TWI653121B - Compound parallel mechanism equipment - Google Patents

Abstract

本發明一種複合式並聯機構設備，包含：一機台、一加工裝置及一並聯機構，該加工裝置裝設於該機台上，包含有至少一主軸，該主軸一端設有一刀具座，用以夾持固定刀具，帶動該刀具進行旋轉，該並聯機構裝設於該機台上，與該加工裝置對應，該並聯機構包含有一固定平台、一活動平台、複數連動支鏈、複數驅動單元及一夾持旋轉單元，該活動平台通過該複數連動支鏈與該複數驅動單元與固定平台連結，而可由該複數驅動單元各別驅動該複數連動支鏈，帶動該活動平台進行三維空間運動，該夾持旋轉單元組設於該活動平台上，用以固定被加工物，及帶動被加工物旋轉；藉此，俾達結構簡單、成本低，結構剛度高，加工速度高，慣性低，加工精度高，多功能靈活性強，使用壽命長。

Description

複合式並聯機構設備

本發明係有關於一種加工設備，尤指一種複合式並聯機構設備。

按，傳統綜合加工中心機是以被加工物固定在工作臺面上，裝有刀具的主軸利用各軸向滑台進行程式設計移動加工，為滿足主軸在切削時剛性表現及移動行程，通常會造成結構設計過於龐大笨重，不利於高速移動切削。

傳統綜合加工中心機具有以下缺點：1.結構複雜，無法實現模組化，製造和庫存成本高。2.結構剛度低，易因負荷過度而變形損壞。3.加工速度慢，慣性高。4.具有幾何誤差累積、放大的現象，加工精度低。5.無法應用於多種加工，功能性低，靈活性差。6.易因鐵屑或冷卻液進入導軌內部而導致劃傷、磨損或銹蝕現象，使用壽命短。

本發明人有鑑於傳統綜合加工中心機具有上述缺點，是以乃思及創作的意念，經多方探討與試作樣品試驗，及多次修正改良後，終推出本發明。

本發明提供一種複合式並聯機構設備，包含：一機台，該機台的水平左右方向定義X軸，該機台的水平前後方向定義為Y軸，該機台的垂直上下方向定義為Z軸；一加工裝置，該加工裝置裝設於該機台上，包含有至少一主軸，該主軸一端設有一刀具座，用以夾持固定刀具，帶動該刀具進行旋轉；及一並聯機構，該並聯機構裝設於該機台上，與該加工裝置對應，該並聯機構包 含有一固定平台、一活動平台、複數連動支鏈、複數驅動單元及一夾持旋轉單元，該活動平台周緣凸設複樞接部，該複數連動支鏈各包含有一搖臂及兩連桿，該搖臂一端設置一旋動部，另一端設置一樞軸部，該兩連桿係平行設置，一端設置一第一樞轉部，另一端設置一第二樞轉部，該兩連桿之第一樞轉部與該搖臂之樞軸部兩側樞接，該兩連桿之第二樞轉部與該活動平成的其中一樞接部兩側樞接，該複數驅動單元對應該複數連動支鏈裝設於該固定平台上，分別與該複數連動支鏈之搖臂的樞軸部連結，用以各別驅動該複數連動支鏈，帶動該活動平台於X軸、Y軸及Z軸三維空間運動，該夾持旋轉單元組設於該活動平台上，隨該活動平台移動，該夾持旋轉單元包含有一中空旋轉平台及一夾座，該中空旋轉平台設置於該活動平台靠近該固定平台的一側，該夾座設置於該活動平台遠離該固定平台的一側，通過活動平台與該中空旋轉平台結合連動，而可由中空旋轉平台連動該夾座旋轉。

本發明複合式並聯機構設備之主要目的，在於其結構簡單，可實現模組化，製造和庫存成本高，易於組裝和搬運，大幅縮減機床占地空間，並且結構剛度高，不易因負荷過度而變形損壞。

本發明複合式並聯機構設備之次一目的，在於其加工速度高，慣性低，不存在傳統機床的幾何誤差累積和放大的現象，擁有熱對稱性結構設計，因此熱變形較小，具有高精度的優點。

本發明複合式並聯機構設備之另一目的，在於其可用以實現銑削、鏜削、磨削等加工，功能性高，靈活性佳，並且不存在鐵屑或冷卻液進入導軌內部而導致其劃傷、磨損或銹蝕現象，使用壽命長。

10‧‧‧機台

20‧‧‧加工裝置

21‧‧‧第一伺服滑台

22‧‧‧第二伺服滑台

23‧‧‧主軸

231‧‧‧刀具座

24‧‧‧動力刀塔

25‧‧‧氣壓滑台

26‧‧‧換刀機構

27‧‧‧轉向機構

30‧‧‧並聯機構

31‧‧‧固定平台

32‧‧‧活動平台

321‧‧‧樞接部

3211‧‧‧樞接孔

33‧‧‧連動支鏈

331‧‧‧搖臂

3311‧‧‧旋動部

3312‧‧‧樞軸部

3313‧‧‧旋動孔

3314‧‧‧樞軸孔

332‧‧‧連桿

3321‧‧‧第一樞轉部

3322‧‧‧第二樞轉部

333‧‧‧第一樞軸單元

3331‧‧‧第一搖臂轉軸

3332‧‧‧第一外隔環

334‧‧‧第二樞軸單元

3341‧‧‧第二搖臂轉軸

3342‧‧‧第二外隔環

34‧‧‧驅動單元

341‧‧‧固定座

342‧‧‧第一驅動裝置

343‧‧‧搖臂軸

344‧‧‧聯軸器

345‧‧‧第一軸承座

346‧‧‧第二軸承座

35‧‧‧夾持旋轉單元

351‧‧‧中空旋轉平台

352‧‧‧夾座

353‧‧‧第二驅動裝置

第一圖係本發明第一較佳實施例之立體圖。

第二圖係本發明第一較佳實施例之另一立體圖。

第三圖係本發明第一較佳實施例之平面圖。

第四圖係本發明第一較佳實施例之另一平面圖。

第五圖係本發明並聯機構之立體圖。

第六圖係本發明並聯機構之立體分解圖。

第七圖係本發明並聯機構之動作示意圖(一)。

第八圖係本發明並聯機構之動作示意圖(二)。

第九圖係本發明並聯機構之動作示意圖(三)。

第十圖係本發明並聯機構之動作示意圖(四)。

第十一圖係本發明第二較佳實施例之平面圖。

第十二圖係本發明第三較佳實施例之平面圖。

第十三圖係本發明第四較佳實施例之平面圖。

第十四圖係本發明第五較佳實施例之平面圖。

第十五圖係本發明第六較佳實施例之平面圖。

第十六圖係本發明第七較佳實施例之立體圖。

第十七圖係本發明第八較佳實施例之立體圖。

第十八圖係本發明第九較佳實施例之立體圖。

請參閱第一圖、第二圖、第三圖、第四圖、第五圖及第六圖，本發明複合式並聯機構設備之第一實施例，包含：一機台10、一加工裝置20及一 並聯機構30。

該機台10的水平左右方向定義X軸，該機台10的水平前後方向定義為Y軸，該機台10的垂直上下方向定義為Z軸。

該加工裝置20裝設於該機台10上，包含有一第一伺服滑台21、一第二伺服滑台22、一主軸23、一動力刀塔24、一氣壓滑台25及一換刀機構26，該第一伺服滑台21係沿X軸方向設置於該機台10上，該第二伺服滑台22係沿Y軸方向設置於該機台10上，該主軸23於本實施例為內藏式電主軸，該主軸23設置於該第一伺服滑台21上，而可由該第一伺服滑台21帶動該主軸23沿X軸方向位移，該主軸23一端設有一刀具座231，用以夾持固定刀具，帶動該刀具進行旋轉，該動力刀塔24係設置於該第二伺服滑台22上，而可由該第二伺服滑台22帶動該動力刀塔24沿Y軸方向位移，該氣壓滑台25係沿Y軸方向設置於該機台10上，該換刀機構26設置於該氣壓滑台25上，而可由該氣壓滑台25帶動該換刀機構26沿Y軸方向位移。

該並聯機構30裝設於該機台10上，與該加工裝置20對應，該並聯機構30包含有一固定平台31、一活動平台32、複數連動支鏈33、複數驅動單元34及一夾持旋轉單元35。

該活動平台32周緣凸設複數樞接部321，於本實施例該活動平台32周緣凸設三樞接部321，每一樞接部321設有一橫向貫穿之樞接孔3211。

該複數連動支鏈33於本實施例為三連動支鏈33，各該連動支鏈33包含有一搖臂331、兩連桿332、一第一樞軸單元333及一第二樞軸單元334，該搖臂331一端設置一旋動部3311，另一端設置一樞軸部3312，該旋動部3311設有一旋動孔3313，該樞軸部3312設有一樞軸孔3314，該兩連桿332一端設置一第一 樞轉部3321，另一端設置一第二樞轉部3322，該第一樞軸單元333具有兩第一搖臂轉軸3331及一第一外隔環3332，該第一樞軸單元333組設於該搖臂331之樞軸部3312，該兩第一搖臂轉軸3331結合該搖臂331之樞軸部3312兩側，並且該兩第一搖臂轉軸3331一部分穿設於該樞軸部3312之樞軸孔3314內，該第一外隔環3332容置於該樞軸部3312之樞軸孔3114內，與該兩第一搖臂轉軸3331套接，該兩第一搖臂轉軸3331於該樞軸部3312兩側與該兩連桿332之第一樞轉部3321樞接，該第二樞軸單元334具有兩第二搖臂轉軸3341及一第二外隔環3342，該第二樞軸單元334組設於該活動平台32的其中一樞接部321，該兩第二搖臂轉軸3341結合該樞接部321兩側，並且該兩第二搖臂轉軸3341一部分穿設於該樞接部321之樞接孔3211內，該第二外隔環3342容置於該樞接部321之樞接孔3211內，與該兩第二搖臂轉軸3341套接，該兩第二搖臂轉軸3341於該樞接部321兩側與該兩連桿332之第二樞轉部3322樞接，使得該活動平台32受該複數連動支鏈33懸空支撐。

該複數驅動單元34於本實施例為三驅動單元34，對應該三連動支鏈33裝設於該固定平台31上，分別與該三連動支鏈33連結，各該驅動單元34包含有一固定座341、一第一驅動裝置342、一搖臂軸343、一聯軸器344、一第一軸承座345及一第二軸承座346，該固定座341裝設於該固定平台31上，該第一驅動裝置342於本實施例為伺服馬達，通過該固定座341裝設於該固定平台31上，該搖臂軸343通過該聯軸器344與該第一驅動裝置342聯結，受該第一驅動裝置342驅動正、逆向旋轉，該搖臂軸343穿設該連動支鏈33之搖臂331的旋動孔3313結合，使得該搖臂331可隨該搖臂軸343正、逆向旋動，該第一軸承座345通過該固定座341裝設於該固定平台10上，該第二軸承座346直接裝設於該固定平台10 上，使得該第一軸承座345與該第二軸承座346間隔一段距離，該第一軸承座345與該第二軸承座346供該搖臂軸343穿設，該第一軸承座345與該第二軸承座346位於該搖臂331之旋動部3311兩側限位該搖臂331。

該夾持旋轉單元35組設於該活動平台32上，隨該活動平台32移動，該夾持旋轉單元35包含有一中空旋轉平台351、一夾座352及一第二驅動裝置353，該中空旋轉平台351設置於該活動平台32靠近該固定平台31的一側，該夾座352設置於該活動平台32遠離該固定平台31的一側，通過活動平台32與該中空旋轉平台351結合連動，該第二驅動裝置353於本實施例為伺服馬達，用以驅動該中空旋轉平台351連動該夾座352旋轉。

使用時，請配合參閱第七圖、第八圖、第九圖及第十圖，將被加工物固定在夾持旋轉單元35的夾座352上，由第二驅動裝置353驅動旋轉，刀具裝設於主軸23上，由該主軸23帶動在固定位置旋轉，由事先編輯的指令控制三驅動單元34之第一驅動裝置342驅動搖臂軸343正、逆向旋轉，使得三驅動單元34之搖臂軸343帶動三連動支鏈33之搖臂331進行正、逆向旋動，再由三連動支鏈33之搖臂331同步或不同步通過第一樞軸單元333、兩連桿332及第二樞軸單元334連動活動平台32及夾持旋轉單元35夾座352上固定的被加工物於X軸、Y軸及Z軸三維空間中移動加工，可輕易達成五面加工，中低速刀具加工時(5000RPM以下)，可使用第二伺服滑台22上的動力刀塔24做為刀具交換使用，高速刀具加工時，可使用第一伺服滑台21上的主軸23搭配氣壓滑台25上換刀機構26自動換刀，活動平台32上可設置量測裝置，用於探測刀具長度，主軸23也可設置量測裝置，用於探測被加工物座標。

再者，如第十一圖所示，係為本發明複合式並聯機構設備之第二 實施例，該第二實施例之加工裝置20包含有一第一伺服滑台21、一主軸23、一氣壓滑台25及一換刀機構26，該第一伺服滑台21係沿X軸方向設置於該機台10上，該主軸23於本實施例為內藏式電主軸，該主軸23設置於該第一伺服滑台21上，而可由該第一伺服滑台21帶動該主軸23沿X軸方向位移，該主軸23一端設有一刀具座231，用以夾持固定刀具，帶動該刀具進行旋轉，該氣壓滑台25係沿Y軸方向設置於該機台10上，該換刀機構26設置於該氣壓滑台25上，而可由該氣壓滑台25帶動該換刀機構26沿Y軸方向位移。

如第十二圖所示，係為本發明複合式並聯機構設備之第三實施例，該第三實施例之加工裝置20包含有一第一伺服滑台21及兩主軸23，該第一伺服滑台21係沿X軸方向設置於該機台10上，該兩主軸23於本實施例為內藏式電主軸，該兩主軸23設置於該第一伺服滑台21上，而可由該第一伺服滑台21帶動該主軸23沿X軸方向位移，該兩主軸23一端分別設有一刀具座231，用以夾持固定刀具，帶動該刀具進行旋轉。

如第十三圖所示，係為本發明複合式並聯機構設備之第四實施例，該第四實施例之加工裝置20包含有一第二伺服滑台22、一主軸23、一動力刀塔24及一換刀機構26，該第二伺服滑台22係沿Y軸方向設置於該機台10上，該主軸23於本實施例為內藏式電主軸，該主軸23設置於該第二伺服滑台22上，而可由該第二伺服滑台22帶動該主軸23沿Y軸方向位移，該主軸23一端設有一刀具座231，用以夾持固定刀具，帶動該刀具進行旋轉，該動力刀塔24係設置於該第二伺服滑台22上，而可由該第二伺服滑台22帶動該動力刀塔24沿Y軸方向位移，該換刀機構26設置於該機台10上。

如第十四圖所示，係為本發明複合式並聯機構設備之第五實施 例，該第五實施例之加工裝置20包含有一第二伺服滑台22、兩主軸23及一動力刀塔24，該第二伺服滑台22係沿Y軸方向設置於該機台10上，該兩主軸23於本實施例為內藏式電主軸，該兩主軸23設置於該第二伺服滑台22上，而可由該第二伺服滑台22帶動該兩主軸23沿Y軸方向位移，該兩主軸23一端分別設有一刀具座231，用以夾持固定刀具，帶動該刀具進行旋轉，該動力刀塔24係設置於該第二伺服滑台22上，而可由該第二伺服滑台22帶動該動力刀塔24沿Y軸方向位移。

如第十五圖所示，係為本發明複合式並聯機構設備之第六實施例，該第六實施例之加工裝置20包含有一第一伺服滑台21、一主軸23、一氣壓滑台25、一換刀機構26及一轉向機構27，該第一伺服滑台21係設置於該轉向機構27上，而可於X軸方向與Y軸方向間自由轉換，該主軸23於本實施例為內藏式電主軸，該主軸23設置於該第一伺服滑台21上，而可由該第二伺服滑台22帶動位移，該主軸23一端分別設有一刀具座231，用以夾持固定刀具，帶動該刀具進行旋轉，該氣壓滑台25設置於該第一伺服滑台21上，該換刀機構26設置於該氣壓滑台25上，而可由該氣壓滑台25帶動該換刀機構26位移。

如第十六圖所示，係為本發明複合式並聯機構設備之第七實施例，該第七實施例之並聯機構30以活動平台32朝下倒吊設置於該機台10上。

如第十七圖所示，係為本發明複合式並聯機構設備之第八實施例，該第八實施例之並聯機構30以活動平台32朝上設置於該機台10上。

如第十八圖所示，係為本發明複合式並聯機構設備之第九實施例，該第九實施例之並聯機構30以活動平台32朝向一側設置於該機台10上。

由上述具體實施例之結構，可得到下述之效益：

1.本發明複合式並聯機構設備，其結構簡單，可實現模組化，製造和庫存成本高，易於組裝和搬運，大幅縮減機床占地空間，並且結構剛度高，不易因負荷過度而變形損壞。

2.本發明複合式並聯機構設備，其加工速度高，慣性低，不存在傳統機床的幾何誤差累積和放大的現象，擁有熱對稱性結構設計，因此熱變形較小，具有高精度的優點。

3.本發明複合式並聯機構設備，其可用以實現銑削、鏜削、磨削等加工，功能性高，靈活性佳，並且不存在鐵屑或冷卻液進入導軌內部而導致其劃傷、磨損或銹蝕現象，使用壽命長。

Claims (10)

1. 一種複合式並聯機構設備，包含：一機台，該機台的水平左右方向定義X軸，該機台的水平前後方向定義為Y軸，該機台的垂直上下方向定義為Z軸；一加工裝置，該加工裝置裝設於該機台上，包含有至少一主軸，該主軸一端設有一刀具座，用以夾持固定刀具，帶動該刀具進行旋轉；及一並聯機構，該並聯機構裝設於該機台上，與該加工裝置對應，該並聯機構包含有一固定平台、一活動平台、複數連動支鏈、複數驅動單元及一夾持旋轉單元，該活動平台周緣凸設複樞接部，該複數連動支鏈各包含有一搖臂及兩連桿，該搖臂一端設置一旋動部，另一端設置一樞軸部，該兩連桿係平行設置，一端設置一第一樞轉部，另一端設置一第二樞轉部，該兩連桿之第一樞轉部與該搖臂之樞軸部兩側樞接，該兩連桿之第二樞轉部與該活動平或的其中一樞接部兩側樞接，該複數驅動單元對應該複數連動支鏈裝設於該固定平台上，分別與該複數連動支鏈之搖臂的樞軸部連結，用以各別驅動該複數連動支鏈，帶動該活動平台於X軸、Y軸及Z軸三維空間運動，該夾持旋轉單元組設於該活動平台上，隨該活動平台移動，該夾持旋轉單元包含有一中空旋轉平台及一夾座，該中空旋轉平台設置於該活動平台靠近該固定平台的一側，該夾座設置於該活動平 台遠離該固定平台的一側，通過活動平台與該中空旋轉平台結合連動，而可由中空旋轉平台連動該夾座旋轉。
2. 如申請專利範圍第1項所述之複合式並聯機構設備，其中該並聯機構之活動平台的每一樞接部各設有一橫向貫穿之樞接孔，該並聯機構之連動支鏈包含有一搖臂、兩連桿、一第一樞軸單元及一第二樞軸單元，該搖臂一端設置一旋動部，另一端設置一樞軸部，該旋動部設有一旋動孔，該樞軸部設有一樞軸孔，該兩連桿一端設置一第一樞轉部，另一端設置一第二樞轉部，該第一樞軸單元組設於該搖臂之樞軸部，並於該樞軸部兩側與該兩連桿之第一樞轉部樞接，該第二樞軸單元組設於該活動平台的其中一樞接部，並於該樞接部兩側與該兩連桿之第二樞轉部樞接，使得該活動平台受該複數連動支鏈懸空支撐。
3. 如申請專利範圍第2項所述之複合式並聯機構設備，其中該連動支鏈之第一樞軸單元具有兩第一搖臂轉軸及一第一外隔環，該第一樞軸單元組設於該搖臂之樞軸部，該兩第一搖臂轉軸結合該搖臂之樞軸部兩側，並且該兩第一搖臂轉軸一部分穿設於該樞軸部之樞軸孔內，該第一外隔環容置於該樞軸部之樞軸孔內，與該兩第一搖臂轉軸套接，該兩第一搖臂轉軸於該樞軸部兩側與該兩連桿之第一樞轉部樞接，該連動支鏈之第二樞軸單元具有兩第二搖臂轉軸及一第二外隔環，該兩第二搖臂轉軸結合該樞接部兩側，並且該兩第二搖臂轉軸一部分穿設於該樞接部之樞接孔內，該第二外隔環容置於該樞接部之樞接孔內，與 該兩第二搖臂轉軸套接，該兩第二搖臂轉軸於該樞接部兩側與該兩連桿之第二樞轉部樞接。
4. 如申請專利範圍第1項所述之複合式並聯機構設備，其中該並聯機構之驅動單元包含有一第一驅動裝置、一搖臂軸、一第一軸承座及一第二軸承座，該第一驅動裝置裝設於該固定平台上，該搖臂軸係與該第一驅動裝置聯結，受該第一驅動裝置驅動正、逆向旋轉，該搖臂軸穿設該連動支鏈之搖臂的旋動孔結合，使得該搖臂軸與該搖臂連動，該第一軸承座與該第二軸承座以間隔一段距離裝設於該固定平台上，供該搖臂軸穿設，該第一軸承座與該第二軸承座位於該搖臂之旋動部兩側限位該搖臂。
5. 如申請專利範圍第4項所述之複合式並聯機構設備，其中該驅動單元另包含有一固定座，該第一驅動裝置及該第一軸承座通過該固定座裝設於該固定平台上。
6. 如申請專利範圍第4項所述之複合式並聯機構設備，其中該驅動單元另包含有一聯軸器，該搖臂軸通過該聯軸器與該第一驅動裝置聯結。
7. 如申請專利範圍第4、5或6項所述之複合式並聯機構設備，其中該第一驅動裝置為伺服馬達。
8. 如申請專利範圍第1項所述之複合式並聯機構設備，其中該夾持旋轉單元另包含有一第二驅動裝置，該第二驅動裝置用以驅動該中空旋轉平台連動該夾座旋轉。
9. 如申請專利範圍第8項所述之複合式並聯機構設備，其中該第二驅動裝置為伺服馬達。
10. 如申請專利範圍第1項所述之複合式並聯機構設備，其中該加工裝置包含有一第一伺服滑台、一第二伺服滑台、一主軸、一動力刀塔、一氣壓滑台及一換刀機構，該第一伺服滑台係沿X軸方向設置於該機台上，該第二伺服滑台係沿Y軸方向設置於該機台上，該主軸為內藏式電主軸，該主軸設置於該第一伺服滑台上，而可由該第一伺服滑台帶動該主軸沿X軸方向位移，該主軸一端設有一刀具座，用以夾持固定刀具，帶動該刀具進行旋轉，該動力刀塔係設置於該第二伺服滑台上，而可由該第二伺服滑台帶動該動力刀塔沿Y軸方向位移，該氣壓滑台係沿Y軸方向設置於該機台上，該換刀機構設置於該氣壓滑台上，而可由該氣壓滑台帶動該換刀機構沿Y軸方向位移。