專利名稱：一種用于索驅(qū)動并聯(lián)雕刻機的滾筒排索機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于雕刻機技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于索驅(qū)動并聯(lián)雕刻機的滾筒排 索機構(gòu)。
背景技術(shù)：
雕刻機種類繁多，按結(jié)構(gòu)可以分為懸臂雕刻機和龍門雕刻機兩種，懸臂雕刻機采 用串聯(lián)剛性桿支撐機構(gòu)，與并聯(lián)機構(gòu)相比，剛性小，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，相同自重或體積下，承載能 力弱；而且串聯(lián)式末端件上的誤差是各個關(guān)節(jié)誤差的積累和放大，因而誤差大而精度低； 懸臂雕刻機的驅(qū)動電機及傳動系統(tǒng)不固定，增大了系統(tǒng)的運動負荷。龍門結(jié)構(gòu)雖然被廣泛 應(yīng)用到各種用途的雕刻機上，但其體積龐大，靈活性弱，其驅(qū)動部分一般為液壓缸、氣缸或 由電機帶動的齒輪齒條，因而其附加裝置復(fù)雜，控制系統(tǒng)實現(xiàn)困難，制造成本高，并不能適 應(yīng)日益發(fā)展的多樣性需求[1]。而索驅(qū)動并聯(lián)機構(gòu)機器人系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、慣性 小、響應(yīng)快、工作空間大、驅(qū)動器并聯(lián)工作、精度高、機械效率高、柔性大等優(yōu)點[2_3]。雖然，大射電望遠鏡的50m模型中在滾筒上開索槽來實現(xiàn)懸索的有序排放[4]，但 懸索的收放僅通過滾筒的旋轉(zhuǎn)來達到，從而導致出索口發(fā)生了變化，索驅(qū)動并聯(lián)機構(gòu)的結(jié) 構(gòu)參數(shù)改變、控制精度降低，在實驗中，必須修正模型來降低結(jié)構(gòu)的參數(shù)誤差。而且，該收放 索機構(gòu)對直徑小的懸索不適合，因為索槽加工困難。在機床中常使用滾珠絲杠副將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)變?yōu)樾?轉(zhuǎn)運動[5]，極大地推動了機床行業(yè)的數(shù)控化發(fā)展，提高了定位精度，但是滾珠絲杠副一般尺 寸大，且不能同時實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和直線運動，所以，開發(fā)研制一種收放懸索的機構(gòu)對提高索驅(qū)動 并聯(lián)機構(gòu)的控制精度非常重要。參考文獻[1] 吳光明.CNC電腦雕刻機及其與數(shù)控銑床和加工中心的聯(lián)合應(yīng)用策略 [J]· CAD/CAM 與制造業(yè)信息化，2005，(11): 94-97[2]Motoji Y, Noritaka Y, Akira M. Trajectory control of incompletely restrained parallel wire-suspended mechanism based on inverse dynamics [J]. IEEE transactions on robotics. 2004, 20(5): 840-850[3] Albus J S, Bostelman R V, Dagalakis N G. The NIST Robocrane [J], Journal of Robotics System. 1993, 10(5): 709-724[4] 趙澤.大射電望遠鏡懸索饋源支撐系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析 [Master],碩士學位論文.西安電子科技大學.2003[5] 賈亞洲.金屬切削機床概論[M].機械工業(yè)出版社.1994。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種用于索驅(qū)動并聯(lián)雕刻機的滾筒排索機構(gòu)，解決現(xiàn)有 技術(shù)雕刻機收放索過程中索的紊亂無序給結(jié)構(gòu)模型造成誤差大的問題。[0012]本實用新型所采用的技術(shù)方案是一種用于索驅(qū)動并聯(lián)雕刻機的滾筒排索機構(gòu)， 包括滾索套、滾筒軸、軸套和缸蓋；滾索套固定連接在滾筒軸上，位于滾索套一側(cè)的滾筒軸 與缸蓋連接，位于滾索套另一側(cè)的滾筒軸上設(shè)置有軸套；滾筒軸的一端與缸蓋通過螺紋連 接，滾筒軸的另一端上設(shè)置有長條導行鍵，軸套內(nèi)圓周面上設(shè)置有與長條導行鍵對應(yīng)的長 條導行槽，長條導行鍵內(nèi)嵌在長條導行槽內(nèi)。其中，滾筒軸與缸蓋呈垂直設(shè)置。本實用新型的有益效果是，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，能夠?qū)崿F(xiàn)柔性懸索的有序排放和 懸索的出索口的唯一，使得模型結(jié)構(gòu)參數(shù)的準確，還能保證動平臺(刀具)位姿控制的精確 性。在其他索驅(qū)動并聯(lián)機構(gòu)和對索牽拉位置要求高的場合都可應(yīng)用此機構(gòu)。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的A向視圖；圖3是圖2的B-B視圖圖4是本實用新型實現(xiàn)懸索排放的原理圖；圖5是本實用新型球鉸裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1.滾索套，2.滾筒軸，3.軸套，4.缸蓋，5.長條導行鍵，6.長條導行槽， 7.伺服電機，8.刀具移動端，9.刀具，10.懸索，11.基座，12.定滑輪，13.支桿，14.頂盤， 15.球鉸套，16.球鉸球，17.中心孔，18.索結(jié)。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細說明。如圖1和圖2所示，本實用新型公開了一種用于索驅(qū)動并聯(lián)雕刻機的滾筒排索機 構(gòu)包括滾索套1、滾筒軸2、軸套3和與滾筒軸2呈垂直設(shè)置的缸蓋4 ；滾索套1固定連接在 滾筒軸2上，位于滾索套1 一側(cè)的滾筒軸2與缸蓋4連接，位于滾索套1另一側(cè)的滾筒軸2 上設(shè)置有軸套3 ；滾筒軸2的一端與缸蓋4通過螺紋連接，滾筒軸2的另一端上設(shè)置有長條 導行鍵5，軸套3內(nèi)圓周面上設(shè)置有與長條導行鍵5對應(yīng)的長條導行槽6 ；如圖3所示，長條 導行鍵5內(nèi)嵌在長條導行槽6內(nèi)。本實用新型的工作原理是如圖4所示，索驅(qū)動并聯(lián)雕刻機的動平臺包括刀具移 動端8、設(shè)置在刀具移動端8上端的支桿13和設(shè)置在支桿13頂端的頂盤14。刀具移動端8 下端設(shè)置有刀具9。刀具移動端8和頂盤14上各設(shè)置有多根懸索10，與之對應(yīng)的，基座11 上設(shè)置有多個定滑輪12。每根懸索10端部各連接有一個本實用新型滾筒排索機構(gòu)。每根 懸索10繞過一個定滑輪12，一端連接在刀具移動端8或頂盤14上，另一端繞在本實用新型 的滾筒排索機構(gòu)上。懸索10與刀具移動端8通過球鉸裝置連接，如圖5所示，球鉸裝置包 括球鉸套15和設(shè)置在球鉸套15內(nèi)的球鉸球16，球鉸球16上設(shè)置有中心孔17，懸索10穿 過中心孔17，設(shè)置在懸索10末端的索結(jié)18能防止懸索10從中心孔17中抽出，球鉸套15 通過螺紋與刀具移動端8連接。設(shè)置球鉸裝置的原因是為了確保機構(gòu)的完整性和控制模型 的精確性，使得動平臺在理論工作空間動作時，懸索10能夠在球鉸開口錐角范圍內(nèi)運動， 如此構(gòu)建的結(jié)構(gòu)模型能夠接近理論分析模型。當伺服電機7驅(qū)動軸套3轉(zhuǎn)動時，軸套3帶動滾筒軸2轉(zhuǎn)動，滾筒軸2再帶動滾索套1轉(zhuǎn)動。由于滾筒軸2與缸蓋4是通過螺紋連接 的，滾筒軸2邊旋轉(zhuǎn)邊帶動滾索套1作直線運動。設(shè)置在滾筒軸2上的長條導行鍵5沿著 軸套3上的長條導行槽6滑動，約束滾筒軸2作直線運動。這樣，滾索套1即可以作旋轉(zhuǎn)運 動，也可以作直線運動，以確保出索口位置的相對固定以及排索的有序性。如圖4所示，理論上，如果雕刻機排索機構(gòu)的出索口 C點與定滑輪12端J點的連 線與地面垂直。起始位姿時，設(shè)定滑輪12到球鉸裝置之間的索長為Ji 或設(shè)定滑輪12到頂 盤14之間的索長為Ji ，則總的索長i =』5 + JC ;終止點時，設(shè)定滑輪12到球鉸裝置之 間的索長為45'或設(shè)定滑輪12到頂盤14之間的索長為,則起始到終止時索長的變化
量為
ΔΙ = (AB + AC)-{AB' + AC) = ΛΒ-ΛΒ'因此，理論上并不需要考慮出索口到定滑輪12端索長JC的長度。如果收放索機構(gòu)設(shè)計不合理，出索口 C點發(fā)生異位變?yōu)镃，點，會導致起始到終止 時索長變化量為
Ll = (AB + ACHABt + AC')= AB-AB1 + (AC — AC)可見，出索口 C固定以及索的有序排放對機構(gòu)的模型誤差影響很大。使用時，已知雕刻機刀具9運行的起始點、終止點的位姿，將空間軌跡離散，依據(jù) 機構(gòu)運動學逆解模型分別求解出各離散點對應(yīng)的理論懸索10索長，控制系統(tǒng)將后一時刻 與前一時刻索長的變化量轉(zhuǎn)化為脈沖控制信號驅(qū)動每根懸索10上的本實用新型排索機構(gòu) 以協(xié)調(diào)收、放懸索，從而實現(xiàn)動刀具9按照規(guī)劃軌跡運動的目的。本實用新型排索機構(gòu)既保 證了柔性懸索10的有序排放，避免索紊亂帶來的末端(動平臺)定位精度的降低，又保證了 懸索10出索的位置相對地面垂直且固定以避免索傾斜造成模型誤差。 已知懸索10直徑為d,滾索套1直徑為D,滾筒軸2螺紋段直徑為M,導程為S ；則收放索長度:1=2 ν/ ，其中TP= Φ+d) /2 ；電機每轉(zhuǎn)過一圈，滾筒軸2帶動滾索套1轉(zhuǎn)過一圈，同時滾索套1和軸套3沿滾筒 軸2移動一個螺距(螺距=懸索的直徑)，以此可以使懸索10順序排列無重疊，出索口相對 固定。通過以上分析可知，工作時，電機轉(zhuǎn)速不發(fā)生改變，移動由滾筒軸2上的螺距大小 決定，而滾筒軸2螺紋段直徑大小對滾索套1收放索無影響，只要確保螺距與懸索10直徑 一致即可實現(xiàn)出索口唯一且有序排放。
權(quán)利要求一種用于索驅(qū)動并聯(lián)雕刻機的滾筒排索機構(gòu)，其特征在于包括滾索套(1)、滾筒軸(2)、軸套(3)和缸蓋(4)；滾索套(1)固定連接在滾筒軸(2)上，位于滾索套(1)一側(cè)的滾筒軸(2)與缸蓋(4)連接，位于滾索套(1)另一側(cè)的滾筒軸(2)上設(shè)置有軸套(3)；所述滾筒軸(2)的一端與缸蓋(4)通過螺紋連接，滾筒軸(2)的另一端上設(shè)置有長條導行鍵(5)，軸套(3)內(nèi)圓周面上設(shè)置有與長條導行鍵(5)對應(yīng)的長條導行槽(6)，所述的長條導行鍵(5)內(nèi)嵌在長條導行槽(6)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滾筒排索機構(gòu)，其特征在于所述的滾筒軸(2)與缸蓋(4)呈 垂直設(shè)置。
專利摘要本實用新型公開了一種用于索驅(qū)動并聯(lián)雕刻機的滾筒排索機構(gòu)，包括滾索套、滾筒軸、軸套和缸蓋；滾索套固定連接在滾筒軸上，位于滾索套一側(cè)的滾筒軸與缸蓋連接，位于滾索套另一側(cè)的滾筒軸上設(shè)置有軸套；滾筒軸的一端與缸蓋通過螺紋連接，滾筒軸的另一端上設(shè)置有長條導行鍵，軸套內(nèi)圓周面上設(shè)置有與長條導行鍵對應(yīng)的長條導行槽，長條導行鍵內(nèi)嵌在長條導行槽內(nèi)。有益效果是，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，能夠?qū)崿F(xiàn)柔性懸索的有序排放和懸索的出索口的唯一，使得模型結(jié)構(gòu)參數(shù)的準確，還能保證動平臺位姿控制的精確性。在其他索驅(qū)動并聯(lián)機構(gòu)和對索牽拉位置要求高的場合都可應(yīng)用此機構(gòu)。
文檔編號B44B1/00GK201659820SQ20102015063
公開日2010年12月1日 申請日期2010年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月6日
發(fā)明者屈昊, 李言, 湯奧斐, 肖繼明, 鄭建明 申請人:西安理工大學