KR100306317B1 - Machine tool equipped with position and posture separation type parallel mechanism - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공작기계용 위치, 자세 분리구동형 병렬기구에 관한 것으로서, 베이스와 플랫폼, 3개의 리니어 액튜에이터, 상하, 좌우 및 전후 리니어 모션 가이드로 구성된 상위 병렬기구와; 베이스와 플랫폼, 중앙축 조립체, 3개의 리니어 액튜에이터로 구성된 하위 병렬기구로 구성되어 있으며, 상위 병렬기구의 리니어 액튜에이터의 길이를 조절함으로서 가공 툴이 장착된 플랫폼을 밀고 당겨 임의의 공간에 위치시키며, 하위 병렬기구는 가공물이 고정되는 플랫폼의 요오, 피치 및 롤방향의 자세를 3개의 리니어 액튜에이터의 길이를 조절하여 가공물의 자세를 결정하여 가공물을 가공하게 한다.The present invention relates to a positional, posture separated driving parallel mechanism for a machine tool, comprising: an upper parallel mechanism composed of a base and a platform, three linear actuators, top and bottom, left and right and front and rear linear motion guides; It consists of a lower parallel mechanism consisting of a base, a platform, a central axis assembly, and three linear actuators, and by adjusting the length of the linear actuator of the upper parallel mechanism, it pushes and pulls the platform equipped with the machining tool in an arbitrary space. The parallel mechanism adjusts the lengths of the three linear actuators in the posture of the platform where the workpiece is fixed, in the io, pitch, and roll directions to determine the posture of the workpiece to process the workpiece.

Description

위치, 자세 분리 구동형 병렬 기구를 구비한 공작 기계Machine tool with parallel position-driven parallel mechanism

본 발명은 공작기계용 위치, 자세 분리구동형 병렬기구에 관한 것이다.The present invention relates to a position, posture separation driven parallel mechanism for a machine tool.

일반적인 공작기계에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 공작물(도시되지 않음)이 탑재되는 공작기계(1)의 플랫폼(2)은 X축 및 Y축 방향으로 직선 운동을 할 수 있으며, 이러한 X축 및 Y축 방향으로의 직선운동에 의해 공작물이 원하는 작업 위치로 이동될 수 있다. 공구(3)는 버티컬 컬럼(4)의 아암에 설치되어, 아암이 버티컬 컬럼(4)을 따라서 Z축의 상하 방향으로 직선 운동을 함으로써, 플랫폼(2)에 탑재된 공작물이 공구(3)에 의하여 가공될 수 있다. 그러므로, 복합 형상을 가진 공작물을 가공하여야 할 경우에는 여러 개의 지그를 조합하는 한편, 공정을 나누어 작업을 실시해야 한다. 공구(3)가 또한 하나의 링크에 의해 지지되므로, 기계 구조가 튼튼해야 하기 때문에 큰 중량을 가져야만 하는 문제점이 있었다.In a typical machine tool, as shown in Fig. 1, the platform 2 of the machine tool 1 on which a work piece (not shown) is mounted can make linear movements in the X and Y axis directions, and this X axis And the workpiece can be moved to a desired working position by linear movement in the Y axis direction. The tool 3 is installed on the arm of the vertical column 4, and the workpiece mounted on the platform 2 is moved by the tool 3 by the arm linearly moving in the vertical direction of the Z axis along the vertical column 4. Can be processed. Therefore, in the case where a workpiece having a complex shape is to be processed, several jigs must be combined and the work must be divided. Since the tool 3 is also supported by one link, there has been a problem that the machine structure must be heavy because it has to be strong.

상기된 바와 같은 일반 공작기계의 문제점을 해결하기 위해서는 도2에 도시된 바와 같이 위치와 자세를 동시에 조절할 수 있는 6개의 선형 액튜에이터가 설치된 병렬기구가 일본국 특허 공개 평9-234638호에 제안되었다.In order to solve the problems of the general machine tool as described above, as shown in Fig. 2, a parallel mechanism provided with six linear actuators capable of simultaneously adjusting position and posture has been proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-234638.

도 2에 도시된 바와 같은 종래의 병렬 기구(10)는 임의의 위치(3 자유도)와 자세(3 자유도)를 얻기 위하여 베이스(11)와 플랫폼(12) 사이에 6개의 선형 액튜에이터(13)들이 제공된다.The conventional parallel mechanism 10 as shown in FIG. 2 has six linear actuators 13 between the base 11 and the platform 12 to obtain arbitrary positions (3 degrees of freedom) and attitudes (3 degrees of freedom). Are provided.

이러한 병렬기구(10)는 도면에 도시된 바와 같이 상부에 베이스(11)가 설치되고, 공구를 지지하기 위한 플랫폼(12)는 베이스(11)의 하부로부터 아래쪽으로 일정 거리 떨어진 위치에 제공된다. 선형 액튜에이터(13)들은 한 쪽 단부가 유니버셜 조인트를 통하여 플랫폼(12)에 연결되고, 다른 쪽 단부가 볼 소켓 조인트를 통하여베이스(11)에 연결된다. 선형 액튜에이터(13)들은 또한 서보 모터와 같은 구동 수단의 작동에 의하여 각각의 길이가 개별적으로 조정될 수 있다.The parallel mechanism 10 is provided with a base 11 at the top as shown in the figure, the platform 12 for supporting the tool is provided at a position away from the bottom of the base 11 by a predetermined distance. The linear actuators 13 have one end connected to the platform 12 via a universal joint and the other end connected to the base 11 via a ball socket joint. The linear actuators 13 can also be individually adjusted in length by the operation of a drive means such as a servo motor.

선형 액튜에이터(13)들의 길이가 각각 조정됨으로써, 플랫폼(12) 상에 제공되는 공구는 플랫폼(12)이 선형 액튜에이터(13)들의 길이 조정에 따라서 위치와 자세가 적절하게 변경될 수 있다. 그러므로, 플랫폼(12)에 설치되는 공구는 공작물을 가공하기 위하여 자세를 동시에 적절하게 취할 수 있다.By adjusting the length of the linear actuators 13, the tool provided on the platform 12 can be changed in position and posture as the platform 12 adjusts the length of the linear actuators 13. Therefore, the tool installed on the platform 12 can properly appropriately pose at the same time to process the workpiece.

그러나, 상기된 바와 같은 종래의 병렬 기구는 6개의 선형 액튜에이터들이 플랫폼에 집중적으로 설치되기 때문에, 볼 소켓 조인트들 사이에 발생되는 간섭에 의해 플랫폼의 작업 공간이 좁게 되어 플랫폼의 자세 작업 공간이 30°이상 가질 수 없으며, 아울러 플랫폼이 중앙으로부터 벗어나는 경우에 자세 작업 공간이 더욱 작은 각도로 된다.However, in the conventional parallel mechanism as described above, since six linear actuators are intensively installed on the platform, the working space of the platform is narrowed by the interference generated between the ball socket joints, so that the attitude working space of the platform is 30 °. It can not have any more, and also the posture work space becomes a smaller angle when the platform is off the center.

아울러, 상기된 바와 같은 종래의 병렬 기구는 플랫폼을 지지하는 볼 소켓 조인트의 설치 공간이 작으므로, 공구에 의한 공작물의 가공시에 선형 액튜에이터들이 비틀림 부하에 취약함은 물론, 플랫폼의 구속 운동에 6개의 링크 운동이 관여하므로 운동 해석이 복잡하다는 문제점이 있다.In addition, the conventional parallel mechanism as described above has a small installation space of the ball socket joint for supporting the platform, so that linear actuators are vulnerable to torsional load during machining of the workpiece by the tool, Link motion is involved, the motion analysis is complicated.

따라서, 본 발명의 목적은 작업 공간이 넓고 공구에 의한 공작물의 가공시에 공구에 가해지는 비틀림 부하에 강성을 가지는 한편, 운동 해석이 간단한 위치, 자세 분리 구동형 병렬 기구를 구비한 공작 기계를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a machine tool having a large working space and rigidity to the torsional load applied to the tool when the workpiece is processed by the tool, while having a simple position analysis and a posture separation driven parallel mechanism. It is.

상기된 바와 같은 목적은, 하우징과; 공작물을 가공하기 위한 공구가 제공되며 수평을 유지한 상태로 구동되는 상부 플랫폼과; 공구에 의하여 가공되는 공작물이 탑재되는 하부 플랫폼과; 상기 하우징의 천장과 상기 상부 플랫폼을 연결하도록 방사상으로 제공되는 상부 선형 액튜에이터들 각각의 길이가 변화됨으로써 상기 상부 플랫폼의 위치를 변화시키는 상위 병렬 기구와; 상기 하우징의 바닥과 상기 하부 플랫폼을 방사상으로 제공되는 하부 선형 액튜에이터들 각각의 길이가 변화됨으로써 상기 하부 플랫폼의 자세를 변화시키는 하위 병렬 기구와; 상기 공구 위치 선정 수단에 의하여 상기 상부 플랫폼이 이동될 때 상기 상부 플랫폼을 안내하며, 공구에 의하여 공작물이 가공될 때 발생하는 가공 부하를 지지하는 선형 운동 가이드 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 위치, 자세 분리 구동형 병렬 기구를 구비한 공작 기계에 의하여 달성될 수 있다.The object as described above, the housing; An upper platform provided with a tool for machining a workpiece and driven while being horizontal; A lower platform on which the workpiece processed by the tool is mounted; An upper parallel mechanism for changing the position of the upper platform by varying the length of each of the upper linear actuators provided radially to connect the ceiling of the housing and the upper platform; A lower parallel mechanism for changing the attitude of the lower platform by varying the length of each of the lower linear actuators provided radially across the bottom of the housing and the lower platform; And a linear motion guide assembly for guiding the upper platform when the upper platform is moved by the tool positioning means and for supporting a machining load generated when the workpiece is machined by the tool. According to the position, the position separation drive type parallel mechanism can be achieved by a machine tool.

상기에서, 상기 상위 병렬 기구의 상부 선형 액튜에이터들은 하단이 120°의 등간격으로 상기 상부 플랫폼에 배치되는 볼 소켓 조인트들을 통하여 상기 상부 플랫폼에 하단이 연결되고, 상단이 각각 유니버셜 조인트를 통하여 상기 하우징의 천장에 고정된다.In the above, the upper linear actuators of the upper parallel mechanism have a lower end connected to the upper platform through ball socket joints disposed on the upper platform at equal intervals of 120 °, and upper ends of the housing through universal joints, respectively. It is fixed to the ceiling.

또한, 상기 하위 병렬 기구의 하부 액튜에이터들은 하단이 120°의 등간격으로 상기 하부 플랫폼에 배치되는 볼 소켓 조인트들을 통하여 상기 하부 플랫폼에 연결되고, 상단이 각각 유니버셜 조인트를 통하여 상기 하우징의 바닥에 고정된다.In addition, the lower actuators of the lower parallel mechanism are connected to the lower platform through ball socket joints disposed at the lower platform at equal intervals of 120 °, and the upper ends are fixed to the bottom of the housing through universal joints, respectively. .

상기 하부 플랫폼은 상기 하부 선형 액튜에이터들의 중앙에 제공되는 중앙축 조립체에 의하여 요동 운동이 지지되고, 상기 중앙축 조립체는 하부 플랫폼의 하부 중앙에 고정되는 상부 중앙축과, 상기 상부 중앙축에 구면 결합되고 상기 하우징의 바닥에 고정되는 하부 중앙축을 구비한다.The lower platform is pivotally supported by a central shaft assembly provided at the center of the lower linear actuators, the central shaft assembly being spherically coupled to the upper central shaft and the upper central shaft fixed to the lower center of the lower platform. It has a lower central axis fixed to the bottom of the housing.

상기 선형 운동 가이드 조립체는 상기 하우징의 모서리 부분에 각각 제공되는 2쌍의 상하 운동 가이드들과, 상기 상하 운동 가이드들의 쌍에 각각 상하 방향으로 활주될 수 있도록 전후 방향으로 설치되는 한 쌍의 전후 운동 가이드들과, 상기 전후 운동 가이드들을 따라서 전후 방향으로 활주될 수 있도록 설치되는 한편, 상기 상부 플랫폼의 좌우 운동을 가이드하는 좌우 운동 가이드를 포함한다.The linear motion guide assembly includes two pairs of vertical motion guides respectively provided at corner portions of the housing, and a pair of front and rear motion guides installed in the front and rear directions to slide in the vertical direction on the pair of vertical motion guides, respectively. And it is installed so as to slide in the front and rear direction along the front and rear motion guide, and includes a left and right motion guide for guiding the left and right movement of the upper platform.

상기 좌우 운동 가이드는 상기 상부 플랫폼을 수평 상태로 유지하도록 사각 형상의 막대로 형성된다.The left and right motion guide is formed of a rectangular bar to keep the upper platform in a horizontal state.

도 1은 종래의 일반적인 공작기계를 도시한 도면,1 is a view showing a conventional general machine tool,

도 2는 종래의 일반적인 병렬기구를 도시한 도면.2 is a view showing a conventional general parallel mechanism.

도 3은 본 발명에 따른 위치, 자세 분리 구동형 병렬 기구를 구비한 공작 기계를 전체적으로 도시한 도면.3 is an overall view of a machine tool with a position, posture driven parallel mechanism in accordance with the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 위치, 자세 분리 구동형 병렬 기구를 구비한 공작 기계의 선형 운동 가이드를 도시한 도면.4 shows a linear motion guide of a machine tool with a positional, posture separated drive parallel mechanism according to the invention.

도 5는 본 발명의 위치, 자세 분리 구동형 병렬 기구를 구비한 공작 기계의 하위 병렬 기구를 도시한 도면.Fig. 5 shows a lower parallel mechanism of a machine tool with a position, posture separation driven parallel mechanism of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

20 : 병렬 기구 21 : 하우징20: parallel mechanism 21: housing

30 : 선형 액튜에이터 조립체 31 : 베이스30: linear actuator assembly 31: base

32 : 유니버셜 조인트 33 : 선형 액튜에이터32: universal joint 33: linear actuator

34 : 볼-소켓 조인트 35 : 상부 플랫폼34 ball-socket joint 35 upper platform

36 : 공구 40 : 선형 운동 가이드 조립체36: Tool 40: Linear Motion Guide Assembly

41 내지 47 : 선형 운동 가이드 50 : 하위 병렬기구41 to 47: linear motion guide 50: lower parallel mechanism

56 : 중앙축 조립체56: central axis assembly

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 따른 위치, 자세 분리 구동형 병렬 기구를 구비한 공작 기계를 전체적으로 도시한 도면이다.FIG. 3 is a view generally showing a machine tool having a positional, posture separated driving parallel mechanism according to the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 위치, 자세 분리 구동형 병렬 기구를 구비한 공작 기계(20)는 공구(36)가 설치되는 상부 플랫폼(35)을 구동하기 위한 3개의 선형 액튜에이터 조립체(33)로 구성되는 상위 병렬 기구(30), 선형 액튜에이터(33)들에 의하여 상부 플랫폼(35)이 구동될 때, 상부 플랫폼(35)을 X, Y, Z의 세 방향으로 안내하도록 상부 플랫폼(35)을 지지하는 선형 운동 가이드 조립체(40), 상부 플랫폼(35)의 하부에 위치되어 공작물(도시되지 않음)을 탑재된 하부 플랫폼(51) 및 이 하부 플랫폼(51)을 요동 가능하게 구동하기 위한 3개의 선형 액튜에이터(53)들을 가지는 하위 병렬 기구를 포함한다.As shown in Fig. 3, the machine tool 20 with a positional, posture driven parallel mechanism according to the invention comprises three linear actuator assemblies for driving the upper platform 35 on which the tool 36 is installed. When the upper platform 35 is driven by the upper parallel mechanism 30, the linear actuators 33, which are composed of 33, the upper platform to guide the upper platform 35 in three directions of X, Y, and Z. Linear motion guide assembly 40 supporting 35, lower platform 51 positioned below the upper platform 35 and mounted thereon with a workpiece (not shown) and oscillatingly driving the lower platform 51. And a lower parallel mechanism with three linear actuators 53 for the purpose.

도 4에는 상위 병렬 기구가 보다 상세하게 도시되어 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이, 상위 병렬 기구(30)는 3개의 선형 액튜에이터(33)들이 120°의 각도로 방사상으로 제공되며, 선형 액튜에이터(33)들의 상단이 유니버셜 조인트(32)들을 통하여 각각 하우징(21, 도 3 참조)의 상부에 고정되는 베이스(31)에 요동 가능하게 연결되고, 선형 액튜에이터(33)의 하단이 3개의 볼 소켓 조인트(34)들과 같은 구면 결합을 통하여 상부 플랫폼(35)의 상부면에 각각 요동 가능하게 연결된다. 상부 플랫폼(35)의 하부면에는 공작물을 가공하기 위한 공구(36)가 설치된다. 각각의 선형 액튜에이터(33)는 서보 모터 또는 유공압 장치 등에 의하여 화살표 방향으로 길이가 조정될 수 있다. 서보 모터 또는 유공압 장치에 의한 선형 액튜에이터(33)의 길이 조정 기구는 널리 공지되어 있으므로 본 명세서에서는 그 자세한 설명은 생략한다.The upper parallel mechanism is shown in more detail in FIG. 4, and as shown in FIG. 4, the upper parallel mechanism 30 is provided with three linear actuators 33 radially at an angle of 120 ° and a linear actuator ( The upper ends of the 33 are pivotably connected to the base 31 which is fixed to the upper part of the housing 21 (see FIG. 3), respectively, via the universal joints 32, and the lower end of the linear actuator 33 is a three ball socket joint. Spherically coupled to the upper surface of the upper platform 35 through spherical coupling, such as 34, respectively. The lower surface of the upper platform 35 is provided with a tool 36 for machining the workpiece. Each linear actuator 33 can be adjusted in the direction of the arrow by a servo motor or a pneumatic device. Since the length adjustment mechanism of the linear actuator 33 by a servo motor or a pneumatic device is well known, the detailed description is abbreviate | omitted in this specification.

도 4에 도시된 바와 같이, 상부 플랫폼(35)은 사각의 막대 형상을 가지는 좌우 운동 가이드(47)에 활주 가능하게 설치되며, 상기된 바와 같은 선형 액튜에이터(33)들의 구동에 의하여 좌우 운동 가이드(47)를 따라서 좌우 방향으로 수평 이동한다. 상부 플랫폼(35)이 사각의 막대 형상을 가지는 좌우 운동 가이드(47)에 설치되기 때문에, 상부 플랫폼(35)은 좌우 운동 가이드(47)의 길이 방향으로의 수평 이동만을 하며, 상하 방향으로 요동은 좌우 운동 가이드(47)에 의하여 구속된다.As shown in FIG. 4, the upper platform 35 is slidably installed on the left and right motion guides 47 having a rectangular bar shape, and the left and right motion guides are driven by driving the linear actuators 33 as described above. Move horizontally along the left and right directions. Since the upper platform 35 is installed in the left and right motion guide 47 having a rectangular bar shape, the upper platform 35 only performs horizontal movement in the longitudinal direction of the left and right motion guide 47, and the swinging in the vertical direction is performed. It is constrained by the left and right motion guide 47.

한편, 좌우 운동 가이드(47)는 도 3에 도시된 바와 같은 선형 운동 가이드 조립체(40)에 의하여 상하, 전후 방향으로 안내되며, 선형 운동 가이드 조립체(40)는 하우징(21)의 모서리 부분에 수직으로 고정된 4개의 상하 운동 가이드(41,42,43,44)들과, 상하 운동 가이드(41,42,43,44)들을 따라서 상하로 이동할 수 있도록 상하 운동 가이드(41,42,43,44)에 활주 가능하게 설치되는 한 쌍의 전후 운동 가이드(45,46)를 포함한다. 상하 운동 가이드(41,42,43,44) 및 전후 운동 가이드(45,46)들은 그 내면에 길이 방향으로 직선의 홈이 형성되고, 하나의 전후 운동 가이드(45)는 양측부가 한 쌍의 상하 운동 가이드(41,42)들의 홈에 활주 가능하게 설치되고, 다른 전후 운동 가이드(46)의 양측부는 하나의 운동 가이드(45)와 마주하는 위치에서 다른 쌍의 상하 운동 가이드(43,44)들의 홈에 활주 가능하게 설치된다.On the other hand, the left and right motion guide 47 is guided in the vertical direction, front and rear by the linear motion guide assembly 40 as shown in Figure 3, the linear motion guide assembly 40 is perpendicular to the corner portion of the housing 21 Up and down movement guides 41, 42, 43, 44 fixed to the upper and lower movement guides (41, 42, 43, 44) to move up and down along the up and down movement guides (41, 42, 43, 44) It includes a pair of front and rear motion guide (45, 46) slidably installed in the). The vertical motion guides 41, 42, 43, 44 and the front and rear motion guides 45 and 46 are formed with straight grooves in the longitudinal direction on the inner surface thereof, and one forward and backward motion guide 45 has a pair of upper and lower sides It is slidably installed in the grooves of the exercise guides 41 and 42, and both side portions of the other forward and backward exercise guides 46 of the other pair of vertical movement guides 43 and 44 in positions facing the one exercise guide 45 are provided. It is slidably installed in the groove.

이 때, 전후 운동 가이드(45,46)들의 내면에 형성된 홈은 서로 마주 보고 위치되며, 좌우 운동 가이드(47)가 전후 운동 가이드(45,46)들의 홈에 활주 가능하게 설치된다.At this time, the grooves formed on the inner surfaces of the front and rear motion guides 45 and 46 are positioned to face each other, and the left and right motion guide 47 is slidably installed in the grooves of the front and rear motion guides 45 and 46.

그러므로 , 선형 액튜에이터(33)들의 구동에 의하여 상부 플랫폼(35)에 상하 및 전후 방향으로 힘이 가해질 때, 상부 플랫폼(35)에 좌우 운동 가이드(47)가 전후 운동 가이드(45,46)를 따라서 전후 방향으로 이동하는 한편, 좌우 운동 가이드(47)를 통하여 전달되는 상하 방향의 힘에 의하여 전후 운동 가이드(45,46)들은 상하 운동 가이드(41,42,43,44)를 따라서 상하 방향으로 이동한다.Therefore, when a force is applied to the upper platform 35 in the up and down and front and rear directions by the driving of the linear actuators 33, the left and right motion guide 47 along the forward and backward motion guides 45 and 46 is applied to the upper platform 35. While moving forward and backward, the forward and backward motion guides 45 and 46 move upward and downward along the vertical motion guides 41, 42, 43, and 44 by the upward and downward force transmitted through the left and right motion guides 47. do.

결과적으로, 공구(36)가 설치되는 상부 플랫폼(35)이 X, Y, Z방향으로 이동하여, 하부 플랫폼(51)에 설치되는 공작물을 가공하기 위한 위치로 이동할 수 있다.As a result, the upper platform 35 on which the tool 36 is installed can move in the X, Y, and Z directions, and can be moved to a position for processing the workpiece installed on the lower platform 51.

도 3 및 도 4를 참조하면, 선형 운동 가이드 조립체(40)는 상부 플랫폼(35)이 선형 운동 가이드(41,42,43,44,45,46,47)에 의하여 좌우, 전후 및 상하 방향으로 이동됨으로써, 공작물이 상부 플랫폼(35)에 위치된 공구(36)에 의해 가공될 때, 공구(36)를 통하여 상부 플랫폼(35)에 가해지는 가공 부하, 특히 비틀림(torsion) 부하는 선형 운동 가이드(41,42,43,44,45,46,47)에 의해 지지되므로, 선형 액튜에이터 조립체(30)에 가해지는 가공 부하가 감소되어, 가공 부하에 의한 선형 액튜에이터 조립체(30)의 비틀림이 방지된다.Referring to FIGS. 3 and 4, the linear motion guide assembly 40 has the upper platform 35 in the left, right, front, and up and down directions by the linear motion guides 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47. By being moved, when the workpiece is machined by the tool 36 located on the upper platform 35, the processing load, in particular the torsional load, exerted on the upper platform 35 via the tool 36 is a linear motion guide. Supported by (41, 42, 43, 44, 45, 46, 47), the processing load on the linear actuator assembly 30 is reduced, thereby preventing the linear actuator assembly 30 from twisting due to the processing load. .

선형 액튜에이터 조립체(30)는 상기된 바와 같이 3개의 선형 액튜에이터(33)들이 서보 모터 또는 유공압 장치의 구동에 의하여 각각 직선 운동을 함으로써 선형 액튜에이터(33)들의 길이가 변화된다. 즉, 3개의 선형 액튜에이터(33)들이 서로 적절하게 동기되어, 상기 플랫폼(35)을 밀고 당김으로써 상부 플랫폼(35)이 가공 위치에 적절하게 위치된다. 이 때, 상부 플랫폼(35)이 여유 자유도를 갖지 않도록(유격되지 않도록) 선형 운동 가이드 조립체(40)의 선형 운동 가이드(41,42,43,44,45,46,47)들에 의하여 상부 플랫폼(35)의 운동이 3자유도로서 구속된다. 이러한 상부 플랫폼(35)의 구속 운동뿐만 아니라 선형 액튜에이터(33)의 모든 회전 조인트의 운동은 간접 구동으로 선형 액튜에이터(33)의 길이와 상위 병렬기구의 기하학적 구속 조건에 의하여 결정된다.As described above, the linear actuator assembly 30 changes the length of the linear actuators 33 as the three linear actuators 33 linearly move by driving of a servo motor or a pneumatic device, respectively. That is, the three linear actuators 33 are properly synchronized with each other so that the upper platform 35 is properly positioned at the machining position by pushing and pulling the platform 35. At this time, the upper platform by means of the linear motion guides 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47 of the linear motion guide assembly 40 such that the upper platform 35 does not have a degree of freedom (no play). The movement of 35 is constrained with three degrees of freedom. The movement of all rotary joints of the linear actuator 33 as well as the restraint movement of the upper platform 35 is determined by the length of the linear actuator 33 and the geometric constraints of the upper parallel mechanism in indirect drive.

본 발명의 메커니즘의 직접 구동 변수는 3개의 선형 액튜에이터(33)들의 길이로서, 볼-스크루를 이용한 서보 모터 또는 유공압 장치의 구동에 의하여 가능하게 된다.The direct drive variable of the mechanism of the invention is the length of the three linear actuators 33, which is made possible by the driving of a servo motor or a pneumatic device using a ball screw.

상기된 바와 같이, 상부 플랫폼(35)의 공작물 가공 위치가 결정되면, 상부 플랫폼(35)의 운동을 구속하기 위한 선형 운동 가이드 조립체(40)의 변수가 바로 결정되고, 상부 플랫폼(35)의 위치에 따라 각 선형 액튜에이터(33)들의 길이가 계산된다. 이는 직접 구동이 가능한 변수로 되어 서보 모터 또는 유공압 장치에 의해서 구동되며, 이 때 상하, 좌우, 전후 선형 운동 가이드에 선형 스케일 센서(Linear scale sensor)를 설치하여 플랫폼의 위치를 직접 측정할 수도 있다.As described above, once the workpiece machining position of the upper platform 35 is determined, the parameters of the linear motion guide assembly 40 for constraining the movement of the upper platform 35 are immediately determined and the position of the upper platform 35 is determined. According to this, the lengths of the respective linear actuators 33 are calculated. This is a variable that can be directly driven, and is driven by a servo motor or a pneumatic device. At this time, a linear scale sensor may be installed on the vertical motion guides in the vertical direction, the horizontal direction, the horizontal direction, and the horizontal direction.

도 5는 본 발명에 따른 하위 병렬 기구(50)를 개략적으로 도시한 도면이다.5 is a schematic illustration of the lower parallel mechanism 50 according to the invention.

상기된 바와 같은 상위 병렬 기구(30)가 공구(36)의 위치에 관계된다면, 하위 병렬기구(50)는 공구(36)에 의해 가공되는 공작물의 자세에 관계된다.If the upper parallel mechanism 30 as described above relates to the position of the tool 36, the lower parallel mechanism 50 relates to the attitude of the workpiece to be processed by the tool 36.

하위 병렬 기구(50)응 공작물이 탑재되는 하부 플랫폼(51)을 포함하고, 하부 플랫폼(51)은 상부 플랫폼(35)의 하부에 위치된다. 하부 플랫폼(51)은 그 하부면에 120°의 각도로 방사상으로 배치되는 3개의 볼-소켓 조인트(52)가 설치되며, 각각의 볼-소켓 조인트(52)에는 서보 모터 또는 유공압 장치에 의하여 그 길이가 가변되는 선형 액튜에이터(53)의 상단부가 연결된다. 선형 액튜에이터(53)는 하단부들이 각각 유니버셜 조인트(54)를 통하여 하우징(21)의 바닥에 고정되는 하부 베이스(55)에 설치된다.Lower parallel mechanism 50 includes a lower platform 51 on which a workpiece is mounted, the lower platform 51 being positioned below the upper platform 35. The lower platform 51 is provided with three ball-socket joints 52 disposed radially at an angle of 120 ° on its lower surface, and each ball-socket joint 52 is formed by a servo motor or a pneumatic device. The upper end of the linear actuator 53 of variable length is connected. The linear actuator 53 is installed at the lower base 55 where the lower ends are respectively fixed to the bottom of the housing 21 through the universal joint 54.

또한, 하부 플랫폼(51)의 중앙에는 상하 부분(56a,56b)이 볼-소켓 조인트(57)와 같은 구면 결합에 의하여 서로 연결되는 중앙축 조립체(56)가 제공된다. 상부 중앙축(56a)은 하부 플랫폼(56)의 하부 중앙에 고정되고, 하부 중앙축(56b)은 상부 중앙축(56a)에 대응하는 위치에서 베이스(55)에 고정된다.Also provided in the center of the lower platform 51 is a central shaft assembly 56 in which the upper and lower portions 56a and 56b are connected to each other by spherical coupling, such as ball-socket joints 57. The upper central axis 56a is fixed to the lower center of the lower platform 56, and the lower central axis 56b is fixed to the base 55 at a position corresponding to the upper central axis 56a.

선형 액튜에이터(53)들이 서보 모터 또는 유공압 장치에 의하여 그 길이가 가변됨으로써, 하부 플랫폼(51)은 공작물의 요잉, 피치, 롤의 자세가 얻어지며, 이때, 공작물을 지지하는 하부 플랫폼(51)은 중앙축 조립체(56)를 지지한다. 한편, 하부 플랫폼(51)의 각 운동 방향에 로터리 엔코더를 설치하여 공작물의 자세를 직접 측정할 수도 있다.Since the linear actuators 53 are variable in length by a servo motor or a pneumatic device, the lower platform 51 obtains the yaw, pitch, and roll posture of the workpiece, and at this time, the lower platform 51 supporting the workpiece is Support the central shaft assembly 56. On the other hand, by installing a rotary encoder in each movement direction of the lower platform 51 can also directly measure the posture of the workpiece.

아울러, 하위 병렬 기구(50)에서, 하위 병렬 기구(50)의 회전 조인트의 운동은 상위 병렬기구(30)에서와 마찬가지로 간접 구동으로 선형 액튜에이터의 길이와 하위 병렬기구(50)의 기하학적 구속 조건에 의하여 결정된다.In addition, in the lower parallel mechanism 50, the motion of the rotary joint of the lower parallel mechanism 50 is indirectly driven, as in the upper parallel mechanism 30, to the length of the linear actuator and the geometric constraints of the lower parallel mechanism 50. Is determined by.

상기된 바와 같이, 가공될 공작물이 탑재되는 하부 플랫폼(51)이 3개의 선형 액튜에이터(53)에 의하여 공작물의 가공 자세가 취해지고, 공작물의 가공 위치에 위치된 공구(36)는 공작물을 가공한다.As described above, the machining platform of the workpiece is taken by the three linear actuators 53 on the lower platform 51 on which the workpiece to be machined is mounted, and the tool 36 located at the machining position of the workpiece processes the workpiece. .

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 위치, 자세 분리 구동형 병렬 기구를 구비한 공작 기계는 다음과 같은 특유한 효과를 나타낸다.A machine tool having a positional, posture separated driving parallel mechanism according to the present invention configured as described above has the following unique effects.

각각의 위치와 자세 병렬기구가 조합되는 것에 의하여, 6-자유도를 가지므로 복합형상 가공이 가능하고, 각각의 위치와 자세 병렬기구에 더하여, 선형 운동 가이드 및 볼-소켓 조인트에 의하여 플랫폼의 운동이 구속됨으로써, 위치 및 자세 제어가 가능하고 구조해석이 용이한 한편, 공구에 가해지는 비틀림 부하를 선형 운동 가이드가 넓은 공간에서 지지하므로 가공부하가 선형 액튜에이터로 분산되어 공작 기계의 강성이 향상될 수 있다.The combination of each position and posture parallel mechanism allows 6-degrees of freedom, allowing complex machining, and in addition to the respective position and posture parallel mechanisms, the motion of the platform can be controlled by linear motion guides and ball-socket joints. By being constrained, the position and attitude control is possible and the structural analysis is easy, while the torsional load applied to the tool is supported in a large space by the linear motion guide, so that the machining load is distributed to the linear actuator, thereby improving the rigidity of the machine tool. .

따라서 소형, 경량의 기구로 고 강성의 공작기계를 제작할 수 있으므로 경량화가 가능하고, 선형 운동 가이드는 운동만 구속하며 비틀림을 제외한 가공 부하는 병렬기구가 지지하므로 소형으로도 구성이 가능하다.Therefore, it is possible to manufacture high rigidity machine tool with small size and light weight, so it is possible to reduce the weight. The linear motion guide is limited to the motion, and the processing load except torsion is supported by the parallel mechanism, so it can be configured as small size.

본 발명을 첨부한 도면을 참조로 상세히 설명하였으나 본 발명은 이에 한정된 것이 아니며 본 발명의 기술 사상을 벗어나지 않고 여러 가지 변경 및 수정을 할 수 있음을 알아야 한다.Although the present invention has been described in detail with reference to the accompanying drawings, it should be understood that the present invention is not limited thereto and various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

Claims (6)

하우징과;A housing; 공작물을 가공하기 위한 공구가 제공되며 수평을 유지한 상태로 구동되는 상부 플랫폼과;An upper platform provided with a tool for machining a workpiece and driven while being horizontal; 공구에 의하여 가공되는 공작물이 탑재되는 하부 플랫폼과;A lower platform on which the workpiece processed by the tool is mounted; 상기 하우징의 천장과 상기 상부 플랫폼을 연결하도록 방사상으로 제공되는 상부 선형 액튜에이터들 각각의 길이가 변화됨으로써 상기 상부 플랫폼의 위치를 변화시키는 상위 병렬 기구와;An upper parallel mechanism for changing the position of the upper platform by varying the length of each of the upper linear actuators provided radially to connect the ceiling of the housing and the upper platform; 상기 하우징의 바닥과 상기 하부 플랫폼을 방사상으로 제공되는 하부 선형 액튜에이터들 각각의 길이가 변화됨으로써 상기 하부 플랫폼의 자세를 변화시키는 하위 병렬 기구와;A lower parallel mechanism for changing the attitude of the lower platform by varying the length of each of the lower linear actuators provided radially across the bottom of the housing and the lower platform; 상기 공구 위치 선정 수단에 의하여 상기 상부 플랫폼이 이동될 때 상기 상부 플랫폼을 안내하며, 공구에 의하여 공작물이 가공될 때 발생하는 가공 부하를 지지하는 선형 운동 가이드 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치, 자세 분리 구동형 병렬 기구를 구비한 공작 기계.A linear motion guide assembly for guiding the upper platform when the upper platform is moved by the tool positioning means and for supporting a machining load generated when the workpiece is machined by the tool. Machine tool with separate driven parallel mechanism. 제 1 항에 있어서, 상기 상위 병렬 기구의 상부 선형 액튜에이터들은 하단이 120°의 등간격으로 상기 상부 플랫폼에 배치되는 볼 소켓 조인트들을 통하여 상기 상부 플랫폼에 하단이 연결되고, 상단이 각각 유니버셜 조인트를 통하여 상기 하우징의 천장에 고정되는 것을 특징으로 하는 위치, 자세 분리 구동형 병렬 기구를 구비한 공작 기계.The upper linear actuators of the upper parallel mechanism are connected to the upper platform through ball socket joints arranged on the upper platform at equal intervals of 120 °, and the upper ends of the upper parallel actuators to the universal joint, respectively. And a position, posture separation driven parallel mechanism, which is fixed to the ceiling of the housing. 제 1 항에 있어서, 상기 하위 병렬 기구의 하부 선형 액튜에이터들은 하단이 120°의 등간격으로 상기 하부 플랫폼에 배치되는 볼 소켓 조인트들을 통하여 상기 하부 플랫폼에 연결되고, 상단이 각각 유니버셜 조인트를 통하여 상기 하우징의 바닥에 고정되는 것을 특징으로 하는 위치, 자세 분리 구동형 병렬 기구를 구비한 공작 기계.The lower linear actuators of the lower parallel mechanism are connected to the lower platform through ball socket joints disposed at the lower platform at equal intervals of 120 °, and the upper ends of the lower parallel actuators respectively through universal joints. A machine tool having a positional, posture separated driving parallel mechanism, which is fixed to the bottom of the machine. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 하부 플랫폼은 상기 하부 선형 액튜에이터들의 중앙에 제공되는 중앙축 조립체에 의하여 요동 운동이 지지되고, 상기 중앙축 조립체는 하부 플랫폼의 하부 중앙에 고정되는 상부 중앙축과, 상기 상부 중앙축에 구면 결합되고 상기 하우징의 바닥에 고정되는 하부 중앙축을 구비하는 것을 특징으로 하는 위치, 자세 분리 구동형 병렬 기구를 구비한 공작 기계.4. The upper central shaft of claim 1 or 3, wherein the lower platform is supported by a rocking motion by a central shaft assembly provided at the center of the lower linear actuators, and the central shaft assembly is fixed to the lower center of the lower platform. And a lower central shaft that is spherically coupled to the upper central shaft and is fixed to the bottom of the housing. 제 1 항에 있어서, 상기 선형 운동 가이드 조립체는 상기 하우징의 모서리 부분에 각각 제공되는 2쌍의 상하 운동 가이드들과, 상기 상하 운동 가이드들의 쌍에 각각 상하 방향으로 활주될 수 있도록 전후 방향으로 설치되는 한 쌍의 전후 운동 가이드들과, 상기 전후 운동 가이드들을 따라서 전후 방향으로 활주될 수 있도록 설치되는 한편, 상기 상부 플랫폼의 좌우 운동을 가이드하는 좌우 운동 가이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치, 자세 분리 구동형 병렬 기구를 구비한 공작 기계.The linear motion guide assembly of claim 1, wherein the linear motion guide assembly is installed in the front-rear direction so as to slide in the vertical direction to the two pairs of vertical motion guides respectively provided at the corner portions of the housing and the pair of vertical motion guides. Position and posture separation drive, characterized in that it comprises a pair of front and rear movement guides, and the left and right movement guides which are installed to slide in the front and rear directions along the front and rear movement guides, and guide the left and right movements of the upper platform. Machine tool with type parallel mechanism. 제 5 항에 있어서, 상기 좌우 운동 가이드는 상기 상부 플랫폼을 수평 상태로 유지하도록 사각 형상의 막대로 형성되는 것을 특징으로 하는 위치, 자세 분리 구동형 병렬 기구를 구비한 공작 기계.6. The machine tool according to claim 5, wherein the left and right motion guides are formed of rectangular bars to keep the upper platform in a horizontal state.
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