CN110732883A - 复合式并联机构设备 - Google Patents

Abstract

本发明为一种复合式并联机构设备，所述复合式并联机构设备包含：一机台、一加工装置及一并联机构，该加工装置装设于该机台上，包含有至少一主轴，该主轴一端设有一刀具座，用以夹持固定刀具，带动该刀具进行旋转，该并联机构装设于该机台上，与该加工装置对应，该并联机构包含有一固定平台、一活动平台、多个连动支链、多个驱动单元及一夹持旋转单元，该活动平台通过该多个连动支链与该多个驱动单元与固定平台链接，而可由该多个驱动单元各别驱动该多个连动支链，带动该活动平台进行三维空间运动，该夹持旋转单元组设于该活动平台上，用以固定被加工物，及带动被加工物旋转。

Description

复合式并联机构设备

技术领域

本发明是有关于一种加工设备，尤指一种复合式并联机构设备。

背景技术

传统综合加工中心机是以被加工物固定在工作台面上，装有刀具的主轴利用各轴向滑台进行程序设计移动加工，为满足主轴在切削时刚性表现及移动行程，通常会造成结构设计过于庞大笨重，不利于高速移动切削。

传统综合加工中心机具有以下缺点：1.结构复杂，无法实现模块化，制造和库存成本高。2.结构刚度低，易因负荷过度而变形损坏。3.加工速度慢，惯性高。4.具有几何误差累积、放大的现象，加工精度低。5.无法应用于多种加工，功能性低，灵活性差。6.易因铁屑或冷却液进入导轨内部而导致划伤、磨损或锈蚀现象，使用寿命短。

发明内容

有鉴于传统综合加工中心机具有上述缺点，本发明提供一种复合式并联机构设备，其结构简单、成本低，结构刚度高，加工速度高，惯性低，加工精度高，多功能灵活性强，使用寿命长。

本发明提供一种复合式并联机构设备，包含：一机台，该机台的水平左右方向定义X轴，该机台的水平前后方向定义为Y轴，该机台的垂直上下方向定义为Z轴；一加工装置，该加工装置装设于该机台上，包含有至少一主轴，该主轴一端设有一刀具座，用以夹持固定刀具，带动该刀具进行旋转；及一并联机构，该并联机构装设于该机台上，与该加工装置对应，该并联机构包含有一固定平台、一活动平台、多个连动支链、多个驱动单元及一夹持旋转单元，该活动平台周缘凸设多个枢接部，该多个连动支链各包含有一摇臂及两个连杆，该摇臂一端设置一旋动部，另一端设置一枢轴部，该两个连杆平行设置，一端设置一第一枢转部，另一端设置一第二枢转部，该两个连杆的第一枢转部与该摇臂的枢轴部两侧枢接，该两个连杆的第二枢转部与该活动平戓的其中一枢接部两侧枢接，该多个驱动单元对应该多个连动支链装设于该固定平台上，分别与该多个连动支链的摇臂的枢轴部链接，用以各别驱动该多个连动支链，带动该活动平台于X轴、Y轴及Z轴三维空间运动，该夹持旋转单元组设于该活动平台上，随该活动平台移动，该夹持旋转单元包含有一中空旋转平台及一夹座，该中空旋转平台设置于该活动平台靠近该固定平台的一侧，该夹座设置于该活动平台远离该固定平台的一侧，通过活动平台与该中空旋转平台结合连动，而可由中空旋转平台连动该夹座旋转。

本发明复合式并联机构设备的主要目的，在于其结构简单，可实现模块化，制造和库存成本高，易于组装和搬运，大幅缩减机床占地空间，并且结构刚度高，不易因负荷过度而变形损坏。

本发明复合式并联机构设备的次一目的，在于其加工速度高，惯性低，不存在传统机床的几何误差累积和放大的现象，拥有热对称性结构设计，因此热变形较小，具有高精度的优点。

本发明复合式并联机构设备的另一目的，在于其可用以实现铣削、镗削、磨削等加工，功能性高，灵活性佳，并且不存在铁屑或冷却液进入导轨内部而导致其划伤、磨损或锈蚀现象，使用寿命长。

附图说明

图1是本发明第一较佳实施例的立体图。

图2是本发明第一较佳实施例的另一立体图。

图3是本发明第一较佳实施例的平面图。

图4是本发明第一较佳实施例的另一平面图。

图5是本发明并联机构的立体图。

图6是本发明并联机构的立体分解图。

图7是本发明并联机构的动作示意图(一)。

图8是本发明并联机构的动作示意图(二)。

图9是本发明并联机构的动作示意图(三)。

图10是本发明并联机构的动作示意图(四)。

图11是本发明第二较佳实施例的平面图。

图12是本发明第三较佳实施例的平面图。

图13是本发明第四较佳实施例的平面图。

图14是本发明第五较佳实施例的平面图。

图15是本发明第六较佳实施例的平面图。

图16是本发明第七较佳实施例的立体图。

图17是本发明第八较佳实施例的立体图。

图18是本发明第九较佳实施例的立体图。

附图标记

0 机台

20 加工装置

21 第一伺服滑台

22 第二伺服滑台

23 主轴

231 刀具座

24 动力刀塔

25 气压滑台

26 换刀机构

27 转向机构

30 并联机构

31 固定平台

32 活动平台

321 枢接部

3211 枢接孔

33 连动支链

331 摇臂

3311 旋动部

3312 枢轴部

3313 旋动孔

3314 枢轴孔

332 连杆

3321 第一枢转部

3322 第二枢转部

333 第一枢轴单元

3331 第一摇臂转轴

3332 第一外隔环

334 第二枢轴单元

3341 第二摇臂转轴

3342 第二外隔环

34 驱动单元

341 固定座

342 第一驱动装置

343 摇臂轴

344 联轴器

345 第一轴承座

346 第二轴承座

35 夹持旋转单元

351 中空旋转平台

352 夹座

353 第二驱动装置

具体实施方式

请参阅图1、图2、图3、图4、图5及图6，本发明复合式并联机构设备的第一实施例，包含：一机台10、一加工装置20及一并联机构30。

该机台10的水平左右方向定义X轴，该机台10的水平前后方向定义为Y轴，该机台10的垂直上下方向定义为Z轴。

该加工装置20装设于该机台10上，包含有一第一伺服滑台21、一第二伺服滑台22、一主轴23、一动力刀塔24、一气压滑台25及一换刀机构26，该第一伺服滑台21沿X轴方向设置于该机台10上，该第二伺服滑台22沿Y轴方向设置于该机台10上，该主轴23于本实施例为内藏式电主轴，该主轴23设置于该第一伺服滑台21上，而可由该第一伺服滑台21带动该主轴23沿X轴方向位移，该主轴23一端设有一刀具座231，用以夹持固定刀具，带动该刀具进行旋转，该动力刀塔24设置于该第二伺服滑台22上，而可由该第二伺服滑台22带动该动力刀塔24沿Y轴方向位移，该气压滑台25沿Y轴方向设置于该机台10上，该换刀机构26设置于该气压滑台25上，而可由该气压滑台25带动该换刀机构26沿Y轴方向位移。

该并联机构30装设于该机台10上，与该加工装置20对应，该并联机构30包含有一固定平台31、一活动平台32、多个连动支链33、多个驱动单元34及一夹持旋转单元35。

该活动平台32周缘凸设多个枢接部321，于本实施例该活动平台32周缘凸设三个枢接部321，每一枢接部321设有一横向贯穿的枢接孔3211。

该多个连动支链33于本实施例为三个连动支链33，各该连动支链33包含有一摇臂331、两个连杆332、一第一枢轴单元333及一第二枢轴单元334，该摇臂331一端设置一旋动部3311，另一端设置一枢轴部3312，该旋动部3311设有一旋动孔3313，该枢轴部3312设有一枢轴孔3314，该两个连杆332一端设置一第一枢转部3321，另一端设置一第二枢转部3322，该第一枢轴单元333具有两个第一摇臂转轴3331及一第一外隔环3332，该第一枢轴单元333组设于该摇臂331的枢轴部3312，该两个第一摇臂转轴3331结合该摇臂331的枢轴部3312两侧，并且该两个第一摇臂转轴3331一部分穿设于该枢轴部3312的枢轴孔3314内，该第一外隔环3332容置于该枢轴部3312的枢轴孔3114内，与该两个第一摇臂转轴3331套接，该两个第一摇臂转轴3331于该枢轴部3312两侧与该两个连杆332的第一枢转部3321枢接，该第二枢轴单元334具有两个第二摇臂转轴3341及一第二外隔环3342，该第二枢轴单元334组设于该活动平台32的其中一枢接部321，该两个第二摇臂转轴3341结合该枢接部321两侧，并且该两个第二摇臂转轴3341一部分穿设于该枢接部321的枢接孔3211内，该第二外隔环3342容置于该枢接部321的枢接孔3211内，与该两个第二摇臂转轴3341套接，该两个第二摇臂转轴3341于该枢接部321两侧与该两个332的第二枢转部3322枢接，使得该活动平台32受该多个连动支链33悬空支撑。

该多个驱动单元34于本实施例为三个驱动单元34，对应该三个连动支链33装设于该固定平台31上，分别与该三个连动支链33链接，各该驱动单元34包含有一固定座341、一第一驱动装置342、一摇臂轴343、一联轴器344、一第一轴承座345及一第二轴承座346，该固定座341装设于该固定平台31上，该第一驱动装置342于本实施例为伺服马达，通过该固定座341装设于该固定平台31上，该摇臂轴343通过该联轴器344与该第一驱动装置342联结，受该第一驱动装置342驱动正、逆向旋转，该摇臂轴343穿设该连动支链33的摇臂331的旋动孔3313结合，使得该摇臂331可随该摇臂轴343正、逆向旋动，该第一轴承座345通过该固定座341装设于该固定平台10上，该第二轴承座346直接装设于该固定平台10上，使得该第一轴承座345与该第二轴承座346间隔一段距离，该第一轴承座345与该第二轴承座346供该摇臂轴343穿设，该第一轴承座345与该第二轴承座346位于该摇臂331的旋动部3311两侧限位该摇臂331。

该夹持旋转单元35组设于该活动平台32上，随该活动平台32移动，该夹持旋转单元35包含有一中空旋转平台351、一夹座352及一第二驱动装置353，该中空旋转平台351设置于该活动平台32靠近该固定平台31的一侧，该夹座352设置于该活动平台32远离该固定平台31的一侧，通过活动平台32与该中空旋转平台351结合连动，该第二驱动装置353于本实施例为伺服马达，用以驱动该中空旋转平台351连动该夹座352旋转。

使用时，请配合参阅图7、图8、图9及图10，将被加工物固定在夹持旋转单元35的夹座351上，由第二驱动装置353驱动旋转，刀具装设于主轴23上，由该主轴23带动在固定位置旋转，由事先编辑的指令控制三个驱动单元34的第一驱动装置342驱动摇臂轴343正、逆向旋转，使得三个驱动单元34的摇臂轴343带动三个连动支链33的摇臂331进行正、逆向旋动，再由三个连动支链33的摇臂331同步或不同步通过第一枢轴单元333、两个连杆332及第二枢轴单元334连动活动平台32及夹持旋转单元35夹座351上固定的被加工物于X轴、Y轴及Z轴三维空间中移动加工，可轻易达成五面加工，中低速刀具加工时(5000RPM以下)，可使用第二伺服滑台22上的动力刀塔24做为刀具交换使用，高速刀具加工时，可使用第一伺服滑台21上的主轴23搭配气压滑台25上换刀机构26自动换刀，活动平台32上可设置量测装置，用于探测刀具长度，主轴23也可设置量测装置，用于探测被加工物坐标。

再者，如图11所示，为本发明复合式并联机构设备的第二实施例，该第二实施例的加工装置20包含有一第一伺服滑台21、一主轴23、一气压滑台25及一换刀机构26，该第一伺服滑台21沿X轴方向设置于该机台10上，该主轴23于本实施例为内藏式电主轴，该主轴23设置于该第一伺服滑台21上，而可由该第一伺服滑台21带动该主轴23沿X轴方向位移，该主轴23一端设有一刀具座231，用以夹持固定刀具，带动该刀具进行旋转，该气压滑台25沿Y轴方向设置于该机台10上，该换刀机构26设置于该气压滑台25上，而可由该气压滑台25带动该换刀机构26沿Y轴方向位移。

如图12所示，为本发明复合式并联机构设备的第三实施例，该第三实施例的加工装置20包含有一第一伺服滑台21及两个主轴23，该第一伺服滑台21沿X轴方向设置于该机台10上，该两个主轴23于本实施例为内藏式电主轴，该两个主轴23设置于该第一伺服滑台21上，而可由该第一伺服滑台21带动该主轴23沿X轴方向位移，该两个主轴23一端分别设有一刀具座231，用以夹持固定刀具，带动该刀具进行旋转。

如图13所示，为本发明复合式并联机构设备的第四实施例，该第四实施例的加工装置20包含有一第二伺服滑台22、一主轴23、一动力刀塔24及一换刀机构26，该第二伺服滑台22沿Y轴方向设置于该机台10上，该主轴23于本实施例为内藏式电主轴，该主轴23设置于该第二伺服滑台22上，而可由该第二伺服滑台22带动该主轴23沿Y轴方向位移，该主轴23一端设有一刀具座231，用以夹持固定刀具，带动该刀具进行旋转，该动力刀塔24设置于该第二伺服滑台22上，而可由该第二伺服滑台22带动该动力刀塔24沿Y轴方向位移，该换刀机构26设置于该机台10上。

如图14所示，为本发明复合式并联机构设备的第五实施例，该第五实施例的加工装置20包含有一第二伺服滑台22、两个主轴23及一动力刀塔24，该第二伺服滑台22沿Y轴方向设置于该机台10上，该两个主轴23于本实施例为内藏式电主轴，该两个主轴23设置于该第二伺服滑台22上，而可由该第二伺服滑台22带动该两个主轴23沿Y轴方向位移，该两个主轴23一端分别设有一刀具座231，用以夹持固定刀具，带动该刀具进行旋转，该动力刀塔24设置于该第二伺服滑台22上，而可由该第二伺服滑台22带动该动力刀塔24沿Y轴方向位移。

如图15所示，为本发明复合式并联机构设备的第六实施例，该第六实施例的加工装置20包含有一第一伺服滑台21、一主轴23、一气压滑台25、一换刀机构26及一转向机构27，该第一伺服滑台21设置于该转向机构27上，而可于X轴方向与Y轴方向间自由转换，该主轴23于本实施例为内藏式电主轴，该主轴23设置于该第一伺服滑台21上，而可由该第二伺服滑台22带动位移，该主轴23一端分别设有一刀具座231，用以夹持固定刀具，带动该刀具进行旋转，该气压滑台25设置于该第一伺服滑台21上，该换刀机构26设置于该气压滑台25上，而可由该气压滑台25带动该换刀机构26位移。

如图16所示，为本发明复合式并联机构设备的第七实施例，该第七实施例的并联机构30以活动平台32朝下倒吊设置于该机台10上。

如图17所示，为本发明复合式并联机构设备的第八实施例，该第八实施例的并联机构30以活动平台32朝上设置于该机台10上。

如图18所示，为本发明复合式并联机构设备的第九实施例，该第九实施例的并联机构30以活动平台32朝向一侧设置于该机台10上。

由上述具体实施例的结构，可得到下述的效益：

1.本发明复合式并联机构设备，其结构简单，可实现模块化，制造和库存成本高，易于组装和搬运，大幅缩减机床占地空间，并且结构刚度高，不易因负荷过度而变形损坏。

2.本发明复合式并联机构设备，其加工速度高，惯性低，不存在传统机床的几何误差累积和放大的现象，拥有热对称性结构设计，因此热变形较小，具有高精度的优点。

3.本发明复合式并联机构设备，其可用以实现铣削、镗削、磨削等加工，功能性高，灵活性佳，并且不存在铁屑或冷却液进入导轨内部而导致其划伤、磨损或锈蚀现象，使用寿命长。

Claims (10)

1.一种复合式并联机构设备，其复合式并联机构设备包含：

一机台，该机台的水平左右方向定义X轴，该机台的水平前后方向定义为Y轴，该机台的垂直上下方向定义为Z轴；

一加工装置，该加工装置装设于该机台上，包含有至少一主轴，该主轴一端设有一刀具座，用以夹持固定刀具，带动该刀具进行旋转；及

一并联机构，该并联机构装设于该机台上，与该加工装置对应，该并联机构包含有一固定平台、一活动平台、多个连动支链、多个驱动单元及一夹持旋转单元，该活动平台周缘凸设多个枢接部，该多个连动支链各包含有一摇臂及两个连杆，该摇臂一端设置一旋动部，另一端设置一枢轴部，该两个连杆为平行设置，一端设置一第一枢转部，另一端设置一第二枢转部，该两个连杆的第一枢转部与该摇臂的枢轴部两侧枢接，该两个连杆的第二枢转部与该活动平戓的其中一枢接部两侧枢接，该多个驱动单元对应该多个连动支链装设于该固定平台上，分别与该多个连动支链的摇臂的枢轴部链接，用以各别驱动该多个连动支链，带动该活动平台于X轴、Y轴及Z轴三维空间运动，该夹持旋转单元组设于该活动平台上，随该活动平台移动，该夹持旋转单元包含有一中空旋转平台及一夹座，该中空旋转平台设置于该活动平台靠近该固定平台的一侧，该夹座设置于该活动平台远离该固定平台的一侧，通过活动平台与该中空旋转平台结合连动，而可由中空旋转平台连动该夹座旋转。

2.根据权利要求1所述的复合式并联机构设备，其中该并联机构的活动平台的每一枢接部各设有一横向贯穿的枢接孔，该并联机构的连动支链包含有一摇臂、两个连杆、一第一枢轴单元及一第二枢轴单元，该摇臂一端设置一旋动部，另一端设置一枢轴部，该旋动部设有一旋动孔，该枢轴部设有一枢轴孔，该两个连杆一端设置一第一枢转部，另一端设置一第二枢转部，该第一枢轴单元组设于该摇臂的枢轴部，并于该枢轴部两侧与该两个连杆的第一枢转部枢接，该第二枢轴单元组设于该活动平台的其中一枢接部，并于该枢接部两侧与该两个连杆的第二枢转部枢接，使得该活动平台受该多个连动支链悬空支撑。

3.根据权利要求2所述的复合式并联机构设备，其中该连动支链的第一枢轴单元具有两个第一摇臂转轴及一第一外隔环，该第一枢轴单元组设于该摇臂的枢轴部，该两个第一摇臂转轴结合该摇臂的枢轴部两侧，并且该两个第一摇臂转轴一部分穿设于该枢轴部的枢轴孔内，该第一外隔环容置于该枢轴部的枢轴孔内，与该两个第一摇臂转轴套接，该两个第一摇臂转轴于该枢轴部两侧与该两个连杆的第一枢转部枢接，该连动支链的第二枢轴单元具有两个第二摇臂转轴及一第二外隔环，该两个第二摇臂转轴结合该枢接部两侧，并且该两个第二摇臂转轴一部分穿设于该枢接部的枢接孔内，该第二外隔环容置于该枢接部的枢接孔内，与该两个第二摇臂转轴套接，该两个第二摇臂转轴于该枢接部两侧与该两个连杆的第二枢转部枢接。

4.根据权利要求1所述的复合式并联机构设备，其中该并联机构的驱动单元包含有一第一驱动装置、一摇臂轴、一第一轴承座及一第二轴承座，该第一驱动装置装设于该固定平台上，该摇臂轴与该第一驱动装置联结，受该第一驱动装置驱动正、逆向旋转，该摇臂轴穿设该连动支链的摇臂的旋动孔结合，使得该摇臂轴与该摇臂连动，该第一轴承座与该第二轴承座以间隔一段距离装设于该固定平台上，供该摇臂轴穿设，该第一轴承座与该第二轴承座位于该摇臂的旋动部两侧限位该摇臂。

5.根据权利要求4所述的复合式并联机构设备，其中该驱动单元另包含有一固定座，该第一驱动装置及该第一轴承座通过该固定座装设于该固定平台上。

6.根据权利要求4所述的复合式并联机构设备，其中该驱动单元另包含有一联轴器，该摇臂轴通过该联轴器与该第一驱动装置联结。

7.根据权利要求4、5或6项所述的复合式并联机构设备，其中该第一驱动装置为伺服马达。

8.根据权利要求1所述的复合式并联机构设备，其中该夹持旋转单元另包含有一第二驱动装置，该第二驱动装置用以驱动该中空旋转平台连动该夹座旋转。

9.根据权利要求8所述的复合式并联机构设备，其中该第二驱动装置为伺服马达。

10.根据权利要求1所述的复合式并联机构设备，其中该加工装置包含有一第一伺服滑台、一第二伺服滑台、一主轴、一动力刀塔、一气压滑台及一换刀机构，该第一伺服滑台沿X轴方向设置于该机台上，该第二伺服滑台沿Y轴方向设置于该机台上，该主轴为内藏式电主轴，该主轴设置于该第一伺服滑台上，而可由该第一伺服滑台带动该主轴沿X轴方向位移，该主轴一端设有一刀具座，用以夹持固定刀具，带动该刀具进行旋转，该动力刀塔设置于该第二伺服滑台上，而可由该第二伺服滑台带动该动力刀塔沿Y轴方向位移，该气压滑台沿Y轴方向设置于该机台上，该换刀机构设置于该气压滑台上，而可由该气压滑台带动该换刀机构沿Y轴方向位移。

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