CN1486236A - 平台平移定位装置 - Google Patents

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Abstract

在一种用于带有定长铰接杆(2a、2’a)的平台(1)尤其是刀架平移定位的装置中，各铰接杆的第一端铰接于平台(1)之上，其第二端与各自独立地安装在轨道上的滑块(3)相连，其中平台上的各连接点(9)和滑块(3)上的各连接点(11)各自都不在一条直线上，并且各铰接杆(2a、2’a)相互不平行，也不处于同一平面内，该装置中只存在三个独立的滑块(3)和附随的第一铰接杆(2a、2’a)。在第一个方案中，至少一个滑块(3)上的连接点(11)相对轨道轴线(4a)偏移，所有滑块(3)安装在同一个轨道(4)上。在第二个方案中，所有的滑块(3)布置在为平台(1)定位提供的空间的同一侧并水平地与其相邻，且基本上相互平行运动。平台(1)具有三个限制性导向机构(2b；23－27)，每个都安装在一个滑块(3)或附随的第一铰接杆(2a、2’a)上，并且每个都允许平台(1)相对于滑块只绕两个转轴旋转，而阻止其绕一第三轴旋转，其中各第三轴相互之间不平行，且不位于同一平面内。

Description

平台平移定位装置
技术领域
本发明涉及一种用于带有定长铰接杆的平台特别是刀架的平移定位装置，各铰接杆第一端铰接于平台之上，第二端与各自独立的安装在轨道上的滑块相连，其中平台上的各连接点和滑块上的各连接点各自都不在一条直线上，并且各铰接杆相互不平行，也不处于同一平面内。
技术背景
这样的装置被称为六杆滑块机构(hexaglides)，如在Heisel/Hestermann，HK 5/99，72，74中所述的这种装置。滑块的移动改变了定长铰接杆连接点到轨道的垂直距离，并由此改变平台在空间上的位置和方向。还可以通过限制自由度限制在要求的移动方向上的驱动装置的数目，如通过平行运动。
如US 4976582提出一种装置，其中三个平行四边形被以相互之间120°的偏移安装在平台的外缘。在其远离平台的一端每个平行四边形与一个控制杆相连接，这些控制杆本身同样以相互之间120°的偏移通过一轴杆与一固定的基板相连。可以利用一个驱动装置使每个控制杆绕基板上轴杆的轴线旋转，以使平台移动。替代转动控制杆，还可以沿一直线导轨移动控制杆，其中各导轨同样以相互之间180°的偏移围绕平台布置，并由此相互成放射状。
由EP 0491613 B1已知一种装置，其中通过平行导轨移动一平台，平行导轨以相互之间120°的偏移布置于基板的外缘。
这些已知装置的缺点是，相对于平台被移动和定位的工作区它们同时在垂直方向和水平方向需要一相对大的结构区，因此也妨碍了可接近性。同时，由于复杂的结构其成本高。
发明内容
与之对比，本发明的目的是以这样的方式改进总体布置，即提高工作区/结构区的比率，改善可接近性并降低成本费用。
根据本发明，这个目的可以通过一个开头提到的那种装置根据以下事实实现：只存在三个独立的滑块和附随的第一铰接杆，滑块上至少一个连接点相对轨道轴线偏移，所有滑块布置在同一个轨道上，平台具有三个限制性导向机构，每个都安装在一个滑块或附随的第一铰接杆上，并且每个都允许平台相对于滑块只绕两个旋转轴转动，而防止其绕第三旋转轴转动，其中各第三旋转轴互相之间不平行，且不在同一平面内。
在根据本发明的这个解决方案中，对平台进行空间定位只需要一个轨道。三个独立驱动的滑块一个挨一个顺序地布置在此轨道上，并至少与一个相对轨道轴线偏移的铰接杆相连接。这和三个限制性导向机构一道保证了平台在空间上的稳定位置。
通过沿此单一轨道分别地适当地移动滑块，即通过滑块相互之间在此单一轨道上适当的相对定位，可以横向于此轨道的纵向将平台移至期望位置。将所有三个滑块布置在一个轨道上明显降低了轨道横向上需要的空间。此留空的空间可以用来更为简便地导入待加工的工件，或在较为狭窄的空间条件下设立带有一根据本发明的装置的机床或机械加工设备。
所有三个滑块布置在唯一一个轨道上使得滑块能够经济地共用驱动元件。如可以将一滚珠丝杠轴、齿条或直线电动机的次级线圈安装在轨道内，而滑块则具有各自的附随驱动元件，这使得独立于其它两个滑块的驱动成为可能。例如，如果通过一直线电动机在一共用的次级线圈上驱动滑块，则滑块具有各自的初级部分。
本发明所基于的目标还可以根据以下事实达到：只存在三个独立的滑块和附随第一铰接杆；并且所有的滑块布置在提供给平台定位的空间的同一侧并水平地与其相邻，且基本上相互平行移动；给平台提供了三个限制性导向机构，每一个都安装在一个滑块或附随的第一铰接杆上，并且每个都允许平台相对于滑块只绕两个旋转轴转动，而防止其绕第三旋转轴转动，其中各第三旋转轴相互之间不平行，且不在同一平面内。
在根据本发明的这个解决方案中，三个独立滑块被布置成与提供给平台的工作空间水平地相邻，这减小了总体的高度，并也使工作区从另一水平侧和上方都可以自由地接近。对于配备有根据本发明的装置的机床的情况，待加工的工件可以从上面用一起重机或从侧面导入或取出。结果是，操作受到较少的限制，并可以易变地适应各自的需要。多个或一个轨道相邻于平台工作区布置的其它优点是，这样的装置可以根据现有的，常规的机械原理简便地构造出来，同时一个或多个轨道的安装或附装设备可简单地设计为带有用于待加工工件的机床的安装或附装设备的一个单件，如以一直角的形式。另外，在两相邻的机床之间只需要提供一个安装或附装设备，因为(两)轨道可以安装在此设备对立的侧面上。
同样在这种情况下，一种有利的实施例可以使至少一个位于滑块上的连接点相对轨道轴线偏移，并且使所有滑块布置于同一个轨道之上。这些措施不仅进一步减小了整体高度，同时也进一步降低了成本。
在一项对本发明有利的进一步改进中，如果所有滑块都被布置在唯一的轨道上，则使中间滑块的连接点向轨道的一侧偏移，使外侧滑块的两个连接点向轨道的另一侧偏移。这使得相对于轨道纵向的横向上的连接点之间的距离尽可能大，并由此使得包含定长铰接杆和平台的结构的刚性尽可能高。
滑块和平台在其相向的侧面最好具有相互平行的表面。采用这种方法，可以使限制性导向机构的设计保持一致，并因此简化设计和安装。
在本发明一优先选用的实施例中，为设立或形成至少一个限制性导向机构，一第二定长铰接杆相邻于第一铰接杆布置，并且两个铰接杆构成一平行四边形。借助于这些措施可以实现一特别廉价的限制性导向机构的设计方案。
然而，为了设立至少一个限制性导向机构，还可以例如将第一铰接杆的两端分叉，以这样将一第一限制性导向机构元件安装在每个叉口内，使其可以绕一第一旋转轴枢转，和以这样将一第二限制性导向机构元件安装在第一限制性导向机构元件内，使其可以绕一第二旋转轴旋转，第二旋转轴与第一旋转轴不平行，同时将第二限制性导向机构元件刚性地安装在平台或附随的滑块上。
根据本发明，还建议了一种使用上面所述装置的机床，其中刀具被安装在平台上。
在这种情况下，刀具最好采用这样的设计，以使其能相对于平台旋转。
同时，本发明还建议了一种使用上面所述装置的运输设备，其中用于待运输物品的承载装置被安装在平台上。
附图的简要说明
下面将采用举例的方法，以附图为基础对本发明进行更为细节的描述，其中：
图1为根据作为一机床一部分的本发明的一装置的第一个实施例的一个透视图。
图2为图1所示装置，其中相对于图1平台的位置发生了变化。
图3为图2所示装置的侧视图，带有一滑块的齿条驱动装置。
图4为一滑块的侧视图，带有一放大了比例的直线电动机驱动装置。
图5为根据本发明的一个装置的第二个实施例与图1相似的一透视图，轨道和工件没有显示。
图6为根据本发明的一个装置的第三个实施例与图1相似的一透视图，轨道和工件没有显示。
图7为图1或图2所示装置，带有一安装在平台上的可旋转刀具。
图8为一根据本发明的运输设备的透视图。
具体实施方式
附图中所示根据本发明的一装置的实施例具有一平台1，定长连接杆2a、2b，滑块3，和唯一的一个单轨道4，所有滑块3都布置在该单轨道上并可沿轨道来回移动。
铰接杆2a、2b连接平台1和滑块3，并且使平台1保持在一个静止的稳定位置。沿轨道4移动滑块3会改变平台1在x、y和z方向的位置，其中最大可能(极限)位置决定了平台1的工作区。平台1的定向在工作区内保持恒定，即其在区域内以及由此相对于滑块3或轨道4的走向不变。
通过CNC(计算机数字控制-Computerized Numerical Control)轴滑块3彼此间可相对往复移动。滑块3在轨道4上的移动运动通过铰接杆2a、2b的连接引起平台1的一空间运动。一在CNC控制器内依照运动学原理进行的实时转化计算滑块3的运动，由此生成平台1在X，Y，Z坐标系统内一预先确定的路径。
平台1，也称为末端受动器，被设计为一其横向于轨道的纵向的横截面为直角三角形，其中构成直角的表面5、6沿水平或垂直方向定向，斜边7以大约45°角的方向延伸，并面向轨道4(图1)。一刀具8，如一个铣轴，安装在平台1的垂直表面5上，并向下突出超过水平表面6。
三个第一定长铰接杆2a和三个第二定长铰接杆2b通过万向接头9连接于平台1的斜面7上，其中两个第一铰接杆2a连接于斜面7上的凸缘10上，斜面7的下边缘沿轨道的纵方向延伸至超过水平和垂直表面6、5。第三个，即中间铰接杆2a连接至斜面7的上边缘处。匹配的第一铰接杆和第二铰接杆2a、2b相互平行，并且等长，同时还分别通过万向接头11连接于同一个滑块3上，这些滑块3分别使连接在其上的两外侧铰接杆对相对于轨道轴线4a向下偏移，和使中间的铰接杆对相对于轨道轴线向上偏移。三个铰接杆对中的每一对由此构成一平行四边形12、13、14。
三个平行四边形12、13、14构成了平台1的三个限制性导向机构。每个平行四边形12、13、14允许平台1绕两个旋转轴回转或旋转，并阻止平台1绕垂直于平行四边形平面的旋转轴转动。平行四边形12、13、14既不相互平行，也不处于同一平面内，即平行四边形12、13、14沿所有三个空间方向伸展。这防止了平台1相对于滑块3发生任何转动，并由此在整个区域内都不会转动，因为平台1绕所有三个可能独立的空间旋转轴的转动都被排除了。
铰接杆2a、2b远离平台1的一端通过万向接头11与滑块3相连接，其中每个平行四边形12、13、14与一相配的滑块3相连接。
与平台1类似，三个滑块3中的每一个也都被设计为其横向于纵向的横截面为直角三角形，其中构成直角的表面15、16沿垂直或水平方向定向，斜边17以大约45°角的方向延伸，且面向平台1。平行四边形的铰接杆2a、2b连接在这些斜面17上。
滑块3一个挨一个顺序地布置于其上的轨道或导轨4在相邻于工作区处被水平安放，也就是，例如，也相邻于一待加工的工件18。轨道4被安装在多个L形支架19上，其中滑块3被安装在L形一侧边的内侧，而工件18被安放在L形另一侧边的同一内侧。平台1或安装在平台1上的刀具8的位置由一个或两个或三个滑块3相互之间的相应的移动确定。采用这种方法，刀具8可以在Y方向上或横向于轨道4的水平方向上定位，同时也可以在Z方向上或横向于轨道4的垂直方向上定位。另外，这也可以使刀具8在X方向上作有限的定位，即沿轨道4的方向。不过，以相应的方式沿导轨4一致地移动全部三个滑块3使得平台易于沿X方向移动，而且对于较长的移动路径这也是唯一的方法。
图1和图2的对比显示滑块3在导轨4上的移动和相互之间的相对移动，以从一个位置经由工件18沿对角线方向移动刀具8，并向工件18方向进刀。
图1中，带有一安装于其上的铣轴8的平台1处于相对于支撑台20或安放在其上待加工的工件18左后的位置上，其中铣轴被安装成距工件18有一垂直距离。在图2中，带有铣轴8的平台1处于相对于支撑台20右前的位置上，铣轴8置于工件8上。
在导轨4内安装有一个针对所有滑块3的单独的进给元件，其中滑块3可以在进给元件上相互独立地移动。滑块3可以借助不同的驱动装置在导轨或轨道4上被移动，如使用一个一体地安装在轨道4内的滚珠丝杠轴或齿条21(如图3所示)，或通过将轨道4设计为一直线电动机的次级线圈(secondary line)。因此，滑块3包含一齿轮机构和伺服电动机或一直线电动机2的初级部分(primary part)22，并由一CNC控制器控制。图4显示这样一带有安装在滑块3上的初级部分22的直线电动机驱动装置。为了说明清楚的原因，必要的直线测量系统在图中没有显示。
各滑块上的限制性导向机构可以被以任何适当的方式定向或调整方位。如图1、图2中所示中间平行四边形13是沿垂直于轨道或导轨轴线4a的方向，即铅直的方向被定位。在另一个实施例中(图5)，此中间平行四边形13是沿平行于轨道或导轨轴线4a的方向，即水平的方向被定向。也可以调整两外侧平行四边形12和14的定向使之适应各自的特殊要求。例如在图1和图2的实施例的装置中，平行四边形12、14各自的上部铰接杆2b被向朝向中间平行四边形13的方向移动，而在图5的实施例中则以相反的方向向外侧移位。
图6所示为根据本发明的一装置或设备的另一个实施例。在此实施例中，只有一个限制性导向机构被设计成平行四边形13，而其它两个限制性导向机构由两端各自分叉的铰接杆2a构成。一第一限制性导向机构元件24以这样的方式被安装在每个叉口23内，即它可以绕一第一旋转轴25枢转，在此铰接杆2a的这两个第一旋转轴25相互平行。一第二限制性导向机构元件26以这样的方式安装在第一限制性导向机构元件24内，即它可以绕一第二旋转轴27转动，第二旋转轴27与第一旋转轴25垂直。第二限制性导向机构元件26刚性地安装在平台1或附随的滑块3上。第一和第二限制性导向机构元件24和26每个使一个绕一旋转轴的转动成为可能，即产生一绕旋转轴25、27的合成转动，同时阻止平台绕垂直于前两个旋转轴25、27的第三旋转轴的回转或旋转。
如图7所示，一旋转的刀具或工作组件28可以被安装于所描述的实施例的平台的下部水平表面6上。这种多重旋转单元28可以是一铣电机，一激光切割头，一水切割头，一小齿轮铣刀，一玻璃切割刀具，一钻削组件等。这样，一2-轴旋转单元28就用来将一使用根据本发明用于平移定位平台1的装置的机床扩展为一5-轴机床。
图8显示根据本发明的装置用于搬运目的。在所示实施例中，三个根据本发明的装置29被安装在一运输设备30内。一轨道4被安装在支架31的任意一侧，为了描述清楚，没有显示连接到各自滑块的铰接杆。一装置29安装于图8中不可见的背面轨道4上，而两个装置29安装于可见的前面轨道4。待运输物品33的承载装置32安装在平台1，如专门的夹持器或真空吸力装置上。特别是，当根据本发明的装置29只有一侧或每侧只有一个轨道4时，如当所有滑块在一侧都安装在这个唯一的轨道4上时，就可能建立一个节省空间的经济的运输设备30。

Claims (10)

1.一种用于带有定长铰接杆的平台尤其是刀架的平移定位装置，铰接杆的第一端铰接于平台之上，第二端与各自独立的安装在轨道上的滑块相连，其中平台上的各连接点和滑块上的各连接点各不在一条直线上，并且铰接杆相互不平行，也不处于同一平面内，其特征为：
只存在三个独立的滑块(3)和附随第一铰接杆(2a、2’a)，至少一个滑块(3)上的连接点(11)相对轨道轴线(4a)偏移，所有滑块(3)安装在同一个轨道(4)上，同时平台(1)具有三个限制性导向机构(2b；23-27)，每个限制性导向机构都安装在一个滑块(3)或附随的第一铰接杆(2a、2’a)上和都允许平台(1)相对于滑块(3)只绕两个转轴旋转，而防止其绕第三轴旋转，其中各第三轴相互之间不平行，且不在同一平面内。
2.根据权利要求1前序部分的装置，其特征为：只存在三个独立的滑块(3)和附随第一铰接杆(2a、2’a)，并且所有的滑块(3)布置在提供给平台定位(1)的空间的同一侧并水平地与其相邻，且基本上相互平行运动，同时给平台(1)提供了三个限制性导向机构(2b；23-27)，每一个都安装在一个滑块(3)或附随的第一铰接杆(2a、2’a)上，并且每个都允许平台相对于滑块(3)只绕两个转轴旋转，而阻止其绕第三轴旋转，其中各第三轴相互之间不平行，且不在同一平面内。
3.根据权利要求2的装置，其特征为：至少一个滑块(3)上的连接点(11)相对轨道轴线(4a)偏移，所有滑块(3)安装在同一个轨道(4)上。
4.根据权利要求1或3的装置，其特征为：中间滑块上的连接点向轨道的一侧偏移，而外侧滑块上的两连接点向轨道的另一侧偏移。
5.根据权利要求1到4中的任一项的装置，其特征为：滑块(3)和平台(1)在其相向一侧具有相互平行的表面(7、17)。
6.根据权利要求1到5中的任一项的装置，其特征为：为设置至少一个限制性导向机构，一第二定长铰接杆(2b)紧邻于第一铰接杆(2a)布置，并且两铰接杆(2a、2b)构成一平行四边形(12、13、14)。
7.根据权利要求1到5中的任一项的装置，其特征为：为了建立限制性导向机构中的至少一个，将第一铰接杆(2’a)的两端分叉，以使其可以绕一第一旋转轴(25)枢转的方式将一第一限制性导向机构元件(24)安装在每个叉口(23)内，以使其可以绕一第二旋转轴(27)旋转的方式将一第二限制性导向机构元件(26)安装在第一限制性导向机构元件(24)内，第二旋转轴(27)与第一旋转轴(25)不平行，同时将第二限制性导向机构元件(26)刚性地安装在平台(1)或附随的滑块(3)上。
8.带有根据权利要求1到7中任一项的装置的一种机床，其中一刀具(8、28)安装在平台(1)上。
9.根据权利要求8的机床，其特征为：刀具(28)可以相对于平台(1)转动。
10.带有根据权利要求1到7中任一项的装置的一种运输设备，其中用于一待运输物品(33)的承载装置(32)安装在平台(1)上。
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