CN1300658A - 一种机器人化机床 - Google Patents

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Abstract

一种机器人化机床,由机械系统和数控系统两部分构成,机械系统除机架和工作台外还包含有三杆并联平动机构和转动腕机构;数控系统由控制计算机,轴运动控制器,伺服驱动系统,电源和控制软件构成,本发明具有无运动耦合性,控制容易,工作空间及刀具转动范围大,运动灵活,可实现五坐标联动数控加工等优点。

Description

一种机器人化机床
本发明属于一种机床，特别涉及一种可用于机械加工的三杆并联机器人化机床。
现有的用于机械加工的并联机器人化机床(或称虚轴机床)多为六杆并联机构，这种机床与传统的机床相比具有重量轻，结构简单，造价低等优点，但也存在着耦合性强，控制难度大，有效作业空间小等缺点。
本发明的目的在于提供一种无运动耦合性，控制容易，工作空间及刀具转动范围大，运动灵活的机器人化机床。
本发明的特点是采用三杆并联平动机构和有两个转动自由度的腕关节相串接的复合机构。本发明由机械系统和数控系统两部分构成。其机械系统由三杆并联平动机构、转动腕机构、机架及工作台等部分组成；数控系统由控制计算机、轴运动控制器、伺服驱动系统、电源和控制软件等部分组成。
下面结合附图和实施例进一步叙述本发明内容。
图1为本发明的机械结构示意图；
图2为本发明的三杆并联平动机构原理示意图；
图3为本发明的转动腕机构原理示意图；
图4为本发明的数控系统原理图；
图5为本发明的控制软件编程方框图。
图中：1机架，2三杆并联平动机构，3转动腕机构，4工作台，5固定平台，6控制电机，7虎克铰，8丝杠付，9伸缩杆，10空间平行机构，11活动平台，12主电机，13同步齿形带，14腕部控制电机，15转动套，16谐波减速器，17主轴套筒，18刀具，19传动齿轮组，2O转套控制电机，21蜗轮蜗杆传动付，22主轴，23传动轴套。
本发明的机械系统如图1图2图3所示：由机架1，三杆并联平动机构2，转动腕机构3和工作台4构成。机架1是由底座和顶部的固定平台5及其之间的三根立柱组成的一个整体，底座的上部装有工作台4，三杆并联平动机构2固定在机架顶部的固定平台5和活动平台11之间，活动平台11的底部装有转动腕机构3，转动腕机构3的主轴22下端装有刀具18。三个伸缩杆9的底部与活动平台11用虎克铰7相联，伸缩杆9的上部与固定平台5也用虎克铰7相联，其顶部各装有一个控制电机6，每个伸缩杆里面装有一个丝杠付8。
其工作原理是三个控制电机6驱动三个丝杠付8，使两端由虎克铰7连接的三个伸缩杆9伸缩。固定在固定平台5和活动平台11之间的空间平行机构10可以保证活动平台11平动，即实现三杆机器人的三自由度移动。
构成本发明机械系统的转动腕机构是由活动平台下面的箱体、转动套、腕关节和主轴等四部分构成。活动平台下面的箱体内装有蜗轮蜗杆传动付、同步齿形带。主轴穿过箱体、转动套和腕关节。转动套内装有传动齿轮组和谐波减速器，传动齿轮组与主轴相啮合，谐波减速器通过一根横轴与传动齿轮组相连，腕关节通过轴承与转动套联接。主电机与主轴22相联，转套控制电机20与蜗轮蜗杆相联接，腕关节电机14通过同步齿形带13与主轴22和传动齿轮组19相联，刀具18装在腕关节机构内主轴的下端。
其工作原理是固定在活动平台上的转动腕机构3中的主电机12驱动传动齿轮组19，主轴22和刀具18转动。转套控制电机20驱动蜗轮蜗杆传动付21，使转动套15绕轴向转动，其转速无级可调，转角范围可连续回转，腕部控制电机14通过同步齿形带13、传动轴套23、传动齿轮组19、谐波减速器16驱动主轴套筒17围绕转动套的垂直轴线转动，其转角可达±90°。这样就使刀具18可以在较大的作业空间内做五自由度的五面加工作业。
本发明的数控系统原理如图4所示：电源供电后，由控制计算机将命令与程序传送给多轴运动控制器，而多轴运动控制器通过DAC输出，位置，速度反馈通道和伺服系统相联，从而控制伺服电机做按程序要求的伺服运动。命令和程序可由键盘和控制面板输入，CRT显示。本系统基于PC的开放式系统，其主要特点是：可实现8轴联动；编程简单，与数控代码完全兼容，可实现多种程序输入方式，包括直接转换代码，可扩展性强，开发潜力大，维护方便，中文画面；伺服系统性能优越，功能强大。
本发明的控制软件其编程框图如图5所示。
本发明的机器人化机床可进行三座标和五座标联动程序控制。不仅可进行铣削，磨削，抛光等传统切削加工，通过配置其它的刀具、工具还可进行其它特殊加工。例如配备割炬或高压射流系统，可进行三维曲面数控切割加工；配备砂轮或喷丸装置则可以对大型工件进行表面清理、抛磨或表面强化加工等；配备焊接工具则可以实现自动化三维曲面焊接等。本发明还具有无运动耦合性，控制容易，工作空间及刀具转动范围大，运动灵活等优点。
实施例1．一种机器人化铣床
其结构如图1所示在本发明的转动腕机构的主轴下端装上铣刀，即可成为一种五轴联动三杆虚轴铣床。
实施例2．一种机器人化磨床
其结构如图1所示，将活动平台11下的转动腕机构取下，在活动平台下面装上一个磨头，将砂轮刀具装在磨头上，即可成为一种三自由度虚轴磨床。
实施例3．一种机器人化切割机床
其结构如图1所示，将活动平台11下的转动腕机构取下装上一种割具，诸如火燃割具，激光割具，等离子割具等即可成为一种三自由度的切割机床。

Claims (8)

1、一种机器人化机床，其特征在于该机床由机械系统和数控系统两部分构成，机械系统除机架和工作台外还包含有三杆并联平动机构和转动腕机构，数控系统由控制计算机、轴运动控制器、伺服驱动系统、电源和控制软件构成。
2、根据权利要求1所述的机器人化机床，其特征在于该机床的机械系统由机架、三杆并联平动机构、转动腕机构和工作台构成，机架是由底座和顶部的平台及其之间的三根立柱组成的整体，底座的上部装有工作台，三杆并联平动机构固定在机架顶部的固定平台和活动平台之间，活动平台的底部装有转动腕机构，三个伸缩杆的底部与活动平台用虎克铰相联，伸缩杆的上部与固定平台也用虎克铰相联，其顶部各装有一个控制电机。
3、根据权利要求1或2所述的机器人化机床，其特征在于所说的机械系统中活动平台底部装的转动腕机构是由箱体、转动套、腕关节和主轴等构成，箱体内装有蜗轮蜗杆传动付、同步齿形带。主轴穿过箱体、转动套和腕关节，转动套内装有传动齿轮组和谐波减速器，传动齿轮组与主轴相啮合，谐波减速器通过一根横轴与传动齿轮组相连，腕关节通过轴承与转动套联接，主电机与主轴相联，转动套电机与蜗轮蜗杆相联接，腕关节电机通过同步齿形带与主轴相联。
4、根据权利要求1所述的机器人化机床，其特征在于当该机床为机器人化铣床时，其铣刀刀具装在转动腕机构的主轴下端。
5、根据权利要求1所述的机器人化机床，其特征在于当该机床为机器人化磨床时，则将该机床活动平台下的转动腕机构取下，在活动平台下面装上一个磨头，将砂轮刀具装在磨头上。
6、根据权利要求1所述的机器人化机床，其特征在于当该机床为机器人化切割机床时，则将该机床活动平台下的转动腕机构取下，装上一种割具。
7、根据权利要求1或2所述的机器人化机床，其特征在于该机床机械系统中的每个伸缩杆里各装有一个丝杠付。
8、根据权利要求1所述的机器人化机床，其特征在于该机床的控制软件其编程模块为：
曲面造型→G代码生成→G代码格式变换→插补→坐标变换→运动学变换→伺服控制。
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