CN108381207B - 一种六自由度工作台及控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种六自由度工作台及控制方法，属于金属加工机床技术领域，包括从下至上以此设置的底座、Z轴旋转架、Y轴移动架、Z轴移动与X轴旋转一体架、Y轴旋转架、X轴移动工作台；所述底座固定安装有竖向设置的旋转步进电动机，所述Z轴旋转架安装于旋转步进电动机的输出端；所述Z轴旋转架与Y轴移动架滑动连接；所述Y轴移动架和Z轴移动与X轴旋转一体架之间设置有气缸；所述Y轴旋转架右侧与Z轴移动与X轴旋转一体架铰接；所述Y轴旋转架和X轴移动工作台滑动连接。本工作台，实现了XYZ三个方向的平移动作，以及XYZ三个方向的旋转动作，解决了加工复杂零件时不能一次性加工完毕、需要重新夹持零件的问题。
Description
技术领域
本发明属于金属加工机床技术领域，具体涉及为一种六自由度工作台及控制方法。
背景技术
在工业生产制造中，常见的机械加工有车床加工、数控加工、机器人加工等，在加工机械复杂的零件时，往往有加工盲区(零件内部、零件背面等)，不能一次性加工完毕，都需要把零件拆卸下来，重新夹持零件，重新定位，比较繁琐。
在加工大型零件时，由于普通工作台不能移动或转动，只能加工大型零件的一部分，故此会分段加工，从而造成了加工质量低，加工效率低等问题。
常见的工作台体积都比较大，工人在操纵机床时，不能及时顾及加工零件的好坏，很容易加工出次品。在加工生产中，由于先天原因，工人的身高和左右手使用习惯不同，导致在加工零件时带来诸多不便，工作台过高过低、习惯左手的工人在右手边操作等。故此现有的工作台已经不能适用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述提到的缺陷和不足，而提供一种六自由度工作台。
本发明的另一目的在于提供上述六自由度工作台的控制方法。
本发明实现其目的采用的技术方案如下。
一种六自由度工作台，包括从下至上以此设置的底座、Z轴旋转架、Y轴移动架、Z轴移动与X轴旋转一体架、Y轴旋转架、X轴移动工作台；所述底座固定安装有竖向设置的旋转步进电动机，所述Z轴旋转架安装于旋转步进电动机的输出端；所述Z轴旋转架与Y轴移动架滑动连接；所述Y轴移动架和Z轴移动与X轴旋转一体架之间设置有气缸；所述Y轴旋转架右侧与Z轴移动与X轴旋转一体架铰接；所述Y轴旋转架和X轴移动工作台滑动连接。
所述底座开设有环形导轨；且旋转步进电动机位于环形导轨的圆心处；所述Z轴旋转架底部螺纹安装有第一锁紧螺母；所述第一锁紧螺母穿设于环形导轨。
所述Z轴旋转架开设有前后导向的第一T形导轨；所述Y轴移动架位于Z轴旋转架上方，且Y轴移动架安装有第一T形块；所述第一T形块嵌设于第一T形导轨；所述Z轴旋转架安装有第一直线步进电动机；所述第一直线步进电动机输出端安装有与第一T形导轨平行的第一丝杠；所述第一丝杠与Y轴移动架螺纹连接。
所述Y轴移动架上表面的四角分别安装有竖向设置的第一气缸、第二气缸、第三气缸、第四气缸；所述第一气缸输出端、第二气缸输出端、第三气缸输出端、第四气缸输出端均与Z轴移动与X轴旋转一体架铰接。
所述Y轴移动架后部的左右两侧固定安装有竖向设置的第一锁紧装置；所述第一锁紧装置呈长条状，且开设有长条孔；所述Z轴移动与X轴旋转一体架后部的左右两侧螺纹安装有旋转锁紧螺母；所述旋转锁紧螺母穿设于第一锁紧装置的长条孔。
所述Z轴移动与X轴旋转一体架上方安装有Y轴旋转架；作为优选，所述Y轴旋转架右侧与Z轴移动与X轴旋转一体架之间安装有机电门铰链；所述Z轴移动与X轴旋转一体架前部左侧固定安装有第二锁紧装置；所述第二锁紧装置开设有弧状的长条孔，且第二锁紧装置的长条孔的圆心位于Y轴旋转架和Z轴移动与X轴旋转一体架铰接处；所述Y轴旋转架的前端左侧螺纹连接有第三锁紧螺母；所述第三锁紧螺母穿设于第二锁紧装置的长条孔；所述Z轴移动与X轴旋转一体架上表面固定安装有第五气缸；所述第五气缸的输出端与Y轴旋转架铰接。
所述X轴移动工作台位于Y轴旋转架上方，且X轴移动工作台安装有第二T形块；所述Y轴旋转架开设有左右导向的第二T形导轨；所述第二T形块嵌设于第二T形导轨；所述Y轴旋转架安装有第二直线步进电动机；所述第二直线步进电动机输出端安装有与第二T形导轨平行的第二丝杠；所述第二丝杠与X轴移动工作台螺纹连接。
一种六自由度工作台，还包括第二锁紧螺母、向心角接触轴承、嵌入固定块、固定架、十字轴；所述嵌入固定块固定安装于Z轴移动与X轴旋转一体架底部；所述十字轴穿设于嵌入固定块和固定架且水平左右方向布设；所述心角接触轴承安装于十字轴和固定架之间；所述固定架固定安装于第一气缸、第二气缸、第三气缸、第四气缸的输出端；所述第二锁紧螺母螺纹安装于第一气缸、第二气缸、第三气缸、第四气缸的输出轴，且分设于固定架的上下两侧。
一种六自由度工作台的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，调整工作台的Z轴旋转角度：当拧松第一锁紧螺母时，旋转步进电动机动作，带动Z轴旋转架旋转，从而实现Z轴旋转架绕Z轴旋转；当拧紧第一锁紧螺母时，底座和Z轴旋转架固定连接；
步骤2，调整工作台的Y轴距离：所述第一直线步进电动机动作，带动第一丝杠旋转；第一丝杠带动Y轴移动架沿着第一T形导轨直线平移，实现Y轴移动架的Y轴的直线动作；
步骤3，调整工作台的X轴旋转角度：当Y轴移动架后方的两个气缸动作动作，第一锁紧装置绕X轴旋转，旋转距离可在第一锁紧装置读取，并根据三角形的原理，得到第一锁紧装置绕X轴旋转的旋转角度；
步骤4，调整工作台的Z轴距离：当Y轴移动架上方的四个气缸同步动作，则Z轴移动与X轴旋转一体架可在Z轴方向实现上下平移动作，其平移的距离可在第一锁紧装置读取；
步骤5，调整工作台的Y轴旋转角度：当第三锁紧螺母松开时，第五气缸动作，带动Y轴旋转架绕Y轴旋转架和Z轴移动与X轴旋转一体架铰接处旋转，从而实现Y轴旋转架的Y轴旋转，旋转的角度可以在第二锁紧装置读取；当第三锁紧螺母拧紧时，从而定位Z轴移动与X轴旋转一体架、Y轴旋转架的相对位置；
步骤6，调整工作台的X轴距离：所述第二直线步进电动机动作，带动第二丝杠旋转；第二丝杠带动X轴移动工作台沿着第二T形导轨直线动作，完成X轴的直线动作
本工作台，实现了XYZ三个方向的平移动作，以及XYZ三个方向的旋转动作，解决了加工复杂零件时不能一次性加工完毕、需要重新夹持零件的问题，解决了大型零件需要分段加工的问题，解决了由于机床过大不能及时顾及零件好坏的问题，也解决了由于工人身高和左右手使用习惯与现有工作台不协调的问题。
本发明与现有技术相比有以下几个优点：
1结构简单，生产成本低；
2可一次性加工复杂零件和大型零件，提高了工作效率；
3更具人性化，便与工人操作；
4提高了零件加工的成品率。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图；
图2是本发明的主视结构示意图；
图3是本发明的右视结构示意图；
图4是本发明的左视结构示意图；
图5是底座的俯视结构示意图；
图6是向心角接触轴承的安装结构图；
图7是固定架和的安装结构图；
图中：底座1、Z轴旋转架2、Y轴移动架3、Z轴移动与X轴旋转一体架4、Y轴旋转架5、X轴移动工作台6、控制装置7、旋转步进电动机8、环形导轨9、第一锁紧螺杆10、第一T形导轨11、第一直线步进电动机12、第一丝杠13、第一锁紧装置14、机电门铰链15、第二锁紧装置16、第一气缸17、第二T形导轨18、第二直线步进电动机19、第二丝杠20、第二锁紧螺杆21、第二气缸22、第三气缸23、第四气缸24、第五气缸25、第一锁紧螺母26、第二锁紧螺母27、向心角接触轴承28、嵌入固定块29、固定架30、十字轴31。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步详细说明。
为了更好的说明本技术方案，图2为本申请的主视图，其左右方向为X轴方向，其前后方向为Y轴方向，其上下方向为Z轴方向。值得注意的是，上下左右前后等方位词，用于更好的描述本技术方案，并非是对本技术方案的限制。
一种六自由度工作台，包括：底座1、Z轴旋转架2、Y轴移动架3、Z轴移动与X轴旋转一体架4、Y轴旋转架5、X轴移动工作台6。
所述底座1开设有环形导轨9；所述底座1固定安装有竖向设置的旋转步进电动机8，且旋转步进电动机8位于环形导轨9的圆心处。
所述Z轴旋转架2位于底座1上方且安装于旋转步进电动机8的输出端。
所述Z轴旋转架2底部螺纹安装有第一锁紧螺母26；所述第一锁紧螺母26穿设于环形导轨9。
当拧松第一锁紧螺母26时，旋转步进电动机8动作，带动Z轴旋转架2旋转，从而实现Z轴旋转架2绕Z轴旋转；当拧紧第一锁紧螺母26时，底座1和Z轴旋转架2固定连接。
所述Z轴旋转架2开设有前后导向的第一T形导轨11；所述Y轴移动架3位于Z轴旋转架2上方，且Y轴移动架3安装有第一T形块；所述第一T形块嵌设于第一T形导轨11。作为优选，所述第一T形导轨11有两条，且分设于Z轴旋转架2两侧。所述Z轴旋转架2安装有第一直线步进电动机12；所述第一直线步进电动机12输出端安装有与第一T形导轨11平行的第一丝杠13；所述第一丝杠13与Y轴移动架3螺纹连接。
所述第一直线步进电动机12动作，带动第一丝杠13旋转；第一丝杠13带动Y轴移动架3沿着第一T形导轨11直线平移，实现Y轴移动架3的Y轴的直线动作。
所述Y轴移动架3上方安装有Z轴移动与X轴旋转一体架4；所述Y轴移动架3上表面的四角分别安装有竖向设置的第一气缸17、第二气缸22、第三气缸23、第四气缸24。第一气缸17位于Y轴移动架3后方右侧；第二气缸22位于位于Y轴移动架3前方右侧；第三气缸23位于Y轴移动架3前方左侧；第四气缸24位于Y轴移动架3后方左侧。所述第一气缸17输出端、第二气缸22输出端、第三气缸23输出端、第四气缸24输出端均与Z轴移动与X轴旋转一体架4铰接。更进一步，本工作台还包括第二锁紧螺母27、向心角接触轴承28、嵌入固定块29、固定架30、十字轴31；所述嵌入固定块29固定安装于Z轴移动与X轴旋转一体架4底部；所述十字轴31穿设于嵌入固定块29和固定架30且水平左右方向布设；所述心角接触轴承28安装于十字轴31和固定架30之间；所述固定架30固定安装于第一气缸17、第二气缸22、第三气缸23、第四气缸24的输出端。所述第二锁紧螺母27螺纹安装于第一气缸17、第二气缸22、第三气缸23、第四气缸24的输出轴，且分设于固定架30的上下两侧。通过拧紧固定架30的上下两侧的第二锁紧螺母27，从而将固定架30安装于气缸的输出轴。
所述Y轴移动架3后部的左右两侧固定安装有竖向设置的第一锁紧装置14；所述第一锁紧装置14呈长条状，且开设有长条孔；所述Z轴移动与X轴旋转一体架4后部的左右两侧螺纹安装有旋转锁紧螺母；所述旋转锁紧螺母穿设于第一锁紧装置14的长条孔。
当Y轴移动架3后方的两个气缸动作(第一气缸17和第四气缸24)动作，第一锁紧装置14绕X轴旋转，旋转距离可在第一锁紧装置14读取，并根据三角形的原理，已知三边长度，再利用反三角函数得出转动角度值，得到第一锁紧装置14绕X轴旋转的旋转角度。
当Y轴移动架3上方的四个气缸同步动作，则Z轴移动与X轴旋转一体架4可在Z轴方向实现上下平移动作，其平移的距离可在第一锁紧装置14读取。
所述Z轴移动与X轴旋转一体架4上方安装有Y轴旋转架5；所述Y轴旋转架5右侧与Z轴移动与X轴旋转一体架4铰接。作为优选，所述Y轴旋转架5右侧与Z轴移动与X轴旋转一体架4之间安装有机电门铰链15。所述Z轴移动与X轴旋转一体架4前部左侧固定安装有第二锁紧装置16；所述第二锁紧装置16开设有弧状的长条孔，且第二锁紧装置16的长条孔的圆心位于Y轴旋转架5和Z轴移动与X轴旋转一体架4铰接处；所述Y轴旋转架5的前端左侧螺纹连接有第三锁紧螺母；所述第三锁紧螺母穿设于第二锁紧装置16的长条孔。
所述Z轴移动与X轴旋转一体架4上表面固定安装有第五气缸25；所述第五气缸25的输出端与Y轴旋转架5铰接。
当第三锁紧螺母松开时，第五气缸25动作，带动Y轴旋转架5绕Y轴旋转架5和Z轴移动与X轴旋转一体架4铰接处旋转，从而实现Y轴旋转架5的Y轴旋转，旋转的角度可以在第二锁紧装置16读取。当第三锁紧螺母拧紧时，从而定位Z轴移动与X轴旋转一体架4、Y轴旋转架5的相对位置。
所述X轴移动工作台6位于Y轴旋转架5上方，且X轴移动工作台6安装有第二T形块；所述Y轴旋转架5开设有左右导向的第二T形导轨18；所述第二T形块嵌设于第二T形导轨18。作为优选，所述第二T形导轨18有两条，且分设于Y轴旋转架5前后两侧。
所述Y轴旋转架5安装有第二直线步进电动机19；所述第二直线步进电动机19输出端安装有与第二T形导轨18平行的第二丝杠20；所述第二丝杠20与X轴移动工作台6螺纹连接。
第二直线步进电动机19动作，带动第二丝杠20旋转；第二丝杠20带动X轴移动工作台6沿着第二T形导轨18直线动作，完成X轴的直线动作。
所述底座1安装有控制装置7，控制工作台的移动和转动。
一种六自由度工作台的控制方法，包括如下步骤：
步骤1，调整工作台的Z轴旋转角度：当拧松第一锁紧螺母26时，旋转步进电动机8动作，带动Z轴旋转架2旋转，从而实现Z轴旋转架2绕Z轴旋转；当拧紧第一锁紧螺母26时，底座1和Z轴旋转架2固定连接；
步骤2，调整工作台的Y轴距离：所述第一直线步进电动机12动作，带动第一丝杠13旋转；第一丝杠13带动Y轴移动架3沿着第一T形导轨11直线平移，实现Y轴移动架3的Y轴的直线动作；
步骤3，调整工作台的X轴旋转角度：当Y轴移动架3后方的两个气缸动作动作，第一锁紧装置14绕X轴旋转，旋转距离可在第一锁紧装置14读取，并根据三角形的原理，得到第一锁紧装置14绕X轴旋转的旋转角度；
步骤4，调整工作台的Z轴距离：当Y轴移动架3上方的四个气缸同步动作，则Z轴移动与X轴旋转一体架4可在Z轴方向实现上下平移动作，其平移的距离可在第一锁紧装置14读取；
步骤5，调整工作台的Y轴旋转角度：当第三锁紧螺母松开时，第五气缸25动作，带动Y轴旋转架5绕Y轴旋转架5和Z轴移动与X轴旋转一体架4铰接处旋转，从而实现Y轴旋转架5的Y轴旋转，旋转的角度可以在第二锁紧装置16读取；当第三锁紧螺母拧紧时，从而定位Z轴移动与X轴旋转一体架4、Y轴旋转架5的相对位置；
步骤6，调整工作台的X轴距离：所述第二直线步进电动机19动作，带动第二丝杠20旋转；第二丝杠20带动X轴移动工作台6沿着第二T形导轨18直线动作，完成X轴的直线动作。
本发明按照实施例进行了说明，在不脱离本原理的前提下，本装置还可以作出若干变形和改进。应当指出，凡采用等同替换或等效变换等方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种六自由度工作台的控制方法，所述六自由度工作台包括从下至上以此设置的底座（1）、Z轴旋转架（2）、Y轴移动架（3）、Z轴移动与X轴旋转一体架（4）、Y轴旋转架（5）、X轴移动工作台（6）；所述底座（1）固定安装有竖向设置的旋转步进电动机（8），所述Z轴旋转架（2）安装于旋转步进电动机（8）的输出端；所述Z轴旋转架（2）与Y轴移动架（3）滑动连接；所述Y轴移动架（3）和Z轴移动与X轴旋转一体架（4）之间设置有气缸；所述Y轴旋转架（5）右侧与Z轴移动与X轴旋转一体架（4）铰接；所述Y轴旋转架（5）和X轴移动工作台（6）滑动连接，所述底座（1）开设有环形导轨（9）；且旋转步进电动机（8）位于环形导轨（9）的圆心处；所述Z轴旋转架（2）底部螺纹安装有第一锁紧螺母（26）；所述第一锁紧螺母（26）穿设于环形导轨（9），所述Z轴旋转架（2）开设有前后导向的第一T形导轨（11）；所述Y轴移动架（3）位于Z轴旋转架（2）上方，且Y轴移动架（3）安装有第一T形块；所述第一T形块嵌设于第一T形导轨（11）；所述Z轴旋转架（2）安装有第一直线步进电动机（12）；所述第一直线步进电动机（12）输出端安装有与第一T形导轨（11）平行的第一丝杠（13）；所述第一丝杠（13）与Y轴移动架（3）螺纹连接，所述Y轴移动架（3）上表面的四角分别安装有竖向设置的第一气缸（17）、第二气缸（22）、第三气缸（23）、第四气缸（24）；所述第一气缸（17）输出端、第二气缸（22）输出端、第三气缸（23）输出端、第四气缸（24）输出端均与Z轴移动与X轴旋转一体架（4）铰接，所述Y轴移动架（3）后部的左右两侧固定安装有竖向设置的第一锁紧装置（14）；所述第一锁紧装置（14）呈长条状，且开设有长条孔；所述Z轴移动与X轴旋转一体架（4）后部的左右两侧螺纹安装有旋转锁紧螺母；所述旋转锁紧螺母穿设于第一锁紧装置（14）的长条孔，所述X轴移动工作台（6）位于Y轴旋转架（5）上方，且X轴移动工作台（6）安装有第二T形块；所述Y轴旋转架（5）开设有左右导向的第二T形导轨（18）；所述第二T形块嵌设于第二T形导轨（18）；所述Y轴旋转架（5）安装有第二直线步进电动机（19）；所述第二直线步进电动机（19）输出端安装有与第二T形导轨（18）平行的第二丝杠（20）；所述第二丝杠（20）与X轴移动工作台（6）螺纹连接；其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：
步骤1，调整工作台的Z轴旋转角度：当拧松第一锁紧螺母（26）时，旋转步进电动机（8）动作，带动Z轴旋转架（2）旋转，从而实现Z轴旋转架（2）绕Z轴旋转；当拧紧第一锁紧螺母（26）时，底座（1）和Z轴旋转架（2）固定连接；
步骤2，调整工作台的Y轴距离：所述第一直线步进电动机（12）动作，带动第一丝杠（13）旋转；第一丝杠（13）带动Y轴移动架（3）沿着第一T形导轨（11）直线平移，实现 Y 轴移动架（3）在 Y 轴方向的直线动作；
步骤3，调整工作台的X轴旋转角度：当Y 轴移动架（3）后方的两个气缸动作，Z 轴移动与 X 轴旋转一体架（ 4） 绕X 轴旋转，旋转距离可在第一锁紧装置（14）读取，并根据三角形的原理，得到 Z 轴移动与 X 轴旋转一体架 （4） 绕 X 轴旋转的旋转角度；
步骤4，调整工作台的Z轴距离：当Y轴移动架（3）上方的四个气缸同步动作，则Z轴移动与X轴旋转一体架（4）可在Z轴方向实现上下平移动作，其平移的距离可在第一锁紧装置（14）读取；
步骤5，调整工作台的Y轴旋转角度：当第三锁紧螺母松开时，第五气缸（25）动作，带动Y轴旋转架（5）绕Y轴旋转架（5）和Z轴移动与X轴旋转一体架（4）铰接处旋转，从而实现 Y 轴旋转架（5）在 Y 轴方向的旋转，旋转的角度通过在第二锁紧装置（16）读取；当第三锁紧螺母拧紧时，从而定位Z轴移动与X轴旋转一体架（4）、Y轴旋转架（5）的相对位置；
步骤6，调整工作台的X轴距离：所述第二直线步进电动机（19）动作，带动第二丝杠（20）旋转；第二丝杠（20）带动X轴移动工作台（6）沿着第二T形导轨（18）直线动作，完成X轴的直线动作。
2.如权利要求1所述的一种六自由度工作台的控制方法，其特征在于，所述Z轴移动与X轴旋转一体架（4）上方安装有Y轴旋转架（5）。
3.如权利要求1所述的一种六自由度工作台的控制方法，其特征在于，还包括第二锁紧螺母（27）、向心角接触轴承（28）、嵌入固定块（29）、固定架（30）、十字轴（31）；所述嵌入固定块（29）固定安装于Z轴移动与X轴旋转一体架（4）底部；所述十字轴（31）穿设于嵌入固定块（29）和固定架（30）且水平左右方向布设；所述向心角接触轴承（28）安装于十字轴（31）和固定架（30）之间；所述固定架（30）固定安装于第一气缸（17）、第二气缸（22）、第三气缸（23）、第四气缸（24）的输出端；所述第二锁紧螺母（27）螺纹安装于第一气缸（17）、第二气缸（22）、第三气缸（23）、第四气缸（24）的输出轴，且分设于固定架（30）的上下两侧。
4.如权利要求2所述的一种六自由度工作台的控制方法，其特征在于，所述Y轴旋转架（5）右侧与Z轴移动与X轴旋转一体架（4）之间安装有机电门铰链（15）；所述Z轴移动与X轴旋转一体架（4）前部左侧固定安装有第二锁紧装置（16）；所述第二锁紧装置（16）开设有弧状的长条孔，且第二锁紧装置（16）的长条孔的圆心位于Y轴旋转架（5）和Z轴移动与X轴旋转一体架（4）铰接处；所述Y轴旋转架（5）的前端左侧螺纹连接有第三锁紧螺母；所述第三锁紧螺母穿设于第二锁紧装置（16）的长条孔；所述Z轴移动与X轴旋转一体架（4）上表面固定安装有第五气缸（25）；所述第五气缸（25）的输出端与Y轴旋转架（5）铰接。
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