專利名稱：一種基于三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)械制造業(yè)加工設(shè)備，具體是基于三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床。
現(xiàn)有機(jī)床，系列齊全、品種繁多。其結(jié)構(gòu)主要由床身、立柱、導(dǎo)軌和橫梁等組成，多為串聯(lián)結(jié)構(gòu)。這類機(jī)床的缺點(diǎn)是機(jī)構(gòu)笨重、零部件多、傳動(dòng)鏈長(zhǎng)、體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)昂貴，特別表現(xiàn)在多軸機(jī)床上。機(jī)床各部分受力、熱變形不均勻，在加工過程中拉、壓、彎、扭力及力矩的作用使機(jī)床產(chǎn)生振動(dòng)，結(jié)果導(dǎo)致加工精度降低。此外，部件重、體積大，限制了切削加工過程中速度與加速度的提高。九十年代以來，國內(nèi)外一些研究機(jī)構(gòu)推出了單純利用并聯(lián)機(jī)構(gòu)的并聯(lián)機(jī)床，但其工作空間較小，限制了其應(yīng)用。
為解決上述不足，本發(fā)明之目的是提供一種機(jī)構(gòu)靈活，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，微動(dòng)精度高、操作空間大的基于三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床，它可實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜型面和各種異形曲面的加工，還可作為多坐標(biāo)測(cè)量機(jī)用。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的它包括床身，由三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)、龍門框架、安裝在床身上的工作臺(tái)組成，其中三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)通過滑道安裝在龍門框架上，由三根傳動(dòng)桿、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、滑塊、導(dǎo)軌、固定平臺(tái)組成，所述傳動(dòng)桿一端通過球鉸安裝在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與滑塊相連，滑塊分別安裝在導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌一端分別與固定平臺(tái)傾斜安裝，另一端相互固連在一起，所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上設(shè)有刀具主軸；所述工作臺(tái)和床身之間在X軸方向設(shè)有滑道；另外，所述滑塊與直線電機(jī)相連接，或通過螺母與帶滾珠絲杠的回轉(zhuǎn)式電機(jī)相連接；所述導(dǎo)軌與固定平臺(tái)可垂直安裝；所述工作臺(tái)與床身間滑軌可為環(huán)形。
本發(fā)明除了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、體積小外還具有如下優(yōu)點(diǎn)1.加工精度高。本發(fā)明利用三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)刀具主軸的A、B雙擺以及Z向移動(dòng)，其刀具系統(tǒng)剛度高、負(fù)載能力強(qiáng)、微動(dòng)精度高；2.操作空間大。本發(fā)明將刀具主軸的Y軸橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)以及X軸前后進(jìn)給運(yùn)動(dòng)從運(yùn)動(dòng)平臺(tái)分離出來，分別通過三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)在龍門框架上的往復(fù)移動(dòng)以及工作臺(tái)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，拓展了機(jī)床的工作空間，同時(shí)使得操縱方便、裝夾靈活，能實(shí)現(xiàn)五維操作；3.應(yīng)用范圍廣。本發(fā)明對(duì)工件的適應(yīng)性強(qiáng)，其加工對(duì)象可以是平面也可以是曲面，可實(shí)現(xiàn)銑、鉆、磨、拋光等工藝加工，還可作為多坐標(biāo)測(cè)量機(jī)用。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明另一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明工作原理的坐標(biāo)方向圖。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明實(shí)施例1如圖1、5所示，為本發(fā)明基于三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)示意圖，由三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)1、龍門框架2、安裝在床身4上的工作臺(tái)3組成，其中三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)1通過滑道安裝在龍門框架2上橫梁上，由三根傳動(dòng)桿12、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)14、滑塊16、導(dǎo)軌17、固定平臺(tái)18組成，所述傳動(dòng)桿12一端通過球鉸13安裝在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)14上，另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與滑塊16相連，滑塊16分別安裝在導(dǎo)軌17上，導(dǎo)軌17一端分別與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)14內(nèi)傾斜安裝，另一端相互固連在一起，三根導(dǎo)軌17連接處形成一個(gè)平面，所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)14上設(shè)有刀具主軸15；所述工作臺(tái)3和床身4之間在X軸方向設(shè)有滑道，工作臺(tái)3沿滑道作在X軸方向上水平運(yùn)動(dòng)；所述滑塊16與直線電機(jī)相連接。
其工作原理是如圖5所示，由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的滑塊16在導(dǎo)軌17上移動(dòng)，滑塊16驅(qū)動(dòng)各傳動(dòng)桿12；運(yùn)動(dòng)平臺(tái)14在各傳動(dòng)桿12的驅(qū)動(dòng)下獲得兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度和一個(gè)移動(dòng)自由度，即繞X軸和Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度A、B以及沿Z軸的上、下移動(dòng)自由度。三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)1通過滑道安裝于龍門框架2橫梁上，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下它可在Y軸方向上沿橫梁滑道作橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，被加工工件固定于可在伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)下沿X軸方向作前后往復(fù)運(yùn)動(dòng)的工作臺(tái)3上，刀具主軸固定安裝在三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)1的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)14上，從而實(shí)現(xiàn)刀具主軸相對(duì)工件的五坐標(biāo)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)(X軸移動(dòng)，Y軸移動(dòng)，Z軸移動(dòng)，A軸轉(zhuǎn)動(dòng)，B軸轉(zhuǎn)動(dòng))。
實(shí)施例2如圖2所示，本發(fā)明與實(shí)施例1不同之處為所述工作臺(tái)3與床身4間的滑軌為環(huán)形，工作臺(tái)3在機(jī)床床身4上作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，故工作臺(tái)3用繞Z軸方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)代替了沿X軸方向的前后往復(fù)移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)刀具主軸(相對(duì)工件)作五坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)，即Y軸移動(dòng)，Z軸移動(dòng)，A軸轉(zhuǎn)動(dòng)，B軸轉(zhuǎn)動(dòng)，C軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
實(shí)施例3如圖3所示，本發(fā)明與實(shí)施例1不同之處為所述三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)1通過滑道安裝于龍門框架2側(cè)面立柱上，本發(fā)明所述導(dǎo)軌17亦可與固定平臺(tái)18垂直安裝，傳動(dòng)桿12與導(dǎo)軌17內(nèi)側(cè)與滑塊16相連；所述滑塊16通過螺母與帶滾珠絲杠的回轉(zhuǎn)式電機(jī)相連接。
實(shí)施例4如圖4所示，與實(shí)施例3不同之處為所述工作臺(tái)3與床身4間的滑軌為環(huán)形，工作臺(tái)3在機(jī)床床身4上作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
本發(fā)明所述導(dǎo)軌17亦可與固定平臺(tái)18垂直安裝，傳動(dòng)桿12與導(dǎo)軌17內(nèi)側(cè)與滑塊16相連。
權(quán)利要求
1.一種基于三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床，包括床身，其特征在于由三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)(1)、龍門框架(2)、安裝在床身(4)上的工作臺(tái)(3)組成，其中三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)(1)通過滑道安裝在龍門框架(2)上，由三根傳動(dòng)桿(12)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(14)、滑塊(16)、導(dǎo)軌(17)、固定平臺(tái)(18)組成，所述傳動(dòng)桿(12)一端通過球鉸(13)安裝在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(14)上，另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與滑塊(16)相連，滑塊(16)分別安裝在導(dǎo)軌(17)上，導(dǎo)軌(17)一端分別與固定平臺(tái)(18)傾斜安裝，另一端相互固連在一起，所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(14)上設(shè)有刀具主軸(15)；所述工作臺(tái)(12)和床身(4)之間在X軸方向設(shè)有滑道。
2.按照權(quán)利要求1所述基于三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床，其特征在于所述三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)(1)通過滑道安裝在龍門框架(2)上橫梁或側(cè)面立柱上。
3.按照權(quán)利要求1所述基于三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床，其特征在于所述滑塊(16)與直線電機(jī)相連接，或通過螺母與帶滾珠絲杠的回轉(zhuǎn)式電機(jī)相連接。
4.按照權(quán)利要求1、2或3所述基于三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床，其特征在于所述導(dǎo)軌(17)與固定平臺(tái)(18)垂直安裝。
5.按照權(quán)利要求1、2或3所述基于三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床，其特征在于所述工作臺(tái)(3)與床身(4)間滑軌為環(huán)形。
全文摘要
一種基于三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床,由三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)、龍門框架、安裝在床身上的工作臺(tái)組成,其中三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)通過滑道裝在龍門框架上,由三根傳動(dòng)桿、設(shè)有刀具主軸的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、導(dǎo)軌等組成,傳動(dòng)桿一端通過球鉸安裝在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上,另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與滑塊相連,滑塊分別裝在導(dǎo)軌上,導(dǎo)軌一端分別與固定平臺(tái)傾斜安裝,另一端相互固連一起;工作臺(tái)和床身之間在X軸方向設(shè)滑道。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,微動(dòng)精度高、操作空間大。
文檔編號(hào)B23Q1/25GK1355083SQ0012334
公開日2002年6月26日 申請(qǐng)日期2000年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月29日
發(fā)明者趙明陽, 房立金, 徐志剛, 王洪光, 陳書宏, 陳文家, 曲艷麗, 張波, 李燕 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所