CN103949957B - 一种基于三自由度并联机构的六轴联动混联装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于三自由度并联机构的六轴联动混联装置，属于数控装置制造技术领域。包括动平台、定平台、立柱、工作台，以及连接所述动平台和立柱之间的第一、第二和第三支链，连接于工作台和定平台之间的串联传动链，连接于定平台和立柱之间的串联传动链；所述第一、第二和第三支链分别与立柱以及动平台连接形成一个空间并联闭环机构，该空间并联闭环机构通过三个输入运动驱动动平台运动，实现两个移动自由度和一个转动自由度；所述空间并联闭环机构与工作台、连接于定平台和立柱之间的串联传动链以及连接于工作台和定平台之间的串联传动链构成一个六轴联动混联装置。该装置具有良好的转动灵活性和加工柔性。

Description

一种基于三自由度并联机构的六轴联动混联装置
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基于三自由度并联机构的六轴联动混联装置。
背景技术
并联机构是指由多个(至少两个)运动学支链构成的闭环机构。相对于传统的串联机构，并联机构具有刚度高、结构紧凑、运动部件质量轻、易于实现高速高加速度运动、具有较高的动态响应特性等优点，一定程度上弥补了传统串联机构的不足。近年来，三自由度并联机构由于其便于模块化、运动学简单、更容易实现控制、具有解耦或者部分解耦的特性、容易实现较大的转动工作空间等优势而越来越受到研究者的重视和青睐，一些基于三自由度并联机构的混联装置已经在工业中得到了成功应用。如应用在航空结构件加工领域的基于三(移动)自由度并联机构的Tricept和Exechon五轴混联加工中心以及由德国DSTechnology公司研制的基于Sprint Z3三自由度并联主轴头(两转动一移动)的Ecospeed五轴混联加工中心等。
在机械加工领域，尤其是汽轮机叶片类零件的磨削加工，此类应用对现代制造加工设备的性能提出了更高的需求，加工设备应具有更好的加工柔性和转动灵活性。为了满足以上加工应用需求，现代加工设备应具备至少五轴联动的加工能力，而此类多轴联动装置更是各个重点行业急需的关键制造装备；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。鉴于此，本发明提出了一种基于三自由度(两移动一转动)并联机构的六轴联动混联装置，能够实现六轴(包括两轴转动)的联动控制。该装置在具有典型自由曲面特征的汽轮机叶片类零件的加工(尤其是磨削)领域具有独特的优势。
发明内容
本发明的目的是为具有典型自由曲面特征的汽轮机叶片类零件的加工(尤其是磨削)提供更好的原理构型及解决方案，提出一种基于三自由度并联机构的六轴联动混联装置，可实现六轴的联动控制，包括两转动输出的联动控制。
本发明提出的一种基于三自由度并联机构的六轴联动混联装置，包括一个安装执行器的动平台、定平台、立柱、安装被加工工件的工作台，以及连接所述动平台和立柱之间的具有相同结构的第一、第二支链和结构不同的第三支链，连接于工作台和定平台之间的串联传动链，连接于定平台和立柱之间的串联传动链；该第一、第二支链和第三支链均采用单自由度运动副且均含有一个主动驱动的运动副，连接于工作台和定平台之间的串联传动链含有两个主动驱动的运动副及连接于定平台和立柱之间的串联传动链含有一个主动驱动的运动副，或连接于工作台和定平台之间的串联传动链含有三个主动驱动的运动副及连接于定平台和立柱之间的串联传动链不含运动副；其特征在于：所述第一、第二和第三支链分别与立柱以及动平台连接形成一个空间并联闭环机构，该空间并联闭环机构通过三个输入运动驱动动平台运动，实现两个移动自由度和一个转动自由度，且该转动自由度的轴线垂直于两个移动自由度所构成的平面；所述空间并联闭环机构与工作台、连接于定平台和立柱之间的串联传动链以及连接于工作台和定平台之间的串联传动链构成一个多轴联动混联装置，该混联装置可实现六轴的联动运动。
本发明的特点及技术效果
本发明的基于三自由度并联机构的六轴联动混联装置，其中的三自由度并联机构采用三个支链和单自由度运动副的结构形式构成空间三自由度闭环机构，通过三个输入驱动动平台运动，实现两个移动自由度和一个转动自由度，该转动自由度的轴线垂直于两个移动自由度所构成的平面，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，在该三自由度并联机构的基础上提出的通过采用混联的结构形式获得了六轴的联动控制，可实现对具有典型复杂自由曲面特征的汽轮机叶片类零件的多轴联动数控加工。
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。
具体实施方式
本发明的一种基于三自由度并联机构的六轴联动混联装置结合附图及实施例详细说明如下：
本发明提出的一种基于三自由度并联机构的六轴联动混联装置，包括一个安装执行器的动平台、定平台、立柱、安装被加工工件的工作台，以及连接所述动平台和立柱之间的具有相同结构的第一、第二支链和结构不同的第三支链，连接于工作台和定平台之间的串联传动链，连接于定平台和立柱之间的串联传动链；该第一、第二支链和第三支链均采用单自由度运动副且均含有一个主动驱动的运动副，连接于工作台和定平台之间的串联传动链含有两个主动驱动的运动副及连接于定平台和立柱之间的串联传动链含有一个主动驱动的运动副，或连接于工作台和定平台之间的串联传动链含有三个主动驱动的运动副及连接于定平台和立柱之间的串联传动链不含运动副；其特征在于：所述第一、第二和第三支链分别与立柱以及动平台连接形成一个空间并联闭环机构，该空间并联闭环机构通过三个输入运动驱动动平台运动，实现两个移动自由度和一个转动自由度，且该转动自由度的轴线垂直于两个移动自由度所构成的平面；所述空间并联闭环机构与工作台、连接于定平台和立柱之间的串联传动链以及连接于工作台和定平台之间的串联传动链构成一个多轴联动混联装置，该混联装置可实现六轴的联动运动。
本发明的基于三自由度并联机构的六轴联动混联装置，第一、第二支链结构相同且在同一平面内，第三支链结构不同。具体说明如下：
第一、第二支链包括：滑块、连杆以及运动副。所述运动副有三个且均为单自由度运动副，一个是连接于立柱和滑块之间的移动副，一个是连接于滑块和连杆之间的转动副，另一个是连接于连杆和动平台之间的转动副。其中，连接于立柱和滑块之间的移动副是被驱动的，连接于滑块和连杆之间的转动副和连接于连杆和动平台之间的转动副是相互平行的。
第三支链包括：滑块、连杆以及运动副。所述运动副有三个且均为单自由度运动副，一个是连接于立柱和滑块之间的移动副，一个是连接于滑块和连杆之间的转动副，另一个是连接于连杆和动平台之间的转动副。其中，连接于立柱和滑块之间的移动副是被驱动的，连接于滑块和连杆之间的转动副和连接于连杆和动平台之间的转动副是相互平行的。
所述第一、第二和第三支链中连接于滑块和连杆之间以及连接于连杆和动平台之间的六个转动副均相互平行。
连接于定平台和立柱之间的串联传动链也可包括一个运动副，所述运动副是连接于定平台和立柱之间的移动副，且该移动副是被驱动的。所述定平台和立柱也可固定连接。
连接于工作台和定平台之间的串联传动链可包括：水平滑台及运动副，所述运动副有两个，一个是连接于定平台和水平滑台之间的移动副，另一个是连接于水平滑台和工作台之间的转动副，且该移动副和转动副均是被驱动的。
连接于工作台和定平台之间的串联传动链也可包括：连接滑台、水平滑台及运动副，所述运动副有三个，一个是连接于定平台和连接滑台之间的移动副，一个是连接于连接滑台和水平滑台之间的移动副，另一个是连接于水平滑台和工作台之间的转动副，且该移动副和转动副均是被驱动的。
实施例1：
本实施例的一种基于三自由度并联机构的六轴联动混联装置的结构如图1所示，包括立柱13、立柱17、立柱18、动平台11及第一、第二、第三支链，所述三条支链分别连接于立柱13、立柱17、立柱18和动平台11之间，并与该立柱13、立柱17、立柱18和动平 台11构成空间闭环机构。
所述第一、第二支链包括：滑块12、滑块19、连杆14、连杆110以及运动副。所述运动副有三个，一个是连接于立柱13、立柱18和滑块12、滑块19之间的移动副，一个是连接于滑块12、滑块19和连杆14、连杆110之间的转动副，另一个是连接于连杆14、连杆110和动平台11之间的转动副。其中，连接于立柱13、立柱18和滑块12、滑块19之间的移动副是被驱动的，连接于滑块12、滑块19和连杆14、连杆110之间的转动副和连接于连杆14、连杆110和动平台11之间的转动副是相互平行的。
所述第三支链包括：滑块16、连杆15以及运动副。所述运动副有三个，一个是连接于立柱17和滑块16之间的移动副，一个是连接于滑块16和连杆15之间的转动副，另一个是连接于连杆15和动平台11之间的转动副。其中，连接于立柱17和滑块16之间的移动副是被驱动的，连接于滑块16和连杆15之间的转动副和连接于连杆15和动平台11之间的转动副是相互平行的。
所述第一、第二和第三支链中连接于滑块12、滑块19、滑块16和连杆14、连杆110、连杆15之间以及连接于连杆14、连杆110、连杆15和动平台11之间的六个转动副均相互平行。
所述定平台113和立柱13、立柱17、立柱18固定连接。
所述连接于工作台111、工作台115和定平台113之间的串联传动链包括：连接滑台114、水平滑台112及运动副，所述运动副有三个，一个是连接于定平台113和连接滑台114之间的移动副，一个是连接于连接滑台114和水平滑台112之间的移动副，另一个是连接于水平滑台112和工作台111、工作台115之间的转动副，且该移动副和转动副均是被驱动的。
该混联装置可实现包括两个转动自由度在内的六轴联动控制。
实施例2：
本实施例的一种基于三自由度并联机构的六轴联动混联装置的结构如图2所示，该混联装置与实施例1的不同之处在于：所述连接于定平台21和立柱24之间的串联传动链包括一个运动副，所述运动副是连接于定平台21和立柱24之间的移动副，且该移动副是被驱动的；所述连接于工作台和定平台之间的串联传动链中：定平台21与水平滑台22通过移动副直接相连，且该移动副是被驱动的。该混联装置可实现包括两个转动自由度在内的六轴联动控制。

Claims (5)

1.一种基于三自由度并联机构的六轴联动混联装置，包括一个安装执行器的动平台、定平台、立柱、安装被加工工件的工作台，以及连接所述动平台和立柱之间的具有相同结构的第一、第二支链和结构不同的第三支链，连接于工作台和定平台之间的串联传动链，连接于定平台和立柱之间的串联传动链；该第一、第二支链和第三支链均采用单自由度运动副且均含有一个主动驱动的运动副，连接于工作台和定平台之间的串联传动链含有两个主动驱动的运动副及连接于定平台和立柱之间的串联传动链含有一个主动驱动的运动副，或连接于工作台和定平台之间的串联传动链含有三个主动驱动的运动副及连接于定平台和立柱之间的串联传动链不含运动副；其特征在于：所述第一、第二和第三支链分别与立柱以及动平台连接形成一个空间并联闭环机构，该空间并联闭环机构通过三个输入运动驱动动平台运动，实现两个移动自由度和一个转动自由度，且该转动自由度的轴线垂直于两个移动自由度所构成的平面；所述空间并联闭环机构与工作台、连接于定平台和立柱之间的串联传动链以及连接于工作台和定平台之间的串联传动链构成一个实现六轴联动运动的混联装置。
2.如权利要求1所述的六轴联动混联装置，其特征在于，所述第一、第二和第三支链均包括：滑块、连杆以及运动副；所述运动副有三个且均为单自由度运动副，一个是连接于立柱和滑块之间的移动副，一个是连接于滑块和连杆之间的转动副，另一个是连接于连杆和动平台之间的转动副；其中，连接于立柱和滑块之间的移动副是被驱动的，连接于滑块和连杆之间的转动副和连接于连杆和动平台之间的转动副是相互平行的；所述第一、第二和第三支链中连接于滑块和连杆之间以及连接于连杆和动平台之间的六个转动副均相互平行。
3.权利要求1所述的六轴联动混联装置，其特征在于，所述连接于定平台和立柱之间的串联传动链包括一个运动副，所述运动副是连接于定平台和立柱之间的移动副，且该移动副是被驱动的。
4.如权利要求1所述的六轴联动混联装置，其特征在于，所述连接于工作台和定平台之间的串联传动链包括：水平滑台及运动副，所述运动副有两个，一个是连接于定平台和水平滑台之间的移动副，另一个是连接于水平滑台和工作台之间的转动副，且该移动副和转动副均是被驱动的。
5.如权利要求1所述的六轴联动混联装置，其特征在于，所述连接于工作台和定平台之间的串联传动链包括：连接滑台、水平滑台及运动副，所述运动副有三个，一个是连接于定平台和连接滑台之间的移动副，一个是连接于连接滑台和水平滑台之间的移动副，另一个是连接于水平滑台和工作台之间的转动副，且该移动副和转动副均是被驱动的。
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