CN106965153A - 一种驱动冗余的并联机床本体 - Google Patents
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Abstract
冗余驱动的并联机床本体，适用于各种加工、切削及测量等领域，解决了串联机床刚度差和灵活性小等问题。该机床包括：机架，直线移动组件，连杆组件，工作台组件。第一至第六连杆组件一端与第一至第六直线移动组件的滑块固定连接，另一端通过十字轴与工作台组件中的第一至第六U形接头连接，组成虎克铰；滑块沿导轨做直线移动带动连杆运动实现对于工作台的运动输入，实现两转动和一平动的三自由度运动。
Description
技术领域
本发明涉及一种驱动冗余的并联机床本体，可实现多坐标联动数控加工、装配和测量等多种功能，能满足复杂自由曲面零件(如叶片、叶轮、螺旋浆及复杂模具的型腔等)的加工要求，是一种新概念机床。
背景技术
并联机床是基于空间并联机构Stewart平台原理开发的，是空间机构学、机械制造技术、数控技术、计算机软硬件技术和CAD/CAM技术高度结合，研制而成的高科技产品，可以看作并联机器人在机械加工领域的一种应用。目前机床采用的运动平台主要有串联式与并联式的。串联式机床的工作范围大，灵活性好但存在刚度差、自由度偏低的问题。
发明内容
本发明要解决的问题是提供驱动冗余的并联机床本体，既满足机床的刚度要求又可弥补串联机床刀具作业自由度偏低的缺点。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
一种冗余驱动的并联机床本体，
该机床包括：机架，第一至第六直线移动组件，第一至第六连杆组件，工作台组件；
所述的第一至第六直线移动组件的第一至第六导轨架通过螺钉分别固定连接在机架上的六个支架中；
第一直线移动组件包括：电机，联轴器，导轨架，第一导轨和第二导轨，丝杠，滑块，挡板，第一、二挡板轴承；
构成第一直线移动组件的零部件间的连接：
丝杠与滑块构成螺旋副，轴承分别固定于导轨架上的轴承内孔中和挡板的轴承内孔中；丝杠的一端和第一轴承的内圈配合，另一端和第二轴承的内圈配合；第一导轨和第二导轨分别穿过滑块，其两端固定在导轨架和挡板上；电机固定在导轨架上，电机轴通过联轴器和丝杠的一端连接；挡板固定在导轨架的一端。
第二至六直线移动组件和第一直线移动组件完全相同，第一至第六直线移动组件呈环形对称布置。
第一连杆组件包括：第一至第三连杆U形接头，第一和第二连杆十字轴，第一至第六连杆轴承端盖，第一至第六连杆十字轴轴承。
构成第一连杆组件的零部件间的连接：第二连杆U形接头和第三连杆U形接头分别与第一连杆的两端固定连接。
第二至第六连杆组件和第一连杆组件完全相同。
工作台组件包括：动平台，第一至第十二连接轴十字轴轴承，第一至第十二连接轴轴承端盖，第一至第六连接轴U形接头，第一至第三连接轴，第一至第六动平台轴承。
构成工作台组件的零部件间的连接：
第一连接轴插入动平台的通孔中，连接轴的轴肩两侧分别与轴承内圈相配合，然后分别安装轴承端盖，形成转动副；第一、二连接轴U形接头的转轴端与连接轴分别通过螺钉固定连接；
第二连接轴插入动平台的通孔中，连接轴的轴肩两侧分别与轴承内圈相配合，然后分别安装轴承端盖，形成转动副；第三、四连接轴U形接头的转轴端与连接轴分别通过螺钉固定连接；
第三连接轴插入动平台的通孔中，连接轴的轴肩两侧分别与轴承内圈相配合，然后分别安装轴承端盖，形成转动副；第五、六连接轴U形接头的转轴端与连接轴分别通过螺钉固定连接。
一种驱动冗余的并联机床本体通过第一至第六直线移动组件与第一至第六连杆组件、机架和工作台组件连接构成。
构成各组件间的连接：
第一连杆十字轴一对相对的两端分别与第一连杆轴U形接头中的第一和第二连杆十字轴轴承内圈相配合，然后安装第一和第二连杆轴承端盖；
第一连杆十字轴另一对相对的两端分别与第二连杆U形接头中的第三和第四连杆十字轴轴承内圈相配合，然后安装第三和第四连杆轴承端盖；
第二连杆十字轴一对相对的两端分别与第三连杆U形接头中的第五和第六连杆十字轴轴承内圈相配合，然后安装第五和第六连杆轴承端盖。
第一连杆组件中第二连杆十字轴一对相对的两端分别与工作台组件中第一U形接头中的第一、第二个十字轴轴承内圈相配合；
第二连杆组件中第四连杆十字轴一对相对的两端分别与工作台组件中第二U形接头中的第一、第二个十字轴轴承内圈相配合；
第三连杆组件中第六连杆十字轴一对相对的两端分别与工作台组件中第三U形接头中的第三、第四个十字轴轴承内圈相配合；
第四连杆组件中第八连杆十字轴一对相对的两端分别与工作台组件中第四U形接头中的第三、第四个十字轴轴承内圈相配合；
第五连杆组件中第十连杆十字轴一对相对的两端分别与工作台组件中第五U形接头中的第五、第六个十字轴轴承内圈相配合；
第六连杆组件中第十二连杆十字轴一对相对的两端分别与工作台组件中第五U形接头中的第五、第六个十字轴轴承内圈相配合；
第一至第六连杆组件中第一、第四、第七、第十三和第十六连杆U形接头分别与第一至第六直线移动组件中的第一至第六滑块固定连接。
六个支架通过角铁分别固定在机架的六个凹槽位置，呈环形对称布置。
本发明所具有的有益效果：
利用冗余驱动的并联机构多自由度和大刚度性质，提供了一种可以实现三自由度的并联机床。该安装装置不但可以实现空间内的两个转动、一个平动的三自由度运动，而且可以利用冗余驱动并联机构的结构特性，提高运动平台的承载能力，满足了高精度运动的要求。驱动冗余可以消除非冗余并联机构的奇异位形，增大工作空间。利用螺旋导轨传递动力，将电机的回转运动转换成为滑块相对于导轨架的平移运动，为并联机床提供动力。本装置既可以满足并联机床大刚度的要求又能改善机构的力学传递性能，提高机构的动态相应特性，是一种新型的三自由度并联机床。
附图说明
图1为驱动冗余的并联机床结构示意图；
图2为驱动冗余的并联机床的工作台沿x轴转动示意图；
图3为驱动冗余的并联机床的工作台沿y轴转动示意图；
图4为驱动冗余的并联机床的工作台沿z轴平动示意图；
图5为第一直线移动组件爆炸示意图；
图6为第一连杆组件结构示意图；
图7为第二连杆组件结构示意图；
图8为第三连杆组件结构示意图；
图9为第四连杆组件结构示意图；
图10为第五连杆组件结构示意图；
图11为第六连杆组件结构示意图；
图12为图6的A1-A1剖面图；
图13为图6的A2-A2剖面图；
图14为图6的A3-A3剖面图；
图15为工作台组件结构示意图；
图16为图15的B1-B1剖面图；
图17为图15的B2-B2剖面图；
图18为图15的B3-B3剖面图；
图19为机架结构示意图；
图20为机架的第一支架示意图；
图21为第一导轨架结构示意图；
图22为第一滑块结构示意图；
图23为第一挡板结构示意图；
图24为第一连杆结构示意图；
图25为第一连杆U形接头结构示意图；
图26为第一连杆十字轴结构示意图；
图27为第一连杆轴承端盖结构示意图；
图28为工作台组件第一U形接头结构示意图；
图29为工作台组件第一连接轴结构示意图；
图30为动平台结构示意图；
图31为动平台与连接轴间的第一轴承端盖结构示意图；
图中：机架1，第一至第六直线移动组件2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6，第一至第六连杆组件3-1、3-2、3-3、3-4、3-5、3-6，第一至第六支架4-1,4-2,4-3,4-4,4-5,4-6，滑块5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6，工作台组件6，第一电机7-1，第一联轴器8-1，第一至第六导轨架9-1、9-2、9-3、9-4、9-5、9-6，第一、二导轨10-1、10-2，第一丝杠11-1，第一滑块12-1，第一挡板13-1，第一、二挡板轴承14-1、14-2，第一至第三连杆U形接头15-1、15-2、15-3，第四、第七、第十、第十三、第十六连杆U形接头15-4、15-7、15-10、15-13、15-16，第一、第二、第四、第六、第八连杆十字轴16-1、16-2、16-4、16-6、16-8，第一至第六连杆17-1、17-2、17-3、17-4、17-5、17-6，第一至第六连杆轴承端盖18-1、18-2、18-3、18-4、18-5、18-6，第一至第六连杆十字轴轴承19-1、19-2、19-3、19-4、19-5、19-6，连接轴轴承端盖20-1、20-2、20-3、20-4、20-5、20-6、20-7、20-8、20-9、20-10、20-11、20-12，连接轴十字轴轴承21-1、21-2、21-3、21-4、21-5、21-6、21-7、21-8、21-9、21-10、21-11、21-12，第一至第六U形接头22-1、22-2、22-3，22-4,22-5,22-6，第一至第三连接轴23-1、23-2、23-3，动平台24。
具体实施方式
结合附图对本发明作进一步说明。
一种冗余驱动的并联机床本体，如图1所示，该机床包括：机架1，第一至第六直线移动组件2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6，第一至第六连杆组件3-1、3-2、3-3、3-4、3-5、3-6，工作台组件6。
所述的第一至第六直线移动组件2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6的第一至第六导轨架9-1、9-2、9-3、9-4、9-5、9-6通过螺钉分别固定连接在机架1上的六个支架4-1、4-2、4-3、4-4、4-5、4-6中；
如图5所示，第一直线移动组件2-1包括：电机7-1，联轴器8-1，导轨架9-1，第一导轨10-1和第二导轨10-2，丝杠11-1，滑块12-1，挡板13-1，第一、二挡板轴承14-1、14-2；
构成第一直线移动组件的零部件间的连接：
丝杠11-1与滑块12-1构成螺旋副，第一、二轴承14-1、14-2分别固定于导轨架9-1上的轴承内孔中和挡板13-1的轴承内孔中；丝杠11-1的一端和第一轴承14-1的内圈配合，另一端和第二轴承14-2的内圈配合；第一导轨10-1和第二导轨10-2分别穿过滑块12-1，其两端固定在导轨架9-1和挡板13-1上；电机7-1固定在导轨架9-1上，电机7-1轴通过联轴器8-1和丝杠11-1的一端连接；挡板13-1固定在导轨架9-1的一端。
第二至第六直线移动组件2-2、2-3、2-4、2-5、2-6和第一直线移动组件2-1完全相同，第一至第六直线移动组件2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6呈环形对称布置。
如图6所示，第一连杆组件3-1包括：第一至第三连杆U形接头15-1、15-2、15-3，第一和第二连杆十字轴16-1、16-2，连杆17-1，第一至第六连杆轴承端盖18-1、18-2、18-3、18-4、18-5、18-6，第一至第六连杆十字轴轴承19-1、19-2、19-3、19-4、19-5、19-6。
构成第一连杆组件的零部件间的连接：第二连杆U形接头15-2和第三连杆U形接头15-3分别与第一连杆17-1的两端固定连接。
如图7、8、9、10、11所示，第二至第六连杆组件3-2、3-3、3-4、3-5、3-6和第一连杆组件3-1完全相同。
如图15所示，工作台组件6包括：动平台24，第一至第十二连接轴十字轴轴承20-1、20-2、20-3、20-4、20-5、20-4、20-5、20-6、20-7、20-8、20-9、20-10、20-11、20-12，第一至第十二连接轴轴承端盖21-1、21-2、21-3、21-4、21-5、21-6、21-7、21-8、21-9、21-10、21-11、21-12，第一至第六连接轴U形接头22-1、22-2、22-3、22-4、22-5、22-6，第一至第三连接轴23-1,23-2,23-3，第一至第六动平台轴承25-1、25-2、25-3、25-4、25-5、25-6，第一至第六动平台轴承端盖26-1、26-2、26-3、26-4、26-5、26-6；
所述的工作台组件6呈Y字形构造，动平台24的三个通孔记为C、D、E。动平台24的三个通孔C、D、E成等边三角形布置在动平台24的三侧。
构成工作台组件的零部件间的连接：
第一连接轴23-1插入动平台25的通孔C中，连接轴的轴肩两侧分别与动平台轴承25-1、25-2内圈相配合，然后分别安装轴承端盖26-1、26-2，形成转动副；第一、二连接轴U形接头22-1、22-2的转轴端与连接轴23-1分别通过螺钉固定连接；
第二连接轴23-2插入动平台25的通孔D中，连接轴的轴肩两侧分别与动平台轴承25-3、25-4内圈相配合，然后分别安装轴承端盖26-3、26-4，形成转动副；第三、四连接轴U形接头22-3、22-4的转轴端与连接轴23-2分别通过螺钉固定连接；
第三连接轴23-3插入动平台25的通孔E中，其中连接轴的轴肩两侧分别与动平台轴承25-5、25-6内圈相配合，然后分别安装轴承端盖25-5、25-6，形成转动副；第五、六连接轴U形接头22-5、22-6的转轴端与连接轴23-3分别通过螺钉固定连接。
一种驱动冗余的并联机床本体通过第一至第六直线移动组件与第一至第六连杆组件、机架和工作台组件连接构成。
构成各组件间的连接：
如图12所示，第一连杆十字轴16-1一对相对的两端分别与第一连杆轴U形接头15-1中的第一和第二连杆十字轴轴承19-1、19-2内圈相配合，然后安装第一和第二连杆轴承端盖18-1、18-2；
如图13所示，第一连杆十字轴16-1另一对相对的两端分别与第二连杆U形接头15-2中的第三和第四连杆十字轴轴承19-3、19-4内圈相配合，然后安装第三和第四连杆轴承端盖18-3、18-4；
如图14所示，第二连杆十字轴16-2一对相对的两端分别与第三连杆U形接头15-3中的第五和第六连杆十字轴轴承19-5、19-6内圈相配合，然后安装第五和第六连杆轴承端盖18-5、18-6。
如图15所示，
第一连杆组件3-1中第二连杆十字轴16-2一对相对的两端分别与工作台组件6中第一连接轴U形接头22-1中的第一、第二个连接轴十字轴轴承20-1、20-2内圈相配合；
第二连杆组件3-2中第四连杆十字轴16-4一对相对的两端分别与工作台组件6中第二连接轴U形接头22-2中的第三、第四个连接轴十字轴轴承20-3、20-4内圈相配合；
第三连杆组件3-3中第六连杆十字轴16-6一对相对的两端分别与工作台组件6中第三连接轴U形接头22-3中的第五、第六个连接轴十字轴轴承20-5、20-6内圈相配合；
第四连杆组件3-4中第八连杆十字轴16-8一对相对的两端分别与工作台组件6中第四连接轴U形接头22-4中的第七、第八个连接轴十字轴轴承20-7、20-8内圈相配合；
第五连杆组件3-5中第十连杆十字轴16-10一对相对的两端分别与工作台组件6中第五连接轴U形接头22-5中的第九、第十个连接轴十字轴轴承20-9、20-10内圈相配合；
第六连杆组件3-6中第十二连杆十字轴16-12一对相对的两端分别与工作台组件6中第六连接轴U形接头22-6中的第十一、第十二个连接轴十字轴轴承20-11、20-12内圈相配合；
第一至第六连杆组件中3-1、3-2、3-3、3-4、3-5、3-6第一、第四、第七、第十、第十三和第十六连杆U形接头15-1、15-4、15-7、15-10、15-13、15-16分别与第一至第六直线移动组件2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6中的第一至第六滑块5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6固定连接。
六个支架4-1,4-2,4-3,4-4,4-5,4-6通过角铁分别固定在机架1的六个凹槽位置，呈环形对称布置。
如图2、3、4，各个电机转动，带动与之相连的丝杠转动，使得各个滑块沿各自导轨做直线运动，实现对并联机床的运动输入；第一至第六连杆组件3-1、3-2、3-3、3-4、3-5、3-6移动带动工作台组件6移动，实现动平台24沿两个方向的转动和一个方向的平动。
Claims (1)
1.一种冗余驱动的并联机床本体，该机床包括：机架(1)，第一至第六直线移动组件(2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6)，第一至第六连杆组件(3-1、3-2、3-3、3-4、3-5、3-6)，工作台组件(6)。
所述的第一至第六直线移动组件(2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6)的第一至第六导轨架(9-1、9-2、9-3、9-4、9-5、9-6)通过螺钉分别固定连接在机架1上的六个支架(4-1、4-2、4-3、4-4、4-5、4-6)中；
第一连杆组件(3-1)中第二连杆十字轴(16-2)一对相对的两端分别与工作台组件(6)中第一连接轴U形接头(22-1)中的第一、第二个连接轴十字轴轴承(20-1)、(20-2)内圈相配合；
第二连杆组件(3-2)中第四连杆十字轴(16-4)一对相对的两端分别与工作台组件(6)中第二连接轴U形接头(22-2)中的第三、第四个连接轴十字轴轴承(20-3)、(20-4)内圈相配合；
第三连杆组件(3-3)中第六连杆十字轴(16-6)一对相对的两端分别与工作台组件(6)中第三连接轴U形接头(22-3)中的第五、第六个连接轴十字轴轴承(20-5)、(20-6)内圈相配合；
第四连杆组件(3-4)中第八连杆十字轴(16-8)一对相对的两端分别与工作台组件(6)中第四连接轴U形接头(22-4)中的第七、第八个连接轴十字轴轴承(20-7)、(20-8)内圈相配合；
第五连杆组件(3-5)中第十连杆十字轴(16-10)一对相对的两端分别与工作台组件(6)中第五连接轴U形接头(22-5)中的第九、第十个连接轴十字轴轴承(20-9)、(20-10)内圈相配合；
第六连杆组件(3-6)中第十二连杆十字轴(16-12)一对相对的两端分别与工作台组件(6)中第六连接轴U形接头(22-6)中的第十一、第十二个连接轴十字轴轴承(20-11)、(20-12)内圈相配合；
第一至第六连杆组件(3-1、3-2、3-3、3-4、3-5、3-6)中第一、第四、第七、第十、第十三和第十六连杆U形接头(15-1、15-4、15-7、15-10、15-13、15-16)分别与第一至第六直线移动组件(2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6)中的第一至第六滑块(5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6)固定连接。
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| CN201710153905.6A CN106965153A (zh) | 2017-03-15 | 2017-03-15 | 一种驱动冗余的并联机床本体 |
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| CN201710153905.6A CN106965153A (zh) | 2017-03-15 | 2017-03-15 | 一种驱动冗余的并联机床本体 |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Application publication date: 20170721 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |