CN201227747Y

CN201227747Y - 非对称直线驱动的平动加转动进给功能部件

Info

Publication number: CN201227747Y
Application number: CNU2008201092617U
Authority: CN
Inventors: 刘强; 吴文镜
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University; Beijing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2008-07-16
Filing date: 2008-07-16
Publication date: 2009-04-29
Anticipated expiration: 2018-07-16

Abstract

一种用于数控机床的非对称直线驱动的平动加转动进给功能部件，其包括静平台、动平台、两条支链，即主支链和辅支链；该静平台为一底座；该动平台为运动输出部件，其上安装末端执行器；主支链的直线导轨安装在静平台上，滑台安装在直线导轨上，圆轴承支架固连在滑台上，圆轴承安装在圆轴承支架上；直线驱动系统安装在静平台与滑台之间；辅支链的辅直线导轨安装在静平台上，辅滑台安装在辅直线导轨上，铰链支架固连在辅滑台上；连杆两端有铰链接头，一端连接铰链支架，另一端连接动平台；辅直线驱动系统安装在静平台与辅滑台之间，为辅滑台提供驱动力。本实用新型具有运动链简单，运动精度高，刚性好，控制方便等优点，使该类功能部件更加实用。

Description

非对称直线驱动的平动加转动进给功能部件

【技术领域】

本实用新型涉及一种用于数控机床的非对称直线驱动的“平动+转动”进给功能部件，属于数控机床技术领域。

【背景技术】

机床是由各种功能部件(主轴单元及主轴头、滚珠丝杠副、回转工作台、数控伺服系统等)在床身、立柱等基础机架上集装而成的，该功能部件(亦叫功能模块)是数控机床的重要组成部分。数控机床主机厂的主要任务是生产制造床身、立柱等基础构件并把所需的功能部件与之集装成完整的数控机床产品，数控机床整体技术与数控机床功能部件的发展为相互依赖、共同发展的，所以机床行业的进步，不仅是机床厂本身的研发就可以达到，功能部件的创新也深深地影响数控机床的发展。功能部件是机床行业的上游，而机床行业则是功能部件的下游。由机床设计的创新或环保的需求，可以推动功能部件的新发展；而功能部件的创新，同样也可以为机床行业带来革命性的改变。功能部件的水平决定了整机的水平；功能部件的质量可靠性决定了整机的质量可靠性；功能部件的制造成本决定了整机的制造成本；功能部件的交货期决定了整机的交货期。

本实用新型是一种两轴数控机床功能部件，该功能部件能完成刀具平台的直线进给运动和回转偏摆运动。从现有技术来看，完成这样功能的机床功能部件采用串联设计，即一个电机通过相应机构，如旋转电机加丝杠或直线电机加直线导轨完成刀具平台的直线运动，另一个电机(一般为旋转电机)负责完成刀具平台的旋转运动。这样的设计往往机械总成较大，机械惯量较大，从而影响整机的机械总成，动态性能不高。另外并联式的结构在数控机床上的应用往往采取对称式的结构，即与动平台相连的支链结构完全相同，动平台位于各支链的几何中心，因此动平台每一个方向的运动与各支链的运动相互耦合，为控制系统的设计增加了难度。

【发明内容】

本实用新型的目的在于提供一种用于数控机床的非对称直线驱动的“平动+转动”两自由度功能部件，以非对称的并联结构来克服现有技术中的缺点。

本实用新型一种非对称直线驱动的平动加转动进给功能部件，其包括静平台、动平台、两条支链，即主支链和辅支链，两条支链负责连接静平台和动平台。

所述的静平台为一个底座，主要为支链的安装提供安装基础，其上设有供安装电机及导轨的空间及螺纹孔。

所述的动平台是整个机构的运动输出部件，动平台上安装末端执行器，如刀具、电主轴或带摆角的刀具主轴等，动平台上具有用于与各支链相连的安装接头。其中，所述的安装接头为铰链接头。

所述的主支链是一个PR结构，即一个移动副和一个转动副，移动副通过直线导轨实现，转动副通过圆轴承实现；主支链包括直线驱动系统、滑台、圆轴承支架、直线导轨、圆轴承；直线导轨安装在静平台上，滑台安装在直线导轨之上，圆轴承支架固连在滑台上，圆轴承安装在圆轴承支架上，用于连接安装动平台；直线驱动系统安装在静平台与滑台之间，主要为滑台提供驱动力。其中，所述的直线驱动系统为直线电机驱动或者旋转电机加丝杠实现直线驱动。

所述的辅支链是一个PRR结构，即一个移动副和两个转动副，移动副通过直线导轨实现，转动副通过铰链；辅支链包括辅直线驱动系统、辅滑台、铰链支架、辅直线导轨、连杆；辅直线导轨安装在静平台上，辅滑台安装在辅直线导轨之上，铰链支架固连在辅滑台上；连杆两端有铰链接头，一端连接铰链支架，另一端连接动平台；辅直线驱动系统安装在静平台与辅滑台之间，主要为辅滑台提供驱动力。其中，所述的辅直线驱动系统为直线电机驱动或者旋转电机加丝杠传动实现直线驱动。

所述的主支链的直线驱动系统、直线导轨和辅支链的辅直线驱动系统、辅直线导轨安装在静平台上；主支链的圆轴承支架和动平台通过圆轴承连接，动平台可绕圆轴承轴线旋转，且旋转轴线穿过动平台的几何中心；辅支链连杆与动平台的安装接头相连；在两条支链的直线驱动系统的作用下，动平台就可以实现一个方向的平动和一个方向的旋转运动。

其中，所述的安装接头为铰链接头。

其中，所述的直线驱动系统为直线电机驱动或旋转电机加丝杠来实现直线驱动。

其中，所述的辅直线驱动系统为直线电机驱动或旋转电机加丝杠实现直线驱动。

其中，所述的动平台可绕圆轴承轴线旋转，且旋转轴线穿过动平台的几何中心。

本实用新型一种非对称直线驱动的平动加转动进给功能部件，其优点在于：

1、采用非对称支链PR与PRR结构，动平台的几何中心位于PR支链的旋转副轴线上，这样动平台的位置坐标与PR支链的平动位置坐标相同，而与PRR支链的位置坐标无关，是一种机械解耦设计，非常有利于控制系统的设计。

2、采用并联设计思想，两支链结构简洁，传动环节紧凑，机械总成小，刚度大更加有利于数控机床提高零件的表面加工质量。

3、本实用新型具有运动链简单，运动精度高，刚性好，控制方便等优点，使该类功能部件更加实用。

【附图说明】

图1为本实用新型实施例一的立体图

图2为本实用新型实施例一的主支链结构图

图3为本实用新型实施例一的辅支链结构图

图4为本实用新型实施例二的立体图

图5为本实用新型实施例二的爆炸视图

图6为本实用新型实施例三的立体图

图7为本实用新型实施例四的立体图

图8为本实用新型实施例五的立体图

图中标号说明如下：

1 静平台 2 动平台 3 主支链

4 辅支链 5 电主轴 6 铰链接头

7 直线驱动系统 8 电机定子 9 电机动子

10 滑台 11 直线导轨 12 圆轴承支架

13 圆轴承 14 辅直线驱动系统 15 辅电机定子

16 辅电机动子 17 辅滑台 18 辅直线导轨

19 铰链支架 20 连杆 21 铰链接头

22 旋转电机驱动系统 23 旋转电机 24 连轴器

25 后座 26 丝杠 27 方形螺母

28 前座 29 车刀 30 铣刀I

31Y 形动平台 32 摆动轴 33 刀具主轴

34 铣刀II

【具体实施方式】

实施例一

如图1所示，本实用新型一种非对称直线驱动的平动加转动进给功能部件，包含静平台1、动平台2、两条支链，即主支链3和辅支链4，两条支链负责连接静平台1和动平台2。

如图1所示，所述的静平台1相当于一个底座，为主支链3和辅支链4的安装提供安装基础，静平台1上有三个相互平行的长凸台，用于安装直线导轨11、辅直线导轨18，长凸台之间有较大空间用于安装电机定子8、辅电机定子15。

如图1所示，所述的动平台2是整个机构的运动输出部件，动平台2上安装有电主轴5，动平台2一个侧面上有铰链接头6。

如图2所示，所述的主支链3是一个PR结构，即一个移动副和一个转动副，移动副通过直线导轨11实现，转动副通过圆轴承13实现；主支链3包括直线驱动系统7、滑台10、圆轴承支架12、直线导轨11、圆轴承13；直线导轨11有两条，平行安装在静平台1上，滑台10安装在直线导轨11之上，圆轴承支架12是一个翻转的h型结构，其开口处有轴承碗，用于安装圆轴承13；圆轴承支架12固连在滑台10上，圆轴承13安装在圆轴承支架12上，用于连接安装动平台2；直线驱动系统7为直线电机驱动，包含电机定子8、电机动子9，电机定子8安装在静平台1上，电机动子9固连在滑台10下表面；电机定子8与电机动子9之间有微小气隙；工作时，直线驱动系统7为滑台10提供驱动力。

如图3所示，所述的辅支链4是一个PRR结构，即一个移动副和两个转动副，移动副通过辅直线导轨18实现，转动副通过铰链实现；辅支链4包括辅直线驱动系统14、辅滑台17、铰链支架19、辅直线导轨18、连杆20；辅直线导轨18有两根，平行安装在静平台1上，辅滑台17安装在辅直线导轨18之上，铰链支架19固连在辅滑台17上；连杆20两端有铰链接头21，一端连接铰链支架19，另一端连接动平台2；辅直线驱动系统14为直线电机驱动，包含辅电机定子15、辅电机动子16，辅电机定子15安装在静平台1上，辅电机动子16固连在辅滑台17下表面；辅电机定子15与辅电机动子16之间有微小气隙；工作时，辅直线驱动系统14为辅滑台17提供驱动力。

如图1、图2、图3所示，所述的主支链3的直线驱动系统7、直线导轨11和辅支链4的辅直线驱动系统14、辅直线导轨18安装在静平台1上；两条直线导轨11和两条辅直线导轨18平行；主支链3的圆轴承支架12和动平台2通过圆轴承13连接，动平台2可绕圆轴承13轴线旋转，且旋转轴线穿过动平台2的几何中心；辅支链4的连杆20一端的铰链接头21与动平台2的铰链接头6相连；在直线驱动系统7和辅直线驱动系统14同时驱动下，动平台2就可以实现一方向的平动和一个方向的旋转运动。

实施例二

如图4、图5所示，实施例二在实施例一的基础上改变直线驱动系统7和辅直线驱动系统14，用旋转电机驱动系统22代替。

所述的旋转电机驱动系统22共有两套，结构相同，分别驱动主支链3和辅支链4。如图5所示，旋转电机驱动系统22由旋转电机23、连轴器24、后座25、丝杠26、方形螺母27、前座28组成；旋转电机23通过螺栓固连在后座25上，旋转电机23的输出轴通过连轴器24与丝杠26的一端相连，丝杠26另一端通过轴承与前座28相连；后座25与前座28通过螺栓固连在静平台1上；方形螺母27安装在丝杠26上并与之配合，方形螺母27通过螺栓固连在滑台10或辅滑台17上。

实施例三

实施例三是在实施例一的基础上，更改动平台2上的刀具的一种实施情况。

如图6所示，这里用车刀29替换实施例一中的电主轴5，此时该功能部件可配置于车削加工中心中。

实施例四

实施例四是在实施例一的基础上，在动平台2上的电主轴5上加载刀具的一种实施情况。

如图7所示，这里用铣刀I30加载在电主轴5上，此时该功能部件可配置于车铣复合加工中心中。

实施例五

实施例五是在实施例一的基础上，更改动平台2及电主轴5的一种实施情况。

如图7所示，Y形动平台31替换实施例一中的动平台2，Y形动平台31的开口处安装有摆动轴32，摆动轴32上固连刀具主轴33，刀具主轴33末端加载有铣刀II34；所述的摆动轴32为力矩电机驱动，在摆动轴32的驱动下，刀具主轴33可以摆动。

在这种实施例情况下，可以很方便紧凑地实现主轴的直线进给和双摆角功能，此时该功能部件可配置于五坐标加工中心。

Claims

1、一种非对称直线驱动的平动加转动进给功能部件，其包括静平台、动平台、两条支链，即主支链和辅支链，两条支链负责连接静平台和动平台；其特征在于：该静平台为一个底座，其上设有供安装电机及导轨的空间及螺纹孔；该动平台是整个机构的运动输出部件，动平台上安装末端执行器，动平台上具有用于与各支链相连的安装接头；该主支链包括直线驱动系统、滑台、圆轴承支架、直线导轨、圆轴承；直线导轨安装在静平台上，滑台安装在直线导轨之上，圆轴承支架固连在滑台上，圆轴承安装在圆轴承支架上，用于连接安装动平台；为滑台提供驱动力的直线驱动系统安装在静平台与滑台之间；该辅支链包括辅直线驱动系统、辅滑台、铰链支架、辅直线导轨、连杆；辅直线导轨安装在静平台上，辅滑台安装在辅直线导轨之上，铰链支架固连在辅滑台上；连杆两端有铰链接头，一端连接铰链支架，另一端连接动平台；为滑台提供驱动力的辅直线驱动系统安装在静平台与辅滑台之间；该主支链的直线驱动系统、直线导轨和辅支链的辅直线驱动系统、辅直线导轨安装在静平台上；主支链的圆轴承支架和动平台通过圆轴承连接，辅支链连杆与动平台的安装接头相连。

2、根据权利要求1所述的非对称直线驱动的平动加转动进给功能部件，其特征在于：所述的安装接头为铰链接头。

3、根据权利要求1所述的非对称直线驱动的平动加转动进给功能部件，其特征在于：所述的直线驱动系统为直线电机驱动。

4、根据权利要求1所述的非对称直线驱动的平动加转动进给功能部件，其特征在于：所述的直线驱动系统是由旋转电机加丝杠来实现直线驱动。

5、根据权利要求1所述的非对称直线驱动的平动加转动进给功能部件，其特征在于：所述的辅直线驱动系统为直线电机驱动。

6、根据权利要求1所述的非对称直线驱动的平动加转动进给功能部件，其特征在于：所述的辅直线驱动系统是由旋转电机加丝杠来实现直线驱动。

7、根据权利要求1所述的非对称直线驱动的平动加转动进给功能部件，其特征在于：所述的动平台是绕圆轴承轴线旋转，且旋转轴线穿过动平台的几何中心。