CN103252673A

CN103252673A - 卧式6轴混联型数控铣床

Info

Publication number: CN103252673A
Application number: CN2013101968443A
Authority: CN
Inventors: 王瑞; 钟诗胜; 纪校娟; 黄新帅
Original assignee: Harbin Institute of Technology Weihai
Current assignee: Harbin Institute of Technology Weihai
Priority date: 2013-05-24
Filing date: 2013-05-24
Publication date: 2013-08-21

Abstract

一种卧式混联型6轴数控铣床，涉及大型复杂曲面工件的加工工具，设有底座，底座上依次经导轨安装Y向滑动平台、Z向滑动平台、X向滑动平台，在底座上设有Y向驱动电机，该电机与Y向驱动丝杠相连接，驱动Y向滑动平台沿Y方向运动；Y向滑动平台上设有Z向驱动电机，该电机与Z向驱动丝杠连接，驱动Z向滑动平台沿Z方向运动；Z向滑动平台上设有X向驱动电机，该电机与X向驱动丝杠连接，驱动X向滑动平台沿X方向运动，X向滑动平台上设有3自由度RPS并联机构，并联机构的执行端安装加工刀具。本发明具有工作空间大，刚度性能好，成本低廉，加工精度高的优点，可以实现沿Y方向的大行程加工。

Description

卧式6轴混联型数控铣床

技术领域

[0001] 本发明涉及大型复杂曲面工件的加工工具，详细讲是一种刚度性能好，工作空间大的卧式6轴混联型数控铣床。

背景技术

[0002] 复杂自由曲面工件的加工需要5坐标加工中心，刀具可以实现3个移动和2个转动。现阶段该类加工装置主要分为串联型加工中心和并联型加工中心两类。串联型加工中心，刀具位于串联运动链的末端，加工空间较大，但误差传动链较长，加工精度低；为提高装置的刚度性能，需要庞大的机体，成本高。目前串联型加工装置应用的较为广泛。并联型加工中心，刀具大多装夹于一运动平台上，该运动平台通过多路驱动分支连接于一固定平台，改变各驱动分支的长度，从而实现刀具的位置和姿态运动。该类型加工装置，刚度性能较好，刀具姿态灵活，但受结构本身的限制，加工空间较小，不适用于飞机、机车、船舶等加工制造行业对大型复杂自由曲面工件的加工。

发明内容

[0003] 本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种具有工作空间大，刚度性能好，成本低廉，适于对大型复杂曲面工件加工的卧式6轴混联型数控铣床。

[0004] 本发明所采用的技术方案是:

一种卧式6轴混联型数控铣床，其特征在于铣床的刀具位姿控制由6路伺服电机驱动控制，铣床结构包括3自由度串联机构和3自由度并联机构，并联机构的固定座与串联机构的执行端固定连接，并联机构的执行端装夹有加工刀具；所述的3自由度串联机构包括底座、Y向移动平台、Z向移动平台和X向移动平台，底座上设有Y向导轨和Y向驱动电机，Y向导轨上设有Y向移动平台，Y向移动平台上设有Y向驱动丝杠，Y向驱动电机与Y向驱动丝杠相连，Y向驱动电机驱动Y向驱动丝杠转动，带动Y向移动平台在Y向导轨上前后运动；Y向移动平台上设有Z向导轨和Z向驱动电机，Z向导轨上设有Z向移动平台，Z向移动平台上设有Z向驱动丝杠，Z向驱动电机与Z向驱动丝杠相连，Z向驱动电机驱动Z向驱动丝杠转动，带动Z向移动平台在Z向导轨上前后运动；Ζ向移动平台上设有X向导轨和X向驱动电机，X向导轨上设有X向移动平台，X向移动平台上设有X向驱动丝杠，X向驱动电机与X向驱动丝杠相连，X向驱动电机驱动X向驱动丝杠转动，带动X向移动平台在X向导轨上前后运动，X向移动平台为3自由度串联机构的执行端；所述的3自由度并联机构为3-RPS并联机构，其由固定座、动平台和三条驱动分支组成，每条驱动分支包括分支基座、分支驱动电机、分支驱动丝杠、分支驱动滑块和分支导轨，分支驱动电机、分支导轨设在分支基座上，分支驱动滑块与分支导轨滑动连接，分支驱动丝杠设在分支驱动滑块内并与分支驱动电机连接，分支驱动电机驱动分支驱动丝杠转动，带动分支驱动滑块相对运动；分支基座经三自由度球铰与动平台相连，分支驱动滑块经转轴与固定座相连，分支驱动滑块和/或固定座可在转轴上转动，动平台为3-RPS并联机构的执行端。此种结构的3自由度并联机构刚性强、执行端灵活性强、加工精度高。

[0005] 本发明中所述的X向移动平台上设有向前突出的悬臂，并联机构的固定座安装在悬臂前端。便于工件的安放，增加了工件Z向加工幅度。

[0006] 本发明中所述的三条驱动分支与固定座相连的三个连接点在同一圆的圆周上均匀分布，与动平台相连的三个连接点同一圆的圆周上均匀分布。

[0007] 本发明中3-RPS并联机构的三个驱动分支采用R (转动副)P (移动副)S (3自由度球铰)结构，其中P的分支驱动电机采用伺服电机驱动分支驱动丝杠转动，改变丝杠螺母的相对位置，实现分支驱动滑块移动。3-RPS并联机构的运动由3个分支驱动电机控制，具有刚度性能好，误差传递链短、加工精度高的优点，利用该机构可以实现加工刀具绕X轴和Y轴的自由转动，从而实现刀具的姿态运动。

[0008] 使用时，本发明中的X向驱动电机、Y向驱动电机、Z向驱动电机、并联机构3路驱动电机均为伺服电机，与数控系统电气连接，将待加工工件安装定位后，数控系统可以控制X向移动平台、Y向移动平台、Z向移动平台、以及3-RPS并联机构各分支的独立运动，对大型工件进行复杂曲面加工。本发明具有工作空间大，刚度性能好，成本低廉，加工精度高的优点，可以实现沿Y方向的大行程加工。例如飞机机身、列车车厢等大型部件的加工。适于对大型复杂曲面工件加工。

附图说明

[0009] 图1是本发明的结构示意图。

[0010] 图2是本发明3-RPS并联机构中驱动分支的结构示意图。

具体实施方式

[0011] 下面结合附图，对本发明专利作进一步的说明。

[0012] 如图所示的卧式6轴混联型数控铣床，其特征在于铣床的刀具位姿控制由6路伺服电机驱动控制，铣床包括3自由度串联机构和3自由度并联机构，并联机构的固定座与串联机构的执行端固定连接，并联机构的执行端装夹有加工刀具；所述的3自由度串联机构包括底座1、Y向移动平台2、Z向移动平台3和X向移动平台4，底座I上设有Y向导轨10和Y向驱动电机8，Y向导轨10上设有Y向移动平台2，Y向移动平台上设有Y向驱动丝杠9，Y向驱动电机8与Y向驱动丝杠9相连，Y向驱动电机驱动Y向驱动丝杠转动，带动Y向移动平台在Y向导轨上前后运动'Y向移动平台上设有Z向导轨13和Z向驱动电机11，Z向导轨13上设有Z向移动平台3，Z向移动平台上设有Z向驱动丝杠12，Z向驱动电机11与Z向驱动丝杠12相连，Z向驱动电机驱动Z向驱动丝杠转动，带动Z向移动平台在Z向导轨上前后运动；Z向移动平台3上设有X向导轨16和X向驱动电机14，X向导轨16上设有X向移动平台4，X向移动平台4上设有X向驱动丝杠15，X向驱动电机14与X向驱动丝杠15相连，X向驱动电机驱动X向驱动丝杠转动，带动X向移动平台在X向导轨上前后运动，X向移动平台为3自由度串联机构的执行端。其中驱动机构采用了驱动电机驱动丝杠，结构稳定、刚度好、精度高，也可以使用其他直线运动副实现运动。所述的3自由度并联机构为3-RPS并联机构，其由固定座8、动平台6和三条驱动分支5组成，每条驱动分支5包括分支基座5-1、分支驱动电机5-3、分支驱动丝杠5-4、分支驱动滑块5-5和分支导轨5_6，分支驱动电机5-3、分支导轨5-6设在分支基座5-1上，分支驱动滑块5-5与分支导轨滑动连接，分支驱动丝杠5-4设在分支驱动滑块内并与分支驱动电机连接，分支驱动电机驱动分支驱动丝杠转动，带动分支驱动滑块相对运动；分支基座5-1经三自由度球铰5-2与动平台6相连，动平台上设有刀具夹，刀具夹上装夹刀具；分支驱动滑块经转轴5-8与固定座8相连，分支驱动滑块可相对于固定座绕转轴转动，三条驱动分支与固定座相连的三个连接点在同一圆的圆周上均匀分布，与动平台相连的三个连接点同一圆的圆周上均匀分布。动平台为3-RPS并联机构的执行端。此种结构的3自由度并联机构刚性强、执行端灵活性强、加工精度高。从图中可以看出X向移动平台上设有向前突出的悬臂架，并联机构的固定座安装在悬臂架前端。便于工件的安放，增加了工件Z向加工幅度。本发明中运动平台的运动可以通过驱动电机驱动丝杠实现，也可以在运动平台与基座之间安装齿轮齿条机构，电机驱动齿轮实现平台的相对运动。各驱动电机均为伺服电机。

[0013] 本发明中3-RPS并联机构的三个驱动分支采用R (转动副)P (移动副)S (3自由度球铰)结构，其中P的分支驱动电机采用伺服电机驱动分支驱动丝杠转动，改变丝杠螺母的相对位置，实现分支驱动滑块移动。3-RPS并联机构的运动由3个分支驱动电机控制，具有刚度性能好，误差传递链短、加工精度高的优点，利用该机构可以实现加工刀具绕X轴和Y轴的自由转动，从而实现刀具的姿态运动。

[0014] 使用时，本发明中的X向驱动电机、Y向驱动电机、Z向驱动电机、并联机构3路驱动电机均为伺服电机，与数控系统电气连接，将待加工工件安装定位后，数控系统可以控制X向移动平台、Y向移动平台、Z向移动平台、以及3-RPS并联机构各分支的独立运动，对大型工件进行复杂曲面加工。本发明具有工作空间大，刚度性能好，成本低廉，加工精度高的优点，可以实现沿Y方向的大行程加工。例如飞机机身、列车车厢等大型部件的加工。适于对大型复杂曲面工件加工。

[0015] 如图2所示，分支基座通过三自由度球铰与动平台(刀具装夹平台)相连接，由分支驱动电机驱动分支驱动丝杠，改变分支驱动滑块在分支导轨上的位置，实现变长驱动，分支驱动滑块与固定座通过转轴形成转动副，固定座与X向滑动平台相连接。改变三路驱动分支的长度，从而实现动平台的姿态和位置变化。

Claims

1. 一种卧式6轴混联型数控铣床，其特征在于铣床的刀具位姿控制由6路伺服电机驱动控制，铣床结构包括3自由度串联机构和3自由度并联机构，并联机构的固定座与串联机构的执行端固定连接，并联机构的执行端装夹有加工刀具；所述的3自由度串联机构包括底座、Y向移动平台、Z向移动平台和X向移动平台，底座上设有Y向导轨和Y向驱动电机，Y向导轨上设有Y向移动平台，Y向移动平台上设有Y向驱动丝杠，Y向驱动电机与Y向驱动丝杠相连，Y向驱动电机驱动Y向驱动丝杠转动，带动Y向移动平台在Y向导轨上前后运动；Y向移动平台上设有Z向导轨和Z向驱动电机，Z向导轨上设有Z向移动平台，Z向移动平台上设有Z向驱动丝杠，Z向驱动电机与Z向驱动丝杠相连，Z向驱动电机驱动Z向驱动丝杠转动，带动Z向移动平台在Z向导轨上前后运动；Z向移动平台上设有X向导轨和X向驱动电机，X向导轨上设有X向移动平台，X向移动平台上设有X向驱动丝杠，X向驱动电机与X向驱动丝杠相连，X向驱动电机驱动X向驱动丝杠转动，带动X向移动平台在X向导轨上前后运动，X向移动平台为3自由度串联机构的执行端；所述的3自由度并联机构为3-RPS并联机构，其由固定座、动平台和三条驱动分支组成，每条驱动分支包括分支基座、分支驱动电机、分支驱动丝杠、分支驱动滑块和分支导轨，分支驱动电机、分支导轨设在分支基座上，分支驱动滑块与分支导轨滑动连接，分支驱动丝杠设在分支驱动滑块内并与分支驱动电机连接，分支驱动电机驱动分支驱动丝杠转动，带动分支驱动滑块相对运动；分支基座经三自由度球铰与动平台相连，分支驱动滑块经转轴与固定座相连，分支驱动滑块和/或固定座可在转轴上转动，动平台为3-RPS并联机构的执行端。

2.根据权利要求I所述的卧式6轴混联型数控铣床，其特征在于所述的X向移动平台上设有向前突出的悬臂，并联机构的固定座安装在悬臂前端。

3.根据权利要求I或2所述的卧式6轴混联型数控铣床，其特征在于所述的三条驱动分支与固定座相连的三个连接点在同一圆的圆周上均匀分布，与动平台相连的三个连接点同一圆的圆周上均勻分布。