CN105171091A - 新型变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于机构学与机械制造领域，特别涉及一种新型变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构。其特征是：刨床主运动机构具有三种工作模式，可根据不同任务需求，进行自动切换。工作模式一适合完成中型零件的刨削加工，其通过一个连杆将刨床主运动机构的滑枕与一个平面三自由度单闭环机构相连接，为三伺服电机驱动。工作模式二适合于完成中小型零件的刨削加工，其将所述的平面三自由度单闭环机构自动切换为平面二自由度五杆并联机构，其中一个伺服电机被锁死，为双伺服电机驱动。工作模式三适合于完成小型零件的刨削加工，其将所述平面五杆并联机构自动切换为平面单自由度四杆机构，为单伺服电机驱动。本发明具有可控性、柔性化和智能化的优点。

Description

新型变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构

技术领域：

本发明属于机构学与机械制造领域，特别涉及一种新型变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构。

背景技术：

牛头刨床可应用于水平面、垂直面、斜面、直槽、V型槽、燕尾槽及直母线成型面等面的刨削加工，因此在机械制造领域有着极为广泛的应用。为了提高加工表面的质量，要求滑枕应为匀速运动，但机械式牛头刨床的主运动机构一般采用摆动导杆机构和摆杆滑块机构串联而成的组合机构，刨刀刨削加工时的主运动为非匀速运动，为进一步提高加工质量带来了困难。

随着科学技术的发展，人们越来越希望现代机器能够根据不同的工作任务需求具有不同的工作方式，即希望机器能“一机多用”，希望机器具有柔性、可控性和智能性。机械式牛头刨床主要用于加工中、小零件，在加工中型零件和加工小型零件时，所需要的工作功率和工作行程是不同的。显然，在加工小型零件时，所需要的加工作业功率和工作行程都是相对较小的，而如果刨床不具备“柔性”，依然采用加工中型零件的工作模式来完成加工小型零件的作业任务，显然是不经济的。

因此人们希望刨床能够具有可控性、使作业速度满足匀速要求；希望刨床能够具有柔性、能根据加工作业任务的不同，变换工作模式，实现可重构；希望刨床具有智能，能根据不同加工工艺和参数要求，编程控制。

发明内容：

本发明针对现有技术中的不足，提出一种新型变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构，其具有可控性、柔性化、智能化的优点。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种新型变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构，其具有三种可选的工作模式，即根据不同加工作业任务具有三种不同的机构构型，且可在三种工作模式间方便的自动切换，具有可重构性。

第一种工作模式，可以满足中等零件的加工作业任务，第一种机构构型为：牛头刨床的滑枕通过一个连杆与一个平面三自由度单闭环机构相连接。平面三自由度单闭环机构具有五根长度相等的连杆，各杆间都通过转动副相连接。所述平面三自由度单闭环机构由三个伺服电机驱动，其中两台伺服电机布置在与机架相连的转动副处，另外一台伺服电机布置在接近机架的转动副处。利用平面三自由度单闭环机构将三个伺服电机的输入传递、合成并转化为末端滑枕的单一大功率输出，可满足中型零件的刨削加工作业需要。由于平面三自由度单闭环机构本身具有机械协调功能，可消除三组伺服电机输入误差引起的运动干涉，降低控制难度。

第二种工作模式，可以满足中小型零件的加工作业任务，第二种机构构型为：新型变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构自动切换为第二种工作模式，这时滑枕通过一个连杆与一个平面二自由度五杆并联机构相连接，即平面三自由度单闭环机构切换为平面二自由度五杆并联机构。平面五杆并联机构为对称结构，各杆之间通过转动副相连接。这时机构整体为二自由度机构，所述平面三自由度单闭环机构的一个位于机架处的伺服电机被锁死，只有二台伺服电机工作，用于完成中小功率的加工作业任务。利用平面二自由度五杆并联机构将二个伺服电机的输入传递、合成并转化为末端滑枕的单一较大功率输出，可满足中小型零件的刨削加工作业需要。由于平面二自由度五杆并联机构本身具有机械协调功能，可消除二组伺服电机输入误差引起的运动干涉，降低控制难度。

第三种工作模式，可以满足小型零件的加工作业任务，第三种机构构型为：新型变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构自动切换为第三种工作模式，这时滑枕通过一个连杆与一个单自由度平面四杆机构相连接，即平面二自由度五杆并联机构切换为单自由度平面四杆机构。这时机构整体为单自由度机构，所述平面六杆单闭环机构的二台伺服电机被锁死，只有一台伺服电机工作，用于完成小功率的加工作业任务。

以上三种工作模式均采用伺服电机驱动，因伺服电机具有可控性，通过合理的控制可以满足滑枕的匀速运动作业需求；因伺服电机具有可控性，通过编程控制，可以满足不同加工工艺和加工参数要求；因平面三自由度单闭环机构和平面二自由度五杆并联机构具有机械协调功能，可将多组伺服电机的输入进行合成，将小功率输入合成为大功率输出，且可避免输入误差引起的运动干涉；因平面三自由度单闭环机构和平面二自由度五杆并联机构具有可重构特性，可实现牛头刨床主运动机构根据不同刨削加工作业需求，在不同工作模式间自动切换，具有柔性。

综上，所述新型变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构通过采用伺服电机控制、通过采用可重构平面三自由度单闭环机构，满足了滑枕匀速运动作业需求、使机械式牛头刨床的主运动机构具有了柔性、可控性和智能性。

附图说明：

图1为新型变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构第一种工作模式的机构简图。

图2为新型变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构第二种工作模式的机构简图。

图3为新型变输入机械式可重构牛头刨床主运动机构第三种工作模式的机构简图。

图1、图2和图3中，1为机架，2-7为连杆，8-12及14为转动副，13为滑枕。

具体实施方式：

以下结合附图1、附图2和附图3所示之实施例对本发明作进一步详述：

如图1所示实施例中：新型变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构工作在第一种工作模式，刨床主运动机构的滑枕13通过杆7与一平面三自由度单闭环机构相连，所述滑枕13为机构整体的末端输出构件。所述平面三自由度单闭环机构含有五个长度相等的连杆，杆2与机架1通过转动副8相连接、杆3与杆2通过转动副12相连接、杆4与杆3通过转动副11相连接、杆5和杆4通过转动10相连接、杆6和杆5通过转动副9相连接、杆6和机架1通过转动副8相连接。平面三自由度单闭环机构通过转动副11与杆7相连接，杆7通过转动副14与滑枕13相连接，滑枕13与机架1为移动副连接。所述平面三自由度单闭环机构由三组伺服电机驱动，其中两组伺服电机安装在转动副8处，分别驱动连杆2和6，另外一组伺服电机可选择安装在转动副9处。所述平面三自由度单闭环机构将所述三组伺服电机的输入传递、合成并转化为滑枕13的大功率单一输出，实现大功率刨削加工作业任务，可用于刨削加工中型零件。所述平面三自由度单闭环机构本身具有机械协调功能，可消除三组伺服电机输入误差引起的运动干涉，降低控制难度。

如图2所示实施例中：新型变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构工作在第二种工作模式，这时通过转动驱动连杆6的伺服电机，使得连杆6旋转至与机架1相重合的位置处，并将驱动连杆6的伺服电机锁死，则新型变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构自动切换为第二种工作模式，可见此时平面三自由度单闭环机构自动切换为平面二自由度五杆并联机构。这时，刨床的滑枕13通过杆7与二自由度平面五杆并联机构相连接。此时杆6与机架1重合并被锁死，杆6与机架1共同作为平面二自由度五杆并联机构的机架。杆7与平面二自由度五杆并联机构通过转动副11相连接，杆7与滑枕13通过转动副14相连接，滑枕13与机架1为移动副连接。这时机构整体为二自由度机构，机构整体以驱动杆2和杆5的两组伺服电机作为原动机，所述平面二自由度五杆并联机构将所述二组伺服电机的输入传递、合成并转化为滑枕13的较大功率单一输出，实现较大功率刨削加工作业任务，可用于刨削加工中小型零件。所述平面二自由度五杆并联机构本身具有机械协调功能，可消除二组伺服电机输入误差引起的运动干涉，降低控制难度。

如图3所示实施例中：新型变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构工作在第三种工作模式，这时通过转动驱动杆5的伺服电机，使得杆5旋转至与机架1相重合的位置处，并将驱动杆5的伺服电机锁死，则新型变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构自动切换为第三种工作模式，可见此时平面二自由度五杆并联机构自动切换为单自由度平面四杆机构。这时，刨床的滑枕13通过杆7与单自由度平面四杆机构相连接。此时杆5与机架1及杆6重合并被锁死。杆7与单自由度平面四杆机构通过转动副11相连接，杆7与滑枕13通过转动副14相连接，滑枕15与机架1为移动副连接。这时机构整体为单自由度机构，机构整体以驱动杆2的伺服电机作为原动机，实现小功率刨削加工作业任务，可用于刨削加工小型零件。

Claims (1)

1.一种新型变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构，其特征是：牛头刨床主运动机构具有三种不同的工作模式，可根据不同加工作业任务要求在三种工作模式间自动切换；

工作模式一可以满足中等零件的加工作业任务，第一种工作模式为：牛头刨床的滑枕通过一个连杆与一个平面三自由度单闭环机构相连接；平面三自由度单闭环机构由五根长度相等的连杆组成，各杆间都通过转动副相连接；所述平面三自由度单闭环机构由三组伺服电机驱动，其中两台伺服电机布置在与机架相连的转动副处，另外一台伺服电机布置在接近机架的转动副处；利用平面三自由度单闭环机构将三组伺服电机的输入传递、合成并转化为末端滑枕的单一大功率输出，可满足中型零件的刨削加工作业需要；由于平面三自由度单闭环机构本身具有机械协调功能，可消除三组伺服电机输入误差引起的运动干涉，降低控制难度；

第二种工作模式，可以满足中小型零件的加工作业任务，第二种工作模式为：新型变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构自动切换为第二种工作模式，这时滑枕通过一个连杆与一个平面二自由度五杆并联机构相连接，即平面三自由度单闭环机构切换为二自由度平面五杆并联机构；平面五杆并联机构为对称结构，各杆之间通过转动副相连接；这时机构整体为二自由度机构，所述平面三自由度单闭环机构的一个位于机架处的伺服电机被锁死，只有二台伺服电机工作，用于完成中小功率的加工作业任务；利用平面二自由度五杆并联机构将二组伺服电机的输入传递、合成并转化为末端滑枕的单一较大功率输出，可满足中小型零件的刨削加工作业需要；由于平面二自由度五杆并联机构本身具有机械协调功能，可消除二组伺服电机输入误差引起的运动干涉，降低控制难度；

第三种工作模式，可以满足小型零件的加工作业任务，第三种工作模式为：新型变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构自动切换为第三种工作模式，这时滑枕通过一个连杆与一个单自由度平面四杆机构相连接，即平面二自由度五杆并联机构切换为单自由度平面四杆机构；这时机构整体为单自由度机构，所述平面三自由度单闭环机构的二台伺服电机被锁死，只有一台伺服电机工作，用于完成小功率的加工作业任务；

以上三种工作模式均采用伺服电机驱动，因伺服电机具有可控性，通过合理的控制可以满足滑枕的匀速运动作业需求；因伺服电机具有可控性，通过编程控制，可以满足不同加工工艺和加工参数要求；因平面三自由度单闭环机构和平面二自由度五杆并联机构具有机械协调功能，可将多组伺服电机的输入进行合成，将小功率输入合成为大功率输出，且可避免输入误差引起的运动干涉；因平面三自由度单闭环机构和平面二自由度五杆并联机构具有可重构特性，可实现牛头刨床主运动机构根据不同刨削加工作业需求，在不同工作模式间自动切换，具有柔性；

所述新型变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构通过采用伺服电机控制、通过采用可重构平面三自由度单闭环机构，满足了滑枕匀速运动作业需求、使机械式牛头刨床的主运动机构具有了柔性、可控性和智能性；

所述新型牛头刨床主运动机构，在三种工作模式间切换时，机构整体的自由度也在三、二和一三种自由度间切换；但是无论自由度如何变化，机构整体的末端输出，即滑枕始终作单自由度运动，因此称该机构为变输入可重构机构；即机构的输入在三、二和一之间切换，机构的输入和输出功率也在大、中和小间切换，但机构末端输出运动的活动度却是不变的。