CN108723801A - 带有空间四边形结构的五自由度并联机床 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可以加工复杂曲面的带有空间四边形结构的五自由度并联机床，包括基座，动平台以及设置在基座和动平台之间的等效空间四边形结构：等效空间四边形结构包括绕其自身轴线转动连接动平台的双头铰接杆，双头铰接杆一端铰接同轴转动的第一连杆、第二连杆，另一端铰接同轴转动的第三连杆、第四连杆；动平台另一侧铰接第五连杆；第一、第二、第三、第四、第五连杆另一端铰接分别沿着基座上设置的第一、第二、第三、第四、第五直线驱动机构移动的五个滑块；双头铰接杆、第一连杆或者第二连杆其中任一、基座、第三连杆或者第四连杆其中任一首尾相连构成等效空间四边形结构。

Description

带有空间四边形结构的五自由度并联机床

技术领域

本发明属于机械制造技术领域，具体涉及一种带有空间四边形结构的五自由度并联机床。

背景技术

在现代机械制造领域，零部件结构设计和加工工艺日渐复杂，具有复杂空间曲面的零部件在很多重要的领域得到了广泛的应用，例如飞机、轿车、涡轮的叶片等。加工这类零件需要至少五自由度的机床。

目前常见的五自由度机床分为串联和并联两种。串联机构控制简单，工作空间大，但其刚度不足，而且误差是累计的。并联机构刚度大，误差不会累计，精度高、动力性能好。目前，工业自动化的发展需要多种不同样式、不同特点并能满足不同需要的五自由度的并联机构。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以加工复杂曲面、竖直方向工作区间大，刚度高的带有空间四边形结构的五自由度并联机床。

本发明的目的是以下述方式实现的：一种带有空间四边形结构的五自由度并联机床，包括基座，动平台以及设置在基座和动平台之间的等效空间四边形结构：等效空间四边形结构包括绕其自身轴线转动连接动平台的双头铰接杆，双头铰接杆一端铰接同轴转动的第一连杆、第二连杆，另一端铰接同轴转动的第三连杆、第四连杆；动平台另一侧铰接第五连杆；第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆另一端铰接分别沿着基座上设置的第一直线驱动机构、第二直线驱动机构、第三直线驱动机构、第四直线驱动机构、第五直线驱动机构移动的五个滑块；双头铰接杆、第一连杆或者第二连杆其中任一、基座、第三连杆或者第四连杆其中任一首尾相连构成等效空间四边形结构。

第一连杆与第二连杆绕着第一连接轴同轴转动；第一连接轴与双头铰接杆之间铰接且其转动轴与第一连接轴和双头铰接杆的轴线分别垂直；第三连杆与第四连杆绕着第二连接轴同轴转动；第二连接轴与双头铰接杆之间铰接且其转动轴与第二连接轴和双头铰接杆的轴线分别垂直。

动平台另一侧铰接第五连杆，指动平台另一侧转动连接绕其自身轴线转动连接动平台的单头铰接杆，第五连杆铰接单头铰接杆且其转动轴线分别垂直第五连杆和单头铰接杆的轴线。

第一直线驱动机构、第二直线驱动机构、第三直线驱动机构、第四直线驱动机构、第五直线驱动机构为平行设置的丝杠机构，其丝杠螺母与滑块相连；滑块与第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆之间通过球铰连接。

本发明的有益效果是：双头铰接杆两侧铰接的结构对称，其组成空间四边形结构，具有比较高的刚度和动力性能且总体结构简单。连杆连接滑块在丝杠机构上移动，竖直方向可以有很大的工作空间。各分支机构结构类似，互换性好。动平台占据空间较小，可以适应与不同的工作场合，并联机构运动速度高，精度高，本申请的机床可以用来加工涡轮等复杂曲面、加工空间曲。比如进行焊接、曲面检测、涂胶、激光等工作。

附图说明

图1是本发明结构图。

图2为本发明除去基座和动平台示意图。

图3为动平台和操作器结构图。

图4为图2中A部分放大图

其中1为基座，2为动平台，3为双头铰接杆，4为单头铰接杆，5为第一连杆、6为第二连杆，7为第三连杆，8为第四连杆，9为第五连杆，10为球铰，11为第一直线驱动机构，12为第二直线驱动机构，13为第三直线驱动机构，14为第四直线驱动机构，15为第五直线驱动机构，16为滑块，17工件，18为第一连接轴，19为第二连接轴，20为操作器。

具体实施方式

如图1-4所示，一种带有空间四边形结构的五自由度并联机构，包括基座1，动平台2以及设置在基座1和动平台2之间的等效空间四边形结构。等效空间四边形结构包括绕其自身轴线转动连接动平台2的双头铰接杆3，双头铰接杆3一端铰接同轴转动的第一连杆5、第二连杆6，另一端铰接同轴转动的第三连杆7、第四连杆8。动平台2另一侧铰接第五连杆9。第一连杆5、第二连杆6、第三连杆7、第四连杆8、第五连杆9另一端铰接分别沿着基座1上设置的第一直线驱动机构11、第二直线驱动机构12、第三直线驱动机构13、第四直线驱动机构14、第五直线驱动机构15移动的五个滑块16。双头铰接杆3、第一连杆5或者第二连杆6其中任一、基座1、第三连杆7或者第四连杆8其中任一首尾相连构成等效空间四边形结构。本发明动平台2有3个移动自由度，2个转动自由度，可以加工比较复杂的曲面。工件17位于动平台2的下方。双头铰接杆3两边铰接的结构对称且组成空间四边形结构，可以具有更好的刚度，机构刚度更大。动平台2上设置操作器20、比如检测头或者激光头或者相机、用来加工或者检测工件。

第一连杆5与第二连杆6绕着第一连接轴18同轴转动；第一连接轴18与双头铰接杆3之间铰接且其转动轴与第一连接轴18和双头铰接杆3的轴线分别垂直。第三连杆7与第四连杆8绕着第二连接轴19同轴转动；第二连接轴19与双头铰接杆3之间铰接且其转动轴与第二连接轴19和双头铰接杆3的轴线分别垂直。

动平台2另一侧铰接第五连杆9，指动平台2另一侧转动连接绕其自身轴线转动连接动平台2的单头铰接杆4，第五连杆9铰接单头铰接杆4且其转动轴线分别垂直第五连杆9和单头铰接杆4的轴线。动平台与2第五连杆9之间通过虎克铰相连。动平台2与第一转动轴18、第二转动轴19之间通过虎克铰相连，即双头铰接杆3即为两个虎克铰一端的轴相连而成，两个虎克铰另一端的轴即第一连接轴18和第二连接轴19。

第一直线驱动机构11、第二直线驱动机构12、第三直线驱动机构13、第四直线驱动机构14、第五直线驱动机构15为平行设置的丝杠机构，其丝杠螺母与滑块16相连。滑块16与第一连杆5、第二连杆6、第三连杆7、第四连杆8、第五连杆9之间通过球铰连接。采用丝杠螺母机构作为直线驱动机构，并联机构在丝杠长度方向即竖直方向工作空间较大。本发明中第一直线驱动机构11、第二直线驱动机构12、第三直线驱动机构13、第四直线驱动机构14、第五直线驱动机构15不构成负载，有效的减小了运动部件的运动惯量，运动速度快。

具体实施时，根据实际情况确定动平台2的轨迹，根据程序驱动第一直线驱动机构11、第二直线驱动机构12、第三直线驱动机构13、第四直线驱动机构14、第五直线驱动机构15上的滑块16移动，从而控制动平台2的运动情况。

Claims (4)

1.一种带有空间四边形结构的五自由度并联机床，其特征在于：包括基座，动平台以及设置在基座和动平台之间的等效空间四边形结构：等效空间四边形结构包括绕其自身轴线转动连接动平台的双头铰接杆，双头铰接杆一端铰接同轴转动的第一连杆、第二连杆，另一端铰接同轴转动的第三连杆、第四连杆；动平台另一侧铰接第五连杆；第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆另一端铰接分别沿着基座上设置的第一直线驱动机构、第二直线驱动机构、第三直线驱动机构、第四直线驱动机构、第五直线驱动机构移动的五个滑块；双头铰接杆、第一连杆或者第二连杆其中任一、基座、第三连杆或者第四连杆其中任一首尾相连构成等效空间四边形结构。

2.根据权利要求1所述带有空间四边形结构的五自由度并联机床，其特征在于：第一连杆与第二连杆绕着第一连接轴同轴转动；第一连接轴与双头铰接杆之间铰接且其转动轴与第一连接轴和双头铰接杆的轴线分别垂直；第三连杆与第四连杆绕着第二连接轴同轴转动；第二连接轴与双头铰接杆之间铰接且其转动轴与第二连接轴和双头铰接杆的轴线分别垂直。

3.根据权利要求1或2所述带有空间四边形结构的五自由度并联机床，其特征在于：所述动平台另一侧铰接第五连杆，指动平台另一侧转动连接绕其自身轴线转动连接动平台的单头铰接杆，第五连杆铰接单头铰接杆且其转动轴线分别垂直第五连杆和单头铰接杆的轴线。

4.根据权利要求3所述带有空间四边形结构的五自由度并联机床，其特征在于：所述第一直线驱动机构、第二直线驱动机构、第三直线驱动机构、第四直线驱动机构、第五直线驱动机构为平行设置的丝杠机构，其丝杠螺母与滑块相连；滑块与第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆之间通过球铰连接。