CN1095725C - 可重组三、四、五轴并联机床 - Google Patents

可重组三、四、五轴并联机床 Download PDF

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Abstract

一种可重组三、四、五轴并联机床，其运动台通过三～五支连接杆与固定台连接，其中二～四支连接杆与运动台和固定台的连接是虎克铰或球铰和移动副，另一支连接杆是复合连接杆，运动台上装着电主轴和刀具，固定台上有滑道。利用一支复合连接杆和其它连接杆可以重组成三、四、五轴并联机床。本发明并联机床运动易重组、耦合度低、加工装配工艺性好、造价低，可广泛应用在空间曲面的加工中。

Description

可重组三、四、五轴并联机床
技术领域
本发明属于先进机械制造领域，特别涉及一种可重组三、四、五轴并联机床。
背景技术
数控机床是机械制造的重要设备，其性能的好坏标志着一个国家制造业的水平。近十年来，国际上出现了一种新概念机床——虚拟轴机床(Virtual Axis MachineTool)，也称之为六条脚机床(6-Leg Machine Tool)或并联机床(Parallel Machine Tool)。并联机床强烈地冲击了近代机床200余年一直不变按笛卡儿坐标体系设计机床的传统，人们认为虚拟轴机床将是21世纪新概念机床的形式。
在专利公开号为CN1182003A、CN1212197A、CN1231226A的专利文件中，分别公开了一种虚拟轴机床，它们主要都是采用六自由度并联机构来实现并联机床的五轴运动，不仅浪费了一个轴的驱动与传动装置，而且使机床造价相对提高，并增加了控制与制造难度。在我们的专利申请号为CN99122349.7、CN 00100193.0、CN00100195.7、00100194.9的专利文件中，提出了三、四、五、六自由度并联机床，它们都要求运动台为立方体结构，局限性较大。而且从以上文献看，它们都不能很容易的实现自由度可重组的三、四、五轴并联机床结构。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处而提供一种可重组三、四、五轴并联机床。
本发明的技术解决方案如下：
可重组三、四、五轴并联机床的结构是，运动台通过三～五支连接杆与固定台连接，其中二～四支连接杆的结构是定长连杆两端连接移动副和两只球铰(PSS)或移动副和一只虎克铰与一只球铰(PUS)；另一支连接杆是复合连接杆；复合连接杆的结构是平动复合万向铰(U*)的两端分别连接着连接副。运动台上装着电主轴和刀具，固定台上有滑道。
平动复合万向铰(U*)的结构是三支等长连杆两端分别通过虎克铰连接在两个连接板上。
连接副是按重组机构自由度的要求可是移动副(P)、虎克铰(U)、回转副(R)、刚性连接构件或其组合。
利用一支具有五自由度的复合连接杆和四支连接杆将运动台和固定台连接，可重组成五自由度五轴并联机床。
利用一支具有四自由度的复合连接杆和三支连接杆将运动台和固定台连接，可重组成四自由度四轴并联机床。
利用一支具有三自由度的复合连接杆和二支连接杆将运动台和固定台连接，可重组成三自由度三轴并联机床。
上述连接杆代表符号中，P代表一自由度的移动副；U代表二自由度的虎克铰；S代表三自由度的球铰；R代表一自由度的回转副；  U*代表二自由度的平动复合万向铰，其结构是三支等长连杆两端分别通过虎克铰与两个连接板连接。刚性连接构件是指刚性连接两个被连接件或通过刚性构件连接两个被连接件。
本发明与现有技术相比有如下优点：、
1、本发明可重组并联机床采用的复合连接杆是由移动副P、平动复合万向铰U*、虎克铰U或回转副R组成，复合连接杆确定了运动台的运动特性，使三、四、五轴并联机床的重组成为可能。
2、本发明可很容易的通过更换复合连接杆的连接副和增减连接杆PUS任意重组成三、四、五轴并联机床，加工装配工艺性好。
3、本发明并联机床与现有的六自由度五轴并联机床相比，结构简单，系统运动非线性度和耦合度明显降低，控制简单，造价低。
4、本发明并联机床与传统的串联式多轴机床相比，具有高刚度，高精度，低运动质量，高动态性能，构造简单，相同零件数量多，成本低，易制造。
5、本发明在空间曲面加工中有着广泛的应用前景。
附图的图面说明如下：
图1是本发明复合连接杆为PU*U形式的结构示意图；
图2是本发明复合连接杆为PU*R形式的结构示意图；
图3是本发明复合连接杆为PU*形式的结构示意图；
图4是本发明可重组五自由度五轴并联卧式机床的结构示意图；
图5是本发明可重组四自由度四轴并联卧式机床的结构示意图；
图6是本发明可重组三自由度三轴并联卧式机床的结构示意图；
图7是本发明可重组五自由度五轴并联立式机床的结构示意图。
本发明的具体实施方式如下：
实施例1：复合连接杆为PU*U形式
复合连接杆为PU*U形式的结构如图1所示，其结构是平动复合万向铰U*的连接板5与移动副滑块6固接，连接板8与虎克铰9连接。平动复合万向铰U*的结构是三支等长连杆1、2、3的一端分别通过与虎克铰4相同的三个虎克铰连接在连接板5上，另一端分别通过与虎克铰7相同的三个虎克铰连接在连接板8上。
实施例2：复合连接杆为PU*R形式
复合连接杆为PU*R形式的结构如图2所示，其结构是平动复合万向铰U*的连接板14与移动副滑块15固接，连接板17与转动副18连接。平动复合万向铰U*的结构是三支等长连杆10、11、12的一端分别通过与虎克铰13相同的三个虎克铰连接在连接板14上，另一端分别通过与虎克铰16相同的三个虎克铰连接在连接板17上。
实施例3：复合连接杆为PU*形式
复合连接杆为PU*形式的结构如图3所示，其结构是平动复合万向铰U*的连接板23与移动副滑块24固接，连接板26与刚性连接构件27固接。平动复合万向铰U*的结构是三支等长连杆19、20、21的一端分别通过与虎克铰22相同的三个虎克铰连接在连接板23上，另一端分别通过与虎克铰25相同的三个虎克铰连接在连接板26上。
实施例4：由四支PUS连接杆和一支PU*U复合连接杆重组成的五自由度五轴并联卧式机床。
五自由度五轴并联卧式机床的结构如图4所示，其结构是运动台28通过四支PUS连接杆和一支PU*U复合连接杆与固定台连接。固定台是在带双滑道的底板29上固装着带滑道的侧板30；连接杆31、32、33、34的一端分别通过与虎克铰35相同的四个虎克铰与分装在底板两个滑道上的与移动副滑块36相同的四个移动副滑块连接，另一端分别通过与球铰37相同的四个球铰与运动台28连接；复合连接杆PU*U是连杆38、39、40的一端分别通过与虎克铰41相同的三个虎克铰连接在连接板42上，连接板42通过虎克铰43与运动台28连接，另一端分别通过与虎克铰44相同的三个虎克铰与连接板45连接，连接板45与移动副滑块46固连，移动副滑块46装在侧板30的滑道内。运动台上装着电主轴和刀具47。运动台28和刀具47通过五支连接杆的运动来实现五轴运动，从而完成对装在工作台上的工件48的切削加工。
实施例5：由三支PUS连接杆和一支PU*R复合连接杆重组成的四自由度四轴并联卧式机床。
四自由度四轴并联卧式机床结构如图5所示，其结构是运动台49通过三支PUS连接杆和一支复合连接杆PU*R与固定台连接。固定台是在带双滑道的底板50上固装着带滑道的侧板51；连接杆52、53、54的一端分别通过与虎克铰55相同的三个虎克铰与分装在底板50两个滑道上的与移动副滑块56相同的三个移动副滑块连接，另一端分别通过与球铰57相同的三个球铰与运动台49连接；复合连接杆PU*R是连杆58、59、60的一端分别通过与虎克铰61相同的三个虎克铰连接在连接板62上，连接板62通过回转副63与运动台49连接，另一端分别通过与虎克铰64相同的三个虎克铰与连接板65连接，连接板65与移动副滑块66固连，移动副滑块66装在侧板51的滑道内。运动台上装着电主轴和刀具67。运动台49和刀具67通过四支连接杆的运动来实现四轴运动，从而完成对装在工作台上的工件68的切削加工。
实施例6：由二支PUS连接杆和一支PU*复合连接杆重组成的三自由度三轴并联卧式机床。
三自由度三轴并联卧式机床结构如图6所示，其结构是运动台69通过二支PUS连接杆和一支PU*复合连接杆与固定台连接。固定台是在带双滑道的底板70上固装着带滑道的侧板71；连接杆72、73的一端分别通过与虎克铰74相同的两个虎克铰与分装在底板两个滑道上的与移动副滑块75相同两个移动副滑块连接，另一端分别通过与球铰76相同的两个球铰与运动台69连接；复合连接杆PU*是连杆77、78、79的一端分别通过与虎克铰80相同的三个虎克铰与连接板81连接，连接板81通过刚性连接构件82与运动台69连接，另一端分别通过与虎克铰83相同的三个虎克铰与连接板84连接，连接板84与移动副滑块85固连，移动副滑块85装在侧板71的滑道内。运动台上装着电主轴和刀具86。运动台69和刀具86通过三支连接杆的运动来实现三轴运动，从而完成对装在工作台上的工件87的切削加工。
实施例7：由四支PUS连接杆和一支PU*U复合连接杆重组成的五自由度五轴并联立式机床。
五自由度五轴并联立式机床的结构如图7所示，其结构是运动台88通过四支PUS连接杆和一支PU*U复合连接杆与固定台连接。固定台是由底板89和带双滑道的两个侧板90、91及带滑道的顶板92组成；连接杆93、94、95、96的一端分别通过与虎克铰97相同的四个虎克铰与分装在两个侧板滑道上的移动副滑块98相同的四个移动副滑块连接，另一端分别通过与球铰99相同的四个球铰与运动台88连接；复合连接杆PU*U是连杆100、101、102的一端分别通过与虎克铰103相同的三个虎克铰与连接板104连接，连接板104与移动副滑块105固连，移动副滑块105装在顶板92的滑道内；另一端分别通过与虎克铰106相同的三个虎克铰与连接板107连接，连接板107通过虎克铰108与运动台88连接，运动台上装着电主轴和刀具109。运动台88和刀具109通过五支连接杆的运动来实现五轴运动，从而完成对工件110的切削加工。

Claims (6)

1、一种可重组三、四、五轴并联机床，其运动台通过三～五支连接杆与固定台连接，运动台上装着电主轴和刀具，固定台上有滑道，其特征在于：其中二～四支连接杆的结构是定长连杆的两端连接移动副和两只球铰或移动副和一只虎克铰与一只球铰，另一支连接杆是复合连接杆，复合连接杆的结构是平动复合万向铰的两端分别连接着连接副。
2、按照权利要求1所说的可重组三、四、五轴并联机床，其特征在于：平动复合万向铰的结构是三支等长连杆两端分别通过虎克铰连接在连接板上。
3、照权利要求1所说的可重组三、四、五轴并联机床，其特征在于：所说的连接副是按重组机构自由度的要求可是移动副、虎克铰、回转副、刚性连接构件或其组合。
4、按照权利要求1或2或3所说的可重组三、四、五轴并联机床，其特征在于：利用一支具有五自由度的复合连接杆和四支连接杆将运动台和固定台连接，可重组成五自由度五轴并联机床。
5、按照权利要求1或2或3所说的可重组三、四、五轴并联机床，其特征在于：利用一支具有四自由度的复合连接杆和三支连接杆将运动台和固定台连接，可重组成四自由度四轴并联机床。
6、按照权利要求1或2或3所说的可重组三、四、五轴并联机床，其特征在于：利用一支具有三自由度的复合连接杆和二支连接杆将运动台和固定台连接，可重组成三自由度三轴并联机床。
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