專利名稱：五自由度并串聯(lián)數(shù)控機床的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)控機床。
背景技術：
近十幾年來，并聯(lián)機床是國內(nèi)外數(shù)控機床研究領域非常關注的熱點課題。并聯(lián)機床又稱虛擬軸機床，是知識密集、智力密集、技術密集的機電一體化高技術產(chǎn)品，是并聯(lián)機器人、數(shù)控機械、計算機控制、精密測量、數(shù)控加工等多學科應用技術的交叉，國內(nèi)的學者對其投入了大量的研究工作。
并聯(lián)機床與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式的數(shù)控機床相比具有許多優(yōu)點。傳統(tǒng)機床中，驅(qū)動刀具與工件作相對運動的進給軸按照笛卡兒坐標布置，且為串聯(lián)、開鏈結(jié)構(gòu)。為了實現(xiàn)五軸加工，需在傳統(tǒng)的三軸機床上再增加兩個軸來控制刀具的姿態(tài)，所有這些軸都按串聯(lián)結(jié)構(gòu)布置。當一個軸運動時，需帶動串聯(lián)運動鏈上后面的所有軸一起運動，因此運動慣性大，動態(tài)性能較差。同時產(chǎn)生的切削力沿開鏈傳遞，使每一部件的缺陷都會對切削精度產(chǎn)生影響。而并聯(lián)機床的運動平臺由幾個簡單的串聯(lián)運動鏈并行驅(qū)動，結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)的剛度重量比大，響應速度快，適合高速數(shù)控作業(yè)，機械本體的精度高，易于可重構(gòu)和模塊化設計，技術附加值高。
目前國內(nèi)外的并聯(lián)機床產(chǎn)品大多采用一般的Stewart六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)來實現(xiàn)五軸運動，但這些機構(gòu)的結(jié)構(gòu)均較復雜，工作空間與機構(gòu)的體積比較小，操作復雜，造價高，并且因浪費了一個軸的驅(qū)動與傳動裝置而增加了成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種五自由度并串聯(lián)數(shù)控機床，它可解決現(xiàn)有六自由度并聯(lián)機床加工空間復雜曲面零件，存在結(jié)構(gòu)復雜、工作空間與機構(gòu)的體積比小、操作復雜、造價高的問題。
本發(fā)明包括第一伺服電機、固定平臺和運動平臺；本發(fā)明還包括四個伸縮連桿、第二伺服電機、電主軸、連接軸和刀具；所述固定平臺位于運動平臺的上方，運動平臺與固定平臺之間通過四個伸縮連桿連接，所述四個伸縮連桿的上端分別與第一伺服電機傳動連接，所述連接軸裝在運動平臺下端的支壁上，連接軸上裝有與運動平臺轉(zhuǎn)動連接的電主軸，電主軸的下端固定裝有刀具，所述第二伺服電機的輸出軸與連接軸傳動連接。
本發(fā)明具有以下有益效果一、本發(fā)明通過第一伺服電機驅(qū)動四個伸縮連桿實現(xiàn)運動平臺的三維移動和一維轉(zhuǎn)動(即運動平臺分別沿X、Y、Z軸的移動和沿X的轉(zhuǎn)動)，同時第二伺服電機驅(qū)動末端執(zhí)行部件(即電主軸和刀具)相對于運動平臺轉(zhuǎn)動，這樣就使得運動平臺上的刀具相對被加工工件具有空間三維移動和兩維轉(zhuǎn)動運動。因此該并串聯(lián)數(shù)控機床完全可以替代傳統(tǒng)的串聯(lián)式多軸機床和六自由度并聯(lián)機床來實現(xiàn)對空間復雜曲面零件的加工。二、本發(fā)明與傳統(tǒng)的串聯(lián)式多軸機床相比較，具有較高的精度和動態(tài)性能，且結(jié)構(gòu)簡單、成本低、易制造。三、本發(fā)明與現(xiàn)有的六自由度并聯(lián)機床相比，結(jié)構(gòu)簡單、工作空間大、造價低。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式由第一伺服電機1、固定平臺2、運動平臺3、四個伸縮連桿4、第二伺服電機5、電主軸6、連接軸7和刀具8組成；所述固定平臺2位于運動平臺3的上方，運動平臺3與固定平臺2之間通過四個伸縮連桿4連接，所述四個伸縮連桿4的上端分別與第一伺服電機1傳動連接，所述連接軸7裝在運動平臺3下端的支壁上，連接軸7上裝有與運動平臺3轉(zhuǎn)動連接的電主軸6，電主軸6的下端固定裝有刀具8，所述第二伺服電機5的輸出軸與連接軸7傳動連接。
具體實施方式
二結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的四個伸縮連桿4由第一伸縮連桿9、第二伸縮連桿10、第三伸縮連桿11和第四伸縮連桿12組成；所述第一伸縮連桿9的上端和第二伸縮連桿10的上端分別通過第一虎克鉸13與所述固定平臺2連接，所述第一伸縮連桿9的下端和第二伸縮連桿10的下端分別通過球鉸14與所述運動平臺3連接，所述第三伸縮連桿11的上端和第四伸縮連桿12的上端分別通過第二虎克鉸15與固定平臺2連接，所述兩個第二虎克鉸15的一級轉(zhuǎn)動副軸線16與Y軸重合(坐標系的建立是Y軸與兩個第二虎克鉸15的一級轉(zhuǎn)動副軸線方向重合，X軸在固定平臺2的平面內(nèi)，Z軸分別與X軸和Y軸垂直)；所述第三伸縮連桿11的下端和第四伸縮連桿12的下端分別通過轉(zhuǎn)動副17與運動平臺3連接，所述兩個轉(zhuǎn)動副17的軸線及兩個第二虎克鉸15的二級轉(zhuǎn)動副軸線18分別與X軸平行。如此設置，可實現(xiàn)運動平臺3沿X軸、Y軸、Z軸的移動和繞X軸的轉(zhuǎn)動。
具體實施方式
三結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的連接軸7的軸線與兩個轉(zhuǎn)動副17的軸線垂直且與兩個轉(zhuǎn)動副17的軸線所在平面平行。如此設置，可實現(xiàn)刀具沿連接軸7的軸線轉(zhuǎn)動的自由度，從而保證了刀具相對被加工工件具有空間三維移動和兩維轉(zhuǎn)動運動。
機床工作時，通過第一伺服電機1驅(qū)動四個伸縮連桿4作伸縮運動來實現(xiàn)運動平臺3的三維移動和一維轉(zhuǎn)動，同時第二伺服電機5驅(qū)動連接軸7轉(zhuǎn)動，這樣刀具相對于運動平臺3可實現(xiàn)空間三維移動和兩維轉(zhuǎn)動運動，從而實現(xiàn)對空間復雜曲面零件的加工作業(yè)。
權(quán)利要求
1.一種五自由度并串聯(lián)數(shù)控機床，其組成包括第一伺服電機(1)、固定平臺(2)和運動平臺(3)；其特征在于它還包括四個伸縮連桿(4)、第二伺服電機(5)、電主軸(6)、連接軸(7)和刀具(8)；所述固定平臺(2)位于運動平臺(3)的上方，運動平臺(3)與固定平臺(2)之間通過四個伸縮連桿(4)連接，所述四個伸縮連桿(4)的上端分別與第一伺服電機(1)傳動連接，所述連接軸(7)裝在運動平臺(3)下端的支壁上，連接軸(7)上裝有與運動平臺(3)轉(zhuǎn)動連接的電主軸(6)，電主軸(6)的下端固定裝有刀具(8)，所述第二伺服電機(5)的輸出軸與連接軸(7)傳動連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五自由度并串聯(lián)數(shù)控機床，其特征在于所述四個伸縮連桿(4)由第一伸縮連桿(9)、第二伸縮連桿(10)、第三伸縮連桿(11)和第四伸縮連桿(12)組成；所述第一伸縮連桿(9)的上端和第二伸縮連桿(10)的上端分別通過第一虎克鉸(13)與所述固定平臺(2)連接，所述第一伸縮連桿(9)的下端和第二伸縮連桿(10)的下端分別通過球鉸(14)與所述運動平臺(3)連接，所述第三伸縮連桿(11)的上端和第四伸縮連桿(12)的上端分別通過第二虎克鉸(15)與固定平臺(2)連接，所述兩個第二虎克鉸(15)的一級轉(zhuǎn)動副軸線(16)與Y軸重合；所述第三伸縮連桿(11)的下端和第四伸縮連桿(12)的下端分別通過轉(zhuǎn)動副(17)與運動平臺(3)連接，所述兩個轉(zhuǎn)動副(17)的軸線及兩個第二虎克鉸(15)的二級轉(zhuǎn)動副軸線(18)分別與X軸平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的五自由度并串聯(lián)數(shù)控機床，其特征在于所述連接軸(7)的軸線與兩個轉(zhuǎn)動副(17)的軸線垂直且與兩個轉(zhuǎn)動副(17)的軸線所在平面平行。
全文摘要
五自由度并串聯(lián)數(shù)控機床，它涉及一種數(shù)控機床。針對現(xiàn)有六自由度并聯(lián)機床在加工空間復雜曲面零件，存在結(jié)構(gòu)復雜、工作空間與機構(gòu)的體積比小、操作復雜、造價高的問題。本發(fā)明的固定平臺(2)位于運動平臺(3)的上方且二者之間通過四個伸縮連桿(4)連接，四個伸縮連桿(4)的上端與第一伺服電機(1)傳動連接，連接軸(7)裝在運動平臺(3)下端的支壁上，連接軸(7)上裝有電主軸(6)，電主軸(6)的下端固定裝有刀具(8)，第二伺服電機(5)與連接軸(7)傳動連接。本發(fā)明通過第一伺服電機驅(qū)動四個伸縮連桿實現(xiàn)運動平臺的三維移動和一維轉(zhuǎn)動，同時第二伺服電機驅(qū)動電主軸和刀具相對于運動平臺轉(zhuǎn)動，因此該并串聯(lián)數(shù)控機床可實現(xiàn)對空間復雜曲面零件的加工作業(yè)。
文檔編號B25J9/10GK1958229SQ200610151080
公開日2007年5月9日 申請日期2006年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月29日
發(fā)明者鐘詩勝, 傘紅軍, 劉文濤, 王知行, 王瑞 申請人:哈爾濱工業(yè)大學