CN108340167B - 一种基于便携式五自由度全并联模块的高架式加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于便携式五自由度全并联模块的高架式加工装置，其特征在于，包括：滑台，用于移动并联模块，以增大机床行程，使机床具有加工大型零件的能力，还能实现工件装卡和加工在不同工位上同时进行；数控转台；以及便携式五自由度全并联模块，便携式并联模块摆角范围大，可以进行立卧加工模式的转换，配合数控转台可实现一次装卡五面加工。并联模块运动灵活，安装在滑台上可以实现对大型复杂零部件的加工，在完成工件加工之后，可以通过滑台或者吊装等方式移动到已装卡完成的零件处进行下一零件的加工，实现工件装卡和加工在不同工位上同时进行，提高便携式并联模块的使用率和生产效率。

Description

一种基于便携式五自由度全并联模块的高架式加工装置
技术领域
本发明涉及数控装置制造技术领域，特别涉及一种基于便携式五自由度全并联模块的高架式加工装置。
背景技术
近年来，在机械设计制造领域，随着机械设计水平不断进步，零部件中经常会出现空间曲面与异形孔等复杂形状，对加工制造装置与加工工艺提出了更加苛刻的要求。要实现此类零部件的加工，加工装置应具有五轴联动的加工能力。为减少工件装卡次数，提高零件精度以及加工效率，要求加工装置具有更高的加工柔性及转动灵活性，能够实现一次装卡五面加工。
并联机构是一种由多个支链连接在动平台和机架之间的闭环并联结构，与传统的串联机构相比，具有结构紧凑，刚度高，承载能力强，响应速度快，不存在几何误差累积和放大效应等优点，因此成为便携式加工模块的理想选择。少自由度并联机构(自由度数少于六的并联机构)由于更容易实现大的工作空间，尤其是转动工作空间而得到广泛研究，其中五自由度全并联机构可实现五轴联动运动，因此采用五自由度全并联机构作为便携式加工模块。然而与串联机构相比，并联机构也存在着移动行程短，工作空间小等缺点，难以实现大型复杂零部件的加工，为解决上述问题，充分发挥并联机构的优势，开发出既能保证刚度高、承载能力强、摆角范围大、能实现五轴联动运动，又能扩大移动行程和加工范围的新型装置，将并联加工模块与数控转台和滑台结合是解决上述问题的可行方法。
随着机械设计制造行业的迅速发展，对于复杂零部件的需求量也日趋增大，而传统机床通常采用在相同位置先装卡工件再机械加工的加工方式，必然会导致机床在装卡工件过程中的停机，降低了机床的使用率以及零件的产出率，亟待解决。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一种基于便携式五自由度全并联模块的高架式加工装置，该装置可实现大型复杂零部件的加工，并且可以实现工件装卡和加工在不同工位上同时进行，提高便携式并联模块的使用率和生产效率。
为达到上述目的，本发明实施例提出了一种基于便携式五自由度全并联模块的高架式加工装置。
本发明实施例的基于便携式五自由度全并联模块的高架式加工装置，通过便携式五自由度全并联模块可实现大型复杂零部件的加工，并且可以实现工件装卡和加工在不同工位上同时进行，提高便携式并联模块的使用率和生产效率。
另外，根据本发明上述实施例的基于便携式五自由度全并联模块的高架式加工装置还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述便携式五自由度全并联模块包括：便携式机架；主轴；连接所述便携式机架和所述主轴的第一至第五支链，用于进行五轴联动运动。
进一步地，在本发明的一个实施例中，第一支链，通过两个彼此垂直的第一转动副与所述便携式机架相连，并通过一个第二转动副与所述主轴相连，所述第一支链包含一个由输入驱动的第一丝杠螺母副，以用于丝杠绕螺母轴线的转动自由度和丝杠沿支链的移动自由度；第二支链至第五支链，所述第二支链至第五支链的每个支链通过两个彼此垂直的第三转动副与所述便携式机架相连，通过两个彼此垂直的第四转动副与所述主轴相连，所述第二支链至第五支链的每个支链包含一个由输入驱动的第二丝杠螺母副，以用于丝杠绕螺母轴线的转动自由度和丝杠沿支链的移动自由度。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一支链包括：第一电机，所述第一电机的一端通过两个相互垂直的转动副与所述便携式机架相连。
进一步地，在本发明的一个实施例中，第一丝杠螺母副，所述第一丝杠螺母副的螺母与所述第一电机相固连，以构成圆柱运动副，以实现丝杠绕螺母轴线的转动自由度和丝杠沿支链方向的移动自由度，所述第一丝杠螺母副的丝杠通过一个转动副与所述主轴相连。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第二支链至第五支链的每个支链包括：第二电机至第五电机，所述第二电机至第五电机的一端通过两个相互垂直的转动副与所述便携式机架相连。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第二支链至第五支链的每个支链包括：第二丝杠螺母副至第五丝杠螺母副，所述第第二丝杠螺母副至第五丝杠螺母副的螺母与所述第二电机相固连，以构成圆柱运动副，以实现丝杠绕螺母轴线的转动自由度和丝杠沿支链方向的移动自由度，所述第二丝杠螺母副至第五丝杠螺母副的丝杠通过虎克铰两个相互垂直的转动副与所述主轴相连。
进一步地，在本发明的一个实施例中，述便携式五自由度全并联模块的摆角范围满足预设条件，以用于所述立卧加工模式的转换。
进一步地，在本发明的一个实施例中，在完成零件加工后，所述便携式并联模块可以通过滑台或者吊装等方式移动到已装卡完成的零件处进行下一零件的加工，实现工件装卡和加工在不同工位上同时进行，提高便携式并联模块的使用率和生产效率。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述便携式五自由度全并联模块通过电动缸或液压驱动或气缸实现驱动。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的基于便携式五自由度全并联模块的高架式加工装置的结构示意图；
图2是根据本发明一个实施例的滑台和数控转台的结构示意图；
图3是根据本发明一个实施例的便携式五自由度全并联模块的结构示意图；
图4是根据本发明一个实施例的便携式五自由度全并联模块的第一支链、便携式机架和主轴的爆炸结构示意图；
图5是根据本发明一个实施例的便携式五自由度全并联模块的第三支链、便携式机架和主轴的爆炸结构示意图；
图6是另一个实施例的基于便携式五自由度全并联模块的高架式加工装置的结构示意图。
附图标记说明：
滑台I；滑台基座11；导轨12；T型槽平台13；
数控转台II；便携式五自由度并联模块III；
第一支链31；第一机架安装件311；第一环形转动件312；第一电机固定法兰313；第一电机314；第一丝杠315；第一U形转动件316；第一主轴安装件317；
第二支链32；第三支链33；第三机架安装件331；第三环形转动件332；第三电机固定法兰333；第三电机334；第三丝杠335；第三U形转动件336；第三球形转动件337，第三主轴安装件338；
第四支链34；第五支链35；便携式机架36；主轴37。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于便携式五自由度全并联模块的高架式加工装置。
图1是根据本发明一个施例的基于便携式五自由度全并联模块的高架式加工装置的结构示意图。
如图1所示，该基于便携式五自由度全并联模块的高架式加工装置包括：滑台I，用于移动机床并对待加工零件进行加工，以增大机床行程，使机床能够加工大型零件，并且还能实现工件装卡和加工在不同工位上同时进行；数控转台II；以及便携式五自由度全并联模块III，所述便携式并联模块III摆角范围大，以进行立卧加工模式的转换,并配合所述数控转台可以实现一次装卡五面加工。该装置的并联模块运动灵活，安装在滑台上可以实现对大型复杂零部件的加工，在完成工件加工之后，可以通过滑台或者吊装等方式移动到已装卡完成的零件处进行下一零件的加工，实现工件装卡和加工在不同工位上同时进行，提高便携式并联模块的使用率和生产效率。
进一步地，如图2所示，在本发明的一个实施例中，滑台I包括滑台基座11、导轨12和T型槽平台13，便携式五自由度并联模块III安装在滑台I上，可以增大机床的移动行程，实现对大型零件的加工。
其中，数控转台II安装在T型槽平台13上，用于安装被加工零件，结合便携式五自由度并联模块III，可实现一次装卡五面加工。
如图3所示，便携式五自由度并联模块III包括第一支链31、第二支链32、第三支链33、第四支链34、第五支链35、便携式机架36和主轴37。
其中，第一支链31通过两个彼此垂直的转动副与便携式机架36相连，通过一个转动副与主轴37相连，该第一支链31包含一个由输入驱动的丝杠螺母副；第二支链32通过两个彼此垂直的转动副与便携式机架36相连，通过两个彼此垂直的转动副与主轴37相连，该第二支链32包含一个由输入驱动的丝杠螺母副；第三支链33、第四支链34、第五支链35与第二支链32结构相同。其中，五个支链分别连接于便携式机架36和主轴37之间，构成闭环并联结构，实现主轴37的三个旋转自由度和两个移动自由度。
进一步地，在本发明的一个实施例中，第一支链31包括第一电机，第一电机的一端通过虎克铰或万向节或两个相互垂直的转动副与便携式机架36相连。第一丝杠螺母副中的螺母与第一电机相固连，构成圆柱运动副，实现丝杠绕螺母轴线的转动自由度和丝杠沿支链方向的移动自由度，第一丝杠螺母副中的丝杠通过一个转动副与主轴37相连。
进一步地，如图4所示，第一支链31包括第一机架安装件311、第一环形转动件312、第一电机固定法兰313、第一电机314、第一丝杠315、第一U形转动件316和第一主轴安装件317。第一机架安装件311与便携式机架36固连，用于安装第一支链；第一环形转动件312安装在第一机架安装件311上，形成一个转动副；第一电机固定法兰313安装在第一环形转动件312上，形成一个转动副，两个转动副轴线垂直，构成一个虎克铰或万向节；第一电机314固连在第一电机固定法兰313上，第一电机的转子与第一丝杠螺母副的螺母固连，使得第一丝杠螺母副中的第一丝杠315实现绕螺母轴线的转动自由度和沿支链方向的移动自由度，构成圆柱副；第一丝杠315与第一U形转动件316固连；第一U形转动件316与第一主轴安装件317相连接，构成转动副；第一主轴安装件317与主轴37固连。
在本发明的另一个实施例中，第一支链31还可以包括：第一电机，第一电机的一端通过球铰节或三个相互垂直的转动副与便携式机架36相连；第一丝杠螺母副，第一丝杠螺母副中的螺母与第一电机相固连，丝杠绕螺母轴线的转动自由度通过凹槽锁紧，构成移动副，实现丝杠沿支链方向的移动自由度，第一丝杠螺母副中的丝杠通过一个转动副与主轴37相连。
在本发明的一个实施例中，第二支链32、第三支链33、第四支链34与第五支链35均包括：第二电机，第二电机的一端通过虎克铰或万向节或两个相互垂直的转动副与便携式机架36相连；第二丝杠螺母副，第二丝杠螺母副中的螺母与第二电机相固连，构成圆柱运动副，实现丝杠绕螺母轴线的转动自由度和丝杠沿支链方向的移动自由度，第二丝杠螺母副中的丝杠通过虎克铰或万向节或两个相互垂直的转动副与主轴37相连。
进一步地，如图5所示，第三支链33包括第三机架安装件331、第三环形转动件332、第三电机固定法兰333、第三电机334、第三丝杠335、第三U形转动件336、第三球形转动件337和第三主轴安装件338。第三机架安装件331与便携式机架36固连，用于安装第三支链；第三环形转动件332安装在第三机架安装件331上，形成一个转动副；第三电机固定法兰333安装在第三环形转动件332上，形成一个转动副，两个转动副轴线垂直，构成一个虎克铰或万向节；第三电机334固连在第三电机固定法兰333上，第三电机的转子与第三丝杠螺母副的螺母固连，使得第三丝杠螺母副中的第三丝杠335实现绕螺母轴线的转动自由度和沿支链方向的移动自由度，构成圆柱副；第三丝杠335与第三U形转动件336固连；第三球形转动件337安装第三U形转动件336上，构成一个转动副；第三主轴安装件338安装在第三球形转动件337上，构成一个转动副，两个转动副轴线垂直，构成一个虎克铰或万向节；第三主轴安装件318与主轴37固连。
在本发明的另一个实施例中，第二支链32、第三支链33、第四支链34与第五支链35均包括：第二电机，第二电机的一端通过球铰或三个相互垂直的转动副与便携式机架36相连；第二丝杠螺母副，第二丝杠螺母副中的螺母与第二电机相固连，丝杠绕螺母轴线的转动自由度通过凹槽锁紧，构成移动副，实现丝杠沿支链方向的移动自由度，第二丝杠螺母副中的丝杠通过虎克铰或万向节或两个相互垂直的转动副与主轴37相连。
进一步地，在本发明的一个实施例中，便携式五自由度并联模块III安装在滑台I上，增大机床的移动行程，可实现对大型复杂零部件的加工。
进一步地，在本发明的一个实施例中，便携式五自由度并联模块III可在完成工件加工之后，通过吊装的方式移动到已装卡完成的工件处继续下一个工件的加工，实现了零件装卡和加工同时进行，节省了工件的装卡时间，提高便携式五自由度并联模块的利用率。
在本发明的一个实施例中，如图6所示，该基于便携式五自由度全并联模块的高架式加工装置的另一个实施例，在便携式五自由度并联模块III可在完成工件加工之后，通过大行程滑台移动的方式移动到已装卡完成的工件处继续下一个工件的加工。
本发明实施例的基于便携式五自由度全并联模块的高架式加工装置的并联模块运动灵活，安装在滑台上增大行程，可以实现大型复杂零部件的加工，并且可以实现工件装卡和加工在不同工位上同时进行，提高便携式并联模块的使用率和生产效率。。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种基于便携式五自由度全并联模块的高架式加工装置，其特征在于，包括：
滑台，所述滑台用于移动机床并对待加工零件进行加工，以增大机床行程，机床具有加工大型零件的能力，还能实现工件装卡和加工在不同工位上同时进行；
数控转台；以及
便携式五自由度全并联模块，所述便携式并联模块摆角范围大，可以进行立卧加工模式的转换，配合所述数控转台能够实现一次装卡五面加工，所述便携式五自由度全并联模块包括：
便携式机架；
主轴；
连接所述便携式机架和所述主轴的第一至第五支链，用于进行五轴联动运动，其中，
第一支链，通过两个彼此垂直的第一转动副与所述便携式机架相连，并通过一个第二转动副与所述主轴相连，所述第一支链包含一个由输入驱动的第一丝杠螺母副，以实现丝杠绕螺母轴线的转动自由度和丝杠沿支链的移动自由度；
第二支链至第五支链，所述第二支链至第五支链的每个支链通过两个彼此垂直的第三转动副与所述便携式机架相连，通过两个彼此垂直的第四转动副与所述主轴相连，所述第二支链至第五支链的每个支链包含一个由输入驱动的第二丝杠螺母副，以实现丝杠绕螺母轴线的转动自由度和丝杠沿支链的移动自由度。
2.根据权利要求1所述的基于便携式五自由度全并联模块的高架式加工装置，其特征在于，所述第一支链包括：
第一电机，所述第一电机的一端通过两个相互垂直的转动副与所述便携式机架相连。
3.根据权利要求2所述的基于便携式五自由度全并联模块的高架式加工装置，其特征在于，所述第一支链还包括：
第一丝杠螺母副，所述第一丝杠螺母副的螺母与所述第一电机相固连，以构成圆柱运动副，以实现丝杠绕螺母轴线的转动自由度和丝杠沿支链方向的移动自由度，所述第一丝杠螺母副的丝杠通过一个转动副与所述主轴相连。
4.根据权利要求1所述的基于便携式五自由度全并联模块的高架式加工装置，其特征在于，所述第二支链至第五支链的每个支链包括：
第二电机至第五电机，所述第二电机至第五电机的一端通过两个相互垂直的转动副与所述便携式机架相连。
5.根据权利要求4所述的基于便携式五自由度全并联模块的高架式加工装置，其特征在于，所述第二支链至第五支链的每个支链包括：
第二丝杠螺母副至第五丝杠螺母副，所述第二丝杠螺母副至第五丝杠螺母副的螺母与所述第二电机相固连，以构成圆柱运动副，以实现丝杠绕螺母轴线的转动自由度和丝杠沿支链方向的移动自由度，所述第二丝杠螺母副至第五丝杠螺母副的丝杠通过虎克铰两个相互垂直的转动副与所述主轴相连。
6.根据权利要求1所述的基于便携式五自由度全并联模块的高架式加工装置，其特征在于，所述便携式五自由度全并联模块的摆角范围满足预设条件，以用于所述立卧加工模式的转换。
7.根据权利要求1所述的基于便携式五自由度全并联模块的高架式加工装置，其特征在于，在完成零件加工后，可以通过滑台或者吊装等方式移动到已装卡完成的零件处进行下一零件的加工，实现工件装卡和加工在不同工位上同时进行，提高便携式并联模块的使用率和生产效率。
8.根据权利要求1所述的基于便携式五自由度全并联模块的高架式加工装置，其特征在于，所述便携式五自由度全并联模块通过电动缸或液压驱动或气缸实现驱动。
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