CN101579828A - 一种并联三自由度主轴头驱动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机械制造领域，涉及一种并联三自由度主轴头驱动机构。定平台上安装3个按正三角形顶点位置分布的驱动移动副；每个驱动移动副上均连接一个输入杆件，输入杆件由驱动移动副驱动；输入杆件的另一端与球铰链连接，并通过球铰链与连接滑块连接；动平台设置3个均匀排列的被动移动副，被动移动副为滑槽，3个连接滑块分别安装于被动移动副的滑槽内，并可在滑槽内做水平运动；动平台的中心位置安装主轴。本发明采用并联结构，显著提高了主轴头结构的刚度，且具有运动质量小，动态性能好，运动精度高，沿移动方向运动解耦等特点，适合独立工作和与其它装置配合进行复合加工。

Description

一种并联三自由度主轴头驱动机构
技术领域
本发明属于机械制造领域，涉及一种既能独立工作又能配合其它装置进行复合加工的并联三自由度主轴头驱动机构。
背景技术
从上个世纪80年代以来，五轴联动数控铣床已经在航空、航天、造船、发电设备等领域取得了广泛的应用，其工作台、横梁和主轴部件实现X、Y、Z轴的移动，再加上摆叉式或万能主轴头，实现A轴/C轴或A轴/B轴的两个回转运动，构成五轴联动数控机床。摆叉式或万能主轴头的主轴偏转角度虽然较大，可以实现矩形零件的五面加工，尽管主轴头在单个轴线上可以达到很高的回转速度和加速度，但刀具空间定向速度仍然较低，因为主轴头的两个回转运动是串联的，不能完全同时回转，对机床X、Y、Z轴线的补偿运动也不能及时反映。这种机构运动学上的先天缺陷，使摆叉式的主轴头不完全适用于复杂的自由曲面加工。此外，无论摆叉式主轴头，或者是万能式主轴头，主轴头内部都有3个电动机，其传动、供电、冷却、润滑和位置检测等连接和密封结构非常复杂，运动质量大。加上主轴电动机内部还需要配置刀具夹紧装置，导致主轴头尾部各种电缆和管道多达数十根，维护极其不便，且制造、装配成本较高。
为了克服摆叉式主轴头摆角结构的缺点，德国DS-Technologie公司独创性的推出采用3-PRS并联运动机构的Sprint Z3型主轴头，推出高性能数控加工中心Ecospeed，在航空零件加工领域得到了较好的应用。但是，3-PRS机构高度的灵活性降低了结构刚度，使机床结构部件设计复杂，成本较高。本发明专利提出的3-PSP并联机构与3-PRS并联机构相比，具有更好的结构刚度，能够减小部件的体积和质量，更加适合在加工装备领域的应用。同时，3-PSP机构也具备模块化程度高、运动部件质量轻、精度高，响应快，制造成本低等优点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有串联式主轴头结构的不足，利用并联机床的结构原理，提供一种并联三自由度主轴头驱动机构，定平台1上安装3个按正三角形顶点位置分布的驱动移动副2；每个驱动移动副2上均连接一个输入杆件8，输入杆件8由驱动移动副2驱动；输入杆件8的另一端于球铰链7连接，并通过球铰链7与连接滑块3连接；动平台5设置3个均匀排列的被动移动副6，被动移动副6为滑槽，3个连接滑块3分别安装于被动移动副6的滑槽内，并可在滑槽内做水平运动；动平台5的中心位置安装主轴4。
所述输入杆件8与定平台1之间的运动副具有一个自由度且是驱动的；连接滑块3和动平台5之间的运动副具有一个自由度且是被动的。
本发明的有益效果为：动平台或主轴具有三个独立的自由度，以及相对于定平台的三个伴随运动，结构的伴随运动可以用两个转动自由度来描述；该结构灵活简单，只有静平台半径一个设计参数，只需要确定了静平台的大小，其他结构参数就都可以确定，因此该结构约束条件少，设计要求低，易于实现；所述结构既能独立工作又能配合其它装置进行复合加工，且具有高刚度，低运动质量，高动态性能，构造简单，相同零件数量多，成本低，易制造以及沿移动方向解耦等特点。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图中标号：
1-定平台；2-驱动移动副；3-连接滑块；4-主轴；5-动平台；6-被动移动副；7-球铰链；8-输入杆件。
具体实施方式
本发明提供了一种并联三自由度主轴头驱动机构，下面结合附图说明及具体实施例对本发明做进一步说明。
图1为本发明实施例的结构示意图。定平台1上安装3个按正三角形顶点位置分布的驱动移动副2；每个驱动移动副2上均连接一个输入杆件8，输入杆件8由驱动移动副2驱动；输入杆件8的另一端于球铰链7连接，并通过球铰链7与连接滑块3连接；正三角形动平台5设置3个均匀排列的被动移动副6，被动移动副6为滑槽，3个连接滑块3分别安装于被动移动副6的滑槽内，并可在滑槽内做水平运动；动平台5的中心位置安装主轴4。
输入杆件8与定平台1之间的运动副具有一个自由度且是驱动的；连接滑块3和动平台5之间的运动副具有一个自由度且是被动的。
本发明所述机构通过驱动单个的驱动移动副2，带动被动移动副6运动，从而实现主轴4位姿的改变。

Claims (2)

1.一种并联三自由度主轴头驱动机构，其特征在于，定平台(1)上安装3个按正三角形顶点位置分布的驱动移动副(2)；每个驱动移动副(2)上均连接一个输入杆件(8)，输入杆件(8)由驱动移动副(2)驱动；输入杆件(8)的另一端于球铰链(7)连接，并通过球铰链(7)与连接滑块(3)连接；动平台(5)设置3个均匀排列的被动移动副(6)，被动移动副(6)为滑槽，3个连接滑块(3)分别安装于被动移动副(6)的滑槽内，并可在滑槽内做水平运动；动平台(5)的中心位置安装主轴(4)。
2.根据权利要求1所述的一种并联三自由度主轴头驱动机构，其特征在于，所述输入杆件(8)与定平台(1)之间的运动副具有一个自由度且是驱动的；连接滑块(3)和动平台(5)之间的运动副具有一个自由度且是被动的。
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