專利名稱：高速臥式三軸混聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有綜合功能、基于滑塊驅(qū)動(dòng)的混聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
近十年來(lái)，國(guó)際上出現(xiàn)了一種新概念機(jī)床——并聯(lián)機(jī)床(Parallel Machine Tool)。并聯(lián)機(jī)床是國(guó)際上數(shù)控研究領(lǐng)域非常關(guān)注的熱點(diǎn)課題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者作大量的研究工作。并聯(lián)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，并聯(lián)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。
然而，與傳統(tǒng)機(jī)床相比較，基于純并聯(lián)結(jié)構(gòu)的并聯(lián)機(jī)床作業(yè)空間與機(jī)床總體積比小，且機(jī)床加工刀具的可實(shí)現(xiàn)姿態(tài)能力也相對(duì)較小。因此，如何保證并聯(lián)機(jī)床作業(yè)空間和刀具的可實(shí)現(xiàn)姿態(tài)能力成為了研制并聯(lián)機(jī)床首先需要解決的問(wèn)題。另外，若能從構(gòu)型上保證機(jī)床的高速特性，對(duì)并聯(lián)機(jī)床最終實(shí)現(xiàn)高的加工速度也具有重要作用。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種高速三軸混聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)，包括1條水平導(dǎo)軌，2個(gè)安裝在該導(dǎo)軌上的滑塊，驅(qū)動(dòng)該滑塊在導(dǎo)軌中運(yùn)動(dòng)的2個(gè)直線驅(qū)動(dòng)單元，2個(gè)定長(zhǎng)桿，1個(gè)安裝在定長(zhǎng)桿上的主軸機(jī)構(gòu)。所說(shuō)的2個(gè)定長(zhǎng)桿的一端被鉸鏈連接在一起，另一端分別與所說(shuō)的一個(gè)滑塊相連接，形成并聯(lián)閉鏈結(jié)構(gòu)。所說(shuō)的主軸機(jī)構(gòu)可以進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)，但在驅(qū)動(dòng)上與該并聯(lián)閉鏈結(jié)構(gòu)互相獨(dú)立，機(jī)構(gòu)最終可實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向的平動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
本發(fā)明的特征之一在于兩定長(zhǎng)桿和導(dǎo)軌形成三角形，根據(jù)三角形的穩(wěn)定性原理，此并聯(lián)閉鏈結(jié)構(gòu)具有很高的剛度。由于主軸機(jī)構(gòu)安裝在其中一個(gè)定長(zhǎng)桿上，從而充分利用了此并聯(lián)閉鏈結(jié)構(gòu)所具有的高剛度特性。
特征之二在于機(jī)構(gòu)滑塊的安裝方式保證了滑動(dòng)方向是加工的優(yōu)先方向，特別適合加工一些特殊工件，如長(zhǎng)形復(fù)雜工件。
特征之三在于兩定長(zhǎng)桿由與之相連的滑塊驅(qū)動(dòng)，也稱為外副驅(qū)動(dòng)。可知定長(zhǎng)桿的伸長(zhǎng)方向容易進(jìn)行熱影響校準(zhǔn)。
特征之四在于此機(jī)構(gòu)的主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為一平面機(jī)構(gòu)。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行深入的理論分析，取得最優(yōu)的設(shè)計(jì)參數(shù)，也為機(jī)構(gòu)的實(shí)時(shí)控制提供了條件。
本發(fā)明的內(nèi)容主要體現(xiàn)在平面并聯(lián)閉鏈結(jié)構(gòu)，安裝在其中一個(gè)定長(zhǎng)桿上的主軸機(jī)構(gòu)。
圖2為主軸機(jī)構(gòu)示意圖。
如

圖1所示，本實(shí)施例由定長(zhǎng)桿4、6，主軸機(jī)構(gòu)5，滑塊3、7，導(dǎo)軌1構(gòu)成平面并聯(lián)閉鏈結(jié)構(gòu)。由于采用框架結(jié)構(gòu)，整個(gè)結(jié)構(gòu)的重量很輕。
定長(zhǎng)桿4、6，與之相鉸接的滑塊3、7，加上導(dǎo)軌1組成的一個(gè)三角形平動(dòng)結(jié)構(gòu)，根據(jù)三角形所固有的穩(wěn)定性，可知結(jié)構(gòu)具有很好的剛性。當(dāng)滑塊3、7改變位置時(shí)，桿4、6的鉸接點(diǎn)也隨著相應(yīng)改變，同時(shí)桿4、6的位置和姿勢(shì)也相應(yīng)改變，進(jìn)而帶動(dòng)固定在桿6上的主軸機(jī)構(gòu)5位置和姿勢(shì)的變化。
直線驅(qū)動(dòng)單元2、8分別驅(qū)動(dòng)滑塊3、7在水平導(dǎo)軌1上滑動(dòng)?？芍瑝K滑動(dòng)方向是機(jī)床的優(yōu)勢(shì)運(yùn)動(dòng)方向，該方向與其它運(yùn)動(dòng)方向充分的解耦，特別適于長(zhǎng)形工件的加工。由于是滑塊驅(qū)動(dòng)，可以對(duì)定長(zhǎng)桿4、6進(jìn)行長(zhǎng)度方向上方便的熱校準(zhǔn)。
主軸機(jī)構(gòu)5固定在桿6上，充分利用了三角形平動(dòng)結(jié)構(gòu)的高穩(wěn)定性和高剛度特性。
如圖2所示，具有移動(dòng)功能的主軸機(jī)構(gòu)5由主軸電機(jī)10和主軸箱體9組成，其中主軸箱體9包括驅(qū)動(dòng)主軸伸縮運(yùn)動(dòng)的部件。主軸電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向與并聯(lián)閉鏈結(jié)構(gòu)所在平面的法線方向一致，有效擴(kuò)大了機(jī)床的加工范圍。另外，主軸電機(jī)的運(yùn)動(dòng)在驅(qū)動(dòng)上與并聯(lián)閉鏈結(jié)構(gòu)相互獨(dú)立。
本實(shí)施例中定長(zhǎng)桿4、6均為950mm，導(dǎo)軌1的有效滑動(dòng)行程為2350mm，主軸電機(jī)中心點(diǎn)的可達(dá)域?yàn)?00*500*300mm(X×Y×Z)，其中Z方向?yàn)橹鬏S電機(jī)的伸縮方向。
權(quán)利要求
1.一種臥式三自由度混聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)，其特征是包括1條水平導(dǎo)軌，2個(gè)安裝在該導(dǎo)軌上的滑塊，驅(qū)動(dòng)該滑塊在導(dǎo)軌中運(yùn)動(dòng)的2個(gè)直線驅(qū)動(dòng)單元，2個(gè)定長(zhǎng)桿，1個(gè)安裝在定長(zhǎng)桿上的主軸機(jī)構(gòu)，所說(shuō)的2個(gè)定長(zhǎng)桿的一端被鉸鏈連接在一起，另一端分別與所說(shuō)的一個(gè)滑塊相連接，其中主軸機(jī)構(gòu)可以完成伸縮運(yùn)動(dòng)，機(jī)床最終可實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向的平動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
一種高速臥式三軸混聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu),屬機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種具有綜合功能、基于滑塊驅(qū)動(dòng)的混聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。此臥式三軸混聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)包括1條水平導(dǎo)軌,2個(gè)安裝在該導(dǎo)軌上的滑塊,驅(qū)動(dòng)該滑塊在導(dǎo)軌中運(yùn)動(dòng)的2個(gè)直線驅(qū)動(dòng)單元,2個(gè)定長(zhǎng)桿,1個(gè)安裝在定長(zhǎng)桿上的主軸機(jī)構(gòu)。所說(shuō)的2個(gè)定長(zhǎng)桿的一端被鉸鏈連接在一起,另一端分別與所說(shuō)的一個(gè)滑塊相連接,其中主軸機(jī)構(gòu)可以進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng),最終實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向的平動(dòng)運(yùn)動(dòng)?；诒窘Y(jié)構(gòu)的機(jī)床具有切削、磨削、移載、裝配等多種功能。
文檔編號(hào)B23Q1/48GK1378899SQ0211786
公開(kāi)日2002年11月13日 申請(qǐng)日期2002年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月24日
發(fā)明者汪勁松, 段廣洪, 唐曉強(qiáng), 王立平 申請(qǐng)人:清華大學(xué)