專利名稱：一種冗余驅(qū)動(dòng)五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域，特別涉及一種能夠滿足對(duì)復(fù)雜自由曲面類零件進(jìn)行多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工的新型五軸聯(lián)動(dòng)冗余混聯(lián)機(jī)床。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)大多采用串聯(lián)形式實(shí)現(xiàn)，這種串聯(lián)結(jié)構(gòu)形式使得其運(yùn)動(dòng)輸出端更容易產(chǎn)生誤差積累、整體剛度不高、運(yùn)動(dòng)慣量大以及動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性差。相比而言，上世紀(jì)90年代出現(xiàn)的基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的新型機(jī)床具有結(jié)構(gòu)緊湊、剛度高、無誤差積累、運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量小、易于實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)以及具有較高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性等優(yōu)點(diǎn)，在一定程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的不足，迎合了機(jī)械加工領(lǐng)域?qū)Ω咚偾邢鞯男枨?，進(jìn)而得到了廣泛關(guān)注和研究。然而，并聯(lián)機(jī)床也有其先天的局限性，尤其是六自由度全并聯(lián)機(jī)床，其運(yùn)動(dòng)耦合性強(qiáng)、工作空間小、運(yùn)動(dòng)學(xué)復(fù)雜以及數(shù)控編程復(fù)雜等缺點(diǎn)限制了并聯(lián)機(jī)床的廣泛推廣應(yīng)用。隨著并聯(lián)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用以及并聯(lián)機(jī)構(gòu)學(xué)的不斷發(fā)展進(jìn)步，少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)越來越受到研究者的重視和青睞。相對(duì)于全并聯(lián)六自由度機(jī)構(gòu)而言，少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有運(yùn)動(dòng)學(xué)簡(jiǎn)單、耦合性弱、容易模塊化等優(yōu)點(diǎn)，一些少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域中得到了成功應(yīng)用。在機(jī)械加工領(lǐng)域，隨著現(xiàn)代機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜，空間自由曲面類零部件已廣泛應(yīng)用于各個(gè)重點(diǎn)關(guān)鍵領(lǐng)域，如航空航天、汽車等。此類應(yīng)用，對(duì)現(xiàn)代加工工藝以及制造加工設(shè)備提出了更高的需求，為了滿足以上功能配置，結(jié)合了串聯(lián)機(jī)床和并聯(lián)機(jī)床優(yōu)點(diǎn)的混聯(lián)機(jī)床在工業(yè)中取得了相對(duì)廣泛的應(yīng)用，此類機(jī)床兼具串聯(lián)機(jī)床工作空間大以及并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好、易于實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，更適合應(yīng)用于空間自由曲面類零部件的高速切削加工。以上優(yōu)點(diǎn)使得混聯(lián)機(jī)床在機(jī)械制造領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景，而其中的五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床更是各個(gè)重點(diǎn)行業(yè)急需的關(guān)鍵制造裝備。而在機(jī)床中引入冗余驅(qū)動(dòng)可以進(jìn)一步提高機(jī)床的綜合性能，尤其`是剛度和精度特性。因此，五軸聯(lián)動(dòng)冗余驅(qū)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床將為自由曲面類零件的切削加工提高更好的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
為了滿足現(xiàn)代復(fù)雜自由曲面類零件的多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工需求，本發(fā)明提出了一種新型冗余驅(qū)動(dòng)五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床，該機(jī)床綜合了串聯(lián)機(jī)床和并聯(lián)機(jī)床的優(yōu)勢(shì)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作空間大、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，由于在其隨動(dòng)關(guān)節(jié)中引入冗余驅(qū)動(dòng)，該機(jī)床具有更好的剛度和精度性能。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)方案，本發(fā)明的一種冗余驅(qū)動(dòng)五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床，包括床身、三個(gè)固結(jié)于床身上的立柱外延、一個(gè)冗余滑臺(tái)、一個(gè)安裝主軸的動(dòng)平臺(tái)、一個(gè)安裝被切削工件的工作臺(tái)，連接所述動(dòng)平臺(tái)和床身及其立柱外延之間的第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈和第四支鏈，第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈和第四支鏈與動(dòng)平臺(tái)的鉸接中心點(diǎn)將圓盤形動(dòng)平臺(tái)呈90°等分布置；第一支鏈、第二支鏈和第三支鏈結(jié)構(gòu)相同，均包括:滑塊、連桿以及運(yùn)動(dòng)副，所述運(yùn)動(dòng)副有三個(gè)，一個(gè)是連接于床身立柱外延和滑塊之間的移動(dòng)副P，一個(gè)是連接于滑塊和連桿之間的球鉸S，一個(gè)是連接于連桿和動(dòng)平臺(tái)之間的球鉸S ；所述第四支鏈包括冗余滑臺(tái)、滑塊、連桿以及運(yùn)動(dòng)副，所述運(yùn)動(dòng)副有四個(gè)，一個(gè)是連接于床身和冗余滑臺(tái)之間的移動(dòng)副P，一個(gè)是連接于冗余滑臺(tái)和滑塊之間的移動(dòng)副P，一個(gè)是連接于滑塊和連桿之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副R，一個(gè)是連接于連桿和動(dòng)平臺(tái)之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副R ；所述第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈和第四支鏈分別與床身、立柱外延、冗余滑臺(tái)以及動(dòng)平臺(tái)連接形成一個(gè)空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)，該空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)通過五個(gè)輸入運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)三個(gè)平動(dòng)自由度和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；所述的安裝被切削工件的工作臺(tái)可實(shí)現(xiàn)一維轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，與空間并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)結(jié)合可實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)控制。根據(jù)本發(fā)明所述的冗余驅(qū)動(dòng)五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床，連接于床身立柱外延和滑塊之間的移動(dòng)副是主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的，該支鏈為PSS型運(yùn)動(dòng)支鏈。根據(jù)本發(fā)明所述的冗余驅(qū)動(dòng)五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床，連接于床身和冗余滑臺(tái)之間的移動(dòng)副以及連接于冗余滑臺(tái)和滑塊之間的移動(dòng)副均是主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的，該支鏈為PPRR型運(yùn)動(dòng)支鏈。該機(jī)床具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔緊湊、運(yùn)動(dòng)學(xué)相對(duì)簡(jiǎn)單、工作空間與機(jī)床體積比相對(duì)較大等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，由于采用了冗余驅(qū)動(dòng)技術(shù)，該機(jī)床具有較高的剛度和較好的重復(fù)定位精度。這些優(yōu)點(diǎn)使得該機(jī)床在滿足復(fù)雜自由曲面類零件的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工要求的同時(shí)，具有良好的剛度和精度性能。


圖1是本發(fā)明 實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的一種新型冗余驅(qū)動(dòng)五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床結(jié)合附圖及實(shí)施例詳細(xì)說明如下:本發(fā)明提出的一種新型冗余驅(qū)動(dòng)五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床，包括床身以及三個(gè)固結(jié)于床身上的立柱外延、一個(gè)冗余滑臺(tái)、一個(gè)安裝主軸的圓盤形動(dòng)平臺(tái)、一個(gè)安裝被切削工件的工作臺(tái)，連接所述動(dòng)平臺(tái)和床身及其立柱外延之間的第一、第二、第三和第四支鏈，第一、第二、第三和第四支鏈與動(dòng)平臺(tái)分別鉸接，各個(gè)鉸接中心點(diǎn)將圓盤形動(dòng)平臺(tái)呈90°等分，這樣動(dòng)平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)平行四邊形結(jié)構(gòu)的特征，操作更靈活、平穩(wěn)。該第一、第二和第三支鏈均含有一個(gè)主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副；其特征在于:所述第四支鏈含有兩個(gè)主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副；所述第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈和第四支鏈分別與床身及其立柱外延以及動(dòng)平臺(tái)連接形成一個(gè)空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)，第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈和第四支鏈與動(dòng)平臺(tái)的鉸接中心點(diǎn)將圓盤形動(dòng)平臺(tái)呈90°等分布置，該空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)通過五個(gè)輸入運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)三個(gè)平動(dòng)自由度和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；所述的安裝被切削工件的工作臺(tái)可實(shí)現(xiàn)一維轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，與空間并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)結(jié)合可實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)控制。本發(fā)明的一種新型冗余驅(qū)動(dòng)五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床，第一、第二和第三支鏈結(jié)構(gòu)相同，均為PSS型運(yùn)動(dòng)支鏈(其中，P代表移動(dòng)副，S代表球鉸，且P代表該運(yùn)動(dòng)副是主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的)，第四支鏈為PPRR型運(yùn)動(dòng)支鏈。具體說明如下:第一、第二和第三支鏈均包括:滑塊、連桿以及運(yùn)動(dòng)副。所述運(yùn)動(dòng)副有三個(gè)，一個(gè)是連接于床身立柱外延和滑塊之間的移動(dòng)副P，一個(gè)是連接于滑塊和連桿之間的球鉸S，一個(gè)是連接于連桿和動(dòng)平臺(tái)之間的球鉸S。其中，連接于床身立柱外延和滑塊之間的移動(dòng)副P是主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的，該支鏈為PSS型運(yùn)動(dòng)支鏈。第四支鏈包括:冗余滑臺(tái)、滑塊、連桿以及運(yùn)動(dòng)副。所述運(yùn)動(dòng)副有四個(gè)，一個(gè)是連接于床身和冗余滑臺(tái)之間的移動(dòng)副P，一個(gè)是連接于冗余滑臺(tái)和滑塊之間的移動(dòng)副P，一個(gè)是連接于滑塊和連桿之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副R，一個(gè)是連接于連桿和動(dòng)平臺(tái)之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副R。其中，連接于床身和冗余滑臺(tái)之間的移動(dòng)副P以及連接于冗余滑臺(tái)和滑塊之間的移動(dòng)副P均是主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的，該支鏈為PPRR型運(yùn)動(dòng)支鏈。實(shí)施例:本實(shí)施例的一種新型冗余驅(qū)動(dòng)五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括床身11以及固結(jié)于床身上的立柱外延15、立柱外延19、立柱外延110、冗余滑臺(tái)17、安裝主軸的動(dòng)平臺(tái)114、安裝被切削工件的工作臺(tái)115，連接所述動(dòng)平臺(tái)114和床身11及其立柱外延15、立柱外延19、立柱外延11 0之間的第一、第二、第三和第四支鏈，所述第一、第二、第三和第四支鏈分別與床身11以及固結(jié)于床身上的立柱外延15、立柱外延19、立柱外延110以及動(dòng)平臺(tái)114連接形成一個(gè)空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)，所述的安裝被切削工件的工作臺(tái)115與床身11通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接。所述第一、第二和第三支鏈結(jié)構(gòu)相同，均為PSS型運(yùn)動(dòng)支鏈，包括:滑塊14、滑塊18、滑塊111、連桿13、連桿113、連桿112以及運(yùn)動(dòng)副。所述運(yùn)動(dòng)副有三個(gè)，一個(gè)是連接于床身立柱外延15、立柱外延19、立柱外延110和滑塊14、滑塊18、滑塊111之間的移動(dòng)副P，一個(gè)是連接于滑塊14、滑塊18、滑塊111和連桿13、連桿113、連桿112之間的球鉸S，一個(gè)是連接于連桿13、連桿113、連桿112和動(dòng)平臺(tái)114之間的球鉸S。其中，連接于床身立柱外延15、立柱外延19、立柱外延110和滑塊14、滑塊18、滑塊111之間的移動(dòng)副P是主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的。所述第四支鏈包括:冗余滑臺(tái)17、滑塊16、連桿12以及運(yùn)動(dòng)副。所述運(yùn)動(dòng)副有四個(gè)，一個(gè)是連接于床身11和冗余滑臺(tái)17之間的移動(dòng)副P，一個(gè)是連接于冗余滑臺(tái)17和滑塊16之間的移動(dòng)副P，一個(gè)是連接于滑塊16和連桿12之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副R，一個(gè)是連接于連桿12和動(dòng)平臺(tái)114之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副R。其中，連接于床身11和冗余滑臺(tái)17之間的移動(dòng)副P以及連接于冗余滑臺(tái)17和滑塊16之間的移動(dòng)副P是主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的。所述第一、第二、第三和第四支鏈與動(dòng)平臺(tái)分別鉸接，各個(gè)鉸接中心點(diǎn)將圓盤形動(dòng)平臺(tái)呈90°等分，這樣動(dòng)平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)平行四邊形結(jié)構(gòu)的特征，既能實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)平臺(tái)平面的靈活調(diào)節(jié)，又能保證操作的平穩(wěn)性。
權(quán)利要求
1.一種冗余驅(qū)動(dòng)五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床，包括床身、三個(gè)固結(jié)于床身上的立柱外延、一個(gè)冗余滑臺(tái)、一個(gè)安裝主軸的動(dòng)平臺(tái)、一個(gè)安裝被切削工件的工作臺(tái)，連接所述動(dòng)平臺(tái)和床身及其立柱外延之間的第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈和第四支鏈，第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈和第四支鏈與動(dòng)平臺(tái)的鉸接中心點(diǎn)在圓盤形動(dòng)平臺(tái)上呈90°等分布置； 第一支鏈、第二支鏈和第三支鏈結(jié)構(gòu)相同，均包括:滑塊、連桿以及運(yùn)動(dòng)副，所述運(yùn)動(dòng)副有三個(gè)，一個(gè)是連接于床身立柱外延和滑塊之間的移動(dòng)副P，一個(gè)是連接于滑塊和連桿之間的球鉸S，一個(gè)是連接于連桿和動(dòng)平臺(tái)之間的球鉸S ； 所述第四支鏈包括冗余滑臺(tái)、滑塊、連桿以及運(yùn)動(dòng)副，所述運(yùn)動(dòng)副有四個(gè)，一個(gè)是連接于床身和冗余滑臺(tái)之間的移動(dòng)副P，一個(gè)是連接于冗余滑臺(tái)和滑塊之間的移動(dòng)副P，一個(gè)是連接于滑塊和連桿之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副R，一個(gè)是連接于連桿和動(dòng)平臺(tái)之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副R ； 所述第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈和第四支鏈分別與床身、立柱外延、冗余滑臺(tái)以及動(dòng)平臺(tái)連接形成一個(gè)空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)，該空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)通過五個(gè)輸入運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)三個(gè)平動(dòng)自由度和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；所述的安裝被切削工件的工作臺(tái)可實(shí)現(xiàn)一維轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，與空間并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)結(jié)合可實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冗余驅(qū)動(dòng)五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床，連接于床身立柱外延和滑塊之間的移動(dòng)副是主動(dòng)驅(qū)動(dòng) 的，該支鏈為PSS型運(yùn)動(dòng)支鏈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的冗余驅(qū)動(dòng)五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床，連接于床身和冗余滑臺(tái)之間的移動(dòng)副以及連接于冗余滑臺(tái)和滑塊之間的移動(dòng)副均是主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的，該支鏈為PPRR型運(yùn)動(dòng)支鏈。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種冗余驅(qū)動(dòng)五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床，包括床身以及固結(jié)于床身上的立柱外延、一個(gè)安裝主軸的動(dòng)平臺(tái)、一個(gè)安裝被切削工件的工作臺(tái)，連接所述動(dòng)平臺(tái)和床身及其立柱外延之間的第一、第二、第三和第四支鏈，可實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)控制。該機(jī)床具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔緊湊、運(yùn)動(dòng)學(xué)相對(duì)簡(jiǎn)單、剛度高、重復(fù)定位精度好、工作空間與機(jī)床體積比相對(duì)較大等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23Q1/44GK103240614SQ201310179060
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月6日
發(fā)明者夏正江, 劉辛軍, 謝福貴 申請(qǐng)人:江蘇國(guó)威工程機(jī)械有限公司