專利名稱：一種并聯(lián)式三軸主軸頭結(jié)構(gòu)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于機械制造領域，涉及一種既能獨立工作又能配合其它裝置進行復合加工的并聯(lián)式三軸主軸頭結(jié)構(gòu)。
背景技術：
目前，大量的多功能銑床均安裝有一個可以實現(xiàn)連續(xù)回轉(zhuǎn)的兩軸主軸頭，這些主軸頭多采用雙擺角或者叉形頭的串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，如專利ZL03278067.2描述了一種A/C軸主軸頭以及專利US 3483796提出的一種叉行頭主軸頭等。這些主軸頭往往傳動系統(tǒng)復雜、結(jié)構(gòu)龐大、運動質(zhì)量大，而且難以安裝，制造成本高，維護費用也較高。
近十年來，國際上出現(xiàn)了一種新概念機床—并聯(lián)機床。在1994年芝加哥國際制造技術展覽會(IMTS’94)上，美國積仃斯與萊威斯(Giddings&Lewis)公司和因閣塞耳(Ingersoll)公司第一次在世界上展出了VARIAX和HOH600并聯(lián)機床。該并聯(lián)機床的機構(gòu)如圖3所示，它包括定平臺15、動平臺17、固定在動平臺17上的主軸頭16、以及6個相同的支鏈，其中每個支鏈均包括球鉸鏈18、20和移動副19，球鉸鏈18與動平臺17相連接，而球鉸鏈20與定平臺15相連接。該機構(gòu)具有6個自由度，通過驅(qū)動6個支鏈上的6個移動副來實現(xiàn)動平臺15的位姿。
上述機床采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)多坐標聯(lián)動數(shù)控加工、裝配和測量等多種功能，具有模塊化程度高、運動部件質(zhì)量輕、精度高，響應快，制造成本低等優(yōu)點。與傳統(tǒng)機床相比，虛擬軸機床因采用了刀具運動的形式，從而改善了其速度、加速度、精度和剛度等性能。但是在實際的應用中，往往不需要用6自由度機構(gòu)，3自由度機構(gòu)就能滿足要求。與此同時，減少機構(gòu)的自由度能降低機構(gòu)的制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有串聯(lián)式主軸頭結(jié)構(gòu)的不足，利用并聯(lián)機床的結(jié)構(gòu)原理，提供一種并聯(lián)式三軸主軸頭結(jié)構(gòu)，這種主軸頭既能獨立工作又能配合其它裝置進行復合加工；且具有高剛度，低運動質(zhì)量，高動態(tài)性能，構(gòu)造簡單，相同零件數(shù)量多，成本低，易制造以及沿移動方向等特點。
本發(fā)明提出的一種并聯(lián)式三軸主軸頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，該結(jié)構(gòu)包括主軸、一個動平臺、一個定平臺，以及連接所述動平臺和定平臺的三個相同的分支，該主軸固接在動平臺上；其中，所述的三個分支中，每個分支均包括一個輸入桿件、與所述動平臺連接的多自由度鉸鏈，以及兩個運動副，一個運動副是連接于所述輸入桿件與定平臺之間的運動副a，另一個運動副是連接于所述輸入桿件與多自由度鉸鏈之間的運動副b，所述運動副a具有一個自由度且是驅(qū)動的，所述運動副b具有一個或兩個自由度且是被動的。
本發(fā)明的特點及技術效果本發(fā)明的動平臺或者主軸具有三個獨立的自由度，以及相對于定平臺的三個伴隨運動。結(jié)構(gòu)的伴隨運動可以用兩個轉(zhuǎn)動自由度來描述。另外，由于本發(fā)明結(jié)構(gòu)具有對稱性，設計參數(shù)只需要確定動平臺和定平臺的大小即可。
該主軸頭結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(1)結(jié)構(gòu)簡單；(2)設計參數(shù)少；(3)剛度高。這些優(yōu)點使該機構(gòu)更易于設計，其靈活度更好。


圖1是本發(fā)明并聯(lián)三軸主軸頭結(jié)構(gòu)第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明并聯(lián)三軸主軸頭結(jié)構(gòu)第二實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是已有技術的六軸并聯(lián)機床結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的并聯(lián)式三軸主軸頭結(jié)構(gòu)結(jié)合附圖及實施例詳細說明如下本發(fā)明并聯(lián)三軸主軸頭結(jié)構(gòu)的第一實施例如圖1所示，該結(jié)構(gòu)包括主軸、一個動平臺、一個定平臺，以及連接所述動平臺和定平臺的三個相同的分支，主軸固接在動平臺上；其中，動平臺和定平臺的形狀均為正三角形；每個分支均含有一個輸入桿件2、一個移動副6、一個圓柱副7以及一個萬向鉸鏈3，故可將該機構(gòu)簡稱為3-PCU機構(gòu)。其連接關系為動平臺4，該動平臺的三個頂點分別通過三個相同的分支與定平臺1的三個頂點相連接。分支中連接動平臺的一端是萬向鉸鏈3；輸入桿件2通過圓柱副7(是被動的)與萬向鉸鏈3(是被動的)相連接；而定平臺1與輸入桿件2通過一個移動副6(是驅(qū)動的)相連接。主軸5固接在動平臺上，該機構(gòu)通過驅(qū)動每個分支中的一個移動副6來實現(xiàn)主軸5的位姿改變。
本發(fā)明并聯(lián)三軸主軸頭結(jié)構(gòu)的第二實施例如圖2所示，該結(jié)構(gòu)包括主軸、一個動平臺、一個定平臺，以及連接所述動平臺和定平臺的三個相同的分支；其中，動平臺和定平臺的形狀均為正三角形，每個分支均含有一個輸入桿件、含有兩個移動副和一個球鉸鏈，故可將該機構(gòu)簡稱為3-PPS機構(gòu)。其連接關系為動平臺11的三個頂點通過三個相同的分支與定平臺8的三個頂點相連接。分支中連接動平臺的一端是球鉸鏈10(是被動的)；球鉸鏈10通過移動副14(是被動的)與輸入桿件9間接連接；而定平臺8與輸入桿件9則通過一個移動副13相連接。主軸12固接在動平臺上，該機構(gòu)通過驅(qū)動每個分支中定平臺與輸入桿件之間的移動副13(是驅(qū)動的)來實現(xiàn)主軸10的位姿改變。
在上述實施例中，分支中的球鉸鏈10與輸入桿件9也可以是直接相連，間接相連除實施例所述的是球鉸鏈10先通過桿件和移動副14連接，移動副14再與輸入桿件9相連接，還可以是球鉸鏈通過其它運動副和桿件與輸入桿件連接，應作廣義的理解。
權(quán)利要求
1.一種并聯(lián)式三軸主軸頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，該結(jié)構(gòu)包括主軸、一個動平臺、一個定平臺，以及連接所述動平臺和定平臺的三個相同的分支，該主軸固接在動平臺上；其中，所述的三個分支中，每個分支均包括一個輸入桿件、一個與所述動平臺連接的多自由度鉸鏈，以及兩個運動副，一個運動副是連接于所述輸入桿件與定平臺之間的運動副a，另一個運動副是連接于所述輸入桿件與多自由度鉸鏈之間的運動副b，所述運動副a具有一個自由度且是驅(qū)動的，所述運動副b具有一個或兩個自由度且是被動的。
2.如權(quán)利要求1所述的并聯(lián)式三軸主軸頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的動平臺和定平臺均為正三角形，該動平臺的三個頂點分別通過所述三個相同的分支與該定平臺的三個頂點相連接。
3.如權(quán)利要求1所述的并聯(lián)式三軸主軸頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述輸入桿件與定平臺之間的運動副a為移動副；所述輸入桿件與多自由度鉸鏈之間的運動副b為移動副或圓柱副。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種并聯(lián)式三軸主軸頭結(jié)構(gòu)，屬于機械制造領域。該結(jié)構(gòu)包括主軸、一個動平臺、一個定平臺，以及連接動平臺和定平臺的三個相同的分支，主軸固接在動平臺上；其中，所述的三個分支中，每個分支均包括一個輸入桿件、一個與動平臺連接的多自由度鉸鏈，以及兩個運動副，一個運動副是連接于輸入桿件與定平臺之間的運動副a，另一個運動副是連接于輸入桿件與多自由度鉸鏈之間的運動副b，運動副a具有一個自由度且是驅(qū)動的，運動副b具有一個或兩個自由度且是被動的。本發(fā)明既能獨立工作又能配合其它裝置進行復合加工；且具有高剛度，低運動質(zhì)量，高動態(tài)性能，構(gòu)造簡單，相同零件數(shù)量多，成本低，易制造以及沿移動方向等特點。
文檔編號B23Q1/25GK1986148SQ20061016557
公開日2007年6月27日 申請日期2006年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日
發(fā)明者劉辛軍, 汪勁松, 吳超, 王立平, 李鐵民 申請人:清華大學