一種高精度數(shù)控機(jī)床并聯(lián)主軸頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于數(shù)控機(jī)床技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高精度數(shù)控機(jī)床并聯(lián)主軸頭。
技術(shù)背景
[0002]五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是一種科技含量高、精度高，專門用于加工復(fù)雜曲面的機(jī)床，而其關(guān)鍵部件主軸頭對(duì)機(jī)床加工復(fù)雜曲面的靈活度及精確度具有重要的決定作用。相比傳統(tǒng)的串聯(lián)形式的主軸頭，并聯(lián)形式的主軸頭具有剛度高、結(jié)構(gòu)緊湊、無積累誤差、運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量輕，具有較高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性等優(yōu)點(diǎn)，成為了國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。例如德國(guó)DSTechnologie公司基于3-PRS機(jī)構(gòu)研發(fā)的三自由度Sprint Z3并聯(lián)主軸頭，已成功應(yīng)用與于復(fù)雜空間曲面零件的加工。然而，現(xiàn)有的并聯(lián)主軸頭構(gòu)型較少，且已公開的并聯(lián)主軸頭的工作空間普遍較小，嚴(yán)重限制了主軸頭的極限加工能力，不利于并聯(lián)主軸頭在數(shù)控機(jī)床中的進(jìn)一步發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種高精度數(shù)控機(jī)床并聯(lián)主軸頭，可實(shí)現(xiàn)機(jī)床輸出軸的三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)，具有轉(zhuǎn)動(dòng)工作空間大、極限加工能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下:
[0005]本發(fā)明主要包括機(jī)架、動(dòng)平臺(tái)、連接機(jī)架、動(dòng)平臺(tái)的四條運(yùn)動(dòng)支鏈，其有兩種連接方式:
[0006]第一種連接方式:每條運(yùn)動(dòng)支鏈均由下連桿、中連桿和上連桿組成，第一運(yùn)動(dòng)支鏈A中的下連桿A—端與動(dòng)平臺(tái)通過第一球副A連接，下連桿A另一端與中連桿A—端通過第二轉(zhuǎn)動(dòng)副A連接，中連桿A另一端與上連桿A—端通過第三轉(zhuǎn)動(dòng)副A連接，上連桿A另一端與機(jī)架通過第四球副A連接;第二運(yùn)動(dòng)支鏈B中的下連桿B—端與動(dòng)平臺(tái)通過第一轉(zhuǎn)動(dòng)副B連接，下連桿B另一端與中連桿B—端通過第二球副B連接，中連桿B另一端與上連桿B—端通過第三轉(zhuǎn)動(dòng)副B連接，上連桿B另一端與機(jī)架通過第四轉(zhuǎn)動(dòng)副B連接;第三運(yùn)動(dòng)支鏈C中的下連桿C 一端與動(dòng)平臺(tái)通過第一轉(zhuǎn)動(dòng)副C連接，下連桿C另一端與中連桿C 一端通過第二球副C連接，中連桿C另一端與上連桿C 一端通過第三轉(zhuǎn)動(dòng)副C連接，上連桿C另一端與機(jī)架通過第四轉(zhuǎn)動(dòng)副C連接;第四運(yùn)動(dòng)支鏈D中的下連桿D—端與動(dòng)平臺(tái)通過第一球副D連接，下連桿D另一端與中連桿D—端通過第二轉(zhuǎn)動(dòng)副D連接，中連桿D另一端與上連桿D—端通過第三轉(zhuǎn)動(dòng)副D連接，上連桿D另一端與機(jī)架通過第四球副D連接。
[0007]所述四條運(yùn)動(dòng)支鏈之間通過四個(gè)耦合連桿和一個(gè)中心連桿相互連接，每條運(yùn)動(dòng)支鏈與中心連桿之間均由一個(gè)耦合連桿連接，耦合連桿一端與運(yùn)動(dòng)支鏈中的中連桿固聯(lián)，耦合連桿另一端與中心連桿通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，四個(gè)親合連桿與中心連桿連接的四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線相互重合形成一條軸線，設(shè)該條軸線為中心軸線L;所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)副A軸線、第一轉(zhuǎn)動(dòng)副B軸線、第一轉(zhuǎn)動(dòng)副C軸線、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副D軸線、中心軸線L匯交于一點(diǎn)G;所述第三轉(zhuǎn)動(dòng)副A軸線、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副B軸線、第四轉(zhuǎn)動(dòng)副B軸線、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副C軸線、第四轉(zhuǎn)動(dòng)副C軸線、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副D軸線、中心軸線L匯交于一點(diǎn)K，點(diǎn)K與所述點(diǎn)G不重合。
[0008]所述中心連桿的一端通過第一萬向鉸與機(jī)床輸出軸連接，且第一萬向鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)中心與所述點(diǎn)G重合；中心連桿的另一端通過第二萬向鉸與主軸電機(jī)的輸出軸連接，且第二萬向鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)中心與所述點(diǎn)K重合。所述機(jī)床輸出軸與動(dòng)平臺(tái)之間設(shè)有動(dòng)平臺(tái)軸承，動(dòng)平臺(tái)軸承的內(nèi)環(huán)與機(jī)床輸出軸固聯(lián)，動(dòng)平臺(tái)軸承的外環(huán)與動(dòng)平臺(tái)固聯(lián)。所述主軸電機(jī)與機(jī)架固聯(lián)，主軸電機(jī)的輸出軸與機(jī)架之間設(shè)有機(jī)架軸承，機(jī)架軸承的內(nèi)環(huán)與主軸電機(jī)的輸出軸固聯(lián)，機(jī)架軸承的外環(huán)與機(jī)架固聯(lián)。
[0009]所述第二運(yùn)動(dòng)支鏈中的上連桿B通過第六轉(zhuǎn)動(dòng)副B與移動(dòng)導(dǎo)桿B的一端連接，移動(dòng)導(dǎo)桿B的另一端通過第七轉(zhuǎn)動(dòng)副B與滑塊B連接，滑塊B與機(jī)架通過移動(dòng)副B連接，且移動(dòng)副B為驅(qū)動(dòng)副，所述第四轉(zhuǎn)動(dòng)副B軸線、第六轉(zhuǎn)動(dòng)副B軸線、第七轉(zhuǎn)動(dòng)副B軸線相互平行，移動(dòng)副B的運(yùn)動(dòng)方向與第四轉(zhuǎn)動(dòng)副B軸線垂直;所述第三運(yùn)動(dòng)支鏈中的上連桿C通過第六轉(zhuǎn)動(dòng)副C與移動(dòng)導(dǎo)桿C的一端連接，移動(dòng)導(dǎo)桿C的另一端通過第七轉(zhuǎn)動(dòng)副C與滑塊C連接，滑塊C與機(jī)架通過移動(dòng)副C連接，且移動(dòng)副C為驅(qū)動(dòng)副，所述第四轉(zhuǎn)動(dòng)副C軸線、第六轉(zhuǎn)動(dòng)副C軸線、第七轉(zhuǎn)動(dòng)副C軸線相互平行，移動(dòng)副C的運(yùn)動(dòng)方向與第四轉(zhuǎn)動(dòng)副C軸線垂直。
[0010]第二種連接方式:每條運(yùn)動(dòng)支鏈均由下連桿、中連桿和上連桿組成，第一運(yùn)動(dòng)支鏈A中的下連桿A—端與動(dòng)平臺(tái)通過第一球副A連接，下連桿A另一端與中連桿A—端通過第二轉(zhuǎn)動(dòng)副A連接，中連桿A另一端與上連桿A—端通過第三球副A連接，上連桿A另一端與機(jī)架通過第四轉(zhuǎn)動(dòng)副A連接;第二運(yùn)動(dòng)支鏈B中的下連桿B—端與動(dòng)平臺(tái)通過第一轉(zhuǎn)動(dòng)副B連接，下連桿B另一端與中連桿B—端通過第二球副B連接，中連桿B另一端與上連桿B—端通過第三轉(zhuǎn)動(dòng)副B連接，上連桿B另一端與機(jī)架通過第四轉(zhuǎn)動(dòng)副B連接;第三運(yùn)動(dòng)支鏈C中的下連桿C 一端與動(dòng)平臺(tái)通過第一轉(zhuǎn)動(dòng)副C連接，下連桿C另一端與中連桿C 一端通過第二球副C連接，中連桿C另一端與上連桿C 一端通過第三轉(zhuǎn)動(dòng)副C連接，上連桿C另一端與機(jī)架通過第四轉(zhuǎn)動(dòng)副C連接;第四運(yùn)動(dòng)支鏈D中的下連桿D—端與動(dòng)平臺(tái)通過第一球副D連接，下連桿D另一端與中連桿D—端通過第二轉(zhuǎn)動(dòng)副D連接，中連桿D另一端與上連桿D—端通過第三球副D連接，上連桿D另一端與機(jī)架通過第四轉(zhuǎn)動(dòng)副D連接。
[0011]所述四條運(yùn)動(dòng)支鏈之間通過四個(gè)耦合連桿和一條中心連桿相互連接，每條運(yùn)動(dòng)支鏈與中心連桿之間均由一個(gè)耦合連桿連接，耦合連桿一端與運(yùn)動(dòng)支鏈中的中連桿固聯(lián)，耦合連桿另一端與中心連桿通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，四個(gè)親合連桿與中心連桿連接的四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線相互重合形成一條軸線，設(shè)該條軸線為中心軸線L;所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)副A軸線、第一轉(zhuǎn)動(dòng)副B軸線、第一轉(zhuǎn)動(dòng)副C軸線、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副D軸線、中心軸線L匯交于一點(diǎn)G;所述第四轉(zhuǎn)動(dòng)副A軸線、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副B軸線、第四轉(zhuǎn)動(dòng)副B軸線、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副C軸線、第四轉(zhuǎn)動(dòng)副C軸線、第四轉(zhuǎn)動(dòng)副D軸線、中心軸線L匯交于一點(diǎn)K，點(diǎn)K與所述點(diǎn)G不重合。
[0012]所述中心連桿的一端通過第一萬向鉸與機(jī)床輸出軸連接，且第一萬向鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)中心與所述點(diǎn)G重合；中心連桿的另一端通過第二萬向鉸與主軸電機(jī)的輸出軸連接，且第二萬向鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)中心與所述點(diǎn)K重合。所述機(jī)床輸出軸與動(dòng)平臺(tái)之間設(shè)有動(dòng)平臺(tái)軸承，動(dòng)平臺(tái)軸承的內(nèi)環(huán)與機(jī)床輸出軸固聯(lián)，動(dòng)平臺(tái)軸承的外環(huán)與動(dòng)平臺(tái)固聯(lián)。所述主軸電機(jī)與機(jī)架固聯(lián)，主軸電機(jī)的輸出軸與機(jī)架之間設(shè)有機(jī)架軸承，機(jī)架軸承的內(nèi)環(huán)與主軸電機(jī)的輸出軸固聯(lián)，機(jī)架軸承的外環(huán)與機(jī)架固聯(lián)。
[0013]所述第二運(yùn)動(dòng)支鏈中的上連桿B通過第六轉(zhuǎn)動(dòng)副B與移動(dòng)導(dǎo)桿B的一端連接，移動(dòng)導(dǎo)桿B的另一端通過第七轉(zhuǎn)動(dòng)副B與滑塊B連接，滑塊B與機(jī)架通過移動(dòng)副B連接，且移動(dòng)副B為驅(qū)動(dòng)副，所述第四轉(zhuǎn)動(dòng)副B軸線、第六轉(zhuǎn)動(dòng)副B軸線、第七轉(zhuǎn)動(dòng)副B軸線相互平行，移動(dòng)副B的運(yùn)動(dòng)方向與第四轉(zhuǎn)動(dòng)副B軸線垂直;所述第三運(yùn)動(dòng)支鏈中的上連桿C通過第六轉(zhuǎn)動(dòng)副C與移動(dòng)導(dǎo)桿C的一端連接，移動(dòng)導(dǎo)桿C的另一端通過第七轉(zhuǎn)動(dòng)副C與滑塊C連接，滑塊C與機(jī)架通過移動(dòng)副C連接，且移動(dòng)副C為驅(qū)動(dòng)副，所述第四轉(zhuǎn)動(dòng)副C軸線、第六轉(zhuǎn)動(dòng)副C軸線、第七轉(zhuǎn)動(dòng)副C軸線相互平行，移動(dòng)副C的運(yùn)動(dòng)方向與第四轉(zhuǎn)動(dòng)副C軸線垂直。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0015](I)機(jī)床輸出軸相對(duì)機(jī)架的轉(zhuǎn)動(dòng)工作空間大，使得機(jī)床主軸頭具有更高的靈活性和適應(yīng)性，增強(qiáng)了機(jī)床的極限加工能力；(2)機(jī)床輸出軸的三個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)解耦，便于機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)控制；(3)主軸電機(jī)置于機(jī)架上，通過雙萬向鉸傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)床輸出軸，減輕了運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量，提高了主軸頭的響應(yīng)能力；(4)主軸頭中的四條運(yùn)動(dòng)支鏈之間相互耦合，提高了整體結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，可適用于高速、重型機(jī)床主軸頭技術(shù)領(lǐng)域中。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1立體結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖.
[0017]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1立體結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖.
[0018]圖3是本發(fā)明實(shí)施例2立體結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖.
[0019]圖4是本