CN1115229C - 无动平台式五条腿虚拟轴机床 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机械制造领域。其特征在于：机床主轴(4)的中心线上有两个相连接的复合球铰(5)、(6)，下端的是一个与3根可变长度杆(2)相连接的三维复合球铰(5)；上端的是一个与两根可变长度杆(7)相连的两维复合球铰(6)，5根可变长度杆都以球铰(10)与固定机架(1)相连接，安装在固定机架(1)上的主轴电机(9)用钢丝软轴(8)驱动机床主轴(4)。该虚拟轴机床无动平台，受控自由度少，解耦性好，精度刚度高，控制算法简单而易实现控制。
Description
本发明属于机械制造领域。
虚拟轴机床(亦称并联式数控机床或多腿机床)的出现，被认为是机床结构的革命，因为它没有传统机床的齿轮、轴、变速箱、导轨等零部件，不将轴系一层层迭加，只用几个可变长度杆就可以获得足够的自由度，而使机床的结构大为简化，且具有为原机床无法比拟的优越性，是近年来国内外在数控机床研究方面的一个新的热点课题。
1994年，在芝加哥国际制造技术展览会上，美国的根汀斯与莱威斯(Giddings & Lewis)公司和因格塞公司(Ingersoll)在世界上第一次展出了虚拟轴机床，引起了轰动效应。
1997年，在欧洲国际机床展览会上，美国、日本、法国等国家的大学和机床制造商展出了十余台虚拟轴机床样机。国内清华大学和天津大学联合研制了虚拟轴机床样机，哈尔滨工业大学和东北大学也分别研制了虚拟轴机床的样机，但这些研究成果都是基于Stewart平台机构的六条腿机床(东北大学的除外)它们都具有六个自由度，这些研究成果的不足之处是：六个可变长度杆都以球铰和动平台相连，铰链点的位置精度直接影响了机床的精度且装配工艺性差，增加了制造的难度。当机床调整或有误差存在时，六个可变长度杆的分析和调整都十分困难，无所适从，也增加了控制上的难度。另外围绕平台法线运转的自由度是多余的，还增加了复杂性。
本发明的目的在于提供一种无动平台式五条腿虚拟轴机床，这种虚拟轴机床具有结构更简单、精度刚度高、工艺性好等优点，在空间曲面加工领域有着广泛的应用前景。
本发明的无动平台式五条腿虚拟轴机床，包括工作台3、固定机架1和机床主轴4等组成，其特征在于：机床主轴4的中心线上有两个相连接的复合球铰5、6，下端的是一个与三根可变长度杆2相连的三维复合球铰5，上端的是一个与两根可变长度杆7相连的两维复合球铰6，5根可变长度杆都以球铰10与固定机架1相连接，主轴电机9安装在固定机架1上，用钢丝软轴8驱动机床主轴4，也可以将主轴电机9直接安装在机床主轴4上。
附图及实施例：
图1为无动平台式五条腿虚拟轴机床示意图
图1为本发明的一个实施例，在附图1中，1为固定机架、2为3根可变长度杆，3为工作台，4为机床主轴，5为三维复合球铰，6为两维复合球铰，7为两根可变长度杆，8为钢丝软轴，9为主轴电机，10为球铰。这种新结构的虚拟轴机床，它只有5根受控可变长度杆，5根可变长度杆的上端都以球铰10与固定机架1相连接。其中3根可变长度杆2的下端汇交于机床主轴4上的一个三维复合球铰5上，另外两根可变长度杆7汇交于另一个两维复合球铰6上。连接两个复合球铰5、6的两个球心的构件即是虚拟轴机床的机床主轴4，主轴电机9安装在固定机架1上，以钢丝软轴8驱动机床主轴4。
这种新结构的虚拟轴机床与六条腿的虚拟轴机床相比较，无动平台具有同样的实用自由度下受控的自由度少、解耦性好，控制算法简单而易实现控制。五根可变长度杆与固定机架相连的运动副均为球铰，汇交于三维复合铰链的三杆的长度实际上确定了主轴上一点的坐标位置；汇交于二维复合铰的两杆的长度再决定主轴轴线的方向。各杆的作用十分明确，刚度高，误差易于校正精度高。
Claims (2)
1、一种无动平台式五条腿虚拟轴机床，包括工作台(3)、固定机架(1)和机床主轴(4)组成，其特征在于：机床主轴(4)的中心线上有两个相连接的复合球铰(5)、(6)，下端的是一个与3根可变长度杆(2)相连的三维复合球铰(5)；上端的是一个与两根可变长度杆(7)相连的两维复合球铰(6)，5根可变长度杆都以球铰(10)与固定机架(1)相连接，安装在固定机架(1)上的主轴电机(9)用钢丝软轴(8)驱动机床主轴(4)。
2、根据权利要求1所述的无动平台式五条腿虚拟轴机床，其特征在于：主轴电机(9)也可以直接安装在机床主轴(4)上。
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