本實用新型專利屬于機床加工平臺技術(shù)領(lǐng)域，特別是屬于一種新型結(jié)構(gòu)的六自由度并聯(lián)機床加工平臺系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著工業(yè)現(xiàn)代化的飛速發(fā)展，對機床的技術(shù)指標(biāo)提出了越來越高的要求，如何提高機床加工精度，已成為制造業(yè)研究的熱點內(nèi)容之一。六自由度并聯(lián)機床是加工機床所采用的主要結(jié)構(gòu)形式之一，這種并聯(lián)六自由度結(jié)構(gòu)起始于1965年Stewart所提出，它由上下兩個平臺和6個并聯(lián)的、可獨立自由伸縮的桿件組成，伸縮桿和平臺之間通過球鉸鏈連接，稱為Stewart平臺。近些年來，經(jīng)過不斷的改進(jìn)和發(fā)展，Stewart平臺演變出了不同運動學(xué)原理和結(jié)構(gòu)的空間并聯(lián)機構(gòu)，并在許多科學(xué)研究和工業(yè)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。迄今為止，國內(nèi)外應(yīng)用于機床加工領(lǐng)域的六自由度并聯(lián)平臺的驅(qū)動方式主要有液壓、電動、氣動三種。其運作過程中都有各自的優(yōu)點及不足之處。液壓驅(qū)動方式的優(yōu)點是平臺結(jié)構(gòu)剛度大，能夠加工高硬度零件，缺點是設(shè)計維護(hù)復(fù)雜、成本高；同時，由于液壓驅(qū)動本身的高剛度帶來系統(tǒng)的低柔順特點，使得這種驅(qū)動方式對于提高曲面表面加工特性不利。電動并聯(lián)驅(qū)動方式的特點是執(zhí)行機構(gòu)的速度和位置精度較高，系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)簡單，但是受電機功率限制，其切削力輸出能力有限。氣動并聯(lián)加工平臺剛度低，運行精度較差，切削力輸出較小。

目前有關(guān)氣液并聯(lián)六自由度加工平臺的文獻(xiàn)報道不多，據(jù)實用新型人所知，有關(guān)氣液并聯(lián)六自由度加工平臺的專利文獻(xiàn)幾乎沒有。本實用新型的設(shè)計考慮到氣液串聯(lián)缸結(jié)構(gòu)中，液體部分能提供適當(dāng)?shù)淖枘幔M(jìn)而提高系統(tǒng)剛度，而氣缸部分具有較大的可壓縮性，可以提高系統(tǒng)的柔性，兩者的結(jié)合使得并聯(lián)機床具有剛?cè)岵?jì)的良好柔性加工特性。故此本實用新型專利提供的一種用于機床加工的氣液驅(qū)動六自由度并聯(lián)機床平臺具有相對于氣動、電動驅(qū)動平臺的高剛度和相對于液壓驅(qū)動平臺的柔性加載優(yōu)勢，提高了機床面向曲面柔性加工過程中的關(guān)鍵特性。同時，通過離線或在線調(diào)整氣液缸中液體部分的阻尼大小，可實現(xiàn)系統(tǒng)阻尼的離線或在線調(diào)節(jié)。針對不同加工對象，使阻尼隨之變化，提高系統(tǒng)的加工過程輸出特性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種用于機床加工的氣液并聯(lián)六自由度加工平臺系統(tǒng)，考慮到液體部分能提供適當(dāng)?shù)淖枘?，提高系統(tǒng)剛度，而氣體具有較大的可壓縮性，可以提高系統(tǒng)的柔性，兩者的結(jié)合使得并聯(lián)機床具有剛?cè)岵?jì)的良好柔性加工特性，從系統(tǒng)機構(gòu)的改進(jìn)上提高機床加工系統(tǒng)的加工性能。

本實用新型是這樣實現(xiàn)的，構(gòu)造一種用于機床加工的氣液驅(qū)動六自由度并聯(lián)運動平臺系統(tǒng)，其特征在于它是由：基座、萬向節(jié)、氣液串聯(lián)缸、底座萬向節(jié)、底座、六維力傳感器、卡具、磁致伸縮式位移傳感器和刀具組成；基座安裝于機床承托平臺，通過萬向節(jié)連接氣液串聯(lián)缸；氣液串聯(lián)缸與底座之間由底座萬向節(jié)固定；六維力傳感器安裝于底座之上；刀具通過底座下的卡具安裝；六維力傳感器用于測量刀具輸出力大小；卡具用于連接加工刀具；氣液串聯(lián)缸為單桿對稱式結(jié)構(gòu)，每個氣液串聯(lián)缸內(nèi)部安裝磁致伸縮式位移傳感器，對氣液缸的位移變化進(jìn)行測量；每個氣缸和液缸均由一組氣壓閥或液壓閥連接，用于對氣缸和液缸進(jìn)出流體流量進(jìn)行控制。

根據(jù)本實用新型所述的一種用于機床加工的氣液并聯(lián)六自由度加工平臺系統(tǒng)，其特征在于：氣壓缸采用比例閥、開關(guān)閥或流量閥，液壓缸采用單向節(jié)流閥、比例閥、開關(guān)閥或流量閥；其中，力傳感器一個，位移傳感器共六個。

本實用新型所述的一種用于機床加工的氣液并聯(lián)六自由度加工平臺系統(tǒng)，其加工工作控制過程如下：

根據(jù)并聯(lián)平臺需要輸出的指定位姿和切削力，以位移控制為內(nèi)環(huán)，通過安裝于各個液壓缸內(nèi)的位移傳感器的測量信息反饋，解算出各個氣液缸需要達(dá)到的位置。力控制作為外環(huán)，通過力測量信號的反饋，修正內(nèi)環(huán)位姿控制誤差，以達(dá)到指定的切削力。

具有以下兩種系統(tǒng)阻尼控制運作形式：

形式一： 開環(huán)液體阻尼調(diào)節(jié)控制方式：在加工工作過程中，氣液串聯(lián)缸中的液壓缸部分通過單向節(jié)流閥開環(huán)控制，氣壓缸部分通過氣動閥（比例閥、開關(guān)閥或流量閥）進(jìn)行閉環(huán)控制。

這種控制形式的系統(tǒng)平臺通過離線開環(huán)調(diào)節(jié)液壓缸單向節(jié)流閥開口來調(diào)整系統(tǒng)阻尼大小。

形式二：閉環(huán)液體阻尼調(diào)節(jié)控制方式：在加工工作過程中，氣液串聯(lián)缸中的液壓缸通過高速開關(guān)閥（或比例閥、流量閥）閉環(huán)控制，達(dá)到一定的系統(tǒng)阻尼，同時，氣液串聯(lián)缸中的氣壓缸通過氣動閥（比例閥、開關(guān)閥或流量閥）進(jìn)行閉環(huán)控制。

這種控制形式的系統(tǒng)平臺通過閉環(huán)在線調(diào)整液壓閥的開口和流量改變液壓缸的阻尼達(dá)到不同的運動特性。

本實用新型的優(yōu)點在于：本實用新型專利采用了氣壓缸和液壓缸串聯(lián)型式組成氣液串聯(lián)缸構(gòu)成六自由度并聯(lián)加工平臺，由于氣體本身具有可壓縮的柔性特性，液體具有較高剛度的特性，二者的結(jié)合使得該平臺具有剛?cè)岵?jì)的良好特性。本實用新型專利提供的一種用于機床加工的氣液驅(qū)動六自由度運動平臺系統(tǒng)具有相對于液壓驅(qū)動平臺的柔性運動特性和相對于氣動、電動驅(qū)動平臺的高剛度等優(yōu)點，提高了機床面向曲面柔順加工的關(guān)鍵特性。同時，通過離線或在線調(diào)整氣液缸中液體部分的阻尼大小，可實現(xiàn)系統(tǒng)阻尼的離線或在線調(diào)節(jié)。針對不同加工對象，使阻尼隨之變化，提高系統(tǒng)加工過程的輸出特性。

附圖說明

圖1為氣液并聯(lián)六自由度機床加工平臺原型樣機結(jié)構(gòu)圖

圖2為氣液并聯(lián)六自由度機床加工平臺原型樣機俯視圖

圖3為氣液并聯(lián)六自由度機床加工平臺原型樣機立體圖。

圖中1.基座，2.萬向節(jié)，3. 氣液串聯(lián)缸，4. 底座萬向節(jié)，5. 底座，6.六維力傳感器，7. 卡具，8. 刀具。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖1-3對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。

本實用新型提供的一種用于機床加工的氣液驅(qū)動六自由度并聯(lián)運動平臺系統(tǒng)，如圖1-2所示，可以采用如下方式予以實施；具有基座1、萬向節(jié)2、氣液串聯(lián)缸3、底座萬向節(jié)4、底座5、六維力傳感器6、卡具7、刀具8、氣動閥、液壓閥、磁致伸縮式位移傳感器和位移傳感器。基座固定于機床平臺上，承起整個系統(tǒng)元件；氣液串聯(lián)缸3由液壓缸和氣壓缸串聯(lián)結(jié)合；氣液串聯(lián)缸3與基座1由萬向節(jié)2固定；氣液串聯(lián)缸3與底座5由底座萬向節(jié)4固定；6個氣液串聯(lián)缸均為單桿對稱式結(jié)構(gòu)，其中，氣缸作為主控缸通過氣動閥對氣液缸的位移進(jìn)行控制，液壓缸作為被動缸體，通過在線或離線調(diào)節(jié)液壓閥改變系統(tǒng)阻尼大小。氣液串聯(lián)缸部分中，氣壓缸可采用各種形式的氣壓閥(如：比例閥、開關(guān)閥、流量閥等)，液壓缸可采用各種形式的液壓閥(如：比例閥、開關(guān)閥、流量閥等)。位移傳感器采用磁致伸縮式的形式安裝于各個氣壓缸之內(nèi)（也可采用電阻尺，并聯(lián)安裝于氣液缸之外，圖中略去)，用于測量氣液缸活塞桿的伸縮量。六維力傳感器6安裝于底座5之上，用于測量刀具尖部輸出力大?。豢ň?安放于底座5之下，用于安裝刀具8。

本實用新型的氣液并聯(lián)六自由度機床加工平臺具有兩種控制形式。

根據(jù)并聯(lián)平臺需要輸出的指定位姿和切削力，以位移控制為內(nèi)環(huán)，通過安裝于各個液壓缸內(nèi)的位移傳感器的測量信息反饋，解算出各個氣液缸需要達(dá)到的位置。力控制作為外環(huán)，通過力測量信號的反饋，修正內(nèi)環(huán)位姿控制誤差，以達(dá)到指定的切削力。

實施例一：以開環(huán)液體阻尼調(diào)節(jié)控制方式調(diào)節(jié)系統(tǒng)液體阻尼輸出，這種控制形式的系統(tǒng)平臺通過離線開環(huán)調(diào)節(jié)液壓缸單向節(jié)流閥開口來調(diào)整系統(tǒng)阻尼大小。

實施方式：在加工工作過程中，氣液串聯(lián)缸中的液壓缸部分通過單向節(jié)流閥開環(huán)控制，氣壓缸部分通過氣動閥（比例閥、開關(guān)閥或流量閥）進(jìn)行閉環(huán)控制。

實施例二：以閉環(huán)液體阻尼調(diào)節(jié)控制方式調(diào)節(jié)系統(tǒng)液體阻尼輸出，這種控制形式的系統(tǒng)平臺通過閉環(huán)在線調(diào)整液壓閥的開口和流量改變液壓缸的阻尼達(dá)到不同的運動特性。

實施方式：在加工工作過程中，氣液串聯(lián)缸中的液壓缸通過高速開關(guān)閥（或比例閥、流量閥）閉環(huán)控制，達(dá)到一定的系統(tǒng)阻尼，同時，氣液串聯(lián)缸中的氣壓缸通過氣動閥（比例閥、開關(guān)閥或流量閥）進(jìn)行閉環(huán)控制。

本實用新型所述的這種用于機床加工的氣液并聯(lián)六自由度加工平臺系統(tǒng)具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、阻尼在線或離線可調(diào)、柔順加工能力強等優(yōu)點，可應(yīng)用于各種加工制造領(lǐng)域中，節(jié)約研制經(jīng)費，提高加工平臺工作能力。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。