件的影响小、加工过程平稳、振动较小；高速切削加工还可进行淬硬及难加工材料零件的精密切削加工。故高速切削加工可实现淬硬零件的高精度、低粗糙度切削加工。 

高速、高精度和高效率的“三高”加工是对未来机械加工的主要要求，复合加工技术是未来机械加工的发展方向。将复合加工和高速切削加工相结合的高速精密复合加工机床的开发越来越引起人们的关注。在回转类零件加工方面，出现了车磨加工中心，如瑞士MAGERLE公司的MGR立式车磨复合加工机床，机床上方配有多个磨头和一个车刀架，可以对淬硬及难加工材料零件进行精车和磨削。在非回转类零件加工方面，例如复杂型面模具加工，传统的模具加工路线是在退火阶段进行铣削加工，然后淬硬，再进行电火加工、磨削和研磨等工序加工。采用高速切削加工后可以直接对淬硬及难加工 材料零件进行高速铣削加工、磨削等复合加工。Maegerle公司的MFP050型机床是一台磨削中心和加工中心高度合一的复合机床，一次装卡可完成车、铣、磨等工序。将高速铣削与研抛加工复合进行，省去了模具加工的电火花加工和磨削加工工序，对于实现高精度和高效率的模具加工是非常值得期待的、具有十分重要的意义。 

采用微驱动进给机构可以实现精密、超精密加工，微驱动进给已经用于车刀、镗刀及砂轮的微进给，进行二维回转表面加工。宏微驱动系统的微动滑台是工作滑台，其上将安装工件或其他功能部件，微动滑台的导向精度直接影响宏微驱动精密进给系统的导向精度和运动精度。对小尺度、二维、只在运动方向承受通过致动器中心线载荷的微动滑台，如微动滑台沿Z轴运动，载荷只有通过致动器中心线沿Z轴方向的力F_Z，或除了力F_Z外，还有沿Y轴方向的横向力F_Y，绕X轴的力矩M_X的轻微载荷，F_Z、F_Y及M_X为ZY平面内的平面载荷。对于上述情况，微动滑台只需利用二维平面(ZY平面)内的柔性铰链机构确定其相对宏动滑台位姿，不需为微动滑台另设导轨。而关于中大型精密、超精密加工机床，安装工件或主轴头的微动滑台，一般为大尺度，承受三维空间的全载荷(即有载荷F_Z、F_Y、F_x及M_X、M_X、M_X)，且全载荷为较大的载荷。全载荷为较大的载荷的原因是，虽然微进给运动的行程小，但微动滑台的尺度却可以非常悬殊，如中大型工作滑台长度可达几百mm～几千mm，虽然精密、超精密加工的切削载荷不大，但三维空间的切削载荷折算到微动滑台承受的力矩较大。对于上述情况，若微动滑台利用二维平面柔性铰链机构确定其相对宏动滑台位姿，微动滑台无法承受大载荷、全载荷；导向精度无法保证；用于微驱动的致动器受力状况恶劣，影响致动器的工作性能甚至导致损坏；运动精度也将受影响。因此解决大尺度、全载荷宏微驱动精密进给系统的导轨问题成为实现进给精度高、导向精度高、承载能力强的宏微驱动进给系统的关键技术。 

花岗岩材料热膨胀系数小，复杂形状不易加工。三坐标测量机的结构件可以全部采用花岗岩材料，但对具有动态变化切削载荷的多轴(如5轴)联动的精密、超精密数控机床很难全部采用花岗岩结构，一般支承件采用花岗岩结构，执行部件(移动、回转工作台)采用金属结构。花岗岩与金属材料热膨胀系数相差很大(2～3倍)，因此解决花岗岩构件与金属构件连接结合部的热特性问题是精密、超精密数控机床的关键技术。 

发明内容

本发明的目的是提供一种具有热位移约束滚滑回转结合部宏微驱动的复合加工中心，集成并联机构高速进给和串联机构回转范围大的特点，可进行淬硬零件复杂型面高速铣削和高精度研抛加工。 

本发明所采用的技术方案是，一种具有热位移约束滚滑回转结合部宏微驱动的复合加工中心，包括床身，床身的顶面并排竖直设置有两个立柱，两个立柱的顶面固接有横梁，床身的顶面、两个立柱之间设置有X轴部件，X轴部件上设置有摆动轴B轴部件，摆动轴B轴部件上设置有回转轴C轴部件，X轴部件导轨的长度方向与横梁的长度方向垂直，沿横梁长度方向、横梁两侧分别设置有Y轴部件和二轴并联机构，Y轴部件与竖直设置的Z轴部件相连接，Z轴部件固接有研抛电主轴组件，二轴并联机构固定连接有铣削电主轴组件，X轴部件、摆动轴B轴部件、回转轴C轴部件、Z轴部件和Y轴部件均采用宏微驱动机构，X轴部件、Y轴部件及二轴并联机构的移动副滑座均采用复合滑座，二轴并联机构的回转副和摆动轴B轴部件及回转轴C轴部件均采用滚滑回转结合部； 

二轴并联机构与X轴部件、摆动轴B轴部件、回转轴C轴部件串联组成混联的X、B、C、V、W五轴联动，用于高速铣削加工，X轴部件、摆动轴B轴部件、回转轴C轴部件、Y轴部件与Z轴部件联动，用于实现五轴精密研抛加工。 

本发明的复合加工中心采用并联与串联并用的混联原理，合理地集成了并联机构高速进给和串联机构回转范围大二者的优点，可实现X、B、C、V、W五轴联动的复杂型面高速铣削加工；宏微进给驱动可实现X、B、C、Y、Z五轴联动的复杂型面高精度研抛加工；可直接对淬硬零件的复杂型面进行高速铣削加工和高精度研抛加工的复合加工，加工效率高；不同热特性材料间采用热位移约束结合部机构，可减小热变形对高精密加工的影响；采用滚滑回转结合部机构可提高摆动轴B轴和回转轴C轴及二轴并联机构的转动副的抗力矩能力，从而提高回、摆运动轴及二轴并联机构的刚度及导向精度。 

附图说明

图1是本发明复合加工中心的结构示意图； 

图2是本发明复合加工中心二轴并联机构的结构示意图； 

图3是本发明复合加工中心二轴并联机构回转副和摆动轴B轴部件的滚滑回转结合部的结构示意图； 

图4是本发明复合加工中心回转轴C轴部件滚滑回转结合部的结构示意图； 

图5是本发明复合加工中心宏微驱动机构的结构示意图；其中，a是主视图，b是A-A剖视图； 

图6是本发明复合加工中心宏微驱动机构中致动器变形导轨的结构示意图； 

图7是本发明复合加工中心复合滑座的结构示意图；其中，a是复合滑座的组成示意图，b是复合滑座中热位移约束结合部的结构示意图，c是图b的A-A剖视图。 

图中，1.床身，2.X轴部件，3.摆动轴B轴部件，4.回转轴C轴部件，5.研抛电主轴组件，6.立柱，7.Z轴部件，8.Y轴部件，9.横梁，10.二轴并联机构，11.铣削电主轴组件，12.台座，13.宏驱动直线电机组件，14.宏动台导轨，15.微动台导轨，16.宏动台，17.支架，18.微驱动致动器变形导轨，19.微驱动致动器，20.微动块，21.连接件，22.微动台，23.支承滑座，24.热位移约束结合部，25.工作滑座。 

其中，10-1.移动副A，10-2.回转副A，10-3.回转副B，10-4.连杆A，10-5.连杆B，10-6.回转副C，10-7.回转副D，10-8.回转副E，10-9.动平台，10-10.连杆C，10-11.回转副F，10-12.连杆D，10-13.回转副G，10-14.回转副H，10-15.移动副B，10-16.移动副C，10-17.滑台A，10-18.滑台B，10-19.移动副D，10-20.回转副壳体，10-21.回转副底座，10-22.端盖A，10-23.轴套A，10-24.滚动轴承A，10-25.回转滑动介质，10-26.调整垫，10-27.端盖B，10-28.滚动轴承B，10-29.轴，10-30.轴套B，10-31.法兰，4-1.回转轴部件的轴，4-2.滚动轴承C，4-3.端盖C，4-4.回转轴部件壳体，4-5.滚动轴承D，4-6.端盖D，4-7.回转轴部件调整垫，4-8.回转轴部件转台，4-9.回转轴部件回转滑动介质；24-1.结合面A，24-2.结合面B，24-3.结合面C，24-4.结合面D，24-5.结合面E，18-1.柔性铰链。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。 

本发明复合加工中心的主运动采用零传动的高速电主轴；铣削进给功能由可实现高速进给的混联原理机构实现；研抛精密进给功能由宏微驱动机构和无机械传动误差的零传动直线电机和力矩电机实现；不同热特性材料间采用热位移约束结合部机构；摆动和回转运动及并联机构回转副的导向采用滚滑回转结合部机构。 

本发明复合加工中心的结构，如图1所示。包括床身1，床身1的上表面并排竖直设置有两个立柱6，两个立柱6的顶面固定连接有横梁9，床身1的上表面在两立柱6之间设置有X轴部件2，X轴部件2导轨的长度方向与横梁9的长度方向垂直。X轴部件2的上面设置有摆动轴B轴部件3，摆动 轴B轴部件3的上面设置有回转轴C轴部件4。沿横梁9长度方向的横梁9两侧分别设置有Y轴部件8和二轴并联机构10，Y轴部件8的侧面竖直设置有Z轴部件7，Z轴部件7的下端设置有研抛电主轴组件5，二轴并联机构10固定连接有铣削电主轴组件11。X轴部件2、摆动轴B轴部件3、回转轴C轴部件4、Z轴部件7和Y轴部件8均采用宏微驱动，宏驱动采用直线电机和力矩电机，微驱动采用压电致动器。二轴并联机构10采用双驱动，二轴并联机构10的四个移动副可以采用直线电机驱动的直线组件，也可采用伺服电机通过高速精密滚珠丝杠副驱动的直线组件。X轴部件2、Y轴部件8及二轴并联机构10均采用复合滑座。 

本发明复合加工中心可以配置标准的落地式刀库。 

本发明复合加工中心二轴并联机构10的结构，如图2所示。包括水平并排设置的移动副D10-19和移动副C10-16、水平并排设置的移动副A 10-1和移动副B10-15，移动副D10-19与移动副A 10-1并列设置，移动副C10-16与移动副B10-15并列设置，移动副D10-19与移动副A10-1的滑块分别与滑台B10-18固接，移动副C10-16与移动副B10-15的滑块分别与滑台A10-17固接。滑台B10-18通过回转副A10-2和回转副B10-3分别与连杆A10-4和连杆B10-5的一端相连接，连杆A10-4和连杆B10-5的另一端分别通过回转副C10-6和回转副D10-7与动平台10-9相连接。滑台A10-17通过回转副G10-13和回转副H10-14分别与连杆D10-12和连杆C10-10的一端相连接，连杆D10-12和连杆C10-10的另一端分别通过回转副F10-11和回转副E10-8与动平台10-9相连接。回转副A10-2和回转副B10-3的中心距、回转副C10-6和回转副D10-7的中心距、回转副F10-11和回转副E10-8的中心距及回转副G10-13和回转副H10-14的中心距相等。回转副A10-2和回转副C10-6的中心距、回转副B10-3和回转副D10-7的中心距、回转副E10-8和回转副G10-13的中心距及回转副F10-11和回转副H10-14的中心距相等。动平台 10-9固接有铣削电主轴组件11。 

二轴并联机构10采用两分支为移动副-转动副-转动副的机构，两个分支的实轴运动为四个水平布置的移动副(平行于Y轴运动，分别为Y₁、Y₂、Y₃、Y₄轴)运动，移动副A10-1和移动副D10-19的Y₁、Y₂实轴运动共同驱动滑台B10-18运动，移动副C10-16和移动副B10-15的Y₃、Y₄实轴运动共同驱动滑台A10-17运动，每个分支的两个移动副共同驱动一个滑台，即采用双驱动。四个移动副的实轴运动Y₁、Y₂、Y₃和Y₄带动滑台B10-18和滑台A10-17的移动，进而带动动平台10-9实现V轴(平行于Y轴)和W轴(平行于Z轴)的虚拟轴运动，四个移动副的导轨共同承担由动平台10-9经过两个分支传递过来的F_Z、F_x及M_X、M_Y、M_Z五个约束方向的力，改善了并联机构移动副受力状况。移动副采用直线电机或高速滚珠丝杠副，并联机构和直线电机或高速滚珠丝杠副的组合以实现W轴和V轴高速进给运动；移动副采用双驱动及转动副采用滚滑回转结合部机构，可改善少自由度并联机构受力状况变差的缺点，且可提高进给运动精度。 

本发明复合加工中心二轴并联机构10回转副和摆动轴B轴部件3的滚滑回转结合部的结构，如图3所示。二轴并联机构10中的回转副均采用滚滑回转结合部机构。具体以回转副A10-2为例，回转副A10-2包括环形的回转副壳体10-20，沿回转副壳体10-20的轴向，其两侧分别设置有环形凸台形的回转副底座10-21和环形凸台形的法兰10-31，回转副底座10-21和法兰10-31的凸台由回转副壳体10-20的两端分别伸入回转副壳体10-20的内孔，回转副壳体10-20的侧壁设置有开口，连杆A10-4的一端从回转副壳体10-20的侧壁开口伸入回转副壳体10-20内，并位于回转副底座10-21和法兰10-31之间，连杆A10-4伸入回转副壳体10-20内的一端设置有一通孔，该通孔的轴线与回转副底座10-21内孔轴线和法兰10-31内孔轴线重合，该通孔内设置有轴10-29，轴10-29的两端分别伸入回转副底座10-21和法兰10-31内， 并通过滚动轴承A10-24和滚动轴承B10-28分别与回转副底座10-21和法兰10-31连接，滚动轴承A10-24与连杆A10-4之间的轴10-29上设置有轴套A10-23，滚动轴承B10-28与连杆A10-4之间的轴10-29上设置有轴套B10-30，连杆A10-4与回转副底座10-21之间、连杆A10-4与法兰10-31之间分别设置有回转滑动介质10-25。回转副底座10-21的外端面设置有与其内孔同轴的凹槽，该凹槽内固定安装有端盖A10-22，法兰10-31的外端面固接有端盖B10-27。法兰10-31与回转副壳体10-20之间设置有调整垫10-26。 

滚滑回转结合部机构包括回转滚动结合部和回转滑动结合部，滚动轴承A10-24和滚动轴承B10-28形成回转滚动结合部，回转滑动介质10-25为回转滑动结合部。通过回转滑动介质10-25及调整垫10-26的调整，可以使回转滑动结合部在回转副回转运动自由度方向的摩擦力尽可能小、在保证回转副运动平稳性的条件下5个约束方向的位移尽可能小，从而提高了回转副抗颠覆力矩的能力和导向刚度及精度。回转滑动介质10-25采用小摩擦系数材质，如金属(铜、镀层)、树脂等。 

本发明复合加工中心的摆动轴B轴部件3为摆动运动轴，摆动轴B轴部件3也采用滚滑回转结合部，该其滚滑回转结合部的结构与二轴并联机构10中回转副滚滑回转结合部的结构相同，只需将连杆换成摆动体。 

本发明复合加工中心回转轴C轴部件4的滚滑回转结合部的结构，如图4所示。回转轴C轴部件4为回转运动轴，也采用滚滑回转结合部，包括竖直设置的环状的回转轴部件壳体4-4，回转轴部件壳体4-4的孔内设置有回转轴部件的轴4-1，回转轴部件的轴4-1的两端分别设置有滚动轴承C4-2和滚动轴承D4-5，并通过滚动轴承C4-2和滚动轴承D4-5与回转轴部件的轴4-1连接；回转轴部件壳体4-4上下端面的孔口分别固接有端盖D4-6和端盖C4-3，回转轴部件壳体4-4的上端面还设置有环形的回转轴部件调整垫4-7，回转轴部件调整垫4-7的上表面设置有回转轴部件回转滑动介质4-9，回转 轴部件回转滑动介质4-9的上面设置有回转轴部件转台4-8；回转轴部件的轴4-1自回转轴部件壳体4-4上端伸出并与回转轴部件转台4-8固定连接。 

回转轴C轴部件4的滚滑回转结合部机构包括回转滚动结合部和回转滑动结合部，滚动轴承C4-2和滚动轴承D4-5形成回转滚动结合部，回转轴部件回转滑动介质4-9为回转滑动结合部。通过回转轴部件回转滑动介质4-9及调整垫4-7的调整，可以使回转滑动结合部在回转轴回转运动自由度方向的摩擦力尽可能小、在保证回转运动平稳性的条件下5个约束方向的位移尽可能小，从而提高了回转轴C轴部件的抗颠覆力矩的能力和导向刚度及精度。回转轴部件回转滑动介质4-9采用小摩擦系数材质。 

本发明复合加工中心宏微驱动机构的结构，如图5a、5b所示。包括台座12，台座12的上表面平行固定安装有微动台导轨15的两条定轨，微动台导轨15的两条动轨分别与微动台22固定连接，微动台22为倒U形。台座12的上表面、两条微动台导轨15之间平行固定安装有两条宏动台导轨14的定轨，宏动台导轨14的两条动轨分别与宏动台16固定连接，台座12与宏动台16之间设置有宏驱动直线电机组件13，宏驱动直线电机组件13的初级固定安装于台座12的上表面、两条宏动台导轨14的定轨之间，宏驱动直线电机组件13的次级固定安装在宏动台16的下表面，宏动台16的上表面固接有中空的沿宏动台16运动方向一边开口的支架17，支架17处于微动台22内，并不与微动台22相接触，微动台22顶部内侧设置有连接件21，连接件21还与微动台22的两侧壁固接，支架17的开口朝向连接件21。支架17内设置有微驱动致动器变形导轨18，微驱动致动器变形导轨18的中心、沿宏动台16运动方向设置有微驱动致动器19，微驱动致动器19的一端与支架17的内壁固接，微驱动致动器19的另一端与微动块20的一端固定连接，微动块20的另一端自支架17的开口伸出，并与连接件21固定连接。 

微驱动致动器19通过微动块20和连接件21推动微动台22相对于宏动 台16进行微进给运动，微动台22相对于宏动台16进行微进给运动时，微动台22同时又随宏动台16相对于台座12作宏进给运动。微动台22的微驱动致动器变形导轨18的结构，如图6所示，微驱动致动器变形导轨18由多个柔性铰链18-1组成，柔性铰链18-1为两端呈铰链特性的弹性构件，各个柔性铰链18-1的两端分别与支架17和微动块20铰接。微驱动致动器变形导轨18可以对微驱动致动器19进行导向，使微驱动致动器19只传递微动台22与宏动台16之间进给方向的力，而其他方向的力及力矩由微驱动致动器变形导轨18承受，避免了微驱动致动器19受损；同时微驱动致动器变形导轨18还可以对微动台22的导向精度进行自动调节，从而提高了微动台22的运动精度。宏微驱动的宏驱动采用零传动的直线电机(直线运动)和力矩电机(回转运动)，微驱动采用压电致动器，采用微驱动致动器变形导轨18对微驱动致动器19进行导向。微驱动可实现纳米级进给精度，宏微驱动和微驱动致动器变形导轨18可实现高精度进给运动。本发明复合加工中心的X轴部件2、Y轴部件8及二轴并联机构10的滑座均采用复合滑座，具体以X轴部件2为例，该复合滑座的结构组成如图7a所示。包括花岗岩制成的支承滑座23、热约束结合部24和铸铁制成的工作滑座25，支承滑座23为“H”形，工作滑座25为单边开口的方形环，其方形内孔的形状与支承滑座23工作边的形状相适应，支承滑座23工作边位于工作滑座25的方形孔内，支承滑座23工作边与工作滑座25的方形孔之间设置有热位移约束结合部24。工作滑座25与支承滑座23之间无宏观运动，但可以有微小的相对热位移。 

图7b、7c所示为本发明加工中心复合滑座中热位移约束结合部的结构。支承滑座23工作边顶面与工作滑座25方形孔顶面之间水平并排设置有多个结合面C24-3，每个结合面C24-3沿支承滑座23的长度方向设置，每个结合面C24-3由多个互不相连的子结合面组成。支承滑座23工作边的一个侧面 与工作滑座3方形孔相应侧壁之间设置有至少两个相互平行的结合面B24-2，每个结合面B24-2均沿支承滑座23的长度方向设置，每个结合面B24-2由多个互不相连的子结合面组成。支承滑座23工作边的另一个侧面与工作滑座25方形孔相应侧壁之间设置有至少两个相互平行的结合面D24-4，每个结合面D24-4均沿支承滑座23的长度方向设置，每个结合面D24-4由多个互不相连的子结合面组成。支承滑座23工作边底面与工作滑座25方形孔底部之间设置有至少两个相互平行的结合面A24-1和至少两个相互平行的结合面E24-5，结合面A24-1和结合面E24-5均沿支承滑座23的长度方向设置，结合面A24-1和结合面E24-5均由多个子结合面构成。 

结合面上的法向和切向接触面压分布与结合面材质、变形(含预变形)及结合面结构尺寸有关，子结合面材质可采用小摩擦系数的金属(如铜等)和非金属(如树脂)，同时通过各个子结合面的预变形及结合面结构尺寸设计，使热位移约束结合部24在大尺度为弱约束，其他5个坐标方向为强约束。以满足复合滑座的热位移约束和刚度要求。 

支承滑座23与工作滑座25之间，在大尺度X方向(X轴运动方向)热位移约束结合部24只有切向约束，在相对小尺度Y方向或Z方向，热位移约束结合部24既有结合面B24-2和结合面D24-4对Z向的切向约束及结合面A24-1、结合面B24-3和结合面E24-5对Y向的切向约束，又有结合面B24-2和结合面D24-4对Y向的法向约束及结合面A24-1、结合面C24-3和结合面E24-5对Z向的法向约束。热位移约束结合部24可以产生6个坐标方向的约束，在大尺度X坐标方向除局部子结合面固定约束外，其他子结合面为弱约束(其X方向的相对热位移可由X轴运动进行补偿)；其他5个坐标方向为强约束，以保证复合滑座具有足够的刚度。 

复合滑座的支承座和工作座由不同热特性材料制成，在两者的结合面之间敷设热位移约束结合部24，可以减少热变形对高精密加工精度的影响。 

Claims (8)

1.一种具有热位移约束滚滑回转结合部宏微驱动的复合加工中心，包括床身(1)，床身(1)的顶面并排竖直设置有两个立柱(6)，两个立柱(6)的顶面固接有横梁(9)，其特征在于，所述床身(1)的顶面在两个立柱(6)之间设置有X轴部件(2)，X轴部件(2)上设置有摆动轴B轴部件(3)，摆动轴B轴部件(3)上设置有回转轴C轴部件(4)，X轴部件(2)导轨的长度方向与横梁(9)的长度方向垂直，沿横梁(9)长度方向的横梁(9)两侧分别设置有Y轴部件(8)和二轴并联机构(10)，所述的Y轴部件(8)与竖直设置的Z轴部件(7)相连接，Z轴部件(7)固接有研抛电主轴组件(5)，所述的二轴并联机构(10)固定连接有铣削电主轴组件(11)，所述的X轴部件(2)、摆动轴B轴部件(3)、回转轴C轴部件(4)、Z轴部件(7)和Y轴部件(8)均采用宏微驱动机构，所述的X轴部件(2)、Y轴部件(8)及二轴并联机构(10)的移动副滑座均采用复合滑座，所述的二轴并联机构(10)的回转副和摆动轴B轴部件(3)及回转轴C轴部件(4)均采用滚滑回转结合部；

所述的两轴并联机构(10)与X轴部件(2)、摆动轴B轴部件(3)、回转轴C轴部件(4)串联组成混联的X、B、C、V、W五轴联动，用于高速铣削加工，X轴部件(2)、摆动轴B轴部件(3)、回转轴C轴部件(4)、Y轴部件(8)与Z轴部件(7)联动，用于实现五轴精密研抛加工；

所述的复合滑座包括花岗岩制成的支承滑座(23)、热约束结合部(24)和铸铁制成的工作滑座(25)，支承滑座(23)为“H”形，工作滑座(25)为单边开口的方形环，其方形内孔的形状与支承滑座(23)工作边的形状相适应，支承滑座(23)工作边位于工作滑座(25)的方形孔内，支承滑座(23)工作边与工作滑座(25)方形孔之间设置有热位移约束结合部(24)。

2.根据权利要求1所述的复合加工中心，其特征在于，所述的二轴并联机构(10)包括水平并排设置的移动副D(10-19)和移动副C(10-16)、水平并排设置的移动副A(10-1)和移动副B(10-15)，移动副D(10-19)与移动副A(10-1)并列设置，移动副C(10-16)与移动副B(10-15)并列设置，移动副D(10-19)和移动副A(10-1)的滑块分别与滑台B(10-18)固接，移动副C(10-16)和移动副B(10-15)的滑块分别与滑台A(10-17)固接，滑台B(10-18)通过回转副A(10-2)和回转副B(10-3)分别与连杆A(10-4)和连杆B(10-5)的一端相连接，连杆A(10-4)和连杆B(10-5)的另一端分别通过回转副C(10-6)和回转副D(10-7)与动平台(10-9)相连接，滑台A(10-17)通过回转副G(10-13)和回转副H(10-14)分别与连杆D(10-12)和连杆C(10-10)的一端相连接，连杆D(10-12)和连杆C(10-10)的另一端分别通过回转副F(10-11)和回转副E(10-8)与动平台(10-9)相连接，动平台(10-9)固接有铣削电主轴组件(11)，

所述的移动副A(10-1)和移动副D(10-19)的实轴运动Y₁、Y₂共同驱动滑台B(10-18)运动，移动副C(10-16)和移动副B(10-15)的实轴运动Y₃、Y₄共同驱动滑台A(10-17)运动，滑台B(10-18)和滑台A(10-17)均采用双驱动，两个滑台的移动带动动平台(10-9)实现V轴和W轴的虚拟轴运动。

3.根据权利要求2所述的复合加工中心，其特征在于，所述的回转副A(10-2)、回转副B(10-3)、回转副C(10-6)、回转副D(10-7)、回转副E(10-8)、回转副F(10-11)、回转副G(10-13)与回转副H(10-14)的结构相同，所述的各回转副包括环形的回转副壳体(10-20)，沿回转副壳体(10-20)的轴向、其两侧分别设置有环形凸台形的回转副底座(10-21)和环形凸台形的法兰(10-31)，回转副底座(10-21)和法兰(10-31)的凸台由回转副壳体(10-20)的两端分别伸入回转副壳体(10-20)的内孔，连杆的一端从回转副壳体(10-20)的侧壁伸入回转副壳体(10-20)的内孔，并位于回转副底座(10-21)和法兰(10-31)之间，连杆伸入回转副壳体(10-20)内的一端设置有一通孔，该通孔的轴线与回转副底座(10-21)内孔轴线和法兰(10-31)内孔轴线重合，该通孔内设置有轴(10-29)，轴(10-29)的两端分别伸入回转副底座(10-21)和法兰(10-31)内，并通过滚动轴承A(10-24)和滚动轴承B(10-28)分别与回转副底座(10-21)和法兰(10-31)连接，滚动轴承A(10-24)与连杆之间的轴(10-29)上设置有轴套A(10-23)，滚动轴承B(10-28)与连杆之间的轴(10-29)上设置有轴套B(10-30)，连杆与回转副底座(10-21)之间、连杆与法兰(10-31)之间分别设置有回转滑动介质(10-25)，法兰(10-31)与回转副壳体(10-20)之间设置有调整垫(10-26)。

4.根据权利要求2所述的复合加工中心，其特征在于，所述的回转副A(10-2)与回转副B(10-3)的中心距、回转副C(10-6)与回转副D(10-7)的中心距、回转副F(10-11)与回转副E(10-8)的中心距及回转副G(10-13)与回转副H(10-14)的中心距相等，所述的回转副A(10-2)与回转副C(10-6)的中心距、回转副B(10-3)与回转副D(10-7)的中心距、回转副E(10-8)与回转副G(10-13)的中心距及回转副F(10-11)与回转副H(10-14)的中心距相等。

5.根据权利要求1所述的复合加工中心，其特征在于，所述的宏微驱动机构包括台座(12)，台座(12)的上表面平行设置有微动台导轨(15)的定轨，微动台导轨(15)的动轨与微动台(22)固定连接，微动台(22)为倒U形，台座(12)的上表面、微动台导轨(15)之间平行设置有宏动台导轨(14)的定轨，宏动台导轨(14)的动轨分别与宏动台(16)固定连接，台座(12)与宏动台(16)之间设置有宏驱动直线电机组件(13)，直线电机组件(13)的初级固定安装在台座(12)的上表面、宏动台的两条导轨(14)的定轨之间，直线电机组件(13)的次级固定安装在宏动台(16)的下表面，宏动台(16)的上表面固接有中空的沿宏动台(16)运动方向一边开口的支架(17)，支架(17)处于微动台(22)内，并不与微动台(22)相接触，微动台(22)顶部内侧设置有连接件(21)，支架(17)的开口朝向连接件(21)，支架(17)内设置有微驱动致动器变形导轨(18)，微驱动致动器变形导轨(18)的中心、沿宏动台(16)运动方向设置有微驱动致动器(19)，微驱动致动器(19)的一端与支架(17)的内壁固接，微驱动致动器(19)的另一端与微动块(20)的一端固定连接，微动块(20)的另一端自支架(17)的开口伸出，并与连接件(21)固定连接。

6.根据权利要求5所述的复合加工中心，其特征在于，所述的微驱动致动器变形导轨(18)由多个柔性铰链(18-1)组成，柔性铰链(18-1)为两端呈铰链特性的弹性构件，各个柔性铰链(18-1)的两端分别与支架(17)和微动块(20)铰接。

7.根据权利要求1所述的复合加工中心，其特征在于，所述的热位移约束结合部(24)包括并排设置的多个结合面C(24-3)、至少两个并列设置的结合面B(24-2)、至少两个并列设置的结合面D(24-4)、至少两个并排的结合面A(24-1)和至少两个并排的结合面E(24-5)，结合面C(24-3)位于支承滑座(23)工作边顶面与工作滑座(25)方形孔顶面之间，每个结合面C(24-3)沿支承滑座(23)的长度方向设置，每个结合面C(24-3)由多个互不相连的子结合面组成，结合面B(24-2)和结合面D(24-4)分别位于支承滑座(23)工作边的两侧，每个结合面B(24-2)和结合面D(24-4)均沿支承滑座(23)的长度方向设置，每个结合面B(24-2)和结合面D(24-4)均由多个互不相连的子结合面组成，结合面A(24-1)和结合面E(24-5)均位于支承滑座(23)工作边底面与工作滑座(25)方形孔底部之间，结合面A(24-1)和结合面E(24-5)均沿支承滑座(23)的长度方向设置，结合面A(24-1)和结合面E(24-5)均由多个子结合面构成。

8.根据权利要求1所述的复合加工中心，其特征在于，所述的回转轴C轴部件(4)包括自上而下依次设置的回转轴部件转台(4-8)、环形的回转轴部件回转滑动介质(4-9)、环形的回转轴部件调整垫(4-7)和环状的回转轴部件壳体(4-4)，回转轴部件壳体(4-4)的孔内设置有回转轴部件的轴(4-1)，回转轴部件的轴(4-1)通过滚动轴承C(4-2)和滚动轴承D(4-5)与回转轴部件壳体(4-4)相连接，回转轴部件的轴(4-1)的一端自回转轴部件壳体(4-4)上端伸出并与回转轴部件转台(4-8)固定连接。

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