一種大擺角五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種大擺角五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床，是一種 能夠應(yīng)用于數(shù)控加工領(lǐng)域的可實(shí)現(xiàn)大擺角精密加工的多軸聯(lián)動(dòng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 并聯(lián)機(jī)構(gòu)是由多個(gè)支鏈構(gòu)成的閉環(huán)機(jī)構(gòu)，相對于傳統(tǒng)的串聯(lián)機(jī)構(gòu)具有W下優(yōu)點(diǎn)： 并聯(lián)機(jī)床作為一種W并聯(lián)機(jī)構(gòu)為機(jī)械本體的制造裝備，出現(xiàn)于上世紀(jì)90年代末。隨著并聯(lián) 機(jī)構(gòu)理論研究的不斷深入及數(shù)控技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，并聯(lián)機(jī)床逐 漸成為一種重要的新型制造裝備而應(yīng)用于現(xiàn)代制造業(yè)中。并聯(lián)機(jī)床與傳統(tǒng)串聯(lián)機(jī)床相比， 具有更高的剛度重量比、更快的響應(yīng)速度、更高的加工精度。從而更適用于高速、精密、重載 情況下的加工。并且其模塊化程度高、易重構(gòu)、柔性好，從而更易于降低加工成本。但是并聯(lián) 機(jī)床存在著相對工作空間小、加工范圍有限等運(yùn)樣的缺點(diǎn)，從而限制了其應(yīng)用領(lǐng)域。鑒于并 聯(lián)機(jī)構(gòu)與串聯(lián)機(jī)構(gòu)在構(gòu)型上面的對偶關(guān)系，人們想到了將并聯(lián)機(jī)構(gòu)和串聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行組合， 從而提出了混聯(lián)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型，并將混聯(lián)機(jī)構(gòu)作為數(shù)控機(jī)床的機(jī)械本體生產(chǎn)新型混聯(lián)機(jī)床。 混聯(lián)機(jī)床集并、串聯(lián)機(jī)床的優(yōu)勢于一身，同時(shí)又避免了并、串聯(lián)構(gòu)型各自的缺點(diǎn)，在現(xiàn)代制 造業(yè)中更具實(shí)用性。正因如此，運(yùn)類基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)或含有并聯(lián)模塊的五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)加工中 屯、得到了廣泛關(guān)注和研究，并逐步成為高速、高精度、高靈活度數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢。
[0003] 在2009年初開始實(shí)施的"高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備"科技重大專項(xiàng)中，將=自 由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)功能附件W及裝備有此類功能部件的五軸聯(lián)動(dòng)加工中屯、作為其中的課題之 一。可見，并聯(lián)模塊是此類裝備研發(fā)的關(guān)鍵。從加工靈活度和加工效率的角度講，并聯(lián)模塊 應(yīng)具備很高的轉(zhuǎn)動(dòng)靈活度，W動(dòng)平臺轉(zhuǎn)動(dòng)能力達(dá)到90°為最佳（W期實(shí)現(xiàn)立邸轉(zhuǎn)換、五面加 工），而運(yùn)恰恰是傳統(tǒng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的局限性所在，最具影響力的Sprint Z3并聯(lián)主軸頭的轉(zhuǎn)動(dòng) 能力也僅為40° (不能實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格意義上的五面加工）?？梢?，在保證高剛度的前提下突破傳統(tǒng) 并聯(lián)機(jī)構(gòu)擺角受限是在此類裝備的研發(fā)過程中亟待突破的瓶頸性問題。例如:清華大學(xué)的 驅(qū)動(dòng)冗余3自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)雖然在擺角的范圍得W提升達(dá)到-25°~90°，但是采用冗余驅(qū)動(dòng)， 運(yùn)對機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)控制帶來了很大麻煩，且剛度的提升有限。
[0004] 本發(fā)明提出的大擺角五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床的并聯(lián)模塊也同屬于少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu) 中的=自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)兩維移動(dòng)和一維轉(zhuǎn)動(dòng)，但其動(dòng)平臺可W實(shí)現(xiàn)更大的轉(zhuǎn)動(dòng)角 度。將此并聯(lián)模塊與兩自由度運(yùn)動(dòng)平臺組合形成大擺角的五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床，解決了現(xiàn)有 并/混聯(lián)機(jī)床刀具擺角受限方面存在的弊端。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為了解決現(xiàn)有并/混聯(lián)機(jī)床在保證剛度前提下刀具擺角受限方面存在的弊 端，提供了一種大擺角五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床，具有剛度高、精度高、動(dòng)態(tài)性能好、可重構(gòu)性強(qiáng)和 模塊化程度高、刀具擺動(dòng)角度大等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)對復(fù)雜工件的大擺角五軸聯(lián)動(dòng)立邸加工。
[0006] 本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)： 一種大擺角五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床，包括機(jī)床底座、并聯(lián)模塊W及安裝刀具的動(dòng)平臺，機(jī)床 底座上有底座導(dǎo)軌、底座導(dǎo)軌通過移動(dòng)副連接移動(dòng)導(dǎo)軌平臺，移動(dòng)導(dǎo)軌平臺上有固定工件 的轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺；所述的并聯(lián)模塊包括第一分支和第二分支，第一分支連接兩個(gè)沿Z軸的主動(dòng) 驅(qū)動(dòng)，第二分支連接一個(gè)沿Z軸的主動(dòng)驅(qū)動(dòng)，并聯(lián)模塊與動(dòng)平臺轉(zhuǎn)動(dòng)連接形成空間并聯(lián)閉環(huán) 機(jī)構(gòu)，并聯(lián)模塊和動(dòng)平臺實(shí)現(xiàn)在XOZ平面內(nèi)的兩維移動(dòng)和沿X軸的一維轉(zhuǎn)動(dòng)，移動(dòng)導(dǎo)軌平臺 連接一個(gè)沿底座導(dǎo)軌方向的主動(dòng)驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺連接一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺軸線方向的主動(dòng)驅(qū) 動(dòng)，移動(dòng)導(dǎo)軌平臺及轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺實(shí)現(xiàn)工件沿Y軸的移動(dòng)和沿Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0007] 所述的并聯(lián)模塊的第一分支為2-PRR & 2-PRR+ R型混聯(lián)運(yùn)動(dòng)支鏈(P代表移動(dòng) 副，R代表轉(zhuǎn)動(dòng)副），其包括2-PRR & 2-PRR型平面并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)W及平面并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)連接 動(dòng)平臺的轉(zhuǎn)動(dòng)副R;平面并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)包括:立柱n、連桿I、連桿n、滑塊I、立柱虹、連桿虹、 連桿IV、滑塊EW及連接塊，其中連桿I、連桿n兩端分別通過轉(zhuǎn)動(dòng)副R分別與滑塊I、連接塊 連接，連桿虹、連桿IV兩端分別通過轉(zhuǎn)動(dòng)副R分別與滑塊n、連接塊連接，滑塊I、滑塊n分別 通過移動(dòng)副P與立柱巧、立柱in連接，且此處移動(dòng)副P都為主動(dòng)驅(qū)動(dòng);連桿I、連桿n、連桿虹 W及連桿IV結(jié)構(gòu)相同，平面并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)所有轉(zhuǎn)動(dòng)副R軸線相互平行，連桿112、連桿n 13、 連桿mi8W及連桿IV19上下兩端較接點(diǎn)間距離都相等，平面并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)所有轉(zhuǎn)動(dòng)副R的 軸線與平面并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)連接動(dòng)平臺的轉(zhuǎn)動(dòng)副R的軸線相互垂直，此平面并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)可 W實(shí)現(xiàn)連接塊在XOZ平面的兩維移動(dòng)。
[0008] 所述并聯(lián)模塊的第二分支為PUU型運(yùn)動(dòng)支鏈(U代表虎克較），包括:連桿V、滑塊 虹、虎克較I、虎克較n W及連接滑塊虹與立柱I的移動(dòng)副P，連桿V兩端分別通過虎克較I、 虎克較n連接動(dòng)平臺和滑塊虹，連接滑塊虹與立柱I的移動(dòng)副P是主動(dòng)驅(qū)動(dòng)；與連桿V兩端 連接的虎克較兩條軸線平行、且分別垂直于各自虎克較的另一條軸線。
[0009] 所述的移動(dòng)導(dǎo)軌平臺通過與底座導(dǎo)軌之間的沿Y軸方向的移動(dòng)副P實(shí)現(xiàn)沿Y軸運(yùn)動(dòng) 且其移動(dòng)輸入是主動(dòng)驅(qū)動(dòng);轉(zhuǎn)動(dòng)平臺轉(zhuǎn)軸沿Z軸方向，通過轉(zhuǎn)動(dòng)副R與移動(dòng)導(dǎo)軌平臺連接且 其轉(zhuǎn)動(dòng)輸入是主動(dòng)驅(qū)動(dòng)。
[0010] 動(dòng)平臺一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副R與并聯(lián)模塊的連接塊連接、動(dòng)平臺另一端通過虎克較I的 一軸與第二分支連接，兩端連接的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線相互平行;并聯(lián)模塊的立柱I、立柱n、立柱虹垂 直于機(jī)床底座設(shè)置。
[0011] 本發(fā)明是一種能夠應(yīng)用于零部件五面加工及實(shí)現(xiàn)較大擺角的裝置。本發(fā)明混聯(lián)機(jī) 床并聯(lián)模塊中的第一分支為混聯(lián)支鏈，通過滑塊I、滑塊媽上的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滑塊沿立柱1呈、 立柱裝I運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)第一分支沿Z軸方向的移動(dòng)，第一分支上連接塊、轉(zhuǎn)動(dòng)副I、連桿I、連桿IJ; 、連桿10、連桿巧了及連桿兩端運(yùn)動(dòng)副可實(shí)現(xiàn)X軸的移動(dòng)，第二分支為單一連桿，滑塊III上的 伺服電機(jī)控制連桿琴沿Z軸的移動(dòng)，通過虎克較;[和虎克較妓兩個(gè)萬向較運(yùn)動(dòng)副實(shí)現(xiàn)繞X轉(zhuǎn) 動(dòng)。自此，在第一分支、第二分支共同作用下，W伺服電機(jī)作為動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)立柱上的各個(gè)滑 塊，實(shí)現(xiàn)該混聯(lián)機(jī)床刀具沿X、z軸的移動(dòng)及X軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。移動(dòng)導(dǎo)軌平臺及轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺通過導(dǎo) 軌方向的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺軸線方向的伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng);實(shí)現(xiàn)工件沿Y軸移動(dòng)和 沿Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)大擺角的五面加工工作?，F(xiàn)有清華大學(xué)發(fā)明的驅(qū)動(dòng)冗余3自由度并 聯(lián)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角范圍為-25°~90%本發(fā)明的可達(dá)負(fù)角相較于此提升了 1護(hù)，達(dá)到了…利r，進(jìn)一步 將擺角范圍提升，可W應(yīng)用于具有復(fù)雜曲面及需要大擺角加工的零件。
[0012] 本發(fā)明相對現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果:所述的并聯(lián)模塊動(dòng)平臺能實(shí)現(xiàn)XOZ平面 內(nèi)的兩維移動(dòng)和沿X軸的一維轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)床刀具可實(shí)現(xiàn)較大擺角的加工工作，刀具的擺角可達(dá) (-40°~90° )。相較于現(xiàn)有清華大學(xué)發(fā)明的驅(qū)動(dòng)冗余3自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)擺角-25°~90°提升了 13"，由于機(jī)床采用的并聯(lián)模塊第一分支為四桿混聯(lián)復(fù)合型運(yùn)動(dòng)支鏈，在實(shí)現(xiàn)應(yīng)有的運(yùn)動(dòng)前 提下，剛度性能得到很大提升。且機(jī)床未采用冗余結(jié)構(gòu)，在機(jī)床的驅(qū)動(dòng)控制方面相比于冗余 驅(qū)動(dòng)更加的容易和靈便。機(jī)床的結(jié)構(gòu)比較簡單，而且可重構(gòu)性強(qiáng)、精度高、動(dòng)態(tài)性能好、工作 空間大，能夠通過五軸聯(lián)動(dòng)和刀具的大擺角轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對空間復(fù)雜工件的立邸轉(zhuǎn)換、五面精 密加工。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖2為圖1所示的機(jī)床結(jié)構(gòu)中的并聯(lián)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖3為圖2所示的并聯(lián)模塊中第一分支的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖4為圖2所示的并聯(lián)模塊中第二分支的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖5為圖1所示的機(jī)床結(jié)構(gòu)中的兩自由度工作臺結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖中：1、并聯(lián)模塊，2、機(jī)床底座，3、動(dòng)平臺，4、刀具，5、轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺，6、底座導(dǎo)軌，7、 立柱I，8、立柱揉， 9、立柱扛I，10、轉(zhuǎn)動(dòng)副I，11、轉(zhuǎn)動(dòng)副茲，12、連