CN109551260A - 一种用于航空结构件加工的五轴混联机床 - Google Patents

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Abstract

一种用于航空结构件加工的五轴混联机床，属于机械制造技术领域。该机床包括支架、前横梁、后横梁、第一支链、第二支链、第三支链、第四支链、动平台、主轴头以及滑台，主轴头固定在动平台上。四个支链结构相同，均具有一个能够沿支链长度方向运动的移动副。前横梁与后横梁通过转动副与支架连接；第一支链与第二支链的一端分别通过转动副与前横梁连接，另一端分别通过转动副与动平台连接；第三支链与第四支链一端分别通过转动副与后横梁连接，另一端分别通过转动副与固定在动平台上的虎克副连接。本发明具有动态特性好、刚度重量比高的优势，可以实现更高的加工效率与更好的加工精度，因此非常适用于航空结构件高效、高精度加工。

Description

一种用于航空结构件加工的五轴混联机床
技术领域
本发明涉及机械制造领域，特别涉及一种用于航空结构件加工的五轴混联机床。
背景技术
在现代飞机设计中广泛采用先进的整体结构设计，这一设计方法能够显著改善飞机性能，但是由此导致零件形状复杂，零件内、外形角度变化较大等弊端，增加了零件加工的难度。此外，为了减轻飞机重量，结构件的壁厚愈来愈薄，材料去除率达到90％以上，因此切削加工量极大，零件在加工中非常容易变形。可见，航空整体结构件具有尺寸大、壁薄、易变形，切削加工难度很大、零件精度高等工艺特点。
传统的五轴联动机床通常采用串联式结构，这些设备因为结构复杂、尺寸大、质量大等缺陷，在加工航空结构件时存在大摆角加工时摆角自动回转铣伤零件，加工中无效路径长造成摆角速度与线性轴速度不匹配，C轴旋转回带动主轴电缆、油管、液压管路等运动影响运动速度和使用寿命等问题，已经越来越不能满足航空整体结构件加工的需要。与此相对应，并联式机床具有结构动态特性好、刚度重量比大的优点，有助于实现高速加工，提升加工效率，但是并联式机床工作空间小，难以进行大尺寸零件的加工。
混联式机床同时结合了串联式与并联式机床的优点，能够在较大的工作空间内对零件进行高速加工，是五轴联动数控机床的一个发展方向。德国DST公司成功开发了Ecospeed五轴混联机床，并得到了大量应用。但是，目前对五轴混联机床的研究尚不充分，五轴混联机床实用化的构型较少，在航空结构件加工方面的优势没有得到充分发挥。因此，对五轴混联机床进行深入研究、提出适用于航空结构件加工的新式五轴混联机床，对于提高航空结构件加工效率、改善航空结构件加工精度有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于航空结构件加工的五轴混联机床，使其具有动态特性好、刚度重量比高的优势，可以实现更高的加工效率与更好的加工精度。
本发明的技术方案如下：
一种用于航空结构件加工的五轴混联机床，该机床包括支架、前横梁、后横梁、第一支链、第二支链、第三支链、第四支链、动平台、主轴头和滑台；所述主轴头固定于所述动平台上；所述滑台位于所述动平台下方，滑台沿X轴方向运动，其特征在于：所述前横梁和后横梁两端均通过转动副与支架连接；所述第一支链和第二支链一端分别通过转动副与所述前横梁连接，第一支链和第二支链的另一端分别通过转动副与动平台连接；所述第三支链和第四支链一端分别通过转动副与后横梁连接，第三支链和第四支链另一端分别通过转动副与固定在动平台上的虎克副连接，两转动副轴线位于同一轴线上，且该轴线平行于所述第三支链和第四支链与所述后横梁连接处的转动副的轴线；
所述第一支链、第二支链、第三支链和第四支链结构相同，均具有一个能够沿支链长度方向运动的移动副；所述后横梁与所述支架连接处的转动副的轴线平行于所述前横梁与所述支架连接处的转动副的轴线；所述第一支链和第二支链与所述前横梁连接处的转动副的轴线相互平行，该轴线垂直于所述前横梁与所述支架连接处的转动副的轴线；所述第三支链和第四支链与所述后横梁连接处的转动副的轴线相互平行，该相互平行的轴线垂直于所述后横梁与所述支架连接处的转动副的轴线；所述第一支链和第二支链与所述动平台连接处的转动副的轴线互相平行，且该互相平行的轴线平行于所述第一支链和第二支链与所述前横梁连接处的转动副的轴线。
上述技术方案中，所述第一支链、第二支链、第三支链和第四支链中的移动副包括基座、导轨、滑块、滚珠丝杠以及伺服电机；所述导轨固定于所述滑块上，所述伺服电机固定于所述基座上，所述滑块设置于所述滚珠丝杠上，伺服电机带动所述滚珠丝杠旋转，所述基座沿所述导轨滑动；所述第一支链与第二支链上的基座通过转动副与所述前横梁连接，所述第三支链与第四支链上的基座通过转动副与所述后横梁连接。
本发明具有以下优点及突出性的技术效果：由于航空结构件大都为薄壁结构，金属去除率可以达到90％以上，结构复杂，加工精度要求较高，正是如此，本发明提出了一种用于航空结构件加工的五轴混联机床，相比于传统的串联式加工设备，动平台具备四个自由度，配合移动滑台后能够实现五轴联动加工，可实现两转动三平动共五个自由度；具有动态特性好、刚度重量比高的优势，可以实现更高的加工效率与更好的加工精度，此外该机床动平台能够实现较为复杂的运动，能够避免过象限加工铣伤零件表面等缺陷。
附图说明
图1为本发明提出的一种用于航空结构件加工的五轴混联机床主视立体结构示意图。
图2为本发明提出的一种用于航空结构件加工的五轴混联机床后视立体结构示意图。
图3为本发明提出的一种用于航空结构件加工的五轴混联机床俯视结构示意图。
图4为支链结构示意图。
图5为虎克副与第三支链、第四支链以及动平台装配示意图。
其中，1-支架；2-前横梁；3-后横梁；4-第一支链；5-第二支链；6-第三支链；7-第四支链；8-动平台；9-主轴头；10-滑台；401-基座；402-导轨；403-滑块；404-滚珠丝杠；405-伺服电机；11a-第三支链与虎克副相连的转动副；11b-第四支链与虎克副相连的转动副；12-虎克副。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体结构和工作过程做进一步的说明。
参见图1、图2和图3，本发明提出的一种用于航空结构件加工的五轴混联机床主要包括支架1、前横梁2、后横梁3、第一支链4、第二支链5、第三支链6、第四支链7、动平台8、主轴头9以及滑台10。所述支架1固定于地面上，所述前横梁2和后横梁3均通过转动副与支架连接；所述第一支链4和第二支链5一端分别通过转动副与所述前横梁2连接，另一端分别通过转动副与所述动平台8连接；所述第三支链6和第四支链7一端分别通过转动副与所述后横梁2连接，另一端分别通过转动副与所述虎克副12连接，所述虎克副12固定于所述动平台8上；所述主轴头9固定于所述动平台8上，所述滑台10位于所述动平台下方。
进一步，所述前横梁2与所述支架1连接处的转动副的轴线平行于所述后横梁3与所述支架1连接处的转动副的轴线。所述第一支链4和第二支链5与所述前横梁2连接处的转动副的轴线相互平行，且垂直于所述前横梁3与所述支架1连接处的转动副的轴线。所述第三支链6、第四支链7与所述后横梁3连接处的转动副的轴线相互平行，且垂直于所述后横梁3与所述支架1连接处的转动副的轴线。所述第一支链4、第二支链5与所述动平台8连接处的转动副的轴线互相平行，且平行于所述第一支链4和第二支链5与所述前横梁2连接处的转动副的轴线。
如图4所示，所述第一支链4、第二支链5、第三支链6和第四支链7均包含一个能够沿支链长度方向运动的移动副，所述移动副包括基座401、导轨402、滑块403、滚珠丝杠404以及伺服电机405；所述导轨402固定于所述滑块403上，所述伺服电机405固定于所述基座401上；所述滚珠丝杠404与所述滑块403之间通过螺旋连接，所述伺服电机405能够带动所述滚珠丝杠404旋转，进而带动所述基座401沿所述导轨402平移。所述第一支链4与第二支链5上的基座通过转动副与所述前横梁2连接，所述第三支链6与第四支链7上的基座通过转动副与所述后横梁3连接。
如图5所示，所述第三支链6通过第三支链与虎克副相连的转动副11a与所述虎克副12连接；第四支链7通过第四支链与虎克副相连的转动副11b与所述虎克副12连接，两转动副的轴线互相重合，且平行于所述第三支链6、第四支链7与所述后横梁3连接处的转动副的轴线。
本发明所述第一支链4、第二支链5、第三支链6和第四支链7中包含的移动副为主动副，此外所述滑台10能够沿X方向平移，因此所述动平台8与所述滑台10之间有两个转动三个平动共计5个自由度，能够对零件进行五轴联动加工。

Claims (2)

1.一种用于航空结构件加工的五轴混联机床，该机床包括支架(1)、前横梁(2)、后横梁(3)、第一支链(4)、第二支链(5)、第三支链(6)、第四支链(7)、动平台(8)、主轴头(9)和滑台(10)；所述主轴头(9)固定于所述动平台(8)上；所述滑台(10)位于所述动平台(8)下方，所述滑台沿X轴方向运动，其特征在于：所述前横梁(2)和后横梁(3)两端均通过转动副与支架(1)连接；所述第一支链(4)和第二支链(5)一端分别通过转动副与所述前横梁(2)连接，第一支链(4)和第二支链(5)的另一端分别通过转动副与动平台(8)连接；所述第三支链(6)和第四支链(7)一端分别通过转动副与后横梁(3)连接，第三支链(6)和第四支链(7)另一端分别通过转动副与固定在动平台(8)上的虎克副连接，两转动副轴线位于同一轴线上，且该轴线平行于所述第三支链(6)和第四支链(7)与所述后横梁(3)连接处的转动副的轴线；
所述第一支链(4)、第二支链(5)、第三支链(6)和第四支链(7)结构相同，均具有一个能够沿支链长度方向运动的移动副；所述后横梁(3)与所述支架(1)连接处的转动副的轴线平行于所述前横梁(2)与所述支架(1)连接处的转动副的轴线；所述第一支链(4)和第二支链(5)与所述前横梁(2)连接处的转动副的轴线相互平行，该轴线垂直于所述前横梁(2)与所述支架(1)连接处的转动副的轴线；所述第三支链(6)和第四支链(7)与所述后横梁(3)连接处的转动副的轴线相互平行，该相互平行的轴线垂直于所述后横梁(3)与所述支架(1)连接处的转动副的轴线；所述第一支链(4)和第二支链(5)与所述动平台(8)连接处的转动副的轴线互相平行，且该互相平行的轴线平行于所述第一支链(4)和第二支链(5)与所述前横梁(2)连接处的转动副的轴线。
2.根据权利要求1所述的一种用于航空结构件加工的五轴混联机床，其特征在于，所述第一支链(4)、第二支链(5)、第三支链(6)和第四支链(7)中的移动副包括基座(401)、导轨(402)、滑块(403)、滚珠丝杠(404)以及伺服电机(405)；所述导轨固定于所述滑块上，所述伺服电机固定于所述基座上；所述滑块设置于所述滚珠丝杠上，伺服电机带动所述滚珠丝杠旋转，带动所述基座(401)沿所述导轨(402)滑动；所述第一支链(4)与第二支链(5)上的基座通过转动副与所述前横梁(2)连接，所述第三支链(6)与第四支链(7)上的基座通过转动副与所述后横梁(3)连接。
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