CN109773591B - 立式四分支五轴加工中心 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种立式四分支五轴加工中心，包括机架、转动框、两组直线驱动单元、两组滑块、两组连杆、摆头平台、单摆头和电主轴；转动框设于机架对称面的内侧，转动框通过转动副与机架连接，转动框内设有第一组直线驱动单元，包括两个反向放置的直线驱动单元，第一组直线驱动单元通过第一组滑块与第一组连杆相连，第一组连杆与摆头平台通过转动副相连；第二组直线驱动单元固定于机架支撑杆上，第二组连杆通过第二组滑块与第二组直线驱动单元连接，第二组连杆与摆头平台两个侧面的球铰连接；单摆头设于摆头平台上，单摆头上固定有电主轴。本发明结构紧凑、结构刚度大、承载能力强、加工精度高，可以实现曲面加工。

Description

立式四分支五轴加工中心

技术领域

本发明属于机械加工领域，特别涉及一种立式四分支五轴加工中心。

背景技术

五轴加工中心，是一种科技含量高、精密度高、专门用于加工复杂曲面的设备，对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等行业有着举足轻重的影响力。

目前，五轴联动加工设备的机械结构分为串联、并联和混联的形式。串联的五轴加工设备多为X、Y、Z三个方向的直线运动加串联双摆头或者是两自由度工件装卡分度转台，这种五轴加工设备有刚度较低、承载力较小等缺点；并联机构刚度重量比大，制造成本低，但限制了工作空间的大小；串并混联机床应用少自由度并联机构分支少，工作空间大的优点，多采用三自由度并联机构加串联双摆头的方式，双摆头运动空间大，但高精度双摆头体积大、成本高，影响了其应用推广。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于加工复杂曲面，刚度高、成本低、安装方便的四分支串并混联五轴加工中心。

本发明提供一种立式四分支五轴加工中心，包括机架、转动框、两组直线驱动单元、两组滑块、两组连杆、摆头平台、单摆头和电主轴，所述机架包括底平台、机架支撑杆和顶平台，所述机架支撑杆的两端分别与所述底平台、所述顶平台固连，所述底平台与所述顶平台平行设置；所述转动框设于所述机架对称面的内侧，所述转动框通过转动副与所述机架连接；所述两组直线驱动单元包括第一组直线驱动单元和第二组直线驱动单元，所述两组滑块包括第一组滑块和第二组滑块，所述两组连杆包括第一组连杆和第二组连杆；所述转动框内设有所述第一组直线驱动单元，所述第一组直线驱动单元与所述第一组滑块通过移动副相连，所述第一组滑块与第一组连杆的第一端通过转动副相连，所述第一组连杆的第二端与摆头平台通过转动副相连，两组转动副的轴线互相平行且垂直于所述转动框的转动轴线；所述第二组直线驱动单元固定于所述机架支撑杆上，所述第二组连杆的第一端通过第一组球铰或者万向铰与所述第二组滑块连接，所述第二组连杆的第二端通过第二组球铰与所述摆头平台连接，所述第二组球铰对称设于所述摆头平台两个侧面；所述单摆头设于所述摆头平台上，所述单摆头的摆动轴线位于所述第一组连杆的中间对称平面内，且与所述摆头平台两转动副所在平面成0°～60°夹角α，所述单摆头上固定有所述电主轴。

优选地，所述第一组直线驱动单元包括两个反向放置的直线驱动单元，第二组直线驱动单元包括两个平行放置的直线驱动单元。

优选地，所述机架支撑杆与所述机架对称面的夹角β为0°～60°，所述机架支撑杆与所述底平台加工面的夹角λ为60°～90°。

优选地，所述转动框的转动轴线与所述底平台的加工面成60°～90°的夹角ψ。

优选地，所述第一组连杆包括两个连杆，所述第二组连杆包括两个长度相等的连杆。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明采用四分支并联机构串联单摆头的形式，与串联双摆头混联机床相比结构刚度大，精度高；

2、本发明利用直线驱动立式固定布置，使得运动部件质量较小，加工中心的动态性能好，保证了加工精度；

3、本发明布置形式结构紧凑，加工工作空间与加工中心体积比大。

以上特点使得本发明能够很好的满足五轴加工中心在工程实际上的要求，实现高速、高精度曲面加工。

附图说明

图1为本发明立式四分支五轴加工中心的实施例1的立体示意图；

图2为本发明立式四分支五轴加工中心的实施例1的立体俯视图；以及

图3为本发明立式四分支五轴加工中心的实施例2的立体示意图。

主要附图标记：

机架1；转动框2；第一组直线驱动单元31、32；第一组滑块41、42；第一组连杆51、52；第二组直线驱动单元61、62；第二组滑块71、72；第二组连杆81、82；摆头平台9；单摆头10；电主轴11。

具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

本发明提出的立式四分支五轴加工中心，为一种四分支并联机构串联单摆头的串并联机构，且每个分支设有驱动单元与传动机构，如图1和图2所示，具体包括机架1、转动框2、两组直线驱动单元、两组滑块、两组连杆、摆头平台9、单摆头10和电主轴11，机架1包括底平台、机架支撑杆和顶平台，机架支撑杆的两端分别与底平台、顶平台垂直固连，机架支撑杆的数量为两个，对称设置，底平台与顶平台、工作台平行设置，同时转动框2也分别与底平台、顶平台相连；转动框2设于机架1对称面的内侧，转动框2通过转动副与机架1连接，能根据需要调节，转动框2的转动轴线与工作台平面成一定夹角，优选地，夹角角度ψ为60°～90°。

两组直线驱动单元包括第一组直线驱动单元31、32和第二组直线驱动单元61、62，第一组直线驱动单元31、32包括两个直线驱动单元，第二组直线驱动单元61、62包括两个相同的直线驱动单元；两组滑块包括第一组滑块41、42和第二组滑块71、72，第一组滑块41、42包括两个滑块，第二组滑块71、72包括两个相同的滑块，两组连杆包括第一组连杆51、52和第二组连杆81、82，第一组连杆51、52包括两个连杆，第二组连杆81、82包括两个长度相等的连杆。

转动框2内设有第一组直线驱动单元31、32，第一组直线驱动单元31、32的两个直线驱动单元反向放置，分别作为两个分支的驱动力来源；第一组直线驱动单元31、32中的两个直线驱动单元分别与第一组滑块41、42中的两个滑块相连，分别构成移动副，第一组滑块41、42与第一组连杆51、52的第一端通过转动副相连，第一组连杆51、52的第二端与摆头平台9通过转动副相连，第一组连杆51、52中的两个连杆各有两个转动副，四个转动副的轴线互相平行且垂直于转动框2的转动轴线；

第二组直线驱动单元61、62中的两个直线驱动单元分别固定于两个机架支撑杆上，并平行放置，第二组连杆81、82的第一端通过第一组球铰与第二组滑块71、72连接，第二组连杆81、82的第二端通过第二组球铰与摆头平台9连接，第二组球铰对称设于摆头平台9两个侧面，第一组球铰与第二组球铰分别包括两个球铰；

单摆头10设于摆头平台9上，单摆头10的摆动轴线位于第一组连杆51、52的中间对称平面内，且与摆头平台两转动副所在平面成α＝0°～60°的夹角，单摆头10上固定有电主轴11。

机架支撑杆与机架1对称面的夹角β为0°～60°，与工作台平面的夹角λ为60°～90°。

第二组连杆81、82的第一端与第二组滑块71、72进行连接的球铰能由万向铰代替。

本发明四分支并联机构串联单摆头的形式，与串联双摆头混联机床相比结构刚度更大、精度更高；第一组直线驱动单元31、32、第一组滑块41、42、第一组连杆51、52和摆头平台9构成平面四杆机构，结合转动框2的转动，可以实现两个转动和两个移动自由度的运动；第二组直线驱动单元61、62、第二组滑块71、72、第二组连杆81、82和摆头平台9构成的分支为无约束分支；驱动平行固定布置，使得运动构件质量小，机构动态性能好。本发明结构紧凑、结构刚度大、承载能力强、加工精度高，可以实现曲面加工。

本发明的实施例如下：

实施例1

在图1所示的立式四分支五轴加工中心示意图中，转动框2设在机架1左右对称面的后侧，通过转动副与机架1连接，转动框2的转动轴线垂直于工作台平面；转动框2内固定安装两组反向放置的第一组直线驱动单元31、32，第一组滑块41、42通过转动副分别连接第一组连杆51、52的第一端，第一组连杆51、52的第二端与摆头平台9铰接，四个转动副轴线互相平行且垂直于转动框转动轴线；第二组直线驱动单元61、62分别固定于机架左右对称面两侧垂直于工作台平面，且与机架左右对称平面夹角为50°，第二组连杆81、82的第一端通过球铰与第二组滑块71、72连接，第二端通过球铰与摆头平台9连接，球铰对称分布于摆头平台9两转动副平面内；单摆头10设在摆头平台上，其摆动轴线位于两条第一连杆中间平面内，且与摆头平台9的两转动副平面的角度α为50°；单摆头10上固定有电主轴11。

实施例1采用两组直线驱动单元平行布置的方式，结构简单、安装和标定方便，结构更加紧凑。

实施例2

在图2所示的立式四分支五轴加工中心示意图中，转动框2设在机架1左右对称面的后侧，通过转动副与机架连接，转动框2的转动轴线与工作台平面夹角80°；转动框2内固定安装有两组反向放置的第一组直线驱动单元31、32，第一组滑块41、42通过转动副分别连接第一组连杆51、52的第一端，第一组连杆51、52的第二端与摆头平台9铰接，四个转动副轴线互相平行且垂直于转动框转动轴线；第二组直线驱动单元61、62分别固定于机架左右对称面两侧，与机架1左右对称平面夹角β为30°，与工作台平面夹角λ为80°，第二组连杆81、82的第一端通过万向铰与第二组滑块71和72连接，第二端通过球铰与摆头平台9连接，球铰对称分布于摆头平台9两转动副平面内；单摆头10设在摆头平台9上，其摆动轴线位于两条第一连杆中间平面内，且与摆头平台9两转动副平面的夹角α为50°；单摆头10上固定有电主轴11。

实施例2中的两组直线驱动单元呈一定角度布置，使得工作空间更大，受力性能更好；第二组连杆81、82的第一端与第二组滑块71、72通过万向铰连接，相较于球铰，约束了分支的一个局部自由度，增加了整个机构的刚度。

以上所述是本申请的优选实施方式，不以此限定本发明的保护范围，应当指出，对于该技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (1)

1.一种立式四分支五轴加工中心，主要包括机架、转动框、两组直线驱动单元、两组滑块、两组连杆、摆头平台、单摆头和电主轴，其特征在于，

所述机架包括底平台、机架支撑杆和顶平台，所述机架支撑杆的两端分别与所述底平台、所述顶平台固连，所述底平台与所述顶平台平行设置；

所述转动框设于所述机架对称面的内侧，所述转动框通过转动副与所述机架连接；

所述两组直线驱动单元包括第一组直线驱动单元和第二组直线驱动单元，所述两组滑块包括第一组滑块和第二组滑块，所述两组连杆包括第一组连杆和第二组连杆；

所述转动框内设有所述第一组直线驱动单元，所述第一组直线驱动单元与所述第一组滑块通过移动副相连，所述第一组滑块与第一组连杆的第一端通过转动副相连，所述第一组连杆的第二端与摆头平台通过转动副相连，两组转动副的轴线互相平行且垂直于所述转动框的转动轴线；

所述第二组直线驱动单元固定于所述机架支撑杆上，所述第二组连杆的第一端通过第一组球铰或者万向铰与所述第二组滑块连接，所述第二组连杆的第二端通过第二组球铰与所述摆头平台连接，所述第二组球铰对称设于所述摆头平台的两个侧面，

所述单摆头设于所述摆头平台上，所述单摆头的摆动轴线位于所述第一组连杆的中间对称平面内，且与所述摆头平台两转动副所在平面成0°~60°的夹角α，所述单摆头上固定有所述电主轴；

所述第一组直线驱动单元包括两个反向放置的直线驱动单元，所述第二组直线驱动单元包括两个平行放置的直线驱动单元；

所述机架支撑杆与所述机架对称面的夹角β为0°~60°，所述机架支撑杆与所述底平台加工面的夹角λ为60°~90°；

所述转动框的转动轴线与所述底平台的加工面成的夹角ψ为60°~90°；

所述第一组连杆包括两个连杆，所述第二组连杆包括两个长度相等的连杆。