專利名稱：少自由度并聯(lián)五軸數(shù)控激光切割機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及激光切割機(jī)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，尤其涉及一種具有少自由度并聯(lián)五軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的激光切割機(jī)。
背景技術(shù)：
激光切割工藝由于其速度快、切縫窄、熱影響區(qū)小、切縫邊緣垂直度好、切邊光滑、 切割材料范圍廣等諸多優(yōu)點(diǎn)，在很多領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣。隨著激光應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，三維空間曲線的激光切割以其先進(jìn)、靈活、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在國(guó)外的汽車工業(yè)、航空航天工業(yè)等諸多領(lǐng)域都取得了廣泛的應(yīng)用。使用三維激光切割，不僅可以節(jié)省樣板及工裝設(shè)備，還大大縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。目前大多數(shù)三維激光切割機(jī)，主機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)均為串聯(lián)方式。串聯(lián)機(jī)構(gòu)的切割頭運(yùn)動(dòng)軌跡控制都是建立在笛卡爾坐標(biāo)系中，動(dòng)作控制過(guò)程的數(shù)學(xué)運(yùn)算簡(jiǎn)單，但是機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重，設(shè)備動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度差，零部件壽命低，無(wú)論光束以何種方式傳輸，都需要價(jià)格昂貴的三維激光切割頭。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)以上問(wèn)題，提供了一種結(jié)構(gòu)更加靈巧、剛性更大、慣性更小、精度更高的少自由度并聯(lián)五軸數(shù)控激光切割機(jī)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是所述激光切割機(jī)包括機(jī)體1、設(shè)在機(jī)體1上的X向?qū)к?la、與X向?qū)к塈a活動(dòng)連接的橫梁2、激光切割頭9和控制器，在所述橫梁2的側(cè)面設(shè)有Y 向?qū)к?a，所述激光切割頭9通過(guò)少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)與所述橫梁2側(cè)面的Y向?qū)к壖踊顒?dòng)連接；所述少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)包括與所述Y向?qū)к壖踊顒?dòng)連接的Y軸溜板3裝置、Z軸溜板4裝置、十字架5、激光頭安裝支座8、四只等長(zhǎng)的連桿7和四只直線驅(qū)動(dòng)裝置6 ；所述Y軸溜板3裝置中Y軸溜板3的背面設(shè)有與所述Y向?qū)к壖舆m配的導(dǎo)軌槽， 并可以沿Y向?qū)к壸鲋本€往復(fù)運(yùn)動(dòng)、正面設(shè)有一對(duì)Z向?qū)к?；所述Z軸溜板4裝置中的Z軸溜板4的背面設(shè)有一對(duì)與所述一對(duì)Z向?qū)к夁m配的 Z向?qū)к壊?、正面設(shè)有與X軸平行的樞接套如；所述Z軸溜板4通過(guò)Z向?qū)к壊叟c所述Y軸溜板3上的Z向?qū)к壔顒?dòng)連接，并可以沿Z向?qū)к壸髦本€往復(fù)運(yùn)動(dòng)；所述十字架5呈叉形，其根部設(shè)有用于活動(dòng)連接所述樞接套如的樞接軸fe，兩叉叉尖部位設(shè)有一對(duì)同軸的轉(zhuǎn)孔；所述激光頭安裝支座8包括板體和四只球窩，所述板體的一端設(shè)有用于活動(dòng)連接所述轉(zhuǎn)孔的轉(zhuǎn)銷8b、板體的另一端設(shè)有用于固定連接所述激光切割頭的耳板8a ；所述四只球窩中兩只處于板體上部，另兩只處于板體下部，且四只球窩的開口朝向所述轉(zhuǎn)銷8b的方向；所述四只直線驅(qū)動(dòng)裝置6平均布設(shè)在所述Y軸溜板3的兩側(cè)，分別與所述Y向?qū)к壖踊顒?dòng)連接；所述直線驅(qū)動(dòng)裝置包括直線驅(qū)動(dòng)塊和直線驅(qū)動(dòng)塊電機(jī)，所述直線驅(qū)動(dòng)塊朝向所述Y軸溜板3的側(cè)面設(shè)有球窩；所述直線驅(qū)動(dòng)塊電機(jī)設(shè)在直線驅(qū)動(dòng)塊上，并驅(qū)動(dòng)其在Y 向?qū)к壖由献髦本€往復(fù)運(yùn)動(dòng)；所述連桿7的兩端分別設(shè)有球頭，連桿7兩端的球頭分別與所述直線驅(qū)動(dòng)塊6上的球窩和所述激光頭安裝支座8上的球窩相連；所述四個(gè)直線驅(qū)動(dòng)塊電機(jī)分別連接控制器。所述激光頭安裝支座8上的四只球窩的中心高度具有落差；所述的四個(gè)連桿7的長(zhǎng)度相等。所述橫梁2沿X向?qū)к塈a的X向運(yùn)動(dòng)為所述激光切割頭的X軸向基本運(yùn)動(dòng)；所述Y軸溜板3相對(duì)于所述橫梁2的Y向運(yùn)動(dòng)為所述激光切割頭的Y軸向運(yùn)動(dòng)；所述Z軸溜板4相對(duì)于所述Y軸溜板3的Z向運(yùn)動(dòng)為所述激光切割頭的Z軸向運(yùn)動(dòng)；所述十字架5圍繞所述Y軸溜板3上樞接軸fe的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為A軸向運(yùn)動(dòng)；所述激光頭安裝支座8圍繞所述十字架5上轉(zhuǎn)孔的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為C軸向運(yùn)動(dòng)；所述激光切割頭9的Y、Z、A、C軸向運(yùn)動(dòng)是由所述四個(gè)驅(qū)動(dòng)塊5通過(guò)各自連桿驅(qū)動(dòng)激光頭安裝支座8實(shí)現(xiàn)的；所述Y、Z、A、C軸向運(yùn)動(dòng)構(gòu)成所述激光切割頭的并聯(lián)運(yùn)動(dòng)；使得所述激光切割頭9在所述X軸向基本運(yùn)動(dòng)與Y、Z、A、C軸向的并聯(lián)運(yùn)動(dòng)共同構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)少自由度并聯(lián)五軸運(yùn)動(dòng)。本實(shí)用新型通過(guò)少自由度并聯(lián)裝置實(shí)現(xiàn)常規(guī)激光切割頭的五軸運(yùn)動(dòng)。其中橫梁相對(duì)于機(jī)身的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)基本X向運(yùn)動(dòng)；四只驅(qū)動(dòng)塊各自運(yùn)動(dòng)能夠通過(guò)其各自的連桿驅(qū)動(dòng)激光頭安裝支座做平動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，四個(gè)驅(qū)動(dòng)塊間的相互運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)Y、Z、A、C軸的聯(lián)合運(yùn)動(dòng)； 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)五軸運(yùn)動(dòng)(少自由度并聯(lián)五軸運(yùn)動(dòng))。此外，實(shí)用新型人發(fā)現(xiàn)在激光頭安裝支座上四只球窩中心高度相同的情況下，在某些特定的位置機(jī)構(gòu)可能會(huì)空間完全對(duì)稱，一但機(jī)構(gòu)在空間上對(duì)稱就會(huì)使運(yùn)動(dòng)不確定。比如在兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)角均為“0”的情況下對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)副有“順時(shí)針”也有“逆時(shí)針”轉(zhuǎn)動(dòng)的可能。而采用四根連桿長(zhǎng)度完全相同且激光頭安裝支座上四只球窩中心高度不同的方法(即將四只球窩的中心高度形成落差)則可有效地避免在切割頭任意位置和姿態(tài)時(shí)的機(jī)構(gòu)空間對(duì)稱，進(jìn)而徹底解決這個(gè)問(wèn)題。本實(shí)用新型的構(gòu)思精巧，各零部件結(jié)構(gòu)靈巧，剛性大，慣性小，使得運(yùn)動(dòng)精度能得到保障。本實(shí)用新型是機(jī)床技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)以及數(shù)控技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，與傳統(tǒng)的串聯(lián)機(jī)床相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 數(shù)學(xué)運(yùn)算復(fù)雜精準(zhǔn)。它具有剛度大、響應(yīng)快、精度高、適應(yīng)性強(qiáng)、技術(shù)附加值高等突出優(yōu)點(diǎn)。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本實(shí)用新型中少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的立體圖一，圖3是本實(shí)用新型中少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的立體圖二，圖4是本實(shí)用新型中激光頭安裝支座的立體圖，圖5是本實(shí)用新型中激光頭安裝支座的主視圖，圖6是圖5的左視圖，圖7是本實(shí)用新型使用狀態(tài)參考圖一，圖8是本實(shí)用新型使用狀態(tài)參考圖二，[0033]圖9是本實(shí)用新型使用狀態(tài)參考圖三，圖10是本實(shí)用新型Z軸逆運(yùn)動(dòng)仿真示意圖，圖11是本實(shí)用新型A軸逆運(yùn)動(dòng)仿真示意圖，圖12是本實(shí)用新型C軸逆運(yùn)動(dòng)仿真示意圖；圖1中標(biāo)示了 X、Y、Z三直線運(yùn)動(dòng)方向示意，圖3中標(biāo)示了 A、C兩旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)動(dòng)方向示意；圖中1是機(jī)身，Ia是X向?qū)к墸?是橫梁，加是Y向?qū)к墸?是Y軸溜板，4是Z軸溜板，4a是樞接套，5是十字架，5a是樞接軸，6是直線驅(qū)動(dòng)裝置，6a是直線驅(qū)動(dòng)塊一，6b是直線驅(qū)動(dòng)塊二，6c直線驅(qū)動(dòng)塊三，6d直線驅(qū)動(dòng)塊四，7是連桿，7a是連桿一，7b是連桿二，7c 是連桿三，7d是連桿四，8是激光頭安裝支座，8a是耳板，8b是轉(zhuǎn)銷，8c是連接孔，81是球窩一，82是球窩二，83是球窩三，84是球窩四，9是激光切割頭，10是工件，IOa是孔一，IOb是孔二，IOc是孔三。
具體實(shí)施方式
首先對(duì)圖1、圖3中所示坐標(biāo)系定義如下X軸——橫梁2沿機(jī)身1上的X向?qū)к壍倪\(yùn)動(dòng)方向；Y軸——Y軸溜板3沿橫梁2上的Y向?qū)к壍倪\(yùn)動(dòng)方向；Z軸——Z軸溜板4沿Y軸溜板3上的Z向?qū)к壍倪\(yùn)動(dòng)方向；A軸——十字架5通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與Z軸溜板4連接，并可在士90°的范圍內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；C軸——激光頭安裝支座8通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與十字架5連接，并可在士90°的范圍內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；其中X軸運(yùn)動(dòng)控制與普通的龍門式二維激光切割機(jī)相同，而Y、Z、A、C四軸的運(yùn)動(dòng)是通過(guò)并聯(lián)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的?；顒?dòng)連接于橫梁2上且只能夠沿Y向運(yùn)動(dòng)的四個(gè)可控的直線驅(qū)動(dòng)裝置6，并分別通過(guò)兩端均為萬(wàn)向鉸接的連桿一 6a、連桿二 6b、連桿三6c、連桿四6d與激光頭安裝支座8相連接，通過(guò)四個(gè)直線驅(qū)動(dòng)裝置間的同向、反向驅(qū)動(dòng)來(lái)完成對(duì)激光頭安裝支座8的位置與姿態(tài)的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)切割頭對(duì)空間曲線的切割。本實(shí)用新型如圖1-6所示，所述激光切割機(jī)包括機(jī)體1、設(shè)在機(jī)體1上的X向?qū)к塴a、與X向?qū)к塈a活動(dòng)連接的橫梁2、激光切割頭9和控制器，在所述橫梁2的側(cè)面設(shè)有 Y向?qū)к?a，所述激光切割頭9通過(guò)少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)與所述橫梁2側(cè)面的Y向?qū)к壖踊顒?dòng)連接；所述少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)包括與所述Y向?qū)к壖踊顒?dòng)連接的Y軸溜板3裝置、Z軸溜板4裝置、十字架5、激光頭安裝支座8、四只等長(zhǎng)的連桿7和四只直線驅(qū)動(dòng)裝置6 ；所述Y軸溜板3裝置中Y軸溜板3的背面設(shè)有與所述Y向?qū)к壖舆m配的導(dǎo)軌槽， 并可以沿Y向?qū)к壸鲋本€往復(fù)運(yùn)動(dòng)、正面設(shè)有一對(duì)Z向?qū)к?；所述Z軸溜板4裝置中的Z軸溜板4的背面設(shè)有一對(duì)與所述一對(duì)Z向?qū)к夁m配的 Z向?qū)к壊邸⒄嬖O(shè)有與X軸平行的樞接套如；所述Z軸溜板4通過(guò)Z向?qū)к壊叟c所述Y軸溜板3上的Z向?qū)к壔顒?dòng)連接，并可以沿Z向?qū)к壸髦本€往復(fù)運(yùn)動(dòng)；所述十字架5呈叉形，其根部設(shè)有用于活動(dòng)連接所述樞接套如的樞接軸fe，兩叉叉尖部位設(shè)有一對(duì)同軸的轉(zhuǎn)孔；所述激光頭安裝支座8包括板體和四只球窩，所述板體的一端設(shè)有用于活動(dòng)連接所述轉(zhuǎn)孔的轉(zhuǎn)銷8b、板體的另一端設(shè)有用于固定連接所述激光切割頭的耳板8a ；所述四只球窩中兩只處于板體上部，另兩只處于板體下部，且四只球窩的開口朝向所述轉(zhuǎn)銷8b的方向；所述四只直線驅(qū)動(dòng)裝置6平均布設(shè)在所述Y軸溜板3的兩側(cè)，分別與所述Y向?qū)к壖踊顒?dòng)連接；所述直線驅(qū)動(dòng)裝置包括直線驅(qū)動(dòng)塊和直線驅(qū)動(dòng)塊電機(jī)，所述直線驅(qū)動(dòng)塊朝向所述Y軸溜板3的側(cè)面設(shè)有球窩；所述直線驅(qū)動(dòng)塊電機(jī)設(shè)在直線驅(qū)動(dòng)塊上，并驅(qū)動(dòng)其在Y 向?qū)к壖由献髦本€往復(fù)運(yùn)動(dòng)；所述連桿7的兩端分別設(shè)有球頭，連桿7兩端的球頭分別與所述直線驅(qū)動(dòng)塊6上的球窩和所述激光頭安裝支座8上的球窩相連；所述四個(gè)直線驅(qū)動(dòng)塊電機(jī)分別連接控制器。本實(shí)用新型的一重要優(yōu)化實(shí)施方式如圖4-6所示所述激光頭安裝支座8上的四只球窩的中心高度具有落差，同時(shí)四根連桿的長(zhǎng)度完全相同。所述橫梁2沿X向?qū)к塈a的X向運(yùn)動(dòng)為所述激光切割頭的X軸向基本運(yùn)動(dòng)；所述Y軸溜板3相對(duì)于所述橫梁2的Y向運(yùn)動(dòng)為所述激光切割頭的Y軸向運(yùn)動(dòng)；所述Z軸溜板4相對(duì)于所述Y軸溜板3的Z向運(yùn)動(dòng)為所述激光切割頭的Z軸向運(yùn)動(dòng)；所述十字架5圍繞所述Y軸溜板3上樞接軸fe的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為A軸向運(yùn)動(dòng)；所述激光頭安裝支座8圍繞所述十字架5上轉(zhuǎn)孔的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為C軸向運(yùn)動(dòng)；所述激光切割頭9的Y、Z、A、C軸向運(yùn)動(dòng)是由所述四個(gè)驅(qū)動(dòng)塊5通過(guò)各自連桿驅(qū)動(dòng)激光頭安裝支座8實(shí)現(xiàn)的；所述Y、Z、A、C軸向運(yùn)動(dòng)構(gòu)成所述激光切割頭的并聯(lián)運(yùn)動(dòng)；使得所述激光切割頭9在所述X軸向基本運(yùn)動(dòng)與Y、Z、A、C軸向的并聯(lián)運(yùn)動(dòng)共同構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)少自由度并聯(lián)五軸運(yùn)動(dòng)。如圖7-9所示，以加工工件10為例，該工件具有多個(gè)處于兩個(gè)相交面的孔以及處于平面的孔(需要對(duì)空間曲線進(jìn)行切割)。其中孔一 IOa位于工件前端、處于兩個(gè)相交面上； 孔二 IOb位于工件中部，處于頂(平)面上；孔三IOc位于工件后端、處于兩個(gè)相交面上。三維切割原理，1.通過(guò)五軸聯(lián)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)切割頭與切割曲面的法向平行；2.通過(guò)閉環(huán)的隨動(dòng)控制方法，來(lái)使得切割頭上割嘴與切割曲面間的距離保持恒定，稱之為隨動(dòng)技術(shù)。隨動(dòng)的運(yùn)動(dòng)也是通過(guò)五軸聯(lián)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通常，并聯(lián)機(jī)構(gòu)在其工作空間內(nèi)會(huì)存在奇異點(diǎn)限制，當(dāng)機(jī)構(gòu)處于奇異點(diǎn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置將無(wú)法達(dá)成驅(qū)動(dòng)命令而造成控制誤差。在本案的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，激光頭安裝支座8的四個(gè)萬(wàn)向鉸接點(diǎn)在YOZ平面呈對(duì)稱分布，而在XOZ面上的投影高度L1<L2<L3<L4，與此同時(shí)四個(gè)連桿6a、6b、6c、6d的長(zhǎng)度完全相同，這樣就能夠確保切割頭在任意位置和姿態(tài)時(shí)并聯(lián)機(jī)構(gòu)都不出現(xiàn)空間對(duì)稱)，以此來(lái)清除工作空間內(nèi)機(jī)構(gòu)奇異點(diǎn)的限制。本案運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真的說(shuō)明， 如圖10-12，為本實(shí)用新型的逆運(yùn)動(dòng)仿真曲線圖本案設(shè)計(jì)的少自由度并聯(lián)五軸激光切割機(jī)是以少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)，多變量、高度非線性、多參數(shù)耦合的復(fù)雜系統(tǒng)。當(dāng)激光切割頭以一定的形式運(yùn)動(dòng)時(shí)，其速度、加速度與四個(gè)直線驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)速度、加速度中間有嚴(yán)格的依賴關(guān)系。從機(jī)構(gòu)學(xué)角度來(lái)看，激光切割頭在笛卡爾坐標(biāo)中的運(yùn)動(dòng)是四個(gè)可控直線驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)的非線性映射，即直線驅(qū)動(dòng)裝置間的相互位置與切割頭位姿間的對(duì)于關(guān)系是非線性的。運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真的目的是通過(guò)考察各可控直線驅(qū)動(dòng)裝置及各部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)是否發(fā)生干涉，考察和評(píng)價(jià)系統(tǒng)的速度和加速度特性。系統(tǒng)的速度、加速度、驅(qū)動(dòng)力以及慣量比等諸多參數(shù)都是在設(shè)計(jì)時(shí)必須重點(diǎn)考慮的指標(biāo)，這些參數(shù)是否匹配合理對(duì)系統(tǒng)性能具有決定性的影響。傳統(tǒng)方法對(duì)上述參數(shù)及其在不同位置的變化情況進(jìn)行定量分析有很大困難，而ADAMS卻能夠有效地處理此類復(fù)雜問(wèn)題。因此，運(yùn)用多體動(dòng)力學(xué)分析軟件ADAMS對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)及其變化過(guò)程進(jìn)行仿真具有重要的意義。在ADAMS中建立的動(dòng)力學(xué)模型中，以對(duì)Z軸、A軸及C軸在各自的行程范圍內(nèi)進(jìn)行的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真模擬后，得到了 Z軸在其最高90m/min定位速度以及A軸、C軸在最高 270deg/sec的定位角速度勻速運(yùn)動(dòng)工況下，四個(gè)直線驅(qū)動(dòng)裝置的速度曲線，仿真結(jié)果如 10-12所示。圖10是Z軸在90m/min勻速運(yùn)動(dòng)工況下四個(gè)直線驅(qū)動(dòng)裝置的速度時(shí)間變化曲線；圖11是A軸在270deg/SeC勻速轉(zhuǎn)動(dòng)工況下四個(gè)直線驅(qū)動(dòng)裝置的速度時(shí)間變化曲線.
一入 ，圖12是C軸在270deg/SeC勻速轉(zhuǎn)動(dòng)工況下四個(gè)直線驅(qū)動(dòng)裝置的速度時(shí)間變化曲線.
一入 ，本案通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和具體試制，確定了在特定工況下可控直線驅(qū)動(dòng)裝置的速度曲線，為后期的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)參數(shù)的選擇以及運(yùn)動(dòng)控制提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)參考。影響機(jī)床性能的因素很多，本文在運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真過(guò)程考慮的因素有限，其結(jié)果具有一定的局限性，還需要進(jìn)一步深入的研究?？偨Y(jié)并聯(lián)機(jī)構(gòu)在三維激光切割領(lǐng)域的應(yīng)用是個(gè)全新的課題，是機(jī)器人技術(shù)向激光加工領(lǐng)域的擴(kuò)展，能給激光加工的發(fā)展帶來(lái)全新的變化，對(duì)激光切割機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的創(chuàng)新具有重要意義。本文結(jié)合三維激光切割的特點(diǎn)，采用全新的方法設(shè)計(jì)的少自由度五軸聯(lián)動(dòng)激光切割機(jī)具有如下特點(diǎn)1、對(duì)龍門式或懸臂式二維激光切割機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)改造，即可將其轉(zhuǎn)化為高精度的三維激光切割機(jī)；采用光纖作為光束傳輸?shù)慕橘|(zhì)，無(wú)需價(jià)格昂貴的三維切割頭即可實(shí)現(xiàn)對(duì)空間曲線的切割。2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、零部件數(shù)目少、剛度大、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、切割精度高。3、機(jī)床硬件簡(jiǎn)單，控制系統(tǒng)軟件復(fù)雜，具有更高的技術(shù)附加值。本實(shí)用新型的數(shù)控激光切割機(jī)涉及到光、機(jī)、電、機(jī)器人等諸多方面的內(nèi)容，是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。激光切割機(jī)的發(fā)展是一個(gè)長(zhǎng)期的、艱辛的過(guò)程，需要多方面的工作，我們認(rèn)為今后還可以在以下幾個(gè)方面進(jìn)行更深入的研究1 )、開發(fā)高性能數(shù)控系統(tǒng)或者對(duì)現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)，開發(fā)相應(yīng)的三維切割CAM軟件，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)編程功能和智能化控制。 2)、對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)耦合特性以及溫度變化對(duì)機(jī)構(gòu)的影響進(jìn)行深入的研究，為實(shí)際的物理樣機(jī)制造提供系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)。3)、對(duì)關(guān)鍵零部件以及各種專用激光切割系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品批量化。
權(quán)利要求1.少自由度并聯(lián)五軸數(shù)控激光切割機(jī)，所述激光切割機(jī)包括機(jī)體(1)、設(shè)在機(jī)體(1)上的X向?qū)к?la)、與X向?qū)к?Ia)活動(dòng)連接的橫梁(2)、激光切割頭(9)和控制器，在所述橫梁(2)的側(cè)面設(shè)有Y向?qū)к?2a)，其特征在于，所述激光切割頭(9)通過(guò)少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)與所述橫梁(2)側(cè)面的Y向?qū)к?2a)活動(dòng)連接；所述少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)包括與所述Y向?qū)к?2a)活動(dòng)連接的Y軸溜板(3)裝置、Z軸溜板(4)裝置、十字架(5)、激光頭安裝支座(8)、四只等長(zhǎng)的連桿(7)和四只直線驅(qū)動(dòng)裝置 (6)；所述Y軸溜板(3)裝置中Y軸溜板(3)的背面設(shè)有與所述Y向?qū)к?2a)適配的導(dǎo)軌槽，并可以沿Y向?qū)к壸鲋本€往復(fù)運(yùn)動(dòng)、正面設(shè)有一對(duì)Z向?qū)к?；所述Z軸溜板(4)裝置中的Z軸溜板(4)的背面設(shè)有一對(duì)與所述一對(duì)Z向?qū)к夁m配的 Z向?qū)к壊?、正面設(shè)有與X軸平行的樞接套(4a)；所述Z軸溜板(4)通過(guò)Z向?qū)к壊叟c所述 Y軸溜板(3)上的Z向?qū)к壔顒?dòng)連接，并可以沿Z向?qū)к壸髦本€往復(fù)運(yùn)動(dòng)；所述十字架(5)呈叉形，其根部設(shè)有用于活動(dòng)連接所述樞接套(4a)的樞接軸(5a)，兩叉叉尖部位設(shè)有一對(duì)同軸的轉(zhuǎn)孔；所述激光頭安裝支座(8)包括板體和四只球窩，所述板體的一端設(shè)有用于活動(dòng)連接所述轉(zhuǎn)孔的轉(zhuǎn)銷(8b)、板體的另一端設(shè)有用于固定連接所述激光切割頭的耳板(8a)；所述四只球窩中兩只處于板體上部，另兩只處于板體下部，且四只球窩的開口朝向所述轉(zhuǎn)銷(8b) 的方向；所述四只直線驅(qū)動(dòng)裝置(6)平均布設(shè)在所述Y軸溜板(3)的兩側(cè)，分別與所述Y向?qū)к?2a)活動(dòng)連接；所述直線驅(qū)動(dòng)裝置包括直線驅(qū)動(dòng)塊和直線驅(qū)動(dòng)塊電機(jī)，所述直線驅(qū)動(dòng)塊朝向所述Y軸溜板(3)的側(cè)面設(shè)有球窩；所述直線驅(qū)動(dòng)塊電機(jī)設(shè)在直線驅(qū)動(dòng)塊上，并驅(qū)動(dòng)其在Y向?qū)к?2a)上作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)；所述連桿(7)的兩端分別設(shè)有球頭，連桿(7)兩端的球頭分別與所述直線驅(qū)動(dòng)塊(6)上的球窩和所述激光頭安裝支座(8)上的球窩相連； 所述四個(gè)直線驅(qū)動(dòng)塊電機(jī)分別連接控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的少自由度并聯(lián)五軸數(shù)控激光切割機(jī)，其特征在于，所述激光頭安裝支座(8)上的四只球窩的中心高度具有落差；所述的四個(gè)連桿(7)的長(zhǎng)度相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的少自由度并聯(lián)五軸數(shù)控激光切割機(jī)，其特征在于，所述橫梁 (2)沿X向?qū)к?Ia)的X向運(yùn)動(dòng)為所述激光切割頭的X軸向基本運(yùn)動(dòng)；所述Y軸溜板(3)相對(duì)于所述橫梁(2)的Y向運(yùn)動(dòng)為所述激光切割頭的Y軸向運(yùn)動(dòng)； 所述Z軸溜板(4)相對(duì)于所述Y軸溜板(3)的Z向運(yùn)動(dòng)為所述激光切割頭的Z軸向運(yùn)動(dòng)；所述十字架(5)圍繞所述Y軸溜板(3)上樞接軸(5a)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為A軸向運(yùn)動(dòng)； 所述激光頭安裝支座(8)圍繞所述十字架(5)上轉(zhuǎn)孔的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為C軸向運(yùn)動(dòng)； 所述激光切割頭(9)的Y、Z、A、C軸向運(yùn)動(dòng)是由所述四個(gè)驅(qū)動(dòng)塊(5)通過(guò)各自連桿驅(qū)動(dòng)激光頭安裝支座(8)實(shí)現(xiàn)的；所述Y、Z、A、C軸向運(yùn)動(dòng)構(gòu)成所述激光切割頭的并聯(lián)運(yùn)動(dòng)；使得所述激光切割頭(9)在所述X軸向基本運(yùn)動(dòng)與Y、Z、A、C軸向的并聯(lián)運(yùn)動(dòng)共同構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)少自由度并聯(lián)五軸運(yùn)動(dòng)。
專利摘要少自由度并聯(lián)五軸數(shù)控激光切割機(jī)。涉及一種具有少自由度并聯(lián)五軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的激光切割機(jī)。包括機(jī)體、X向?qū)к?、橫梁、激光切割頭和控制器，在橫梁的側(cè)面設(shè)有Y向?qū)к墸す馇懈铑^通過(guò)少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)與Y向?qū)к壔顒?dòng)連接；少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)包括Y軸溜板裝置、Z軸溜板裝置、十字架、激光頭安裝支座、四只等長(zhǎng)的連桿和四只直線驅(qū)動(dòng)裝置。本實(shí)用新型通過(guò)少自由度并聯(lián)裝置實(shí)現(xiàn)常規(guī)激光切割頭的五軸運(yùn)動(dòng)。其中橫梁相對(duì)于機(jī)身的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)基本X向運(yùn)動(dòng)；四只驅(qū)動(dòng)塊各自運(yùn)動(dòng)能夠通過(guò)其各自的連桿驅(qū)動(dòng)激光頭安裝支座做平動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，四個(gè)驅(qū)動(dòng)塊間的相互運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)Y、Z、A、C軸的聯(lián)合運(yùn)動(dòng)；各零部件結(jié)構(gòu)靈巧，剛性大，慣性小，使得運(yùn)動(dòng)精度能得到保障。
文檔編號(hào)B23K26/36GK202174350SQ20112029645
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月16日
發(fā)明者洪超, 胡金龍, 鐘昇 申請(qǐng)人:江蘇揚(yáng)力數(shù)控機(jī)床有限公司