CN214322512U - 一种六轴联动辅助加工平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种六轴联动辅助加工平台，包括六自由度机构、回转工作台和电控柜。所述六自由度机构可以沿X轴、Y轴和Z轴平动以及绕X轴、Y轴和Z轴转动，所述回转工作台用于产生绕Z轴360°回转。所述电控柜包括运动控制器、6台电缸驱动器和回转驱动器，所述运动控制器设有6路信号线一及信号线二，分别与6台电缸驱动器和回转驱动器连接所述电控柜用于对所述六自由度机构和回转工作台进行控制与驱动。和现有技术的三轴加工平台相比，本实用新型由于具有六轴联动，可以多自由度全方位的加工件进给，加工进给速度快，多个部件立体外露分布，便于观察，维护方便。

Description

一种六轴联动辅助加工平台

技术领域

本实用新型涉及机械加工设备，特别是涉及一种六轴联动辅助加工平台。

背景技术

机械加工设备是设备制造的母机，它的精度、适用性和方便性，是影响最终产品性能的关键因素，同时是当代智能制造的重要保障。现有技术的数控设备的加工平台多以三轴为主，五轴以上的加工平台几乎没有，对于那些精度要求不太高而形状复杂需要多自由度(五轴以上)的加工平台，现有技术不能或不太方便满足要求，特别是垂直位移量比较大且速度较高时，现有技术的加工平台已很难胜任。另外，现有技术的加工平台结构较为复杂，传动部件、减速部件和驱动设备多隐藏于平台支座内部，一但发生故障，需要完全解体进行维修，极不方便，严重影响了加工精度。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种六轴联动辅助加工平台，可以很好解决现有技术的加工平台自由度较低、结构复杂以及难以维护等问题。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种六轴联动辅助加工平台，包括六自由度机构、回转工作台和电控柜；所述六自由度机构可以沿X轴、Y轴和Z轴平动以及绕X轴、Y轴和Z轴转动；所述回转工作台用于产生绕Z轴360°回转；所述电控柜用于对所述六自由度机构和回转工作台进行控制与驱动；

所述六自由度机构包括下机座、6组下球形铰链、6台电动缸、6组上球形铰链和上基板，所述电动缸的下端通过下球形铰链与下机座连接，所述电动缸的上端通过上球形铰链与上基板连接；所述电动缸包括电缸伺服电机、电缸体、电推杆，所述电缸伺服电机设置于所述电缸体侧下部，所述电缸体与电推杆通过设置于电缸体内部的滚珠丝杠连接，所述电推杆在所述电缸伺服电机的驱动下沿轴向伸出与缩回；

所述回转工作台包括平台基座、回转支承、回转台、回转伺服电机和主动齿轮组件；所述平台基座通过螺钉一与所述上基板连接，通过止口定位于所述上基板上表面；所述回转支承包括静圈、滚动体和动圈内齿轮，所述静圈通过止口与所述平台基座连接，所述静圈与动圈内齿轮通过数个所述滚动体连接；所述主动齿轮组件包括主动齿轮、键、螺钉三和压盖，所述主动齿轮与所述回转伺服电机之间通过所述键来传递扭矩，所述主动齿轮依靠所述螺钉三和压盖压紧于所述回转伺服电机的轴端；所述回转台设置于所述平台基座和回转支承的上方，圆盘状的回转台的外缘下端面与所述平台基座的上端面留有一定的轴向运转间隙，所述回转台与所述动圈内齿轮通过止口来定位，并且两者通过螺钉二进行轴向连接；所述主动齿轮的外齿与动圈内齿轮的内齿进行啮合，同时将来自于所述回转伺服电机的转矩进行放大后传递给动圈内齿轮，转矩之比等于所述主动齿轮的外齿分度圆直径与所述动圈内齿轮的内齿分度圆直径之比；所述回转台、滚动体和动圈内齿轮构成所述回转工作台的转子部件；

所述电控柜包括运动控制器、6台电缸驱动器和回转驱动器，所述运动控制器设有6路信号线一及信号线二，分别与6台电缸驱动器和回转驱动器连接；所述每台电缸驱动器均设有信号线三和动力电缆一，均与所述每台电缸伺服电机对应连接；所述回转驱动器设有信号线四和动力电缆二，与所述回转伺服电机相连接。

作为本实用新型的进一步改进，当6台电动缸的电推杆的伸出量相等时，相邻2台电动缸的2条轴线、对应的2组下球形铰链的球心连线及对应的2组上球形铰链的球心连线均构成一个等腰梯形。

作为本实用新型的进一步改进，当6台电动缸的电推杆的伸出量相等时，所述上基板处于水平位置，A、B、C、D、E和F分别为6组上球形铰链球心，且有AB＝CD＝EF，BC＝DE＝FA，BC＝3AB，以BC、DE、FA三条边的内切圆的圆心O为坐标系中心，以过O点的EF的对称轴为Y轴，以过O点且垂直于Y轴的直线为X轴，以过O点垂直于上基板的直线为Z轴，方向向上。

作为本实用新型的进一步改进，所述运动控制器包含1个可以和上位数控系统进行通讯的通讯端口。

作为本实用新型的进一步改进，所述电缸伺服电机内部设有编码器一，其位置信号由所述信号线三传递给所述电缸驱动器；所述回转伺服电机内部设有编码器二，其位置信号由所述信号线四传递给所述回转驱动器。

作为本实用新型的进一步改进，所述电缸体与所述电推杆的滚珠丝杠传动的轴向运动误差小于0.005mm。

作为本实用新型的进一步改进，在初始状态下，即X轴、Y轴和Z轴平动位移以及绕X轴、Y轴和Z轴的角位移均为零的情况下，所述回转工作台的回转轴与Z轴重合。

作为本实用新型的进一步改进，所述回转台的上表面设有与其回转轴同轴的圆柱形沉孔，所述沉孔的圆柱面均匀设置自有数个T形槽。

与现有技术相比较，本实用新型的有益效果是：

1.六轴联动，适应性强：和现有技术的三轴加工平台相比，本实用新型由于具有六轴联动，可以多自由度全方位的加工件进给。

2.加工进给速度快：采用6台电动缸和1台回转伺服电机，各负其责，进给响应速度快。

3.维护方便：6台电动缸及上、下球形铰链等均外露，如有故障，能很快发现问题所在，维修起来也极为方便。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制，在附图中：

图1是本实用新型的六自由度机构及回转工作台轴测视图。

图2为本实用新型的电控柜示意图。

图3为本实用新型的回转工作台剖面示意图。

图4为图3的I部分的局部放大图。

图5为本实用新型的坐标系示意图。

图中：1、六自由度机构，2、回转工作台，3电控柜，11、下机座，12、下球形铰链，13、电动缸，14、上球形铰链，15、上基板，21、平台基座，22、回转支承，23、回转台，24、回转伺服电机，25、主动齿轮组件，26、螺钉一，27、螺钉二，31、运动控制器，32、电缸驱动器，33、回转驱动器，131、电缸伺服电机，132、电缸体，133、电推杆，221、静圈，222、滚动体，223、动圈内齿轮，231、T形槽，232、沉孔，251、主动齿轮，252、键，253、螺钉三，254、压盖，311、通讯端口，312、信号线一，313、信号线二，321、信号线三，322、动力电缆一，331、信号线四，332、动力电缆二。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；机械连接可以是焊接、铆接、螺纹连接或法兰连接等；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1至图5所示，本实用新型提供一种六轴联动辅助加工平台，主要用于对加工精度要求不高，而对加工轴数(自由度数)要求高的场合。六轴联动辅助加工平台包括六自由度机构1、回转工作台2和电控柜3。六自由度机构1可以沿X轴、Y轴和Z轴平动以及绕X轴、Y轴和Z轴转动。线位移与角位移量取决于六自由度机构1中电动缸13的电推杆133的最大伸出量，伸出量越大则线位移与角位移量也越大，回转工作台2用于产生绕Z轴360°回转。电控柜3用于对六自由度机构1和回转工作台2进行控制与驱动，包括动力电源的提供、控制信号的发出、反馈信号的接收及和上位数控系统之间的通讯。

六自由度机构1包括下机座11、6组下球形铰链12、6台电动缸13、6组上球形铰链14和上基板15，电动缸13的下端通过下球形铰链12与下机座11连接，电动缸13的上端通过上球形铰链14与上基板15连接。电动缸13包括电缸伺服电机131、电缸体132、电推杆133，电缸伺服电机131设置于电缸体132侧下部，电缸体132与电推杆133通过设置于电缸体132内部的滚珠丝杠连接，电缸伺服电机131为电动缸13提供了动力，电推杆133在电缸伺服电机131的驱动下沿轴向伸出与缩回。上球形铰链14和下球形铰链12将整个机构连接起来，可以绕其铰链球心向其转动范围内的任意方向自由转动，精度较高，无卡滞现象。

回转工作台2包括平台基座21、回转支承22、回转台23、回转伺服电机24和主动齿轮组件25。平台基座21通过螺钉一26与上基板15连接，通过止口定位于上基板15上表面。回转支承22包括静圈221、滚动体222和动圈内齿轮223，静圈221通过止口与平台基座21连接，静圈221与动圈内齿轮223通过数个滚动体222连接。回转支承22实际上是一个专用轴承，通常用于大尺寸及重载的场合，可以承受很大的径向及轴向载荷。主动齿轮组件25包括主动齿轮251、键252、螺钉三253和压盖254，主动齿轮251与回转伺服电机24之间通过键252来传递扭矩，主动齿轮251依靠螺钉三253和压盖254压紧于回转伺服电机24的轴端。回转台23设置于平台基座21和回转支承22的上方，圆盘状的回转台23的外缘下端面与平台基座21的上端面留有一定的轴向运转间隙，回转台23与动圈内齿轮223通过止口来定位，并且两者通过螺钉二27进行轴向连接。主动齿轮251的外齿与动圈内齿轮223的内齿进行啮合，同时将来自于回转伺服电机24的转矩进行放大后传递给动圈内齿轮223，转矩之比等于主动齿轮251的外齿分度圆直径与动圈内齿轮223的内齿分度圆直径之比。回转台23、滚动体222和动圈内齿轮223构成回转工作台的转子部件，在回转伺服电机24的驱动下，主动齿轮251和动圈内齿轮223互相啮合，从而使转子部件产生回转运动。

电控柜3包括运动控制器31、6台电缸驱动器32和回转驱动器33，运动控制器31设有6路信号线一312及信号线二313，分别与6台电缸驱动器32和回转驱动器33连接，主要传递电缸驱动器32和回转驱动器33收到的电缸伺服电机131和回转伺服电机24的编码器的位置信息，同时将运动控制器31的控制指令传递给电缸驱动器32和回转驱动器33。每台电缸驱动器32均设有信号线三321和动力电缆一322，均与每台电缸伺服电机131对应连接。回转驱动器33设有信号线四331和动力电缆二332，与回转伺服电机相24连接。

当6台电动缸13的电推杆133的伸出量相等时，相邻2台电动缸13的2条轴线、对应的2组下球形铰链12的球心连线及对应的2组上球形铰链14的球心连线均构成一个等腰梯形。

当6台电动缸13的电推杆133的伸出量相等时，上基板15处于水平位置，A、B、C、D、E和F分别为6组上球形铰链14的球心，且有AB＝CD＝EF，BC＝DE＝FA，BC＝3AB，以BC、DE、FA三条边的内切圆的圆心O为坐标系中心，以过O点的EF的对称轴为Y轴，以过O点且垂直于Y轴的直线为X轴，以过O点垂直于上基板的直线为Z轴，方向向上。6组下球形铰链12的球心的布置同上球形铰链14的球心的布置，其球心连接而成的六边形与六边形ABCDEF为相似图形。

运动控制器31包含1个可以和上位数控系统进行通讯的通讯端口311，通讯端口311连接通讯电缆，在通讯协议的规范下，可以和上位数控系统进行控制数据传递，以便使数控系统发出指令，控制适当的刀具进行切割。

电缸伺服电机131内部设有编码器一，其位置信号由信号线三321传递给电缸驱动器32。回转伺服电机24内部设有编码器二，其位置信号由信号线四331传递给回转驱动器33，以便于闭环控制。

电缸体132与电推杆133的滚珠丝杠传动的轴向运动误差小于0.005mm，这样会使整个六轴联动辅助加工平台具有较高的精度。

在初始状态下，即X轴、Y轴和Z轴平动位移以及绕X轴、Y轴和Z轴的角位移均为零的情况下，回转工作台2的回转轴与Z轴重合，这样就建立了六轴联动辅助加工平台的基本坐标体系，使数控编程有了基准。

回转台23的上表面设有与其回转轴同轴的圆柱形沉孔232，沉孔232的圆柱面均匀设置自有数个T形槽231，这是为了安装固定零件方便之用。

六轴联动辅助加工平台可按以下步骤控制：

(1)确定控制姿态参数

数控加工用的姿态参数由上位数控系统通过通讯端口传给运动控制器31。

(2)运动分解

运动控制器31将从上位数控系统传来的数控加工用的姿态参数进行一次分解，形成X轴、Y轴和Z轴平动位移量及绕X轴、Y轴和Z轴的角位移量及回转工作台2的转角量。

(3)二次分解

将一次分解后的平动位移量和角位移量再次进行分解，形成6台电动缸13的电推杆133的伸出量或缩回量以及回转伺服电机24的转角量。

(4)运动合成

由运动控制器31控制电缸驱动器32和回转驱动器33输出一定频率的电流和电压等驱动量，驱动6台电缸伺服电机131转动，使6根电推杆133的伸出或缩回所需的量，同时驱动回转伺服电机24转动所需的角度。

(5)运动反馈与补偿

电缸伺服电机131内部的编码器一及回转伺服电机24内部的编码器二将其位置信号传递给电缸驱动器32和回转驱动器33，电缸驱动器32和回转驱动器33将位置信号与原运动参数进行比较，若有误差，则向电缸伺服电机131和回转伺服电机24发出补偿参数，直到位置参数满足要求。

与现有技术相比较，本实用新型所述的六轴联动辅助加工平台具有显著的优势：

(1)六轴联动，适应性强：和现有技术的三轴加工平台相比，本实用新型由于具有六轴联动，可以多自由度全方位的加工件进给。

(2)加工进给速度快：采用6台电动缸和1台回转伺服电机，各负其责，进给响应速度快，缩短了加工周期。

(3)维护方便：6台电动缸及上、下球形铰链等均外露，如有故障，能很快发现问题所在，维修起来也极为方便。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种六轴联动辅助加工平台，其特征在于：包括六自由度机构、回转工作台和电控柜；所述六自由度机构可以沿X轴、Y轴和Z轴平动以及绕X轴、Y轴和Z轴转动；所述回转工作台用于产生绕Z轴360°回转；所述电控柜用于对所述六自由度机构和回转工作台进行控制与驱动；

所述六自由度机构包括下机座、6组下球形铰链、6台电动缸、6组上球形铰链和上基板，所述电动缸的下端通过下球形铰链与下机座连接，所述电动缸的上端通过上球形铰链与上基板连接；所述电动缸包括电缸伺服电机、电缸体、电推杆，所述电缸伺服电机设置于所述电缸体侧下部，所述电缸体与电推杆通过设置于电缸体内部的滚珠丝杠连接，所述电推杆在所述电缸伺服电机的驱动下沿轴向伸出与缩回；

所述回转工作台包括平台基座、回转支承、回转台、回转伺服电机和主动齿轮组件；所述平台基座通过螺钉一与所述上基板连接，通过止口定位于所述上基板上表面；所述回转支承包括静圈、滚动体和动圈内齿轮，所述静圈通过止口与所述平台基座连接，所述静圈与动圈内齿轮通过数个所述滚动体连接；所述主动齿轮组件包括主动齿轮、键、螺钉三和压盖，所述主动齿轮与所述回转伺服电机之间通过所述键来传递扭矩，所述主动齿轮依靠所述螺钉三和压盖压紧于所述回转伺服电机的轴端；所述回转台设置于所述平台基座和回转支承的上方，圆盘状的回转台的外缘下端面与所述平台基座的上端面留有一定的轴向运转间隙，所述回转台与所述动圈内齿轮通过止口来定位，并且两者通过螺钉二进行轴向连接；所述主动齿轮的外齿与动圈内齿轮的内齿进行啮合，同时将来自于所述回转伺服电机的转矩进行放大后传递给动圈内齿轮，转矩之比等于所述主动齿轮的外齿分度圆直径与所述动圈内齿轮的内齿分度圆直径之比；所述回转台、滚动体和动圈内齿轮构成所述回转工作台的转子部件；

所述电控柜包括运动控制器、6台电缸驱动器和回转驱动器，所述运动控制器设有6路信号线一及信号线二，分别与6台电缸驱动器和回转驱动器连接；所述每台电缸驱动器均设有信号线三和动力电缆一，均与所述每台电缸伺服电机对应连接；所述回转驱动器设有信号线四和动力电缆二，与所述回转伺服电机相连接。

2.根据权利要求1所述的六轴联动辅助加工平台，其特征在于：当6台电动缸的电推杆的伸出量相等时，相邻2台电动缸的2条轴线、对应的2组下球形铰链的球心连线及对应的2组上球形铰链的球心连线均构成一个等腰梯形。

3.根据权利要求1所述的六轴联动辅助加工平台，其特征在于：当6台电动缸的电推杆的伸出量相等时，所述上基板处于水平位置，A、B、C、D、E和F分别为6组上球形铰链球心，且有AB＝CD＝EF，BC＝DE＝FA，BC＝3AB，以BC、DE、FA三条边的内切圆的圆心O为坐标系中心，以过O点的EF的对称轴为Y轴，以过O点且垂直于Y轴的直线为X轴，以过O点垂直于上基板的直线为Z轴，方向向上。

4.根据权利要求1所述的六轴联动辅助加工平台，其特征在于：所述运动控制器包含1个可以和上位数控系统进行通讯的通讯端口。

5.根据权利要求1所述的六轴联动辅助加工平台，其特征在于：所述电缸伺服电机内部设有编码器一，其位置信号由所述信号线三传递给所述电缸驱动器；所述回转伺服电机内部设有编码器二，其位置信号由所述信号线四传递给所述回转驱动器。

6.根据权利要求1所述的六轴联动辅助加工平台，其特征在于：所述电缸体与所述电推杆的滚珠丝杠传动的轴向运动误差小于0.005mm。

7.根据权利要求1或3所述的六轴联动辅助加工平台，其特征在于：在初始状态下，即X轴、Y轴和Z轴平动位移以及绕X轴、Y轴和Z轴的角位移均为零的情况下，所述回转工作台的回转轴与Z轴重合。

8.根据权利要求1所述的六轴联动辅助加工平台，其特征在于：所述回转台的上表面设有与其回转轴同轴的圆柱形沉孔，所述沉孔的圆柱面均匀设置自有数个T形槽。

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