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

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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