CN107378917A - 一种不含球副的加工中心并联主轴头 - Google Patents

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    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/003—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics
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Abstract

本发明涉及一种不含球副的加工中心并联主轴头，属于先进制造领域。该主轴头包括一个动平台、一个安装在动平台上的主轴、环绕动平台对称布置的三个固定架、以及连接固定架与动平台的三个相同且对称分布的分支；上述每一分支的特征在于从机架到动平台依次布置有直线滑台组件、第一转动副、驱动杆、第二转动副、转接杆、万向铰。该主轴头具有高刚度、高承载能力、重量轻、工作空间大、加工制造容易等优点，具有良好的应用前景。

Description

一种不含球副的加工中心并联主轴头
技术领域
本发明属于先进制造领域，特别涉及一种加工中心并联主轴头。
背景技术
实现曲面加工的加工中心传统主轴头是上摆叉式或万能式主轴头，实现A轴/C轴或A轴/B轴的2个回转运动。这种主轴头本质是一种串联机构，刀具空间定向速度较低，对机床X、Y、Z轴线的补偿运动也不能及时反映。这种机构的先天缺陷，使龙门式数控机床不完全适合用于加工飞机结构件，或者说加工效率不够理想。
为解决加工中心传统主轴头的缺点，国内外学者将希望寄托在并联主轴头上。德国DS-Technologie公司(www.ds-technologie.de)成功开发了Sprint Z3型主轴头，其主体结构是3PRS(R、P、S分别表示转动副，移动副和球副)两转一移并联机构。此后两转一移并联主轴头引起了国内外学者的强烈关注。中国专利(CN200610165571.6)发明了基于3PPS并联机构的主轴头。中国专利(CN200610013608.3)发明了基于3RPS并联机构的主轴头。中国专利(CN201620548133.7)发明了一种基于3SPR并联机构的主轴头。中国专利(CN106623993A)公开了一种三分支都含球副及一个分支含闭环的并联主轴头。中国专利(CN200920203606.X)发明了一种三分支都含球副及每个分支含平行四边形的并联机构主轴头。中国专利(CN201510096720.7)发明了一种基于3PRRU并联机构的主轴头，但分支中的后一个R副与U副在一点汇交，实质构成了一个S副。在实际应用之中，尽管球副采用三个汇交的转动副来构成复合式球副，为了尽可能增加转动范围和增加刚度，但即使复合式球副，转动范围也很有限，此因素制约了含球副的并联主轴头的姿态能力，使得这些机构一般偏转角度40度以下。此外，这种复合式球副结构复杂，加工制造较为困难。
中国专利(CN200910097535.4)发明了一种3PRRU并联机构主轴头，该机构没有球副。本发明的主轴头的主体结构虽然也是3PRRU并联机构，但该机构与中国专利(CN200910097535.4)中机构有本质的不同。首先，本发明中的并联机构的三个分支U副的中心点是在动平台上圆周对称分布，中国专利(CN200910097535.4)中的机构要求三个分支的U副中心在一条直线上。其次，本发明涉及的并联机构具有对称结构，而中国专利(CN200910097535.4)中的并联机构是一种非对称结构。再次，中国专利(CN200910097535.4)中的机构要求第一分支和第二分支中U副与动平台连接的转动副平行，本专利中的机构中三个分支中的U副与动平台连接的转动副没有特定的要求，可以平行，也可以相交。这些布置上的不同带来了两个机构在性能上有本质区别：中国专利(CN200910097535.4)中的特殊布置使得机构能稳定获得无伴随运动的转动，但也增加了加工制造和装配的难度，并且作为非对称结构，机构在各方向性能差异较大；本专利中的机构没有稳定的无伴随运动的转动，但对称的结构保证了在各个方向性能相同，布置相对简单，加工制造和装配容易。
另外，本发明中的并联机构与上述含球副的并联机构相比，所含运动副形式与数目，杆件数，运动副的布置等不同，是不同类型的机构。本发明中的并联机构具有较大姿态能力，偏转角可达60度以上，加工制造及装配容易。
发明内容
本发明涉及一种不含球副的加工中心并联主轴头，该主轴头具有高刚度，高承载能力，重量轻、工作空间大，加工制造容易等优点。
一种不含球副的加工中心并联主轴头，其特征在于它包括一个动平台、一个安装在动平台上的主轴、环绕动平台对称布置的三个固定架、以及连接固定架与动平台的三个相同且对称分布的分支；上述每一分支的特征在于从固定架到动平台依次布置有直线滑台组件、第一转动副、驱动杆、第二转动副、转接杆、万向铰；上述驱动杆通过第一转动副与直线滑台组件中的滑块连接；上述转接杆通过第二转动副与驱动杆连接；上述动平台通过万向铰与转接杆连接；上述第一转动副与第二转动副平行，并且与直线滑台的移动方向垂直；上述万向铰与转接杆连接的转动副与第二转动副垂直；上述万向铰与动平台连接的转动副垂直于或平行于动平台平面。
附图说明：
图1是本发明实施例1的示意图。
图2是本发明实施例2的示意图。
图中：1-第一固定架、2-第二固定架、3-第三固定架、4-动平台、5-主轴、11-直线滑台组件、11a-直线滑台组件中的滑块、12-第一转动副、13-驱动杆、14-第二转动副、15-转接杆、16-万向铰、16a-万向铰与转接杆连接的转动副、16b-万向铰与动平台连接的转动副。
具体实施方式：
结合附图对本发明涉及的一种不含球副的加工中心并联主轴头进行详细说明如下：
实施例1：
一种不含球副的加工中心并联主轴头，其特征在于它包括一个动平台4，一个安装在动平台4上的主轴5，环绕动平台4对称布置的第一固定架1、第二固定架2、第三固定架3以及连接所述固定架与动平台4三个相同并且对称布置的分支；上述每一分支的特征在于从固定架到动平台4依次布置有直线滑台组件11、第一转动副12、驱动杆13、第二转动副14、转接杆15、万向铰16；上述驱动杆13通过第一转动副12与直线滑台组件中的滑块11a连接；上述转接杆15通过第二转动副14与驱动杆13连接；上述万向铰16连接转接杆15和动平台4；上述第一转动副12与第二转动副14平行，并且与直线滑台组件11的移动方向垂直；上述万向铰16与转接杆15连接的转动副16a与第二转动副14垂直；上述万向铰16与动平台4连接的转动副16b平行于动平台平面。
实施例2：
一种不含球副的加工中心并联主轴头，其特征在于它包括一个动平台4，一个安装在动平台4上的主轴5，环绕动平台4对称布置的第一固定件1、第二固定架2、第三固定架3以及连接所述固定架与动平台4三个相同并且对称布置的分支；上述每一分支的特征在于从固定架到动平台4依次布置有直线滑台组件11、第一转动副12、驱动杆13、第二转动副14、转接杆15、万向铰16；上述驱动杆13通过第一转动副12与直线滑台组件中的滑块11a连接；上述转接杆15通过第二转动副14与驱动杆13连接；上述万向铰16连接转接杆15和动平台1；上述第一转动副12与第二转动副14平行，并且与直线滑台组件11的移动方向垂直；上述万向铰16与转接杆15连接的转动副16a与第二转动副14垂直；上述万向铰16与动平台4连接的转动副16b垂直于动平台平面。

Claims (1)

1.一种不含球副的加工中心并联主轴头，其特征在于：它包括一个动平台、一个安装在动平台上的主轴、环绕动平台对称布置的三个固定架、以及连接固定架与动平台的三个相同且对称分布的分支；上述每一分支的特征在于从固定架到动平台依次布置有直线滑台组件、第一转动副、驱动杆、第二转动副、转接杆、万向铰；上述驱动杆通过第一转动副与直线滑台组件中的滑块连接；上述转接杆通过第二转动副与驱动杆连接；上述动平台通过万向铰与转接杆连接；上述第一转动副与第二转动副平行，并且与直线滑台的移动方向垂直；上述万向铰与转接杆连接的转动副与第二转动副垂直；上述万向铰与动平台连接的转动副垂直于或平行于动平台平面。
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