CN201052577Y - 直线电机驱动的z-a两自由度并联主轴平台 - Google Patents
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Abstract
一种直线电机驱动的Z-A两自由度并联主轴平台,由静平台、立柱、直线电机定子和动子、自锁装置、移动副组件、旋转副组件A、B、连杆组件、伸缩杆组件、动平台组件和主轴部件组成;静平台呈平面状;立柱呈槽状;直线电机定子设在立柱上、动子连接移动副组件;自锁装置有气缸、气缸座、摩擦片和摩擦柱;移动副组件有由直线导轨、滑块和运动基座;旋转副组件为回转部件;连杆组件呈V型状;伸缩杆组件有伸缩杆及U型拨叉;动平台组件呈几何对称多边形。连接关系是:立柱与静平台连接;移动副组件置于立柱上;连杆组件经旋转副组件A、B分别与移动副组件和动平台组件相连;伸缩杆组件一端连静平台,另一端经旋转副组件B连接动平台组件;主轴部件设在动平台组件上。
Description
(一)技术领域:
本实用新型涉及一种用于并联机床中由直线电机驱动的Z-A两自由度并联主轴平台,属于机械工程。
(二)背景技术:
并联机床,又称虚(拟)轴机床是20世纪90年代中期问世的新型数控加工设备。自第一台完全六自由度并联机床在美国推出以来,各国都相继推出了各式的并联机床原型样机。由于多自由度并联机床存在运动学建模复杂、运动耦合和加工精度较低等诸多不足,而且在许多情况下用户并不需要六自由度机床,低于六自由度即可满足实际加工要求。因此,少自由度并联机床已成为当前并联机床的研究热点。并联机床与传统机床相比具有结构简单、刚度高、承载能力强、动态特性好等诸多优点,但也存在作业空间小、作业空间中的运动干涉和奇异等缺点。同时,并联机床的并联主轴偏转范围较小也是个问题,一般在30°~60°范围内。
(三)实用新型内容:
本实用新型的目的是提供一种直线电机驱动的Z-A两自由度并联主轴平台,该并联主轴平台兼有并联机构的诸多优点,同时A轴偏转可达±90°。该并联主轴平台由直线电机直接驱动,应用于少自由度并联机床中,可实现较大的作业空间,且在运动过程中无运动干涉和运动奇异产生。
本实用新型的一种直线电机驱动的Z-A两自由度并联主轴平台,由静平台1、立柱2、直线电机动子3和直线电机定子4、自锁装置、两个移动副组件、两个旋转副组件A 12、两个连杆组件13、一个伸缩杆组件、三个旋转副组件B16、动平台组件17和主轴部件18组成;其中:
该静平台1是一个长方形的平面,用于定位和固定立柱2及摩擦柱8;在其中心位置有一圆形孔,用于安装固定伸缩杆组件;
该立柱2是一个U型槽状整体部件,槽底部用于安装固定直线电机定子4,槽顶部两边用于安装固定直线导轨9;
该直线电机定子4固定安装在立柱2上,直线电机动子3直接与移动副组件相连,构成直线电机直接驱动系统;
该自锁装置是一组由单作用压出型气缸6、气缸座5、摩擦片7和摩擦柱8组成的摩擦支承系统,气缸为一种单作用压出型气缸,均匀分布在移动副组件的四角;摩擦片7为一种耐磨材料,直接与气缸活塞杆相连;
该移动副组件由直线导轨9、滑块10和运动基座11组成,直线导轨9固定在立柱2上,运动基座11与滑块10相连,可沿导轨作Z轴往复移动;
该旋转副组件是一对回转部件,能绕其自身轴线进行360°旋转;旋转副组件A和旋转副组件B结构相同,区别就是各自回转半径大小不同;
该连杆组件13是一个近似V型的板状部件,其两端焊接有与旋转副组件A 12和旋转副组件B 16相配合的回转轴,从而构成一个整体部件;
该伸缩杆组件由伸缩杆14和一个U型拨叉15组成,U型拨叉15顶部直接与伸缩杆14固定连接,U型口两端与旋转副组件B 16配合,能绕其轴线回转;
该动平台组件17是一个几何对称的多边形平台,上面设有安装螺纹孔;
该主轴部件18可采用交流伺服电主轴,也可采用交流变频电主轴。
上述部件间的结构连接关系是:两个立柱2平行对置分布,分别与静平台1连接固定;两个移动副组件平行对置于两立柱2上,两个连杆组件13两端通过旋转副组件A 12和旋转副组件B 16分别与移动副组件和动平台组件17相连,从而构成2-PRR(P-移动副,R-旋转副)支链;伸缩杆组件一端固定在静平台的中心位置,另一端通过旋转副组件B 16与动平台组件17相连,从而对动平台组件17起到辅助支承和冗余约束作用;主轴部件18安装在动平台组件17上;动平台组件17带动主轴部件18在冗余约束作用下,可相对静平台作Z轴移动和进行A轴偏转。
本实用新型一种直线电机驱动的Z-A两自由度并联主轴平台,其优点是:Z-A两自由度并联主轴平台既有并联机构进给速度快、刚度高、承载能力强的优点,同时还具有A轴偏转范围大的优点,可达±90°。另外,其它一些结构特点是:基于直线电机直接驱动技术,该并联主轴平台能获得较高的运动速度、加速度和精度;增加伸缩杆组件连接,提高了该并联主轴平台的结构刚性,并消除了运动奇异;当移动副组件沿Z轴完全同步运动时,可实现该主轴平台的重心驱动,有效地抑制了主轴在高速运动时的振动问题。
(四)附图说明:
图1为本实用新型的立体结构示意图。
图2为本实用新型的主视图。
图3为本实用新型的仰视图。
图4为本实用新型的左视图。
图5为本实用新型的A-A向剖视图。
图中标号及符号说明如下:
1静平台 2立柱 3直线电机动子
4直线电机定子 5气缸座 6单作用压出型气缸
7摩擦片 8摩擦柱 9直线导轨
10滑块 11运动基座 12旋转副组件A
13连杆组件 14伸缩杆 15U型拨叉
16旋转副组件B 17动平台组件 18主轴部件
(五)具体实施方式:
下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
本实用新型一种直线电机驱动的Z-A两自由度并联主轴平台,包括有:静平台1、立柱2、直线电机动子3、直线电机定子4、自锁装置、两个移动副组件、两个旋转副组件A 12、两个连杆组件13、伸缩杆14、U型拨叉15、三个旋转副组件B 16、动平台组件17和主轴部件18;
如图1所示,两个U型槽状立柱2平行对置分布,通过螺钉连接分别与静平台1固定,直线电机定子4用螺钉分别固定在立柱2中的U型凹槽内,四个摩擦柱8也用螺钉与静平台1连接,并固定在如图1所示的位置上。
如图1、2所示,移动副组件包括有直线导轨9、滑块10和运动基座11;两组直线导轨9用螺钉分别固定在立柱2的U型口端面上,每组中的一对直线导轨9平行放置;四组滑块10分别置于两组直线导轨9上,每组直线导轨9对称放置两组滑块10;运动基座11用螺钉与滑块10连接固定,同时直线电机动子3与运动基座11用螺钉固定连接;直线电机动子3直接驱动运动基座11和与此固定连接的滑块10,沿直线导轨9作Z轴往复直线运动。因基于直线电机直接驱动技术,故该移动副组件中的运动基座11和滑块10可实现高速、高加速和高精度的直线运动。
如图3、4所示,自锁装置包括气缸座5、单作用压出型气缸6、摩擦片7和摩擦柱8;两组(共八个)气缸座5用螺钉直接固定在运动基座11的四个边角上,两组(共八个)单作用压出型气缸6用螺栓固定在气缸座5上,两组(共八个)摩擦片7分别与气缸6的活塞杆顶端螺纹连接固定,四个摩擦柱8对称放置于静平台1的前后两侧,并用螺钉与静平台1连接固定,各部件形状及详细安装结构如图3所示。在自由状态或未工作状态下,气缸6在气缸内弹簧的作用下,压出气缸6的活塞杆,使得同活塞杆顶端固定连接的摩擦片7紧紧的压住摩擦柱8,此时产生垂直向上的静摩擦力,从而锁住直线电机动子3和移动副组件因自重而下滑;在工作状态下,给气缸6通气,气缸6的活塞杆在气压作用下克服气缸内弹簧作用力,压进气缸6的活塞杆,使得同活塞杆顶端固定连接的摩擦片7与摩擦柱8分离,此时两者之间的静摩擦力消失,从而解锁让直线电机动子3和移动副组件可在Z轴上自由往复运动。
如图1、2、3和5所示,两个旋转副组件A 12用螺钉分别与移动副组件中的运动基座11连接固定,两个连杆组件13两端焊接有回转轴,上端焊接的回转轴分别与两个旋转副组件A 12连接配合,下端焊接的回转轴分别与另两个旋转副组件B 16连接配合,旋转副组件B 16用螺钉对称固定于动平台组件17的左右两边,从而形成并联机构的2-PRR(P-移动副,R-旋转副)支链。伸缩杆14的上端与静平台1相连,并通过静平台1上的中心孔用螺钉固定在静平台1上,伸缩杆14的下端用螺栓与一U型拨叉15上部拨叉柄连接固定,U型拨叉下部与旋转副组件B 16连接配合,能绕其轴线旋转,旋转副组件B 16放置于动平台组件17中心线上的前后两端位置,并用螺钉固定,从而形成具有冗余约束作用的伸缩杆支链,同时该支链对动平台组件17也起到辅助支承作用。在伸缩杆支链冗余约束作用下,消除了动平台组件17的运动奇异,故动平台组件17只能作Z轴移动和A轴偏转两自由度运动;在伸缩杆支链辅助支承作用下,提高了该并联主轴平台的结构刚性。主轴部件18安装在动平台组件17上,动平台组件17带动主轴部件18可相对静平台1作Z轴移动和A轴偏转运动,且A轴偏转可达±90°。
如图2、5所示,动平台组件17完全结构对称,主轴部件18安装在动平台组件17上后,故主轴重心在其中心位置。当两直线电机动子3完全同步运动时,安装在动平台组件17上的主轴部件18相对于静平台1将会产生Z轴的平动;因动平台组件17和主轴部件18的重心在两连杆组件13末端连线的中心线位置上,因此可实现该并联主轴平台的重心驱动,可有效地抑制主轴部件18在高速运动时的振动,提高加工精度。当两直线电机动子3中只有一个运动时,安装在动平台组件17上的主轴部件18相对于静平台1将会产生偏转运动,即A轴偏转运动。当两直线电机动子3同时运动,但运动速度不同时,安装在动平台组件17上的主轴部件18相对于静平台1将会同时产生平动和偏转运动,即Z轴的上下移动和A轴的偏转运动。
Claims (3)
1.一种直线电机驱动的Z-A两自由度并联主轴平台,其特征在于:该装置由静平台(1)、立柱(2)、直线电机动子(3)和直线电机定子(4)、自锁装置、两个移动副组件、两个旋转副组件A(12)、两个连杆组件(13)、一个伸缩杆组件、三个旋转副组件B(16)、动平台组件(17)和主轴部件(18)组成;
该静平台(1)是一个长方形的平面,定位和固定立柱(2)及摩擦柱(8);在其中心位置有一圆形孔,安装固定伸缩杆组件;
该立柱(2)是一个U型槽状整体部件,槽底部用于安装固定直线电机定子(4),槽顶部两边用于安装固定直线导轨(9);
该直线电机定子(4)固定安装在立柱(2)上,直线电机动子(3)直接与移动副组件相连,构成直线电机直接驱动系统;
该自锁装置是一组由单作用压出型气缸(6)、气缸座(5)、摩擦片(7)和摩擦柱(8)组成的摩擦支承系统,单作用压出型气缸均匀分布在移动副组件的四角;摩擦片(7)直接与气缸活塞杆相连;
该移动副组件由直线导轨(9)、滑块(10)和运动基座(11)组成,直线导轨(9)固定在立柱(2)上,运动基座(11)与滑块(10)相连;
该旋转副组件是一对能绕其自身轴线进行360°旋转的回转部件,回转半径大小不同的旋转副组件A和旋转副组件B结构相同;
该连杆组件(13)是一个近似V型的板状部件,其两端焊接有与旋转副组件A(12)和旋转副组件B(16)相配合的回转轴,从而构成一个整体部件;
该伸缩杆组件由伸缩杆(14)和一个U型拨叉(15)组成,U型拨叉(15)顶部直接与伸缩杆(14)固定连接,U型口两端与旋转副组件B(16)配合;
该动平台组件(17)是一个几何对称的多边形平台,上面设有安装螺纹孔;
上述部件间的结构连接关系是:两个立柱(2)平行对置分布,分别与静平台(1)连接固定;两个移动副组件平行对置于两立柱(2)上,两个连杆组件(13)两端通过旋转副组件A(12)和旋转副组件B(16)分别与移动副组件和动平台组件(17)相连,构成2-PRR支链;伸缩杆组件一端固定在静平台(1)的中心位置,另一端通过旋转副组件B(16)与动平台组件(17)相连;主轴部件(18)安装在动平台组件(17)上。
2.根据权利要求1所述的直线电机驱动的Z-A两自由度并联主轴平台,其特征在于:该主轴部件(18)采用交流伺服电主轴。
3.根据权利要求1所述的直线电机驱动的Z-A两自由度并联主轴平台,其特征在于:该主轴部件(18)采用交流变频电主轴。
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