CN103753355A - 一种可实现五面加工的多轴联动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可实现五面加工的多轴联动装置，属于数控装置制造技术领域。包括动平台、定平台、U型架和支撑架，以及连接所述定平台和U型架之间的第一、第三和第五支链，连接所述动平台和定平台之间的第二和第四支链；其特征在于：所述第一、第三和第五支链分别与定平台和U型架连接，U型架通过转动副与支撑架连接，支撑架通过转动副与动平台连接，所述第二和第四支链分别与定平台和动平台连接，形成一个空间并联闭环机构，通过五个输入驱动动平台实现三个移动和两个转动自由度；该装置还可包括一个环形导轨或工作台，所述空间并联闭环机构与该环形导轨或工作台构成一个可实现多达六轴联动的混联装置。该结构形式可实现较大的转动输出，能够实现立卧转换。

Description

一种可实现五面加工的多轴联动装置

技术领域

本发明属于机械制造领域，特别涉及一种能够应用于数控装置制造领域的可实现五面加工的多轴联动装置。

背景技术

在机械加工制造领域，现代零部件的设计和加工工艺越来越复杂，空间自由曲面类零部件已广泛应用于各个重点关键领域，如航空航天、汽车、涡轮叶片等。为了获得更好的转动灵活性，加工设备应具备至少两轴联动的转动输出能力；为了获得更好的加工柔性，现代加工设备应具备至少五轴联动的加工能力，在苛刻工况下要求加工设备能够实现一次装卡五面加工，因此，五轴联动或多于五轴联动的装置便成为各个重点行业急需的关键制造装备；为了实现更高的加工效率，加工设备应具有良好的动态响应特性并能够实现高速运动。以上应用需求，对现代加工装备提出了新的挑战。传统的加工设备多采用串联形式实现，存在误差积累、运动部件质量大等问题。而并联机构(指由两个或多个运动学支链构成的闭环并能够控制终端实现一定输出运动的机构)因具有结构紧凑、刚度高、单位重量上承载能力大、运动部件质量小、易于实现高速运动等优势而得到了广泛关注。

近年来，少自由度并联机构(自由度数少于六自由度的并联机构)由于容易实现较大工作空间(尤其是转动工作空间)、便于模块化、运动学简单等特性而越来越受到研究者的重视和青睐，五自由度并联机构是少自由度并联机构中非常重要的一类，但具有实用价值的此类机构的构型综合非常具有挑战性，也正因如此，五自由度并联机构的成功应用案例极少，目前仅有德国的Metrom公司研发的全并联五轴机床在工业中得到了成功应用。比较而言，在并联领域应用更多的是基于三自由度并联模块的五轴混联机床，如应用在航空结构件加工领域的由德国DS Technology公司研制的基于Sprint Z3三自由度并联主轴头的Ecospeed五轴混联加工中心、Tricept五轴混联加工中心以及Exechon五轴混联加工中心等。

针对机械制造领域内加工装备的发展现状，克服全并联五自由度并联机构构型综合困难等问题，本发明提出了一种模块化的五自由度并联机构以及相应的多轴联动装置，能够实现五轴到六轴的多轴联动控制。

发明内容

本发明的目的是为复杂自由曲面零部件的五轴联动加工以及一次装卡五面加工提供更好的原理构型及解决方案，提出一种模块化的新型多轴联动装置。本发明提出的一种可实现五面加工的多轴联动装置可实现五轴至六轴的多轴联动控制。

本发明提出的一种可实现五面加工的多轴联动装置，包括一个安装执行器的动平台、定平台、U型架和支撑架，以及连接所述定平台和U型架之间的第一、第三和第五支链，连接所述动平台和定平台之间的第二和第四支链；所述第一、第三和第五支链结构相同，所述第二和第四支链结构相同；所述第一、第二、第三、第四和第五支链均含有一个主动驱动的运动副；其特征在于：所述第一、第三和第五支链分别与定平台和U型架连接，U型架通过转动副与支撑架连接，支撑架通过转动副与动平台连接，所述第二和第四支链分别与定平台和动平台连接，进而形成一个空间并联闭环机构，该空间并联闭环机构通过五个输入运动驱动动平台运动，实现三个移动自由度和两个转动自由度；该装置还可包括一个环形导轨或一个安装被加工工件的工作台，所述空间并联闭环机构与该环形导轨或工作台构成一个多轴联动装置，该装置可实现多达六轴的联动控制。

本发明的特点及技术效果

本发明的一种可实现五面加工的多轴联动装置，采用五个支链的结构形式构成空间五自由度闭环并联机构，通过五个输入驱动动平台运动，实现三个移动自由度和两个转动自由度，其动平台可实现较大的转动输出能力是该机构的一个突出优点，结合环形导轨或旋转工作台，采用混联的结构形式获得了多达六轴的联动控制，可实现对复杂自由曲面类零件的一次装卡五面加工。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例2的结构示意图。

图3为本发明实施例3的结构示意图。

具体实施方式

本发明的一种可实现五面加工的多轴联动装置结合附图及实施例详细说明如下：

本发明提出的一种可实现五面加工的多轴联动装置，包括一个安装执行器的动平台、定平台、U型架和支撑架，以及连接所述定平台和U型架之间的第一、第三和第五支链，连接所述动平台和定平台之间的第二和第四支链；所述第一、第三和第五支链结构相同，所述第二和第四支链结构相同；所述第一、第二、第三、第四和第五支链均含有一个主动驱动的运动副；其特征在于：所述第一、第三和第五支链分别与定平台和U型架连接，U型架通过转动副与支撑架连接，支撑架通过转动副与动平台连接，所述第二和第四支链分别与定平台和动平台连接，进而形成一个空间并联闭环机构，该空间并联闭环机构通过五个输入运动驱动动平台运动，实现三个移动自由度和两个转动自由度；该装置还可包括一个环形导轨或一个安装被加工工件的工作台，所述空间并联闭环机构与该环形导轨或工作台构成一个多轴联动装置，该装置可实现多达六轴的联动控制。

本发明的一种可实现五面加工的多轴联动装置，具体说明如下：

第一、第三和第五支链均包括：连接件、上连杆、下连杆、连接块以及运动副。所述运动副有五个，一个是连接于定平台和连接件之间的转动副，一个是连接于连接件和上连杆之间的转动副，一个是连接于上连杆和下连杆之间的移动副，一个是连接于下连杆和连接块之间的转动副，另一个是连接于连接块和U型架之间的转动副。其中，连接于上连杆和下连杆之间的移动副是被驱动的；连接于定平台和连接件之间以及连接于连接件和上连杆之间的两个转动副可由一个虎克铰代替；连接于下连杆和连接块之间以及连接于连接块和U型架之间的两个转动副可由一个虎克铰代替。

第二和第四支链均包括：连接件、上连杆、下连杆、U型块、连接块以及运动副。所述运动副有六个，一个是连接于定平台和连接件之间的转动副，一个是连接于连接件和上连杆之间的转动副，一个是连接于上连杆和下连杆之间的移动副，一个是连接于下连杆和U型块之间的转动副，一个是连接于U型块与连接块之间的转动副，另一个是连接于连接块和动平台之间的转动副。其中，连接于上连杆和下连杆之间的移动副是被驱动的；连接于定平台和连接件之间以及连接于连接件和上连杆之间的两个转动副可由一个虎克铰或者球铰代替；连接于下连杆和U型块之间、连接于U型块与连接块之间以及连接于连接块和动平台之间的三个转动副可由一个球铰代替。

该多轴联动装置可包括：环形导轨以及运动副。所述运动副有一个，为连接于定平台和环形导轨之间的转动副，且该转动副是被驱动的。

该多轴联动装置也可包括：转台以及运动副。所述运动副有一个，为连接于定平台和转台之间的转动副，且该转动副是被驱动的。

实施例1：

本实施例的一种可实现五面加工的多轴联动装置的结构如图1所示，包括定平台17、动平台11、U型架13和支撑架113，以及连接所述定平台17和U型架13之间的第一、第三和第五支链，连接所述动平台11和定平台17之间的第二和第四支链；所述第一、第三和第五支链分别与定平台17和U型架13连接，U型架13通过转动副与支撑架113连接，支撑架113通过转动副与动平台11连接，所述第二和第四支链分别与定平台17和动平台11连接，进而形成一个空间并联闭环机构。

所述第一、第三和第五支链结构相同，均包括：连接件19、上连杆110、下连杆111、连接块112以及运动副。所述运动副有五个，一个是连接于定平台17和连接件19之间的转动副，一个是连接于连接件19和上连杆110之间的转动副，一个是连接于上连杆110和下连杆111之间的移动副，一个是连接于下连杆111和连接块112之间的转动副，另一个是连接于连接块112和U型架13之间的转动副。其中，连接于上连杆110和下连杆111之间的移动副是被驱动的；连接于定平台17和连接件19之间以及连接于连接件19和上连杆110之间的两个转动副可由一个虎克铰代替；连接于下连杆111和连接块112之间以及连接于连接块112和U型架13之间的两个转动副可由一个虎克铰代替。

所述第二和第四支链结构相同，均包括：连接件18、上连杆16、下连杆15、U型块14、连接块12以及运动副。所述运动副有六个，一个是连接于定平台17和连接件18之间的转动副，一个是连接于连接件18和上连杆16之间的转动副，一个是连接于上连杆16和下连杆15之间的移动副，一个是连接于下连杆15和U型块14之间的转动副，一个是连接于U型块14与连接块12之间的转动副，另一个是连接于连接块12和动平台11之间的转动副。其中，连接于上连杆16和下连杆15之间的移动副是被驱动的；连接于定平台17和连接件18之间以及连接于连接件18和上连杆16之间的两个转动副可由一个虎克铰或者球铰代替；连接于下连杆15和U型块14之间、连接于U型块14与连接块12之间以及连接于连接块12和动平台11之间的三个转动副可由一个球铰代替。

该多轴联动装置可实现三个移动自由度和两个转动自由度的五轴联动控制。

实施例2：

本实施例的一种可实现五面加工的多轴联动装置的结构如图2所示，该多轴联动装置与实施例1的不同之处在于：该多轴联动装置还包括环形导轨21以及运动副。所述运动副有一个，为连接于定平台22和环形导轨21之间的转动副，且该转动副是被驱动的。该装置可实现三个移动自由度和三个转动自由度的六轴联动控制。

实施例3：

本实施例的一种可实现五面加工的多轴联动装置的结构如图3所示，该多轴联动装置与实施例1的不同之处在于：该多轴联动装置还包括转台31以及运动副。所述运动副有一个，为连接于定平台32和转台31之间的转动副，且该转动副是被驱动的。该装置可实现三个移动自由度和三个转动自由度的六轴联动控制。

Claims (5)

1.一种可实现五面加工的多轴联动装置，包括一个安装执行器的动平台、定平台、U型架和支撑架，以及连接所述定平台和U型架之间的第一、第三和第五支链，连接所述动平台和定平台之间的第二和第四支链；所述第一、第三和第五支链结构相同，所述第二和第四支链结构相同；所述第一、第二、第三、第四和第五支链均含有一个主动驱动的运动副；其特征在于：所述第一、第三和第五支链分别与定平台和U型架连接，U型架通过转动副与支撑架连接，支撑架通过转动副与动平台连接，所述第二和第四支链分别与定平台和动平台连接，进而形成一个空间并联闭环机构，该空间并联闭环机构通过五个输入运动驱动动平台运动，实现三个移动自由度和两个转动自由度。

2.如权利要求1所述的一种可实现五面加工的多轴联动装置，其特征在于，所述第一、第三和第五支链均包括：连接件、上连杆、下连杆、连接块以及运动副。所述运动副有五个，一个是连接于定平台和连接件之间的转动副，一个是连接于连接件和上连杆之间的转动副，一个是连接于上连杆和下连杆之间的移动副，一个是连接于下连杆和连接块之间的转动副，另一个是连接于连接块和U型架之间的转动副。其中，连接于上连杆和下连杆之间的移动副是被驱动的；连接于定平台和连接件之间以及连接于连接件和上连杆之间的两个转动副可由一个虎克铰代替；连接于下连杆和连接块之间以及连接于连接块和U型架之间的两个转动副可由一个虎克铰代替。

3.如权利要求1所述的一种可实现五面加工的多轴联动装置，其特征在于，所述第二和第四支链均包括：连接件、上连杆、下连杆、U型块、连接块以及运动副。所述运动副有六个，一个是连接于定平台和连接件之间的转动副，一个是连接于连接件和上连杆之间的转动副，一个是连接于上连杆和下连杆之间的移动副，一个是连接于下连杆和U型块之间的转动副，一个是连接于U型块与连接块之间的转动副，另一个是连接于连接块和动平台之间的转动副。其中，连接于上连杆和下连杆之间的移动副是被驱动的；连接于定平台和连接件之间以及连接于连接件和上连杆之间的两个转动副可由一个虎克铰或者球铰代替；连接于下连杆和U型块之间、连接于U型块与连接块之间以及连接于连接块和动平台之间的三个转动副可由一个球铰代替。

4.如权利要求1所述的一种可实现五面加工的多轴联动装置，其特征在于，该多轴联动装置还可包括：环形导轨以及运动副。所述运动副有一个，为连接于定平台和环形导轨之间的转动副，且该转动副是被驱动的。该装置可实现三个移动自由度和三个转动自由度的六轴联动控制。

5.如权利要求1所述的一种可实现五面加工的多轴联动装置，其特征在于，该多轴联动装置也可包括：转台以及运动副。所述运动副有一个，为连接于定平台和转台之间的转动副，且该转动副是被驱动的。该装置可实现三个移动自由度和三个转动自由度的六轴联动控制。

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