專利名稱：兩維移動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)空間三軸并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械制造領(lǐng)域，特別涉及一種能夠設(shè)計(jì)成立、臥式的兩維移動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)的空間三自由度三軸并聯(lián)機(jī)床。
近十年來，國際上出現(xiàn)了一種新概念機(jī)床——虛擬軸機(jī)床(Virtual Axis MachineTool)，也稱之為六條腳機(jī)床(6-Leg Machine Tool)或并聯(lián)機(jī)床(Parallel MachineTool)。虛擬軸機(jī)床是國際上數(shù)控研究領(lǐng)域非常關(guān)注的熱點(diǎn)課題，國內(nèi)外學(xué)者作大量的研究工作。虛擬軸數(shù)控機(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。并聯(lián)機(jī)床采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工、裝配和測(cè)量等多種功能，具有模塊化程度高、運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量輕、精度高，響應(yīng)快，制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)機(jī)床相比，虛擬軸機(jī)床因采用了刀具運(yùn)動(dòng)的形式，從而改善了其速度、加速度、精度和剛度等性能。
并聯(lián)機(jī)械結(jié)構(gòu)在40年代末就已經(jīng)提出，在60年被重新發(fā)掘出來應(yīng)用在飛行模擬器上，在70年代末、80年代初開始成為研究熱點(diǎn)。隨著理論研究的不斷深入以及并聯(lián)機(jī)構(gòu)所具有的明顯的優(yōu)點(diǎn)，國際上的一些大公司及相關(guān)院校相繼提出把并聯(lián)機(jī)構(gòu)用于制造行業(yè)的加工機(jī)床上，這是對(duì)具有200余年歷史的一成不變按笛卡兒坐標(biāo)體系設(shè)計(jì)機(jī)床的傳統(tǒng)的強(qiáng)烈沖擊，人們認(rèn)為并聯(lián)機(jī)床將是21世紀(jì)新概念機(jī)床的形式。在1994年芝加哥國際制造技術(shù)展覽會(huì)(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虛擬軸機(jī)床。在這之后國內(nèi)外許多學(xué)者和著名的機(jī)床制造廠都非常關(guān)注虛擬軸機(jī)床的設(shè)計(jì)理論研究和樣機(jī)的研制。在97年的歐洲國際機(jī)床展覽會(huì)(EMO’97)上，美國、日本、德國、瑞士、俄羅斯等大學(xué)和機(jī)床制造商展出了10余臺(tái)并聯(lián)機(jī)床樣機(jī)。
從國內(nèi)外并聯(lián)機(jī)床產(chǎn)品與技術(shù)發(fā)展的概況看，大多采用一般的斯帝瓦特(Stewart)六自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)五軸運(yùn)動(dòng)，這種構(gòu)型不僅運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、精度、誤差分析等關(guān)鍵技術(shù)難以解決，而且浪費(fèi)了一個(gè)軸的驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)裝置增加了制造成本。近幾年來，少自由度(自由度少于6)的并聯(lián)構(gòu)型制造裝備越來越得到人們的重視，并且這類產(chǎn)品在生產(chǎn)中更有應(yīng)用前景?，F(xiàn)有專利和產(chǎn)品中，三軸并聯(lián)機(jī)床的刀具多只能實(shí)現(xiàn)三軸移動(dòng)，例如天津大學(xué)研制了三自由度三軸機(jī)床樣機(jī)是基于DELTA機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)之上的，該機(jī)床裝有刀具的動(dòng)平臺(tái)通過三個(gè)分支與固定平臺(tái)相聯(lián)接，每個(gè)分支具有相同的形式連接動(dòng)平臺(tái)和滑塊的六個(gè)鉸鏈均為虎克鉸，滑塊裝在固定平臺(tái)上的滑道內(nèi)，刀具通過滑塊的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)三軸移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。另外，現(xiàn)有機(jī)床中，多采用立式結(jié)構(gòu)，只有因閣塞耳(Ingersoll)公司研制出了一臺(tái)臥式機(jī)床。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種兩維移動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)空間三軸并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)，可設(shè)計(jì)成立式和臥式的空間三自由度三軸并聯(lián)機(jī)床。具有高剛度，高精度，低運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，高動(dòng)態(tài)性能，構(gòu)造簡單，相同零件數(shù)量多，成本低，易制造等特點(diǎn)。
本發(fā)明提出的一種兩維移動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)空間三軸并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)，包括固定臺(tái)、運(yùn)動(dòng)臺(tái)、連接固定臺(tái)與運(yùn)動(dòng)臺(tái)的分支，其特征在于運(yùn)動(dòng)臺(tái)通過三個(gè)分支與固定臺(tái)連接，所說的三個(gè)分支中的兩個(gè)分支各含有一個(gè)三自由度球鉸和兩個(gè)單自由度運(yùn)動(dòng)副；第三個(gè)分支含有一個(gè)單自由度運(yùn)動(dòng)副和兩個(gè)虎克鉸；所說的運(yùn)動(dòng)臺(tái)上裝有刀具，所說的三個(gè)分支與運(yùn)動(dòng)臺(tái)和固定臺(tái)連接的三個(gè)端點(diǎn)不在一條直線上。
所說的三個(gè)分支可采用定長連桿，所說的單自由度運(yùn)動(dòng)副可由滑道和滑塊構(gòu)成，所說的滑道可固定在固定臺(tái)的臺(tái)面板上，所說的滑塊裝在滑道上，其中的兩個(gè)分支的滑塊上可裝有轉(zhuǎn)動(dòng)副，另一端可通過三自由度球鉸鏈與運(yùn)動(dòng)臺(tái)相連；另外一個(gè)分支的滑塊上可裝有虎克鉸，另一端可通過虎克鉸與運(yùn)動(dòng)臺(tái)相連。
所說的分支均可采用伸縮連桿構(gòu)成單自由度運(yùn)動(dòng)副，其中的兩支連桿與固定臺(tái)的連接可為轉(zhuǎn)動(dòng)副，與動(dòng)平臺(tái)的連接可為三自由度球鉸鏈；另外的一支連桿可分別通過虎克鉸與固定臺(tái)和運(yùn)動(dòng)臺(tái)相連。
本發(fā)明所說的三個(gè)分支，第一、二分支可采用定長連桿，所說的單自由度運(yùn)動(dòng)副由滑道和滑塊構(gòu)成，所說的滑道固定在固定臺(tái)的臺(tái)面板上，所說的滑塊裝在滑道上，滑塊上裝有轉(zhuǎn)動(dòng)副，另一端通過三自由度球鉸鏈與運(yùn)動(dòng)臺(tái)相連；第三個(gè)分支可采用伸縮連桿構(gòu)成單自由度運(yùn)動(dòng)副，其兩端分別通過虎克鉸與固定臺(tái)和運(yùn)動(dòng)臺(tái)相連。
本發(fā)明所說的三個(gè)分支，第一、二分支可采用伸縮連桿構(gòu)成單自由度運(yùn)動(dòng)副，該兩支連桿與固定臺(tái)的連接可為轉(zhuǎn)動(dòng)副，與動(dòng)平臺(tái)的連接可為三自由度球鉸鏈；第三個(gè)分支可采用定長連桿，所說的單自由度運(yùn)動(dòng)副可由滑道和滑塊構(gòu)成，所說的滑道可固定在固定臺(tái)的臺(tái)面板上，所說的滑塊裝在滑道上，該分支的滑塊上可裝有虎克鉸，另一端可通過虎克鉸與運(yùn)動(dòng)臺(tái)相連。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明并聯(lián)機(jī)床與傳統(tǒng)的串聯(lián)式多軸機(jī)床相比，具有高剛度，高精度，低運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，高動(dòng)態(tài)性能，構(gòu)造簡單，相同零件數(shù)量多，成本低，易制造。
2、本發(fā)明并聯(lián)機(jī)床與現(xiàn)有的六自由度五軸并聯(lián)機(jī)床相比，結(jié)構(gòu)簡單系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)非線性度和耦合度明顯降低，控制簡單，造價(jià)低。
3、本發(fā)明空間三軸并聯(lián)機(jī)床加工裝配工藝性好。
4、本發(fā)明空間三軸并聯(lián)機(jī)床刀具具有兩個(gè)移動(dòng)、一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，在空間曲面加工中有著廣泛的應(yīng)用前景。
5、本發(fā)明空間三軸并聯(lián)機(jī)床可以設(shè)計(jì)成立式或臥式。
附圖簡要說明

圖1是本發(fā)明的空間三軸并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)的實(shí)施例之一總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的空間三軸并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)的實(shí)施例之二總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的空間三軸并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)的實(shí)施例之三總體結(jié)構(gòu)示意圖4是本發(fā)明的空間三軸并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)的實(shí)施例之四總體結(jié)構(gòu)示意圖；下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步詳述實(shí)施例1兩維移動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)空間三軸立式并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)之一本實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，運(yùn)動(dòng)臺(tái)10通過三支可伸縮連桿4、5、9與由框架1和底座14組成的固定臺(tái)相連接，其中連桿4、9的一端連接運(yùn)動(dòng)臺(tái)10的運(yùn)動(dòng)副為三自由度球鉸2、11，另一端連接框架1的運(yùn)動(dòng)副為轉(zhuǎn)動(dòng)副6、8；連桿5連接運(yùn)動(dòng)臺(tái)10和框架1的運(yùn)動(dòng)副分別為虎克鉸3和7。運(yùn)動(dòng)臺(tái)10上安裝切削刀具12，底座14上裝著加工工件13。運(yùn)動(dòng)臺(tái)10和刀具12通過三個(gè)可伸縮連桿4、5、9的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)連桿4和9所在平面的二維移動(dòng)和繞鉸鏈2與10的軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)的三軸運(yùn)動(dòng)，從而完成對(duì)工件13的切削加工。
實(shí)施例2兩維移動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)空間三軸立式并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)之二本實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)如圖2所示，運(yùn)動(dòng)臺(tái)29通過三支定長連桿18、19、28與由滑板15、22、25和底座33組成的固定臺(tái)相連接，其中連桿18、28的一端連接運(yùn)動(dòng)臺(tái)29的運(yùn)動(dòng)副為三自由度球鉸16、30，另一端連接滑塊20、26的運(yùn)動(dòng)副為轉(zhuǎn)動(dòng)副21、27，滑塊20、26裝在兩滑板15、25的滑道內(nèi)；連桿19連接運(yùn)動(dòng)臺(tái)29和滑塊24的運(yùn)動(dòng)副分別為虎克鉸17和23，滑塊24裝在滑板22的滑道內(nèi)。運(yùn)動(dòng)臺(tái)29上安裝切削刀具31，底座33上裝著加工工件32。運(yùn)動(dòng)臺(tái)29和刀具31通過三個(gè)滑塊20、24、26的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)連桿18和28所在平面的二維移動(dòng)和繞鉸鏈16與30軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)的三軸運(yùn)動(dòng)，從而完成對(duì)工件32的切削加工。
實(shí)施例3兩維移動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)空間三軸立式并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)之三本實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)如圖3所示，運(yùn)動(dòng)臺(tái)47通過三支連桿37、38、46與后板41、兩側(cè)滑板34與43和底座51組成的固定臺(tái)相連接，其中兩支定長連桿37、46的一端連接運(yùn)動(dòng)臺(tái)47的運(yùn)動(dòng)副為三自由度球鉸35、48，另一端連接滑塊40、44的運(yùn)動(dòng)副為轉(zhuǎn)動(dòng)副39、45，滑塊40、44裝在兩側(cè)滑板34、43的滑道內(nèi)；另一支可伸縮連桿38連接運(yùn)動(dòng)臺(tái)47和后板41的運(yùn)動(dòng)副分別為虎克鉸36和42。運(yùn)動(dòng)臺(tái)47上安裝切削刀具49，底座51上裝著加工工件50。運(yùn)動(dòng)臺(tái)47和刀具49通過一個(gè)可伸縮連桿38和兩個(gè)滑塊40、44的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)連桿37和46所在平面的二維移動(dòng)和繞鉸鏈35與48軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)的三軸運(yùn)動(dòng)，從而完成對(duì)工件50的切削加工。
實(shí)施例4兩維移動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)空間三軸臥式并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)本實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)如圖4所示，運(yùn)動(dòng)臺(tái)63通過三支定長連桿56、58、66與由滑板52、61、57和底座70組成的固定臺(tái)相連接，其中連桿56、66的一端連接運(yùn)動(dòng)臺(tái)63的運(yùn)動(dòng)副為三自由度球鉸53、68，另一端連接滑塊54、65的運(yùn)動(dòng)副為轉(zhuǎn)動(dòng)副55、64，滑塊54、65裝在兩滑板52、57的滑道內(nèi)；連桿58連接運(yùn)動(dòng)臺(tái)63和滑塊60的運(yùn)動(dòng)副分別為虎克鉸62和59，滑塊60裝在滑板61的滑道內(nèi)。運(yùn)動(dòng)臺(tái)63上安裝切削刀具67，底座70上裝著加工工件69。運(yùn)動(dòng)臺(tái)63和刀具67通過三個(gè)滑塊54、60、65的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)連桿56和67所在平面的二維移動(dòng)和繞鉸鏈53與68軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)的三軸運(yùn)動(dòng)，從而完成對(duì)工件69的切削加工。
權(quán)利要求
1.一種兩維移動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)空間三軸并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)，包括固定臺(tái)、運(yùn)動(dòng)臺(tái)、連接固定臺(tái)與運(yùn)動(dòng)臺(tái)的分支，其特征在于運(yùn)動(dòng)臺(tái)通過三個(gè)分支與固定臺(tái)連接，所說的三個(gè)分支中的兩個(gè)分支各含有一個(gè)三自由度球鉸和兩個(gè)單自由度運(yùn)動(dòng)副；第三個(gè)分支含有一個(gè)單自由度運(yùn)動(dòng)副和兩個(gè)虎克鉸；所說的運(yùn)動(dòng)臺(tái)上裝有刀具，所說的三個(gè)分支與運(yùn)動(dòng)臺(tái)和固定臺(tái)連接的三個(gè)端點(diǎn)不在一條直線上。
2.按照權(quán)利要求1所說的空間三軸并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)，其特征在于所說的三個(gè)分支采用定長連桿，所說的單自由度運(yùn)動(dòng)副由滑道和滑塊構(gòu)成，所說的滑道固定在固定臺(tái)的臺(tái)面板上，所說的滑塊裝在滑道上，其中的兩個(gè)分支的滑塊上裝有轉(zhuǎn)動(dòng)副，另一端通過三自由度球鉸鏈與運(yùn)動(dòng)臺(tái)相連；另外一個(gè)分支的滑塊上裝有虎克鉸，另一端通過虎克鉸與運(yùn)動(dòng)臺(tái)相連。
3.按照權(quán)利要求1所說的空間三軸并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)，其特征在于所說的分支均采用伸縮連桿構(gòu)成單自由度運(yùn)動(dòng)副，其中的兩支連桿與固定臺(tái)的連接為轉(zhuǎn)動(dòng)副，與動(dòng)平臺(tái)的連接為三自由度球鉸鏈；另外的一支連桿分別通過虎克鉸與固定臺(tái)和運(yùn)動(dòng)臺(tái)相連。
4.按照權(quán)利要求1所說的空間三軸并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)，其特征在于第一、二分支采用定長連桿，所說的單自由度運(yùn)動(dòng)副由滑道和滑塊構(gòu)成，所說的滑道固定在固定臺(tái)的臺(tái)面板上，所說的滑塊裝在滑道上，滑塊上裝有轉(zhuǎn)動(dòng)副，另一端通過三自由度球鉸鏈與運(yùn)動(dòng)臺(tái)相連；第三個(gè)分支采用伸縮連桿構(gòu)成單自由度運(yùn)動(dòng)副，其兩端分別通過虎克鉸與固定臺(tái)和運(yùn)動(dòng)臺(tái)相連。
5.按照權(quán)利要求1所說的空間三軸并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)，其特征在于第一、二分支采用伸縮連桿構(gòu)成單自由度運(yùn)動(dòng)副，該兩支連桿與固定臺(tái)的連接為轉(zhuǎn)動(dòng)副，與動(dòng)平臺(tái)的連接為三自由度球鉸鏈；第三個(gè)分支采用定長連桿，所說的單自由度運(yùn)動(dòng)副由滑道和滑塊構(gòu)成，所說的滑道固定在固定臺(tái)的臺(tái)面板上，所說的滑塊裝在滑道上，該分支的滑塊上裝有虎克鉸，另一端通過虎克鉸與運(yùn)動(dòng)臺(tái)相連。
全文摘要
本發(fā)明屬于機(jī)械制造領(lǐng)域,包括固定臺(tái)、運(yùn)動(dòng)臺(tái)、連接固定臺(tái)與運(yùn)動(dòng)臺(tái)的分支,運(yùn)動(dòng)臺(tái)通過三個(gè)分支與固定臺(tái)連接,三個(gè)分支中的兩個(gè)分支各含有一個(gè)三自由度球鉸和兩個(gè)單自由度運(yùn)動(dòng)副;第三個(gè)分支含有一個(gè)單自由度運(yùn)動(dòng)副和兩個(gè)虎克鉸;運(yùn)動(dòng)臺(tái)上裝有刀具,三個(gè)分支與運(yùn)動(dòng)臺(tái)和固定臺(tái)連接的三個(gè)端點(diǎn)不在一條直線上。本發(fā)明具有高剛度,高精度,低運(yùn)動(dòng)質(zhì)量,高動(dòng)態(tài)性能,構(gòu)造簡單,相同零件數(shù)量多,成本低,易制造等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23Q1/25GK1267581SQ0010593
公開日2000年9月27日 申請(qǐng)日期2000年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月21日
發(fā)明者汪勁松, 劉辛軍, 段廣洪, 葉佩青 申請(qǐng)人:清華大學(xué)