專利名稱：無(wú)動(dòng)平臺(tái)式五條腿虛擬軸機(jī)床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械制造領(lǐng)域。
虛擬軸機(jī)床(亦稱并聯(lián)式數(shù)控機(jī)床或多腿機(jī)床)的出現(xiàn)，被認(rèn)為是機(jī)床結(jié)構(gòu)的革命，因?yàn)樗鼪](méi)有傳統(tǒng)機(jī)床的齒輪、軸、變速箱、導(dǎo)軌等零部件，不將軸系一層層迭加，只用幾個(gè)可變長(zhǎng)度桿就可以獲得足夠的自由度，而使機(jī)床的結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，且具有為原機(jī)床無(wú)法比擬的優(yōu)越性，是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外在數(shù)控機(jī)床研究方面的一個(gè)新的熱點(diǎn)課題。
1994年，在芝加哥國(guó)際制造技術(shù)展覽會(huì)上，美國(guó)的根汀斯與萊威斯(Giddings & Lewis)公司和因格塞公司(Ingersoll)在世界上第一次展出了虛擬軸機(jī)床，引起了轟動(dòng)效應(yīng)。
1997年，在歐洲國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上，美國(guó)、日本、法國(guó)等國(guó)家的大學(xué)和機(jī)床制造商展出了十余臺(tái)虛擬軸機(jī)床樣機(jī)。國(guó)內(nèi)清華大學(xué)和天津大學(xué)聯(lián)合研制了虛擬軸機(jī)床樣機(jī)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)和東北大學(xué)也分別研制了虛擬軸機(jī)床的樣機(jī)，但這些研究成果都是基于Stewart平臺(tái)機(jī)構(gòu)的六條腿機(jī)床(東北大學(xué)的除外)它們都具有六個(gè)自由度，這些研究成果的不足之處是六個(gè)可變長(zhǎng)度桿都以球鉸和動(dòng)平臺(tái)相連，鉸鏈點(diǎn)的位置精度直接影響了機(jī)床的精度且裝配工藝性差，增加了制造的難度。當(dāng)機(jī)床調(diào)整或有誤差存在時(shí)，六個(gè)可變長(zhǎng)度桿的分析和調(diào)整都十分困難，無(wú)所適從，也增加了控制上的難度。另外圍繞平臺(tái)法線運(yùn)轉(zhuǎn)的自由度是多余的，還增加了復(fù)雜性。
本發(fā)明的目的在于提供一種無(wú)動(dòng)平臺(tái)式五條腿虛擬軸機(jī)床，這種虛擬軸機(jī)床具有結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、精度剛度高、工藝性好等優(yōu)點(diǎn)，在空間曲面加工領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
本發(fā)明的無(wú)動(dòng)平臺(tái)式五條腿虛擬軸機(jī)床，包括工作臺(tái)3、固定機(jī)架1和機(jī)床主軸4等組成，其特征在于機(jī)床主軸4的中心線上有兩個(gè)相連接的復(fù)合球鉸5、6，下端的是一個(gè)與三根可變長(zhǎng)度桿2相連的三維復(fù)合球鉸5，上端的是一個(gè)與兩根可變長(zhǎng)度桿7相連的兩維復(fù)合球鉸6，5根可變長(zhǎng)度桿都以球鉸10與固定機(jī)架1相連接，主軸電機(jī)9安裝在固定機(jī)架1上，用鋼絲軟軸8驅(qū)動(dòng)機(jī)床主軸4，也可以將主軸電機(jī)9直接安裝在機(jī)床主軸4上。
附圖及實(shí)施例

圖1為無(wú)動(dòng)平臺(tái)式五條腿虛擬軸機(jī)床示意1為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在附圖1中，1為固定機(jī)架、2為3根可變長(zhǎng)度桿，3為工作臺(tái)，4為機(jī)床主軸，5為三維復(fù)合球鉸，6為兩維復(fù)合球鉸，7為兩根可變長(zhǎng)度桿，8為鋼絲軟軸，9為主軸電機(jī)，10為球鉸。這種新結(jié)構(gòu)的虛擬軸機(jī)床，它只有5根受控可變長(zhǎng)度桿，5根可變長(zhǎng)度桿的上端都以球鉸10與固定機(jī)架1相連接。其中3根可變長(zhǎng)度桿2的下端匯交于機(jī)床主軸4上的一個(gè)三維復(fù)合球鉸5上，另外兩根可變長(zhǎng)度桿7匯交于另一個(gè)兩維復(fù)合球鉸6上。連接兩個(gè)復(fù)合球鉸5、6的兩個(gè)球心的構(gòu)件即是虛擬軸機(jī)床的機(jī)床主軸4，主軸電機(jī)9安裝在固定機(jī)架1上，以鋼絲軟軸8驅(qū)動(dòng)機(jī)床主軸4。
這種新結(jié)構(gòu)的虛擬軸機(jī)床與六條腿的虛擬軸機(jī)床相比較，無(wú)動(dòng)平臺(tái)具有同樣的實(shí)用自由度下受控的自由度少、解耦性好，控制算法簡(jiǎn)單而易實(shí)現(xiàn)控制。五根可變長(zhǎng)度桿與固定機(jī)架相連的運(yùn)動(dòng)副均為球鉸，匯交于三維復(fù)合鉸鏈的三桿的長(zhǎng)度實(shí)際上確定了主軸上一點(diǎn)的坐標(biāo)位置；匯交于二維復(fù)合鉸的兩桿的長(zhǎng)度再?zèng)Q定主軸軸線的方向。各桿的作用十分明確，剛度高，誤差易于校正精度高。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)動(dòng)平臺(tái)式五條腿虛擬軸機(jī)床，包括工作臺(tái)3、固定機(jī)架1和機(jī)床主軸4等組成，其特征在于機(jī)床主軸4的中心線上有兩個(gè)相連接的復(fù)合球鉸5、6，下端的是一個(gè)與3根可變長(zhǎng)度桿2相連的三維復(fù)合球鉸5；上端的是一個(gè)與兩根可變長(zhǎng)度桿7相連的兩維復(fù)合球鉸6，5根可變長(zhǎng)度桿都以球鉸10與固定機(jī)架1相連接，安裝在固定機(jī)架1上的主軸電機(jī)9用鋼絲軟軸8驅(qū)動(dòng)機(jī)床主軸4。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)動(dòng)平臺(tái)式五條腿虛擬軸機(jī)床，其特征在于主軸電機(jī)9也可以直接安裝在機(jī)床主軸4上。
全文摘要
本發(fā)明屬于機(jī)械制造領(lǐng)域。其特征是:機(jī)床主軸4的中心線上有兩個(gè)相連接的復(fù)合球鉸5、6,下端的是一個(gè)與3根可變長(zhǎng)度桿2相連接的三維復(fù)合球鉸5;上端的是一個(gè)與兩根可變長(zhǎng)度桿7相連接的兩維復(fù)合球鉸6,5根可變長(zhǎng)桿都以球鉸10與固定機(jī)架1相連接,安裝在固定機(jī)架1上的主軸電機(jī)9用鋼絲軟軸8驅(qū)動(dòng)機(jī)床主軸4。該虛擬軸機(jī)床無(wú)動(dòng)平臺(tái),受控自由度少,解耦性好,精度剛度高,控制算法簡(jiǎn)單而易實(shí)現(xiàn)控制。
文檔編號(hào)B23Q15/013GK1270874SQ0011487
公開日2000年10月25日 申請(qǐng)日期2000年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月18日
發(fā)明者黃真, 崔云起 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)