本發(fā)明屬于機(jī)械制造領(lǐng)域，特別涉及一種適合臥式加工三自由度并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是制造業(yè)中的重要加工裝備，傳統(tǒng)的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床通常采用龍門式結(jié)構(gòu)，工作臺(tái)、橫梁和主軸部件實(shí)現(xiàn)X、Y、Z軸的移動(dòng)，再加上擺叉式或萬能擺頭，實(shí)現(xiàn)AC軸或AB軸的兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這類五軸數(shù)控機(jī)床的主軸偏轉(zhuǎn)角度較大，在單個(gè)軸線上可以達(dá)到很高的回轉(zhuǎn)速度和加速度，但是在大擺角加工時(shí)存在擺角自動(dòng)回轉(zhuǎn)造成零件銑傷；而且五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工設(shè)備旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在高速加工時(shí)存在無效路徑長(zhǎng)的現(xiàn)象，從而造成擺角速度與線性軸速度不匹配造成零件輪廓精度低或機(jī)床報(bào)警；為了承載末端部件的重量，前端支撐部件的運(yùn)動(dòng)慣性大，因而不宜實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)。

為了克服擺叉式主軸頭擺角結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，國內(nèi)外一些研究人員和公司利用并聯(lián)機(jī)構(gòu)剛度高、慣性低、承載能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，提出了并聯(lián)構(gòu)型主軸頭結(jié)構(gòu)。這種新型主軸頭結(jié)構(gòu)發(fā)揮了純串聯(lián)和純并聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、可重構(gòu)能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，可根據(jù)用戶需求搭建專機(jī)(如5坐標(biāo)高速加工中心)。例如，DS Technology公司將Sprint Z3主軸頭配置在可以沿X和Y方向運(yùn)動(dòng)的串聯(lián)機(jī)構(gòu)上，設(shè)計(jì)開發(fā)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品，包括Ecospeed和Ecospeed F等。這類五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床加工過程中，所有加工運(yùn)動(dòng)都通過加工刀具的移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)完成，而工件不動(dòng)，這對(duì)大型結(jié)構(gòu)件加工非常有利。

目前國內(nèi)外開發(fā)的并聯(lián)構(gòu)型主軸頭主要由三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的運(yùn)動(dòng)學(xué)支鏈組成，并且在空間中均勻布置，這種配置方式在立式加工時(shí)具有各項(xiàng)同性好的優(yōu)點(diǎn)。但是，現(xiàn)有的并聯(lián)主軸頭在臥式加工中，由于支鏈重力的影響，臥式加工中各個(gè)支鏈動(dòng)態(tài)特性相差較大，嚴(yán)重影響機(jī)床加工性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)串聯(lián)式主軸頭結(jié)構(gòu)的不足，以及現(xiàn)有具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)并聯(lián)主軸頭的動(dòng)態(tài)性能各向同性差的問題，提供一種臥式三自由度并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)，使其該主軸頭機(jī)構(gòu)具有剛度高，運(yùn)動(dòng)慣性低，且動(dòng)態(tài)性能各向同性好等特點(diǎn)，減弱支鏈重力對(duì)臥式主軸頭結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性的影響，應(yīng)用于五軸混聯(lián)機(jī)床中可以實(shí)現(xiàn)高速高精度的加工。

本發(fā)明技術(shù)方案是：

一種特別適合臥式加工三自由度并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括定平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)、主軸，以及設(shè)置在所述定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)的第一分支、第二分支和第三分支，所述定平臺(tái)包括第一機(jī)架、第二機(jī)架、第三機(jī)架和底座，第一機(jī)架、第二機(jī)架和第三機(jī)架固定在底座上且空間均勻分布，其特征在于：第一機(jī)架位于底座的最下方，第一分支包括第一滑塊導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)、第一連桿和第二連桿，其中第一滑塊導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌固連在第一機(jī)架上，第一滑塊分別通過第一虎克鉸、第二虎克鉸與第一連桿、第二連桿的一端連接，動(dòng)平臺(tái)分別通過第一球副、第二球副和第一連桿、第二連桿的另一端連接；第二分支包括第二滑塊導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)以及第三連桿，其中第二滑塊導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌固連在第二機(jī)架上，第二滑塊通過轉(zhuǎn)動(dòng)副和第三連接桿的一端連接，動(dòng)平臺(tái)通過第三球副和第三連桿的另一端連接；第三分支與第二分支結(jié)構(gòu)相同。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性的技術(shù)效果：由于本發(fā)明的第一分支采用了兩個(gè)連接連桿，并且第一機(jī)架上的第一分支安裝在動(dòng)平臺(tái)的最下方，該機(jī)構(gòu)具有剛度高、負(fù)載能力強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量小、動(dòng)態(tài)性能各向同性好的特點(diǎn)。此外，該機(jī)構(gòu)是臥式主軸頭機(jī)構(gòu)，易于配置在可以沿X和Y方向運(yùn)動(dòng)的串聯(lián)機(jī)構(gòu)上組成五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的臥式三自由度并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)實(shí)施例的三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的第一分支實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的第二分支實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-定平臺(tái)；2-動(dòng)平臺(tái)；3-第一分支、4-第二分支、5-第三分支、6-主軸、101-第一機(jī)架、102-第二機(jī)架、103-第三機(jī)架、104-底座、301-第一連桿、302-第二連桿、303-第一滑塊、311-第一虎克鉸、312-第二虎克鉸、321-第一球副、322-第二球副、401-第三連桿、402-第二滑塊、411-轉(zhuǎn)動(dòng)副、421-第三球副。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、原理和具體實(shí)施方式進(jìn)一步說明。

圖1為本發(fā)明提供的臥式三自由度并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)實(shí)施例的三維結(jié)構(gòu)示意圖，所述的臥式三自由度并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)包括定平臺(tái)1、動(dòng)平臺(tái)2、主軸6，以及設(shè)置在所述定平臺(tái)1和動(dòng)平臺(tái)2的第一分支3、第二分支4和第三分支5，組成了空間三自由度并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)。所述定平臺(tái)1包括第一機(jī)架101、第二機(jī)架102、第三機(jī)架103和底座104，第一機(jī)架101、第二機(jī)架102和第三機(jī)架103固定在底座104上且空間均勻分布，第一分支3、第二分支4和第三分支5分別安裝在第一機(jī)架101、第二機(jī)架102和第三機(jī)架103，其中第一機(jī)架101及安裝于第一機(jī)架101上的第一分支3位于底座最下方。主軸6固接在動(dòng)平臺(tái)2上，通過第一分支3、第二分支4和第三分支5的協(xié)同運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)主軸6的位姿改變。

圖2為本發(fā)明的第一分支3實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖，所述的第一分支3包括第一滑塊導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)、第一連桿301和第二連桿302，其中第一滑塊導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌固連在第一機(jī)架101上，第一滑塊303分別通過第一虎克鉸311、第二虎克鉸312與第一連桿301、第二連桿302的一端連接，動(dòng)平臺(tái)2分別通過第一球副321、第二球副322和第一連桿301、第二連桿302的另一端連接；所述的第一連桿301和第二連桿302上下布置，且不必位于同一平面內(nèi)，為了提高機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能優(yōu)先采用非平行的布置方式。

圖3為本發(fā)明的第二分支4實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖，所述的第二分支4包括第二滑塊導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)以及第三連桿401，其中第二滑塊導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌固連在第二機(jī)架102上，第二滑塊402通過轉(zhuǎn)動(dòng)副411和第三連接桿401的一端連接，動(dòng)平臺(tái)2通過第三球副421和第三連桿401的另一端連接。

第三分支5與第二分支4結(jié)構(gòu)相同，不再贅述。

本發(fā)明的工作原理如下：

第一分支3的第一滑塊303可以在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下沿著第一機(jī)架101的導(dǎo)軌作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，第二分支4的第二滑塊402可以在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下沿著第二機(jī)架102的導(dǎo)軌作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，第三分支5同理，不再贅述。

為了方便描述運(yùn)動(dòng)設(shè)定坐標(biāo)系如圖1所示：Z軸方向與第一機(jī)架101、第二機(jī)架102、第三機(jī)架103平行，Y軸方向豎直向上，X方向符合右手笛卡爾坐標(biāo)系。第一分支3、第二分支4和第三分支5的滑塊沿著各自的機(jī)架同步移動(dòng)，可以帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)2沿著Z軸方向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)移動(dòng)自由度；第一分支3、第二分支4和第三分支5的滑塊沿著各自的機(jī)架不同步移動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)2繞著X和Y軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。上述第一分支3、第二分支4和第三分支5的滑塊在各自機(jī)架上協(xié)同運(yùn)動(dòng)，控制動(dòng)平臺(tái)2實(shí)現(xiàn)三自由度運(yùn)動(dòng)。

特別地，第一分支3的第一連桿301、第二連桿302優(yōu)先采用非平行布置，在運(yùn)動(dòng)過程中可以減弱支鏈重力導(dǎo)致的臥式主軸頭各支鏈動(dòng)態(tài)特性相差較大的問題，應(yīng)用于五軸混聯(lián)機(jī)床中可以實(shí)現(xiàn)高速高精度的加工。