CN1281769A - 可重组三、四、五轴并联机床 - Google Patents
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Abstract
一种可重组三、四、五轴并联机床,其运动台通过三～五支连接杆与固定台连接,其中二～四支连接杆与运动台和固定台的连接是虎克铰或球铰和移动副,另一支连接杆是平动复合万向铰两端连接着连接副组成的复合连接杆,运动台上装着电主轴和刀具,固定台上有滑道。利用一支复合连接杆和其它连接杆可以重组成三、四、五轴并联机床。本发明并联机床运动易重组、耦合度低、加工装配工艺性好、造价低,可广泛应用在空间曲面的加工中。
Description
本发明属于先进机械制造领域，特别涉及一种可重组三、四、五轴并联机床。
数控机床是机械制造的重要设备，其性能的好坏标志着一个国家制造业的水平。近十年来，国际上出现了一种新概念机床--虚拟轴机床(Virtual Axis Machine Tool)，也称之为六条脚机床(6-Leg MachineTool)或并联机床(Parallel Machine Tool)。并联机床强烈地冲击了近代机床200余年一直不变按笛卡儿坐标体系设计机床的传统，人们认为虚拟轴机床将是21世纪新概念机床的形式。
在专利公开号为CN1182003A、CN1212197A、CN1231226A的专利文件中，分别公开了一种虚拟轴机床，它们主要都是采用六自由度并联机构来实现并联机床的五轴运动，不仅浪费了一个轴的驱动与传动装置，而且使机床造价相对提高，并增加了控制与制造难度。在我们的专利申请号为CN99122349．7、CN 00100193．0、CN 00100195．7、00100194．9的专利文件中，提出了三、四、五、六自由度并联机床，它们都要求运动台为立方体结构，有一定的局限性。而且从以上文献看，它们都不能很容易的实现自由度可重组的三、四、五轴并联机床结构。
本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处而提供一种可重组三、四、五轴并联机床。
本发明的技术解决方案如下：
可重组三、四、五轴并联机床的结构是，运动台通过三～五支连接杆与固定台连接，其中二～四支连接杆的结构是定长连杆两端连接移动副和两只球铰(PSS)或移动副和一只虎克铰与一只球铰(PUS)，也可以是具有移动副的伸缩杆两端分别连接两只球铰(SPS)或一只虎克铰和一只球铰(UPS)；另一支连接杆是复合连接杆，复合连接杆的结构是平动复合万向铰(U*)的两端分别连接着连接副。运动台上装着电主轴和刀具，固定台上有滑道。
平动复合万向铰(U*)的结构是三支等长连杆两端分别通过虎克铰连接在两个连接板上。
连接副是按重组机构自由度的要求可是移动副(P)、虎克铰(U)、回转副(R)、刚性连接构件或其组合。
利用一支具有五自由度的复合连接杆和四支连接杆将运动台和固定台连接，可重组成五自由度五轴并联机床。
利用一支具有四自由度的复合连接杆和三支连接杆将运动台和固定台连接，可重组成四自由度四轴并联机床。
利用一支具有三自由度的复合连接杆和二支连接杆将运动台和固定台连接，可重组成三自由度三轴并联机床。
利用任意三支复合连接杆将运动台和固定台连接，可重组成三自由度三轴并联机床。
上述连接杆代号中，P代表一自由度的移动副；U代表二自由度的虎克铰；S代表三自由度球铰；R代表一自由度的回转副；U*代表二自由度的平动复合万向铰，其结构是三支等长连杆两端分别通过虎克铰与两个连接板连接。刚性连接构件是指刚性连接两个被连接件或通过刚性构件连接两个被连接件。
本发明与现有技术相比有如下优点：、
1、本发明可重组并联机床采用的复合连接杆是由移动副P、平动复合万向铰U*、虎克铰U或回转副R组成，复合连接杆确定了运动台的运动特性，使三、四、五轴并联机床的重组成为可能。
2、本发明可很容易的通过更换复合连接杆的连接副和增减连接杆PUS任意重组成三、四、五轴并联机床，加工装配工艺性好。
3、本发明并联机床与现有的六自由度五轴并联机床相比，结构简单，系统运动非线性度和耦合度明显降低，控制简单，造价低。
4、本发明并联机床与传统的串联式多轴机床相比，具有高刚度，高精度，低运动质量，高动态性能，构造简单，相同零件数量多，成本低，易制造。
5、本发明在空间曲面加工中有着广泛的应用前景。
附图的图面说明如下：
图1是本发明复合连接杆为PU*U形式的结构示意图；
图2是本发明复合连接杆为PU*R形式的结构示意图；
图3是本发明复合连接杆为PU*形式的结构示意图；
图4是本发明重组成的五自由度五轴并联卧式机床的结构示意图；
图5是本发明重组成的四自由度四轴并联卧式机床的结构示意图；
图6是本发明重组成的三自由度三轴并联卧式机床的结构示意图；
图7是本发明可重组五自由度五轴并联立式机床的结构示意图。
下面结合附图对本发明的实施例作进一步详述：
实施例1：复合连接杆为PU*U形式
复合连接杆为PU*U形式的结构如图1所示，其结构是平动复合万向铰U*的连接板(5)与移动副滑块(6)固接，连接板(8)与虎克铰(9)连接。平动复合万向铰U*的结构是三支等长连杆(1)、(2)、(3)的一端分别通过与虎克铰(4)相同的三个虎克铰连接在连接板(5)上，另一端分别通过与虎克铰(7)相同的三个虎克铰连接在连接板(8)上。
实施例2：复合连接杆为PU*R形式
复合连接杆为PU*R形式的结构如图2所示，其结构是平动复合万向铰U*的连接板(14)与移动副滑块(15)固接，连接板(17)与转动副(18)连接。平动复合万向铰U*的结构是三支等长连杆(10)、(11)、(12)的一端分别通过与虎克铰(13)相同的三个虎克铰连接在连接板(14)上，另一端分别通过与虎克铰(16)相同的三个虎克铰连接在连接板(17)上。
实施例3：复合连接杆为PU*形式
复合连接杆为PU*形式的结构如图3所示，其结构是平动复合万向铰U*的连接板(23)与移动副滑块(24)固接，连接板(26)与刚性连接构件(27)固接。平动复合万向铰U*的结构是三支等长连杆(19)、(20)、(21)的一端分别通过与虎克铰(22)相同的三个虎克铰连接在连接板(23)上，另一端分别通过与虎克铰(25)相同的三个虎克铰连接在连接板(26)上。
实施例4：由四支PUS连接杆和一支PU*U复合连接杆重组成的五自由度五轴并联卧式机床。
五自由度五轴并联卧式机床的结构如图4所示，其结构是运动台(28)通过四支PUS连接杆和一支PU*U复合连接杆与固定台连接。固定台是在带双滑道的底板(29)上固装着带滑道的侧板(30)；连接杆(31)、(32)、(33)、(34)的一端分别通过与虎克铰(35)相同的四个虎克铰与分装在底板两个滑道上的与移动副滑块(36)相同的四个移动副滑块连接，另一端分别通过与球铰(37)相同的四个球铰与运动台(28)连接；复合连接杆PU*U是连杆(38)、(39)、(40)的一端分别通过与虎克铰(41)相同的三个虎克铰连接在连接板(42)上，连接板(42)通过虎克铰(43)与运动台(28)连接，另一端分别通过与虎克铰(44)相同的三个虎克铰与连接板(45)连接，连接板(45)与移动副滑块(46)固连，移动副滑块(46)装在侧板(30)的滑道内。运动台上装着电主轴和刀具(47)。运动台(28)和刀具(47)通过五支连接杆的运动来实现五轴运动，从而完成对装在工作台上的工件(48)的切削加工。
实施例5：由三支PUS连接杆和一支PU*R复合连接杆重组成的四自由度四轴并联卧式机床。
四自由度四轴并联卧式机床结构如图5所示，其结构是运动台(49)通过三支PUS连接杆和一支复合连接杆PU*R与固定台连接。固定台是在带双滑道的底板(50)上固装着带滑道的侧板(51)；连接杆(52)、(53)、(54)的一端分别通过与虎克铰(55)相同的三个虎克铰与分装在底板(50)两个滑道上的与移动副滑块(56)相同的三个移动副滑块连接，另一端分别通过与球铰(57)相同的三个球铰与运动台(49)连接；复合连接杆PU*R是连杆(58)、(59)、(60)的一端分别通过与虎克铰(61)相同的三个虎克铰连接在连接板(62)上，连接板(62)通过回转副(63)与运动台(49)连接，另一端分别通过与虎克铰(64)相同的三个虎克铰与连接板(65)连接，连接板(65)与移动副滑块(66)固连，移动副滑块(66)装在侧板(51)的滑道内。运动台上装着电主轴和刀具(67)。运动台(49)和刀具(67)通过四支连接杆的运动来实现四轴运动，从而完成对装在工作台上的工件(68)的切削加工。
实施例6：由二支PUS连接杆和一支PU*复合连接杆重组成的三自由度三轴并联卧式机床。
三自由度三轴并联卧式机床结构如图6所示，其结构是运动台(69)通过二支PUS连接杆和一支PU*复合连接杆与固定台连接。固定台是在带双滑道的底板(70)上固装着带滑道的侧板(71)；连接杆(72)、(73)的端分别通过与虎克铰(74)相同的两个虎克铰与分装在底板两个滑道上的与移动副滑块(75)相同两个移动副滑块连接，另一端分别通过与球铰(76)相同的两个球铰与运动台(69)连接；复合连接杆PU*是连杆(77)、(78)、(79)的一端分别通过与虎克铰(80)相同的三个虎克铰与连接板(81)连接，连接板(81)通过刚性连接构件(82)与运动台(69)连接，另一端分别通过与虎克铰(83)相同的三个虎克铰与连接板(84)连接，连接板(84)与移动副滑块(85)固连，移动副滑块(85)装在侧板(71)的滑道内。运动台上装着电主轴和刀具(86)。运动台(69)和刀具(86)通过三支连接杆的运动来实现三轴运动，从而完成对装在工作台上的工件(87)的切削加工。
实施例7：由四支PUS连接杆和一支PU*U复合连接杆重组成的五自由度五轴并联立式机床。
五自由度五轴并联立式机床的结构如图7所示，其结构是运动台(88)通过四支PUS连接杆和一支PU*U复合连接杆与固定台连接。固定台是由底板(89)和带双滑道的两个侧板(90)、(91)及带滑道的顶板(92)组成；连接杆(93)、(94)、(95)、(96)的一端分别通过与虎克铰(97)相同的四个虎克铰与分装在两个侧板滑道上的移动副滑块(98)相同的四个移动副滑块连接，另一端分别通过与球铰(99)相同的四个球铰与运动台(88)连接；复合连接杆PU*U是连杆(100)、(101)、(102)的一端分别通过与虎克铰(103)相同的三个虎克铰与连接板(104)连接，连接板(104)与移动副滑块(105)固连，移动副滑块(105)装在顶板(92)的滑道内；另一端分别通过与虎克铰(106)相同的三个虎克铰与连接板(107)连接，连接板(107)通过虎克铰(108)与运动台(88)连接，运动台上装着电主轴和刀具(109)。运动台(88)和刀具(109)通过五支连接杆的运动来实现五轴运动，从而完成对工件(110)的切削加工。
Claims (7)
1、一种可重组三、四、五轴并联机床，其运动台通过三～五支连接杆与固定台连接，其中二～四支连接杆的结构是定长连杆两端连接移动副和两只球铰(PSS)或移动副和一只虎克铰与一只球铰(PUS)，也可以是具有移动副的伸缩杆两端分别连接两只球铰(SPS)或一只虎克铰和一只球铰(UPS)，运动台上装着电主轴和刀具，固定台上有滑道，其特征在于：另一支连接杆是复合连接杆，复合连接杆的结构是平动复合万向铰(U*)的两端分别连接着连接副。
2、按照权利要求1所说的可重组三、四、五轴并联机床，其特征在于：平动复合万向铰(U*)的结构是三支等长连杆两端分别通过虎克铰连接在两个连接板上。
3、按照权利要求1所说的可重组三、四、五轴并联机床，其特征在于：所说的连接副是按重组机构自由度的要求可是移动副(P)、虎克铰(U)、回转副(R)、刚性连接构件或其组合。
4、按照权利要求1至3所说的可重组三、四、五轴并联机床，其特征在于：利用一支具有五自由度的复合连接杆和四支连接杆将运动台和固定台连接，可重组成五自由度五轴并联机床。
5、按照权利要求1至3所说的可重组三、四、五轴并联机床，其特征在于：利用一支具有四自由度的复合连接杆和三支连接杆将运动台和固定台连接，可重组成四自由度四轴并联机床。
6、按照权利要求1至3所说的可重组三、四、五轴并联机床，其特征在于：利用一支具有三自由度的复合连接杆和二支连接杆将运动台和固定台连接，可重组成三自由度三轴并联机床。
7、按照权利要求1至3所说的可重组三、四、五轴并联机床，其特征在于：利用三支复合连接杆将运动台和固定台连接，可重组成三自由度三轴并联机床。
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