專利名稱：五自由度數(shù)控銑床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)控銑床。
背景技術(shù)：
近十幾年來，并聯(lián)機(jī)床是國內(nèi)外數(shù)控機(jī)床研究領(lǐng)域非常關(guān)注的熱點(diǎn)課題。并聯(lián)機(jī)床又稱虛擬軸機(jī)床，是知識(shí)密集、智力密集、技術(shù)密集的機(jī)電一體化高技術(shù)產(chǎn)品，是并聯(lián)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)械、計(jì)算機(jī)控制、精密測(cè)量、數(shù)控加工等多學(xué)科應(yīng)用技術(shù)的交叉。國內(nèi)外的學(xué)者對(duì)其投入了大量的研究工作。
從國內(nèi)外并聯(lián)機(jī)床產(chǎn)品與技術(shù)發(fā)展的概況來看，前些年大多集中在六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究上。近些年來，少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)得到了人們?cè)絹碓蕉嗟闹匾暎蠖嗉性谌杂啥炔⒙?lián)機(jī)構(gòu)的研究上，而對(duì)于四、五自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究則較少，致使可用做并聯(lián)機(jī)床的四、五自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的構(gòu)形很少。
近年來，雖然有的學(xué)者提供了一些五自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)銑床的技術(shù)方案，但在實(shí)際使用時(shí)大都存在著剛度差、精度低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和成本較高的弊端。公開號(hào)為CN1375379的專利申請(qǐng)文件中記載了一種“新型混聯(lián)五自由度虛擬軸機(jī)床”，它在結(jié)構(gòu)上包括機(jī)架、固定平臺(tái)、安裝切削刀具的動(dòng)平臺(tái)、可帶動(dòng)被切削工件雙向移動(dòng)的工作臺(tái)，固定平臺(tái)與動(dòng)平臺(tái)之間通過三條腿相聯(lián)。其中，一條腿與固定平臺(tái)剛性固聯(lián)，與動(dòng)平臺(tái)通過虎克鉸相聯(lián)，另外兩條腿與固定平臺(tái)之間通過虎克鉸相聯(lián)，與動(dòng)平臺(tái)之間通過球鉸相聯(lián)。該公開文獻(xiàn)存在的問題的，由于兩個(gè)支鏈為TPS結(jié)構(gòu)(T虎克絞-P移動(dòng)副-S球鉸副)，另一個(gè)支鏈一端固定，另一端為球鉸，可以看出該結(jié)構(gòu)為非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，非對(duì)稱結(jié)構(gòu)無論在加工、制造還是安裝時(shí)都極不方便，并且非對(duì)稱結(jié)構(gòu)機(jī)床還存在著加工精度差的問題；同時(shí)，由于是數(shù)控機(jī)床，我們要考慮的問題不只是結(jié)構(gòu)，還包括程序的編制，而該公開文獻(xiàn)由于是非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，必然存在著編程復(fù)雜的問題，因此，該公開文獻(xiàn)在實(shí)際使用中存在著諸多的不便和困難。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有并聯(lián)機(jī)床存在剛度差、精度低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和成本較高的弊端，以及現(xiàn)有的五自由度并聯(lián)機(jī)床加工、制造、安裝都不方便、數(shù)控編程復(fù)雜的問題，本發(fā)明提供一種剛度強(qiáng)、精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉且具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)、方便數(shù)控編程的五自由度數(shù)控銑床。五自由度數(shù)控銑床，它包括銑床床身、平臺(tái)基座、加工刀具和控制加工刀具運(yùn)動(dòng)的電主軸，它還包括與銑床床身或平臺(tái)基座連接的三自由度RPS機(jī)構(gòu)，所述三自由度RPS機(jī)構(gòu)是由下平臺(tái)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和由絲杠螺母機(jī)構(gòu)組成的伸縮桿組成，所述伸縮桿為三根，每根伸縮桿的兩端都分別與下平臺(tái)和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)鉸接。本發(fā)明所述銑床利用三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)串聯(lián)兩自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)形成了五自由度數(shù)控銑床結(jié)構(gòu)，它實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)有的六自由度并聯(lián)機(jī)床的加工能力，豐富了五軸數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)形式，為五自由度并串聯(lián)機(jī)構(gòu)的理論研究提供了機(jī)構(gòu)原型。本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)1、與傳動(dòng)的串聯(lián)式多軸機(jī)床相比，本發(fā)明銑床具有較好的剛度、精度和動(dòng)態(tài)性能，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、易制造。2、與現(xiàn)有的六自由度并聯(lián)機(jī)床相比，本發(fā)明銑床機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、易控制、造價(jià)低。3、與現(xiàn)有的五自由度并聯(lián)機(jī)床相比，本發(fā)明銑床為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，加工、制造、安裝都極為方便，并且加工精度高，并且易編程、易控制。本發(fā)明的五軸數(shù)控銑床可實(shí)現(xiàn)工件或刀具的空間相對(duì)三維移動(dòng)和二維轉(zhuǎn)動(dòng)，完成工件的加工，因此該并串聯(lián)數(shù)控機(jī)床完全可以替代傳統(tǒng)的串聯(lián)式多軸機(jī)床和六自由度并聯(lián)機(jī)床來實(shí)現(xiàn)對(duì)空間復(fù)雜曲面零件的加工，利于推廣應(yīng)用。


圖1是具體實(shí)施方式
一和二的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是具體實(shí)施方式
三的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是具體實(shí)施方式
四的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式所述五自由度數(shù)控銑床，它包括銑床床身1、平臺(tái)基座、加工刀具3和控制加工刀具3運(yùn)動(dòng)的電主軸9，它還包括與銑床床身1或平臺(tái)基座連接的三自由度RPS機(jī)構(gòu)，所述三自由度RPS機(jī)構(gòu)是由下平臺(tái)4、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)5和由絲杠螺母機(jī)構(gòu)組成的伸縮桿6組成，所述伸縮桿6為三根，每根伸縮桿6的兩端都分別與下平臺(tái)4和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)5鉸接。具體鉸接方式為，伸縮桿6與下平臺(tái)4之間通過轉(zhuǎn)動(dòng)副7連接，所述伸縮桿6與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)5之間通過球鉸8或虎克絞連接。
具體實(shí)施方式
二與具體實(shí)施方式
一不同之處在于，本實(shí)施方式就具體的銑床床身及平臺(tái)基座結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。參照?qǐng)D1，所述銑床床身1為立式床身，所述加工刀具3及電主軸9都安裝在所述床身上；所述平臺(tái)基座是兩自由度平臺(tái)基座，它包括底座2-2和設(shè)置在底座2-2上的移動(dòng)平臺(tái)2-1，所述底座2-2的上表面設(shè)有X向?qū)к?-3，所述移動(dòng)平臺(tái)2-1的上表面設(shè)有Y向?qū)к?-4；所述三自由度RPS機(jī)構(gòu)設(shè)置在移動(dòng)平臺(tái)2-1上，即三自由度RPS機(jī)構(gòu)上的下平臺(tái)4設(shè)置在Y向?qū)к?-4上；串聯(lián)部分包括移動(dòng)平臺(tái)2-1、底座2-2及三自由度RPS機(jī)構(gòu)的下平臺(tái)4，通過上述結(jié)構(gòu)在電機(jī)2-5的驅(qū)動(dòng)下可以實(shí)現(xiàn)RPS機(jī)構(gòu)的下平臺(tái)4相對(duì)于基座的XY兩個(gè)方向的移動(dòng)。RPS機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)5通過由絲杠螺母機(jī)構(gòu)組成的伸縮桿6與下平臺(tái)4相連，伸縮桿6上端為三自由度球鉸8或虎克絞，下端為轉(zhuǎn)動(dòng)副7。該結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)5相對(duì)于下平臺(tái)4作Z向移動(dòng)和繞運(yùn)動(dòng)平臺(tái)5作X軸和Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。工作的時(shí)候，將待加工工件固定在三自由度RPS機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)5上，所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)5設(shè)置在加工刀具3的下方，前面所述伸縮桿、導(dǎo)軌、加工刀具的運(yùn)動(dòng)都分別通過各自的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，根據(jù)所述結(jié)構(gòu)即可實(shí)現(xiàn)工件的帶姿態(tài)加工。
具體實(shí)施方式
三與具體實(shí)施方式
二不同之處在于，本實(shí)施方式描述另一種具體的銑床床身及平臺(tái)基座的結(jié)構(gòu)。參照?qǐng)D2，所述銑床床身1為龍門式床身，在所述龍門式床身的橫梁上安裝有X向?qū)к?-6；三自由度RPS機(jī)構(gòu)倒掛在龍門式床身的橫梁上，具體連接結(jié)構(gòu)為三自由度RPS機(jī)構(gòu)的下平臺(tái)4的底面上設(shè)有滑塊，所述滑塊安裝在X向?qū)к?-6內(nèi)，通過電機(jī)2-5可以實(shí)現(xiàn)RPS機(jī)構(gòu)在X方向的一維運(yùn)動(dòng)；RPS機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)5通過由絲杠螺母機(jī)構(gòu)組成的伸縮桿6與下平臺(tái)4相連，伸縮桿6的上端為轉(zhuǎn)動(dòng)副7，下端為三自由度球鉸8或虎克絞，所述加工刀具3及電主軸9都固定在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)5上，可以實(shí)現(xiàn)加工刀具3相對(duì)于下平臺(tái)4的Z向移動(dòng)和繞運(yùn)動(dòng)平臺(tái)5的X軸和Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)；所述平臺(tái)基座設(shè)置在三自由度RPS機(jī)構(gòu)的下方，它是一自由度平臺(tái)基座，它包括底座2-2和設(shè)置在底座2-2上的移動(dòng)平臺(tái)2-1，所述底座2-2的上表面設(shè)有Y向?qū)к?-4，通過電機(jī)2-5可帶動(dòng)移動(dòng)平臺(tái)2-1在導(dǎo)軌2-4上作Y方向運(yùn)動(dòng)；將待加工工件固定在移動(dòng)平臺(tái)2-1上，可以實(shí)現(xiàn)待加工工件相對(duì)于底座2-2的一維運(yùn)動(dòng)。所述導(dǎo)軌、伸縮桿、加工刀具都通過各自的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過上述結(jié)構(gòu)即可實(shí)現(xiàn)刀具對(duì)工件的加工。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式為六自由度數(shù)控銑床，它在結(jié)構(gòu)上與具體實(shí)施方式
三不同之處在于，參照?qǐng)D3，在移動(dòng)平臺(tái)2-1上設(shè)有數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)，所述數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)是由分別設(shè)置在移動(dòng)平臺(tái)2-1兩端的數(shù)控轉(zhuǎn)軸10-1組成。由于該方案增加了一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)，所以為六自由度銑床。本實(shí)施方式的其它部分與具體實(shí)施方式
三完全相同。工作的時(shí)候，將待加工工件通過卡具固定在數(shù)控轉(zhuǎn)軸10-1上，開啟控制數(shù)控轉(zhuǎn)軸10-1轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)，數(shù)控轉(zhuǎn)軸10-1即會(huì)帶動(dòng)待加工工件旋轉(zhuǎn)，這樣可以實(shí)現(xiàn)長條形工件的回轉(zhuǎn)加工，從而提高加工效率。
本發(fā)明所述“三自由度RPS機(jī)構(gòu)”中的“RPS”是指轉(zhuǎn)動(dòng)副-移動(dòng)副-球鉸副。
另外，本發(fā)明權(quán)利要求3中“所述底座2-2的上表面設(shè)有X向?qū)к?-3，所述移動(dòng)平臺(tái)2-1的上表面設(shè)有Y向?qū)к?-4”，由于其目的在于控制三自由度RPS機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)X方向和Y方向的運(yùn)動(dòng)，所以即使底座2-2上設(shè)置的是Y向?qū)к壓鸵苿?dòng)平臺(tái)2-1上設(shè)置X向?qū)к?，也都可以?shí)現(xiàn)發(fā)明目的，所以也應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種五自由度數(shù)控銑床，它包括銑床床身(1)、平臺(tái)基座、加工刀具(3)和控制加工刀具(3)運(yùn)動(dòng)的電主軸(9)，其特征在于它還包括與銑床床身(1)或平臺(tái)基座連接的三自由度RPS機(jī)構(gòu)，所述三自由度RPS機(jī)構(gòu)是由下平臺(tái)(4)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(5)和由絲杠螺母機(jī)構(gòu)組成的伸縮桿(6)組成，所述伸縮桿(6)為三根，每根伸縮桿(6)的兩端都分別與下平臺(tái)(4)和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(5)鉸接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五自由度數(shù)控銑床，其特征在于所述伸縮桿(6)與下平臺(tái)(4)之間通過轉(zhuǎn)動(dòng)副(7)連接，所述伸縮桿(6)與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(5)之間通過球鉸(8)或虎克絞連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的五自由度數(shù)控銑床，其特征在于所述銑床床身(1)為立式床身，所述加工刀具(3)及電主軸(9)都安裝在所述床身上；所述平臺(tái)基座是兩自由度平臺(tái)基座，它包括底座(2-2)和設(shè)置在底座(2-2)上的移動(dòng)平臺(tái)(2-1)，所述底座(2-2)的上表面設(shè)有X向?qū)к?2-3)，所述移動(dòng)平臺(tái)(2-1)的上表面設(shè)有Y向?qū)к?2-4)；所述三自由度RPS機(jī)構(gòu)設(shè)置在移動(dòng)平臺(tái)(2-1)上，所述下平臺(tái)(4)設(shè)置在Y向?qū)к?2-4)上；所述三自由度RPS機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(5)設(shè)置在加工刀具(3)的下方。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的五自由度數(shù)控銑床，其特征在于所述銑床床身(1)為龍門式床身，在所述龍門式床身的橫梁上安裝有X向?qū)к?2-6)；三自由度RPS機(jī)構(gòu)倒掛在龍門式床身的橫梁上，具體連接結(jié)構(gòu)為三自由度RPS機(jī)構(gòu)的下平臺(tái)(4)的底面上設(shè)有滑塊，所述滑塊安裝在X向?qū)к?2-6)內(nèi)；所述加工刀具(3)及電主軸(9)都固定在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(5)上；所述平臺(tái)基座是一自由度平臺(tái)基座，它包括底座(2-2)和設(shè)置在底座(2-2)上的移動(dòng)平臺(tái)(2-1)，所述底座(2-2)的上表面設(shè)有Y向?qū)к?2-4)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的五自由度數(shù)控銑床，其特征在于在所述移動(dòng)平臺(tái)(2-1)上設(shè)有數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)，所述數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)是由分別設(shè)置在移動(dòng)平臺(tái)(2-1)兩端的數(shù)控轉(zhuǎn)軸(10-1)組成。
全文摘要
五自由度數(shù)控銑床，涉及一種數(shù)控銑床?，F(xiàn)有并聯(lián)機(jī)床剛度差、精度低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和成本較高，現(xiàn)有的五自由度并聯(lián)機(jī)床還存在加工、制造、安裝都不方便、數(shù)控編程復(fù)雜的弊端。五自由度數(shù)控銑床，它包括銑床床身(1)、平臺(tái)基座、加工刀具(3)和控制加工刀具(3)運(yùn)動(dòng)的電主軸(9)，它還包括與銑床床身(1)或平臺(tái)基座連接的三自由度RPS機(jī)構(gòu)，所述三自由度RPS機(jī)構(gòu)是由下平臺(tái)(4)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(5)和由絲杠螺母機(jī)構(gòu)組成的伸縮桿(6)組成，所述伸縮桿(6)為三根，每根伸縮桿(6)的兩端都分別與下平臺(tái)(4)和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(5)鉸接。本發(fā)明所述銑床剛度強(qiáng)、精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，并且具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)，所以加工、制造、安裝都極為方便，加工精度高，方便數(shù)控編程，利于推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)B23Q1/48GK1788899SQ200510127398
公開日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2005年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月28日
發(fā)明者王瑞, 王知行, 鐘詩勝, 劉文濤 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)