CN110695716A - 一种可用于大型工件复杂曲面加工的五自由度冗余驱动混联机床 - Google Patents

一种可用于大型工件复杂曲面加工的五自由度冗余驱动混联机床 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种可用于大型工件复杂曲面加工的五自由度冗余驱动混联机床，主要包括立柱、机架、第一支链、第二支链、第三支链、动平台、转台、刀具、工作台、滑台以及基座。所述基座固定于地面上；所述立柱和所述机架与所述基座固连，所述第一支链、第二支链和第三支链上端都通过移动副与所述机架相连；所述第一支链、第二支链下端通过转动副与所述动平台相连；所述第三支链下端通过虎克副与所述动平台相连；所述动平台通过转动副与所述转台相连；所述刀具通过转动副与所述转台相连；所述工作台与所述滑台固连；所述滑台通过导轨与所述基座相连。该混联机床结构紧凑、运动学模型简单、刚度和负载大，对于大型工件的复杂曲面加工具有显著的优势。

Description

一种可用于大型工件复杂曲面加工的五自由度冗余驱动混联 机床
技术领域
本申请涉及机械制造领域，具体是一种可用于大型工件复杂曲面加工的五自由度冗余驱动混联机床。
背景技术
目前，大多数的五自由度数控机床通常采用串联式结构，这种机床容易产生累积误差、刚度和负载小、加工速度低。与之相比，并联机床具有结构紧凑、动态特性好、刚度和负载大等优势，有利于实现高速和高精度加工，提升加工效率，但是工作空间小，难以实现大型工件的加工。
为了能够在较大的工作空间内对复杂零件进行高速曲面加工，混联机床应运而生，并逐渐得到了大量的研究和应用。混联机床结合了串联机床和并联机床的优势，应用前景广阔，在大型结构件加工领域将逐步取代传统的五自由度数控机床。因此，对五自由度冗余驱动混联机床进行深入研究，提出一种面向大型工件复杂曲面加工的新型结构，对于提高我国大型结构件加工效率和精度、降低生产成本具有十分重要的意义。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种可用于大型工件复杂曲面加工的五自由度冗余驱动混联机床，使其具有结构紧凑、运动学简单、刚度和负载大、动态性能好等优点，能实现高速和高精度加工。
本发明采用的结构是：一种可用于大型工件复杂曲面加工的五自由度冗余驱动混联机床，主要包括立柱、机架、第一支链、第二支链、第三支链、动平台、转台、刀具、工作台、滑台以及基座，所述基座固定于地面上；所述立柱和所述机架与所述基座固连，所述第一支链、第二支链和第三支链上端都通过移动副与所述机架相连；所述第一支链、第二支链下端通过转动副与所述动平台相连；所述第三支链下端通过虎克副与所述动平台相连；所述动平台通过转动副与所述转台相连；所述刀具通过转动副与所述转台相连；所述工作台与所述滑台固连；所述滑台通过导轨与所述基座相连。
所述第一支链，第二支链和第三支链依序环绕布置在动平台周围；所有驱动副为三条支链中的移动副，输入驱动依靠伺服电机带动滚珠丝杠驱动移动副实现。所述三条支链上端与所述机架连接处移动副的轴线处在同一高度上，且水平布置；所述第一支链、第二支链下端与所述动平台连接处转动副的轴线相互平行，且垂直于所述第三支链与所述动平台虎克副的Y方向的轴线。所述第一支链、第二支链下端与所述动平台连接处转动副的中心与所述第三支链与所述动平台虎克副的中心构成一个等腰直角三角形。
所述第一支链包括移动副，转动副，连杆和转动副；所述转动副和所述转动副轴线相互平行，且垂直于所述移动副轴线。
所述第二支链与包括移动副，转动副，连杆和转动副，与所述第一支链结构完全相同。
所述第三支链包括移动副，转动副，连杆和虎克副；所述虎克副的Y方向的轴线和所述转动副轴线相互平行，且垂直于所述移动副轴线。
所述第一支链下端通过转动副与所述动平台相连；所述第二支链下端通过转动副与所述动平台相连；所述第三支链下端通过虎克副与所述动平台相连；所述动平台通过转动副与所述转台相连；所述转台通过转动副与所述刀具相连。
所述动平台具有2个自由度，但是有3个驱动，所以是冗余驱动的；所述刀具具有4个自由度，3个转动自由度和1个移动自由度；所述滑台具有一个沿着X轴方向移动的自由度，因此该混联机床是一个五自由度冗余驱动机床。
本申请与现有技术相比，至少具有以下明显优点和效果：
1、对于大型结构件复杂曲面加工，本发明与传统的五轴数控机床相比，具有刚度大、负载高、运动学模型简单等突出优势，可以实现高速和高精度加工。混联机床并联部分铰链少，没有球铰，而且是冗余驱动的，可以提高末端刀具的刚度和精度，外加一个串联头，刀具具有四个自由度，配合移动滑台可以实现五轴联动加工，共3个转动自由度和2个移动自由度。
附图说明
图1是五自由度冗余驱动混联机床整体示意图。
图2是并联部分第一支链示意图。
图3是并联部分第二支链示意图。
图4是并联部分第三支链示意图。
图5是并联部分三条支链与动平台、转台以及刀具装配示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
参见图1，本发明提供的一种可用于大型工件复杂曲面加工的五自由度冗余驱动混联机床，主要包括立柱1、机架2、第一支链3、第二支链4、第三支链5、动平台6、转台7、刀具8、工作台9、滑台10以及基座11；所述基座11固定于地面上；所述立柱1和所述机架2与所述基座11固定连接，所述第一支链3、第二支链4和第三支链5上端都通过移动副与所述机架2相连；所述第一支链3、第二支链4下端通过转动副与所述动平台6相连；所述第三支链5下端通过虎克副与所述动平台6相连；所述动平台6通过转动副与所述转台7相连；所述刀具8通过转动副与所述转台7相连；所述工作台9所述滑台10固连；所述滑台10通过导轨与所述基座11相连。
其中所述第一支链3，第二支链4和第三支链5依序环绕布置在动平台周围；所有驱动副为三条支链中的移动副，输入驱动依靠伺服电机带动滚珠丝杠驱动移动副实现。所述三条支链上端与所述机架2连接处移动副的轴线处在同一高度上，且水平布置；所述第一支链3、第二支链4下端与所述动平台6连接处转动副的轴线相互平行，且垂直于所述第三支链5与所述动平台6虎克副的Y方向的轴线。所述第一支链3、第二支链4下端与所述动平台6连接处转动副的中心与所述第三支链5与所述动平台6虎克副的中心构成一个等腰直角三角形。
如图2所示，所述第一支链3包括移动副301，转动副302，连杆303和转动副304；所述转动副302和所述转动副304轴线相互平行，且垂直于所述移动副301轴线。
如图3所示，所述第二支链4与包括移动副401，转动副402，连杆403和转动副404，与所述第一支链3结构完全相同。
如图4所示，所述第三支链包括移动副501，转动副502，连杆503和虎克副504；所述虎克副504的Y方向的轴线和所述转动副504轴线相互平行，且垂直于所述移动副501轴线。
如图5所示，所述第一支链3下端通过转动副304与所述动平台6相连；所述第二支链4下端通过转动副404与所述动平台6相连；所述第三支链5下端通过虎克副504与所述动平台6相连；所述动平台6通过转动副701与所述转台7相连；所述转台7通过转动副801与刀具8相连。
所述动平台6具有2个自由度，一个绕X轴方向转动和一个沿Z方向的移动自由度；所述刀具8具有4个自由度，3个转动自由度和1个移动自由度；所述滑台10具有一个沿着X轴方向移动的自由度，因此该混联机床是一个五自由度加工机床。
以上所述仅为本申请的实施例而已，而且，本申请中零部件所取的名称也可以不同，并不限制本申请中的名称。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的构思和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (4)

1.一种可用于大型工件复杂曲面加工的五自由度冗余驱动混联机床，其特征在于：包括立柱(1)、机架(2)、第一支链(3)、第二支链(4)、第三支链(5)、动平台(6)、转台(7)、刀具(8)、工作台(9)、滑台(10)以及基座(11)；所述基座(11)固定于地面上；所述立柱(1)和所述机架(2)与所述基座(11)固连，所述第一支链(3)、第二支链(4)和第三支链(5)上端都通过移动副与所述机架(2)相连；所述第一支链(3)、第二支链(4)下端通过转动副与所述动平台(6)相连；所述第三支链(5)下端通过虎克副与所述动平台(6)相连；所述动平台(6)通过转动副与所述转台(7)相连；所述刀具(8)通过转动副与所述转台(7)相连；所述工作台(9)与所述滑台(10)固连；所述滑台(10)通过导轨与所述基座(11)相连。
2.根据权利要求1所述的一种可用于大型工件复杂曲面加工的五自由度冗余驱动混联机床，其特征在于：所述第一支链(3)，第二支链(4)和第三支链(5)依序环绕布置在动平台周围；所有驱动副为三条支链中的移动副，输入驱动依靠伺服电机带动滚珠丝杠驱动移动副实现；所述三条支链上端与所述机架(2)连接处移动副的轴线处在同一高度上，且水平布置；所述第一支链(3)、第二支链(4)下端与所述动平台(6)连接处转动副的轴线相互平行，且垂直于所述第三支链(5)与所述动平台(6)虎克副的Y方向的轴线。所述第一支链(3)、第二支链(4)下端与所述动平台(6)连接处转动副的中心与所述第三支链(5)与所述动平台(6)虎克副的中心构成一个等腰直角三角形。
3.根据权利要求2所述的一种可用于大型工件复杂曲面加工的五自由度冗余驱动混联机床，其特征在于所述的第一支链(3)包括移动副(301)，转动副(302)，连杆(303)和转动副(304)；所述转动副(302)和所述转动副(304)轴线相互平行，且垂直于所述移动副(301)轴线；所述第二支链(4)包括移动副(401)，转动副(402)，连杆(403)和转动副(404)，与所述第一支链(3)结构完全相同。所述第三支链(5)包括移动副(501)，转动副(502)，连杆(503)和虎克副(504)；所述虎克副(504)的Y方向的轴线和所述转动副504轴线相互平行，且垂直于所述移动副(501)轴线。
4.根据权利要求3所述的一种可用于大型工件复杂曲面加工的五自由度冗余驱动混联机床，其特征在于所述第一支链(3)下端通过转动副(304)与所述动平台(6)相连；所述第二支链(4)下端通过转动副(404)与所述动平台(6)相连；所述第三支链(5)下端通过虎克副(504)与所述动平台(6)相连；所述动平台通过转动副(701)与所述转台(7)相连；所述转台(7)通过转动副(801)与所述刀具(8)相连。
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