CN102152133A - 一种五坐标定位机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种五坐标定位机构,包括X方向导向部件、Y方向导向部件、Z方向导向部件、A向旋转部件和工作平台,Y方向导向部件与X方向导向部件结构相同,且十字交叉安装,提供工作平台X和Y方向的平移运动,Z方向导向部件通过两侧Z向移动板的同步或不同步运动提供工作平台Z方向的平移运动和B向转动,A向旋转部件提供工作平台的A向转动。本发明采用丝杠、导轨和齿轮副等成熟可靠的结构实现了工作平台的五坐标运动,加工装配性好,定位精度高,承载能力大,且五个坐标控制运动相对独立,运动学分析和求解简单,使控制较为简单。

Description

一种五坐标定位机构
技术领域
本发明涉及机械中的装置定位领域,具体为一种五坐标定位机构。
背景技术
在数控加工,机械转配等领域,常常需要对加工、装配部件进行精确定位,因而需要定位装置能够实现部件的X、Y、Z三个方向的平移运动定位和A,B方向转动运动定位(A方向即为绕X方向的转动,B方向即为绕Y方向的转动)。经检索发现,目前机械领域的定位装置多为并联式,通过多个并联的支承结构支承工作台面,并且通过控制机构控制多个支承结构的运动,从而实现工作台面的移动,这种并联式定位装置往往控制过程复杂,且承载能力弱,工作台面的姿态调整范围有限。而现有的串联式定位机构又往往只能实现X、Y、Z三个方向的平移运动定位,无法满足加工、装配需要。
发明内容
要解决的技术问题
为了提供一种能够应用在自动化数控加工、装配领域中的定位装置,本发明提出了一种五坐标定位机构。
技术方案
本发明的技术方案为:
所述一种五坐标定位机构,其特征在于:包括X方向导向部件、Y方向导向部件、Z方向导向部件、A向旋转部件和工作平台;
X方向导向部件包括X向底板,X向底板正面两侧有X向导向滑动导轨,X向底板正面中部有X向导向丝杠,X向导向滑动导轨与X向导向丝杠平行,X向导向丝杠与固定在X向底板正面长度方向两端的支撑块轴承连接,X向导向丝杠一端与外部驱动电机连接;
Y方向导向部件与X方向导向部件结构相同,包括有Y向底板,Y向导向滑动导轨和Y向导向丝杠,Y向导向丝杠与外部驱动电机连接;Y方向导向部件与X方向导向部件十字交叉安装,在Y向底板底侧固定有X向移动滑块,X向移动滑块与X向导向滑动导轨配合,Y向底板底侧中部固定有X向移动丝母,X向移动丝母与X向导向丝杠配合;
Z方向导向部件包括方形拖板,方形拖板与Y方向导向部件十字交叉安装,方形拖板底面底侧固定有Y向移动滑块,Y向移动滑块与Y向导向滑动导轨配合,方形拖板底面底侧中部固定有Y向移动丝母,Y向移动丝母与Y向导向丝杠配合;
方形拖板上相对的两侧面上对称安装有两条Z向导向滑动导轨和Z向导向丝杠,Z向导向丝杠与外部驱动电机相连;第一Z向移动板通过内侧面的Z向移动滑块和Z向移动丝母分别与方形拖板一侧面的Z向导向滑动导轨和Z向导向丝杠配合,第一Z向移动板远离方形拖板底面的一端开有铰链孔,铰链孔轴线平行与第一Z向移动板的运动平面;第二Z向移动板通过内侧面的Z向移动滑块和Z向移动丝母分别与方形拖板另一侧面的Z向导向滑动导轨和Z向导向丝杠配合,第二Z向移动板远离方形拖板底面的一端有延长的端面,端面上有滑轨,滑轨垂直于第二Z向移动板的运动平面,滑轨上安装有沿滑轨自由滑动的支撑件,支撑件上开有铰链孔,铰链孔与第一Z向移动板一端的铰链孔平行;
A向旋转部件包括轴套筒和心轴,轴套筒两端与第一Z向移动板和第二Z向移动板铰链连接,心轴穿过轴套筒并与轴套筒轴承连接,心轴两端与工作平台底面的固定块固定连接,外部驱动电机与心轴相连,驱动心轴转动。
有益效果
本发明的有益效果为:
(1)结构简单,易于实现。第一Z向移动板和第二Z向移动板既可以通过同速同向运动实现Z向平动,也可以通过不同速运动实现B向转动。这样就减少了运动部件,使得结构较为简单。且主要部件均采用丝杠、导轨和齿轮副等成熟可靠的结构实现,使得设计实现简单,加工装配性好,定位精度高,承载能力大。
(2)控制简单。五个坐标控制运动相对独立,运动学分析和求解简单,使控制较为简单。
(3)通用性强。该设计将五个坐标定位集成与一体,可以作为单独的定位模块集成到其他自动化设备中。
附图说明
图1:本发明的结构示意图;
图2:X方向导向部件与Y向导向底板结构示意图;
图3:图2中A-A向局部剖视图;
图4:Z方向导向部件结构示意图;
图5:Z方向导向部件左视图;
图6:A向旋转部件和工作平台示意图;
其中:1、工作平台;2、A向旋转部件;3、Z方向导向部件;4、Y方向导向部件;5、X方向导向部件;6、X向导向丝杠;7、X向导向滑动导轨;8、X向底板;9、Y向底板;10、支撑块;11、联轴器;12、X向驱动电机连接法兰;13、X向驱动电机;14、X向移动丝母安装套;15、X向移动丝母;16、X向移动滑块;17、第二Z向移动板;18、自由滑动副;19、支撑件;20、铰链轴;21、滚针轴承;22、铰链盖;23、铰链端盖;24、第一Z向移动板;25、Z向驱动电机;26、方形拖板;27、减速箱;28、Z向导向丝杠;29、Z向导向滑动导轨;30、轴向限位筒;31、连接块;32、平键;33、轴承;34、心轴;35、轴套筒;36、A向旋转部件减速箱;37、A向驱动电机。
具体实施方式
下面结合具体实施例描述本发明:
实施例:
本实施例中描述的五坐标定位机构包括X方向导向部件5、Y方向导向部件4、Z方向导向部件3、A向旋转部件2和工作平台1。
参照附图2,所述X方向导向部件5包括X向底板8,X向底板8正面两侧有沿长度方向的X向导向滑动导轨7,X向底板8正面中部有沿长度方向的X向导向丝杠6,X向导向滑动导轨7与X向导向丝杠6平行。在X向底板8正面长度方向两端中部分别螺钉固定有支撑块10,X向导向丝杠6插入支撑块10的通孔内,并与支撑块10轴承连接。X向导向丝杠6一端通过联轴器11及X向驱动电机连接法兰12与X向驱动电机13连接。
参照附图1和附图2,Y方向导向部件4与X方向导向部件5结构相同,包括有Y向底板9,在Y向底板9正面两侧有Y向导向滑动导轨,在Y向底板9正面中部有Y向导向丝杠,Y向导向滑动导轨与Y向导向丝杠平行,Y向导向丝杠同样通过轴承与Y向底板9上的支撑块连接,Y向导向丝杠一端与外部Y向驱动电机连接。Y方向导向部件与X方向导向部件十字交叉安装,参照附图3,在Y向底板9底侧固定有4块X向移动滑块16,X向移动滑块16与X向导向滑动导轨7配合,在Y向底板9底侧还固定有X向移动丝母安装套14,X向移动丝母安装套14与X向移动丝母15固定,X向移动丝母15与X向导向丝杠6配合,从而可将X向导向丝杠6的转动运动转为Y方向导向部件4沿X向导向滑动导轨7的直线运动,实现了X向的平移运动。
参照附图1,Z方向导向部件包括方形拖板26,方形拖板26与Y方向导向部件4十字交叉安装,方形拖板26与Y方向导向部件4的连接方式同于Y方向导向部件4与X方向导向部件5的连接方式,即在方形拖板底面底侧固定有4块Y向移动滑块,Y向移动滑块与Y向导向滑动导轨配合,方形拖板底面底侧中部固定有Y向移动丝母安装套,Y向移动丝母安装套中固定有Y向移动丝母,Y向移动丝母与Y向导向丝杠配合,从而可将Y向导向丝杠的转动运动转为Z方向导向部件3沿Y向导向滑动导轨的直线运动,实现了Y向的平移运动。
参照附图1和附图5,在方形拖板26上相对的两侧面上对称各安装有两条Z向导向滑动导轨29和一根Z向导向丝杠28,Z向导向滑动导轨29与Z向导向丝杠28平行,两侧的Z向导向丝杠28通过减速箱27与外部Z向驱动电机25连接。参照附图4和附图5,第一Z向移动板24和第二Z向移动板17分别通过各自内侧面的Z向移动滑块和固定在Z向移动丝母安装套内的Z向移动丝母与方形拖板26上的Z向导向滑动导轨和Z向导向丝杠配合,且连接方式同于Y方向导向部件4与X方向导向部件5的连接方式。
参照附图4,第一Z向移动板24远离方形拖板26底面的一端开有铰链孔;第二Z向移动板17远离方形拖板26底面的一端有延长的端面,延长的方向垂直于第二Z向移动板17的运动平面,在延长的端面上有滑轨,滑轨与支撑件19形成自由滑动副18,支撑件19上也开有铰链孔,该铰链孔与第一Z向移动板24端部的铰链孔平行。
参照附图6,A向旋转部件2包括轴套筒35和心轴34,轴套筒35两端与第一Z向移动板24及第二Z向移动板17端部的铰链孔通过铰链连接。心轴34穿过轴套筒35,并与轴套筒35通过轴承33连接,心轴34两端与工作平台1底面的连接块31通过平键32固定,并用轴向限位筒30轴向限位,外部A向驱动电机37通过A向旋转部件减速箱36与心轴34相连,驱动心轴34转动,从而形成A向旋转运动。
参照附图4,外部Z向驱动电机25通过减速箱27带动方形拖板26两侧的Z向导向丝杠转动,进而通过Z向移动丝母转化为第一Z向移动板24与第二Z向移动板17的Z向直线运动。当第一Z向移动板24与第二Z向移动板17同速同向运动时,即实现了工作平台Z向的平移运动,当第一Z向移动板24与第二Z向移动板17不同速运动时,自由滑动副18存在滑动运动,实现工作平台的B向旋转运动。

Claims (1)

1.一种五坐标定位机构,其特征在于:包括X方向导向部件、Y方向导向部件、Z方向导向部件、A向旋转部件和工作平台;
X方向导向部件包括X向底板,X向底板正面两侧有X向导向滑动导轨,X向底板正面中部有X向导向丝杠,X向导向滑动导轨与X向导向丝杠平行,X向导向丝杠与固定在X向底板正面长度方向两端的支撑块轴承连接,X向导向丝杠一端与外部驱动电机连接;
Y方向导向部件与X方向导向部件结构相同,包括有Y向底板,Y向导向滑动导轨和Y向导向丝杠,Y向导向丝杠与外部驱动电机连接;Y方向导向部件与X方向导向部件十字交叉安装,在Y向底板底侧固定有X向移动滑块,X向移动滑块与X向导向滑动导轨配合,Y向底板底侧中部固定有X向移动丝母,X向移动丝母与X向导向丝杠配合;
Z方向导向部件包括方形拖板,方形拖板与Y方向导向部件十字交叉安装,方形拖板底面底侧固定有Y向移动滑块,Y向移动滑块与Y向导向滑动导轨配合,方形拖板底面底侧中部固定有Y向移动丝母,Y向移动丝母与Y向导向丝杠配合;
方形拖板上相对的两侧面上对称安装有两条Z向导向滑动导轨和Z向导向丝杠,Z向导向丝杠与外部驱动电机相连;第一Z向移动板通过内侧面的Z向移动滑块和Z向移动丝母分别与方形拖板一侧面的Z向导向滑动导轨和Z向导向丝杠配合,第一Z向移动板远离方形拖板底面的一端开有铰链孔,铰链孔轴线平行与第一Z向移动板的运动平面;第二Z向移动板通过内侧面的Z向移动滑块和Z向移动丝母分别与方形拖板另一侧面的Z向导向滑动导轨和Z向导向丝杠配合,第二Z向移动板远离方形拖板底面的一端有延长的端面,端面上有滑轨,滑轨垂直于第二Z向移动板的运动平面,滑轨上安装有沿滑轨自由滑动的支撑件,支撑件上开有铰链孔,铰链孔与第一Z向移动板一端的铰链孔平行;
A向旋转部件包括轴套筒和心轴,轴套筒两端与第一Z向移动板和第二Z向移动板铰链连接,心轴穿过轴套筒并与轴套筒轴承连接,心轴两端与工作平台底面的固定块固定连接,外部驱动电机与心轴相连,驱动心轴转动。
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