專利名稱：實(shí)現(xiàn)多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于機(jī)械領(lǐng)域，涉及一種并聯(lián)機(jī)構(gòu)，特別涉及一種并聯(lián)機(jī)床和串聯(lián)與并聯(lián)相結(jié)合的混聯(lián)機(jī)床的多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
近年來美國率先推出了六軸完全并聯(lián)機(jī)床，各國先后相繼推出了一些完全并聯(lián)機(jī)床或串聯(lián)與并聯(lián)相結(jié)合的混聯(lián)機(jī)床。完全并聯(lián)機(jī)床的突出優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)動質(zhì)量小，速度快，比剛度高；運(yùn)動誤差不累加，精度高。其表現(xiàn)突出的缺點(diǎn)之一是回轉(zhuǎn)運(yùn)動的作業(yè)范圍小，完全并聯(lián)的六軸并聯(lián)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)范圍只有30°～60°左右；由德國DST公司設(shè)計(jì)，美國辛辛那提公司生產(chǎn)的稱為“Z3主軸頭”的主軸機(jī)構(gòu)是采用的三軸并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其回轉(zhuǎn)范圍擴(kuò)大了，可以達(dá)到±40°，但仍不能實(shí)現(xiàn)立式和臥式加工功能。
研究開發(fā)轉(zhuǎn)動范圍大于90°，可實(shí)現(xiàn)立、臥加工的并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)，對發(fā)揮并聯(lián)機(jī)構(gòu)原理的優(yōu)點(diǎn)，推動并聯(lián)機(jī)床及混聯(lián)機(jī)床的創(chuàng)新研究開發(fā)具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于，提供一種多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)，該主軸頭機(jī)構(gòu)兼有并聯(lián)機(jī)構(gòu)原理的優(yōu)點(diǎn)，同時兩個回轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)范圍又都大于90°，以實(shí)現(xiàn)多方位立臥加工。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是，一種實(shí)現(xiàn)多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)，由三個分支組成，具體由定平臺，三個回轉(zhuǎn)副組件，三個移動副組件，三個桿組件，三個球面副組件，動平臺組件及主軸部件構(gòu)成；其特點(diǎn)是，三個回轉(zhuǎn)副組件呈120°分布并與定平臺連接，三個回轉(zhuǎn)副組件分別與三個移動副組件連接，三個移動副組件分別和三個桿組件連接，三個桿組件分別與三個球面副組件連接，三個球面副組件呈120°分布并與動平臺組件連接，主軸部件安裝在動平臺組件上；動平臺組件6帶動主軸部件7可相對定平臺1作Z軸縱向移動和進(jìn)行A軸及B軸的轉(zhuǎn)動。
本實(shí)用新型的其他一些特點(diǎn)是，三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)的A軸和B軸的轉(zhuǎn)動范圍大于90°。
三個移動副采用伺服電機(jī)驅(qū)動，亦可采用液壓驅(qū)動。
主軸部件可采用交流伺服電主軸，也可采用交流變頻電主軸。
所述伺服電機(jī)驅(qū)動為交流伺服或直流伺服或步進(jìn)電機(jī)。
回轉(zhuǎn)副和移動副的位置可以對調(diào)。
該三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)既有并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)給速度高、比剛度高、精度高的優(yōu)點(diǎn)，避免了并聯(lián)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動范圍小的缺點(diǎn)，同時還具有A軸和B軸轉(zhuǎn)動范圍大的優(yōu)點(diǎn)，均大于90°，可實(shí)現(xiàn)多方位立臥加工。其原理可適用于3-RPS和3-PRS原理的三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)。


圖1(a)(b)(c)是本實(shí)用新型的原理圖；圖2是本實(shí)用新型用于3位3-RPS原理的三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本實(shí)用新型用于3位3-PRS原理的三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
依照本實(shí)用新型的技術(shù)方案，一種實(shí)現(xiàn)多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)，由三個分支組成，具體由定平臺1，三個回轉(zhuǎn)副組件2，三個移動副組件3，三個桿組件4，三個球面副組件5，動平臺組件6及主軸部件7構(gòu)成；回轉(zhuǎn)副組件2呈120°分布并與定平臺1連接，三個回轉(zhuǎn)副組件2分別與三個移動副組件3連接，三個移動副組件3分別和三個桿組件4連接，三個桿組件4分別與三個球面副組件5連接，三個球面副組件5呈120°分布并與動平臺組件6連接，主軸部件7安裝在動平臺組件6上；動平臺組件6帶動主軸部件7可相對定平臺1作Z軸縱向移動和進(jìn)行A軸及B軸的轉(zhuǎn)動。
本實(shí)用新型的技術(shù)原理如下主軸頭并聯(lián)機(jī)構(gòu)為3-RPS原理，參見圖1(a)，共有成120°分布的三個分支，每個分支由回轉(zhuǎn)副R，直線移動副P，桿L，球面副S組成，三個分支的上端與定平臺相連，下端與動平臺相連，主軸部件安裝在動平臺上。P為主動關(guān)節(jié)，有動力源驅(qū)動，R及S為被動關(guān)節(jié)。動力源驅(qū)動三個P關(guān)節(jié)運(yùn)動，則可使動平臺帶動主軸部件沿Z軸直線移動和作A軸(繞X軸)轉(zhuǎn)動及B軸(繞Y軸)轉(zhuǎn)動的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。
取其中一個分支第i個分支，參見圖1(b)，其回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)為Ri，球關(guān)節(jié)為Si。三個R關(guān)節(jié)的軸線所決定的平面稱虛擬定平臺，安裝R關(guān)節(jié)的實(shí)體零件成為實(shí)體定平臺，三個球關(guān)節(jié)球心點(diǎn)所決定的平面稱為虛擬動平臺，連接三個球關(guān)節(jié)的實(shí)體零件稱為實(shí)體動平臺。令回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)Ri與實(shí)體定平臺的傾角為αiR，桿Li與虛擬動平臺的傾角為αiL，球關(guān)節(jié)Si與實(shí)體動平臺的傾角為αiS，主軸部件與實(shí)體動平臺的傾角為αm，其中傾角αiR在機(jī)構(gòu)的作業(yè)過程中是變化的。通過配置和優(yōu)化匹配αiR，αiL，αiS和αm，即可使該并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)的A軸和B軸的轉(zhuǎn)動范圍大于90°，由于二個回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動范圍都大于90°，故可實(shí)現(xiàn)多方位的立式和臥式加工。
以上技術(shù)同樣適用于圖1(c)的3-PRS三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)。
參見圖2，三軸并聯(lián)頭機(jī)構(gòu)由定平臺1、三個回轉(zhuǎn)運(yùn)動副組件2、三個直線移動副組件3、三個桿組件4、三個球面副組件5、動平臺組件6、主軸部件7構(gòu)成，其中三個分支呈120°分布，每個分支的回轉(zhuǎn)運(yùn)動副組件2與定平臺1連接，直線移動副組件3與回轉(zhuǎn)副組件2連接，桿組件4和移動副組件3連接，每個桿相對定平臺可作縱向移動和一個單自由度的回轉(zhuǎn)運(yùn)動；球面副組件5與桿組件4連接，動平臺組件6和三個分支的三個球面副組件5連接，動平臺相對定平臺可實(shí)現(xiàn)一個縱向直線移動和兩個轉(zhuǎn)動；主軸部件7安裝在動平臺6上，與動平臺一起運(yùn)動，可實(shí)現(xiàn)多方位立臥加工。
實(shí)施例1圖2為3-RPS型三軸并聯(lián)主軸機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖，圖中的定平臺1與三個成120°分布的回轉(zhuǎn)副組件2連接，三個回轉(zhuǎn)副組件2分別與三個移動副組件3連接，三個移動副組件3分別與三個桿組件4連接，三個桿組件4分別與三個球面副組件5連接，三個球面副組件5成120°分布與動平臺6連接，動平臺6與主軸部件7連接。三個移動副為主動運(yùn)動副，分別由伺服電機(jī)驅(qū)動，亦可采用液壓驅(qū)動，主軸部件采用交流伺服電主軸，亦可采用變頻電主軸。
實(shí)施例2圖3為3-PRS型三軸并聯(lián)主軸機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖，其實(shí)施方法與圖2相似，不同的是該并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)的直線移動副在前，回轉(zhuǎn)副在后，該機(jī)構(gòu)的A軸及B軸同樣也超過了90°，可以實(shí)現(xiàn)立臥加工。
權(quán)利要求1.一種實(shí)現(xiàn)多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)，由三個分支組成，具體由定平臺1，三個回轉(zhuǎn)副組件2，三個移動副組件3，三個桿組件4，三個球面副組件5，動平臺組件6及主軸部件7構(gòu)成；其特征在于，回轉(zhuǎn)副組件2呈120°分布并與定平臺1連接，三個回轉(zhuǎn)副組件2分別與三個移動副組件3連接，三個移動副組件3分別和三個桿組件4連接，三個桿組件4分別與三個球面副組件5連接，三個球面副組件5呈120°分布并與動平臺組件6連接，主軸部件7安裝在動平臺組件6上；動平臺組件6帶動主軸部件7可相對定平臺1作Z軸縱向移動和進(jìn)行A軸及B軸的轉(zhuǎn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)，其特征在于，三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)的A軸和B軸的轉(zhuǎn)動范圍大于90°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)，其特征在于，三個移動副3采用伺服電機(jī)驅(qū)動，亦可采用液壓驅(qū)動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)，其特征在于，主軸部件7可采用交流伺服電主軸，也可采用交流變頻電主軸。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的實(shí)現(xiàn)多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述伺服電機(jī)驅(qū)動為交流伺服或直流伺服或步進(jìn)電機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述回轉(zhuǎn)副2和移動副3的位置可以對調(diào)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種可實(shí)現(xiàn)多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)，由定平臺，三個回轉(zhuǎn)副組件、三個移動副組件、三個桿組件、三個球面副組件、動平臺組件及主軸部件組成。三個呈120°分布的回轉(zhuǎn)副組件與定平臺連接，三個移動副組件分別與三個回轉(zhuǎn)副組件連接，三個桿組件分別與三個移動副組件連接，三個球面副組件分別與三個桿組件連接，動平臺組件與呈120°分布的三個球面副組件連接，主軸部件安裝在動平臺組件上。動平臺組件帶動主軸部件可相對定平臺作Z軸縱向移動和進(jìn)行A軸及B軸的轉(zhuǎn)動。該機(jī)構(gòu)并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)給速度高、比剛度高、精度高的優(yōu)點(diǎn)，A軸和B軸轉(zhuǎn)動范圍均大于90°，可實(shí)現(xiàn)多方位立臥加工。適用于3－RPS和3－PRS原理的三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)。
文檔編號B23Q41/00GK2691776SQ20042004160
公開日2005年4月13日 申請日期2004年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月1日
發(fā)明者黃玉美, 程祥, 樊澤明, 高峰 申請人:西安理工大學(xué)