CN116652794B - 一种七轴六联动结构柔性研抛机床 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种七轴六联动结构柔性研抛机床，属于精密抛光领域，其包括基座、研抛机构和工件夹持机构；所述研抛机构包括研抛工具和运动台，运动台通过三轴联动的方式带动研抛工具在基座上进行X、Y轴方向的移动，以及改变研抛工具的角度，研抛工具自带研抛工具主轴；所述工件夹持机构包括立柱和工件夹持单元，工件夹持单元通过C轴夹持工件并通过两轴联动的方式带动工件进行Z轴方向的移动并改变工件的角度；所述运动台、抛工具主轴和工件夹持单元联动。本发明通过研抛机构调整研抛工具的位置和角度，通过工件夹持单元调整工件高度和角度，实现以最小的运动行程进行抛光，实现多种姿态抛光，可对各种异形自由曲面进行研抛。
Description
技术领域
本发明涉及精密抛光领域，尤其涉及一种七轴六联动结构柔性研抛机床。
背景技术
随着光学系统、航空航天、精密模具等领域的不断发展，相关零件表面质量要求越来越高，对这些零件的形状精度与表面粗糙度具有较高的要求。近年来出现了许多新的抛光方法，例如磁流变抛光、离子束抛光、气囊抛光等。
现有的抛光设备多为两自由度到五自由度的抛光设备，比如申请公布号为CN107538468A的发明专利申请公开的五自由度冗余驱动并联抛光机器人，包括定平台及动平台，定平台与动平台通过六个驱动分支及约束分支相连；每个驱动分支包括驱动电机、主动杆、从动杆、一个二自由度关节及三自由度关节；驱动电机固定设置于定平台上，主动杆与驱动电机连接，并通过二自由度关节与从动杆连接；从动杆通过三自由度关节与动平台连接，驱动分支通过驱动电机驱动主动杆转动；约束分支的第一约束杆通过二自由度关节与定平台下表面的中心连接，并与第二约束杆轴向活动连接，第二约束杆通过二自由度关节与动平台连接。还比如申请公布号为CN 110340874 A的发明专利申请公布的一种三自由度平行驱动并联加工装置，其包括安装框架、加工头装置，以及连接在他们之间的三个分支机构，每一个分支机构均包括第一转动副、第一连杆、第二转动副、第二连杆、第三转动副、伸出套筒、丝母、丝杠、同步带以及第一驱动机构。第一驱动机构与丝杆下端通过同步带相连，丝杠上端通过轴承与铜套转动相连，伸出套筒的第一端和丝母固连，伸出套筒的第二端通过第三转动副与第二连杆连接，第一连杆的第一端通过第一转动副和上平台连接，第一连杆的第二端通过第二转动副和第二连杆相接。
上述抛光设备精度相对较低，不能适用于各种异形自由曲面的抛光，难以通过轨迹规划一次性完成异形曲面的研抛加工。
目前市场上也出现了更多自由度的抛光机，如授权公告号为CN201989032 U的中国专利公开的多自由度混联运动抛光机是在6-SPS并联机构的6自由度基础上，另增设三个转轴，并将伺服电机采用导线联结到工控机和Pmac卡构成的数控系统上，实现零件在空间上的多自由度运动，但上述多自由度抛光机结构复杂，联动的稳定性能较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种七轴六联动结构柔性研抛机床，以解决现有抛光设备精度低、无法适用各种异形自由曲面的抛光等问题。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：
本发明涉及的一种七轴六联动结构柔性研抛机床，其包括基座、研抛机构和工件夹持机构；所述的研抛机构包括研抛工具和运动台，所述的研抛工具安装于运动台上，所述的运动台通过三轴联动的方式带动研抛工具在基座上进行X、Y轴方向的移动，以及改变研抛工具的角度；所述的研抛工具自带研抛工具主轴；所述的工件夹持机构包括立柱和工件夹持单元，工件夹持单元通过C轴夹持工件并通过两轴联动的方式带动工件在立柱上进行Z轴方向的移动、以及改变工件的角度；所述的运动台、抛工具主轴和工件夹持单元联动。
优选地，所述的运动台包括Y轴运动台、X轴运动台、X轴滑板和A轴，所述的Y轴运动台安装于基座的上表面，所述的X轴运动台通过X轴底板滑动连接于Y轴运动台上，所述的X轴滑板滑动连接于X轴运动台上，所述的A轴旋转连接于X轴滑板的上表面；所述的研抛工具通过主轴夹具安装于A轴的顶端。
优选地，所述的工件夹持单元包括Z轴运动台、B轴和BC轴转接板，所述的Z轴运动台上下滑动连接于立柱上，所述的B轴转动连接于Z轴运动台上，所述的BC轴转接板包括第一连接板和第二连接板，第一连接板和第二连接板之间存在夹角，夹角为钝角，第一连接板安装于B轴的端部，所述的C轴转动连接于第二连接板上，所述的C轴的端部设有用于夹持工件的工件夹具。
优选地，所述的B轴和C轴的轴心相交于一点，且该点与工件夹具的中心点重合。
优选地，所述的B轴和C轴呈非正交配置，可避免机械干涉。
优选地，所述的B轴和C轴的轴心的夹角为60°，有助于提高最大可加工角度，并且摆动臂动力学好，刚性变形小。
优选地，所述的研抛工具的研抛端位于A轴的轴心上。
优选地，所述的A轴上还设有A轴接水槽，A轴接水槽位于研抛工具的研抛端的下方，用于收集研抛过程中的水。
优选地，所述的C轴和工件夹具之间设有C轴防水罩，防止研抛过程中的水进入到C轴而对C轴造成损害。
优选地，所述的Z轴运动台上固定有B轴防水罩，B轴防水罩包围B轴，仅B轴的部延伸至防水罩外，防止研抛过程中的水进入到B轴中而对B轴造成损害。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下：
1.本发明涉及的七轴六联动结构柔性研抛机床包括研抛机构和工件夹持机构，所述的研抛机构包括研抛工具和运动台，运动台用于带动研抛工具在基座上进行水平移动和旋转，所述的工件夹持机构包括立柱和工件夹持单元，工件夹持单元用于夹持工件、带动工件在立柱上进行上下移动、以及改变工件的角度，该设备具有多个加工路径解，可以优化实现以最小的运动行程来达到抛光效果。
2.本发明涉及的七轴六联动结构柔性研抛机床包括研抛机构工件夹持单元包括Z轴运动台、B轴、BC轴转接板、C轴和工件夹具，其中，BC轴转接板包括第一连接板和第二连接板，第一连接板和第二连接板之间存在夹角，夹角为钝角，第一连接板安装于B轴的端部，C轴转动连接于第二连接板上，工件夹具安装于C轴的端部，上述C轴为冗余轴，通过B轴和BC轴转接板可以改变B轴的角度，使得工件夹具上的工件的研抛面可以随意改变角度，达到多种姿态抛光效果，可以对各种异形自由曲面进行研抛。
3.本发明涉及的七轴六联动结构柔性研抛机床将B轴和C轴设置成非正交配置，能有效避免极限角度抛光时的工具-工件干涉，提高最大可加工范围，并确保优异的摆动轴刚性和动力学特性。
附图说明
图1是七轴六联动结构柔性研抛机床的结构示意图；
图2是七轴六联动结构柔性研抛机床各轴中心位置示意图；
图3是七轴六联动结构柔性研抛机床的抛光原理图。
附图说明：101-基座，102-Y轴运动台，103-X轴底板，104-X轴运动台，105-X轴滑板，106-A轴，107-A轴接水槽，108-研抛工具主轴，109-主轴夹具，110-研抛工具，111-工件，112-工件夹具，113-C轴，114-C轴防水罩，115-BC轴转接板，1151-第一连接板，1152-第二连接板，116-B轴，117-B轴防水罩，118-Z轴运动台，119-立柱。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，实施例是对本发明的说明而作，不是对本发明的限制。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。
参照附图1和2所示，本发明涉及的一种七轴六联动结构柔性研抛机床包括基座101、研抛机构和工件夹持机构。
所述的研抛机构包括研抛工具110和运动台，所述的研抛工具110安装于运动台上，所述的运动台通过三轴联动的方式用于带动研抛工具110在基座101上进行X、Y轴方向的移动和水平方向的旋转。运动台的具体结构为：所述的运动台包括Y轴运动台102、X轴运动台104、X轴滑板105和A轴106，所述的Y轴运动台102安装于基座101的上表面，所述的X轴运动台104通过X轴底板103滑动连接于Y轴运动台102上，所述的X轴滑板105滑动连接于X轴运动台104上，所述的A轴106旋转连接于X轴滑板105的上表面；所述的研抛工具110的研抛工具主轴108通过主轴夹具109安装于A轴106的顶端,研抛工具110的研抛端朝向工件夹持机构。
所述的工件夹持机构包括立柱119和工件夹持单元，工件夹持单元用于夹持工件111并通过轴联动的方式带动工件111在立柱119上进行Z轴方向的移动、以及改变工件111的角度。工件夹持机构的具体结构为：所述的工件夹持单元包括Z轴运动台118、B轴116、BC轴转接板115、C轴113和工件夹具112，所述的Z轴运动台118上下滑动连接于立柱119上，所述的B轴116转动连接于Z轴运动台118上，所述的BC轴转接板115包括第一连接板1151和第二连接板1152，第一连接板1151和第二连接板1152之间存在夹角，夹角为钝角，第一连接板1151安装于B轴116的端部，C轴113转动连接于第二连接板1152上，工件夹具112安装于C轴113的端部。
所述的Y轴运动台102、X轴运动台104、A轴106、研抛工具主轴108、Z轴运动台118和B轴116进行六轴联动。
参照附图1和2所示，初始状态下，X轴运动台中心点、Y轴运动台中心点、A轴中心、研抛工具110的研抛端最前端点以及C轴夹具中心点均位于同一空间直线上；所述的B轴116和C轴113的轴心相交于，且该点与工件夹具112的中心点重合，Z轴运动台的中心点也位于B轴旋转中心线上，确保机床的紧凑性。
参照附图1和2所示，所述的B轴116和C轴113呈非正交配置，可避免机械干涉，本实施例中，所述的B轴116和C轴113的轴心的夹角为60°，有助于提高最大可加工角度，并且摆动臂动力学好，刚性变形小。
参照附图1和2所示，所述的A轴106上还设有A轴接水槽107，A轴接水槽107位于研抛工具110的研抛端的下方，用于收集研抛过程中的水。所述的C轴113和工件夹具112之间设有C轴防水罩114，防止研抛过程中的水进入到C轴113而对C轴113造成损害。所述的Z轴运动台118上固定有B轴防水罩117，B轴防水罩117包围B轴116，仅B轴116的部延伸至防水罩外，防止研抛过程中的水进入到B轴116中而对B轴116造成损害。
参照附图3所示，对工件111进行抛光时，首先将工件111固定在工件夹具112上，根据工件111的抛光面计算最优的加工路径解，实现以最小的运动行程来达到多种姿态抛光效果。设备运行过程中，通过Y轴运动台102和X轴底板103实现对研抛工具110的水平移动，通过A轴106实现对研抛工具110的旋转，需要注意的是，无论研抛工具110如何旋转，研抛工具110始终处于水平的状态，能实现抛光液充分稳定的供给，使加工后的表面粗糙度达到纳米级别，研抛工具110的研抛端的高度始终是不变的；该设备是通过工件夹持单元改变工件111的高度以使工件的抛光点高度与研抛工具110的研抛端的高度相匹配。抛光过程中，C轴113为冗余轴，其通过B轴的旋转改变C轴113角度，以满足多种姿态抛光效果，可以对各种异形自由曲面进行研抛。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种七轴六联动结构柔性研抛机床，其特征在于：其包括基座、研抛机构和工件夹持机构；所述的研抛机构包括研抛工具和运动台，所述的研抛工具安装于运动台上，所述的运动台通过三轴联动的方式带动研抛工具在基座上进行X、Y轴方向的移动，以及改变研抛工具的角度；所述的研抛工具自带研抛工具主轴；所述的工件夹持机构包括立柱和工件夹持单元，工件夹持单元通过C轴夹持工件并通过两轴联动的方式带动工件在立柱上进行Z轴方向的移动、以及改变工件的角度；所述的运动台、研抛工具主轴和工件夹持单元联动；
所述的工件夹持单元包括Z轴运动台、B轴、C轴和BC轴转接板，所述的Z轴运动台上下滑动连接于立柱上，所述的B轴转动连接于Z轴运动台上，所述的BC轴转接板包括第一连接板和第二连接板，第一连接板和第二连接板之间存在夹角，夹角为钝角，第一连接板安装于B轴的端部，所述的C轴转动连接于第二连接板上，所述的C轴的端部设有用于夹持工件的工件夹具；
所述的B轴和C轴的轴心相交于一点，且该点与工件夹具的中心点重合；
所述的B轴和C轴呈非正交配置，B轴和C轴的轴心的夹角为60°；
所述的C轴为冗余轴，通过B轴和BC轴转接板改变C轴的角度，使得工件夹具上的工件的研抛面可以随意改变角度。
2.根据权利要求1所述的七轴六联动结构柔性研抛机床，其特征在于：所述的运动台包括Y轴运动台、X轴运动台、X轴滑板和A轴，所述的Y轴运动台安装于基座的上表面，所述的X轴运动台通过X轴底板滑动连接于Y轴运动台上，所述的X轴滑板滑动连接于X轴运动台上，所述的A轴旋转连接于X轴滑板的上表面；所述的研抛工具通过主轴夹具安装于A轴的顶端。
3.根据权利要求2所述的七轴六联动结构柔性研抛机床，其特征在于：所述的研抛工具的研抛端位于A轴的轴心上。
4.根据权利要求2所述的七轴六联动结构柔性研抛机床，其特征在于：所述的A轴上还设有A轴接水槽，A轴接水槽位于研抛工具的研抛端的下方。
5.根据权利要求1所述的七轴六联动结构柔性研抛机床，其特征在于：所述的C轴和工件夹具之间设有C轴防水罩。
6.根据权利要求1所述的七轴六联动结构柔性研抛机床，其特征在于：所述的Z轴运动台上固定有B轴防水罩， B轴防水罩包围B轴，仅B轴的部分延伸至防水罩外。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |