專利名稱：實(shí)現(xiàn)多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械領(lǐng)域，涉及一種并聯(lián)機(jī)構(gòu)，特別涉及一種并聯(lián)機(jī)床和串聯(lián)與并聯(lián)相結(jié)合的混聯(lián)機(jī)床的多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)美國(guó)率先推出了六軸完全并聯(lián)機(jī)床，各國(guó)先后相繼推出了一些完全并聯(lián)機(jī)床或串聯(lián)與并聯(lián)相結(jié)合的混聯(lián)機(jī)床。完全并聯(lián)機(jī)床的突出優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)質(zhì)量小，速度快，比剛度高；運(yùn)動(dòng)誤差不累加，精度高。其表現(xiàn)突出的缺點(diǎn)之一是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的作業(yè)范圍小，完全并聯(lián)的六軸并聯(lián)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)范圍只有30°～60°左右；由德國(guó)DST公司設(shè)計(jì)，美國(guó)辛辛那提公司生產(chǎn)的稱為“Z3主軸頭”的主軸機(jī)構(gòu)是采用的三軸并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其回轉(zhuǎn)范圍擴(kuò)大了，可以達(dá)到±40°，但仍不能實(shí)現(xiàn)立式和臥式加工功能。
研究開發(fā)轉(zhuǎn)動(dòng)范圍大于90°，可實(shí)現(xiàn)立、臥加工的并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)，對(duì)發(fā)揮并聯(lián)機(jī)構(gòu)原理的優(yōu)點(diǎn)，推動(dòng)并聯(lián)機(jī)床及混聯(lián)機(jī)床的創(chuàng)新研究開發(fā)具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)，該主軸頭機(jī)構(gòu)兼有并聯(lián)機(jī)構(gòu)原理的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)兩個(gè)回轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)范圍又都大于90°，以實(shí)現(xiàn)多方位立臥加工。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種實(shí)現(xiàn)多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)，由三個(gè)分支組成，具體由定平臺(tái)，三個(gè)回轉(zhuǎn)副組件，三個(gè)移動(dòng)副組件，三個(gè)桿組件，三個(gè)球面副組件，動(dòng)平臺(tái)組件及主軸部件構(gòu)成；其特點(diǎn)是，三個(gè)回轉(zhuǎn)副組件呈120°分布并與定平臺(tái)連接，三個(gè)回轉(zhuǎn)副組件分別與三個(gè)移動(dòng)副組件連接，三個(gè)移動(dòng)副組件分別和三個(gè)桿組件連接，三個(gè)桿組件分別與三個(gè)球面副組件連接，三個(gè)球面副組件呈120°分布并與動(dòng)平臺(tái)組件連接，主軸部件安裝在動(dòng)平臺(tái)組件上；動(dòng)平臺(tái)組件6帶動(dòng)主軸部件7可相對(duì)定平臺(tái)1作Z軸縱向移動(dòng)和進(jìn)行A軸及B軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。
本發(fā)明的其他一些特點(diǎn)是，三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)的A軸和B軸的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍大于90°。
三個(gè)移動(dòng)副采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，亦可采用液壓驅(qū)動(dòng)。
主軸部件可采用交流伺服電主軸，也可采用交流變頻電主軸。
所述伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)為交流伺服或直流伺服或步進(jìn)電機(jī)。
回轉(zhuǎn)副和移動(dòng)副的位置可以對(duì)調(diào)。
該三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)既有并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)給速度高、比剛度高、精度高的優(yōu)點(diǎn)，避免了并聯(lián)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍小的缺點(diǎn)，同時(shí)還具有A軸和B軸轉(zhuǎn)動(dòng)范圍大的優(yōu)點(diǎn)，均大于90°，可實(shí)現(xiàn)多方位立臥加工。其原理可適用于3-RPS和3-PRS原理的三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)。


圖1(a)(b)(c)是本發(fā)明的原理圖；圖2是本發(fā)明用于3位3-RPS原理的三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本發(fā)明用于3位3-PRS原理的三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
依照本發(fā)明的技術(shù)方案，一種實(shí)現(xiàn)多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)，由三個(gè)分支組成，具體由定平臺(tái)1，三個(gè)回轉(zhuǎn)副組件2，三個(gè)移動(dòng)副組件3，三個(gè)桿組件4，三個(gè)球面副組件5，動(dòng)平臺(tái)組件6及主軸部件7構(gòu)成；回轉(zhuǎn)副組件2呈120°分布并與定平臺(tái)1連接，三個(gè)回轉(zhuǎn)副組件2分別與三個(gè)移動(dòng)副組件3連接，三個(gè)移動(dòng)副組件3分別和三個(gè)桿組件4連接，三個(gè)桿組件4分別與三個(gè)球面副組件5連接，三個(gè)球面副組件5呈120°分布并與動(dòng)平臺(tái)組件6連接，主軸部件7安裝在動(dòng)平臺(tái)組件6上；動(dòng)平臺(tái)組件6帶動(dòng)主軸部件7可相對(duì)定平臺(tái)1作Z軸縱向移動(dòng)和進(jìn)行A軸及B軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。
本發(fā)明的技術(shù)原理如下主軸頭并聯(lián)機(jī)構(gòu)為3-RPS原理，參見圖1(a)，共有成120°分布的三個(gè)分支，每個(gè)分支由回轉(zhuǎn)副R，直線移動(dòng)副P，桿L，球面副S組成，三個(gè)分支的上端與定平臺(tái)相連，下端與動(dòng)平臺(tái)相連，主軸部件安裝在動(dòng)平臺(tái)上。P為主動(dòng)關(guān)節(jié)，有動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)，R及S為被動(dòng)關(guān)節(jié)。動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)三個(gè)P關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，則可使動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)主軸部件沿Z軸直線移動(dòng)和作A軸(繞X軸)轉(zhuǎn)動(dòng)及B軸(繞Y軸)轉(zhuǎn)動(dòng)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
取其中一個(gè)分支第i個(gè)分支，參見圖1(b)，其回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)為Ri，球關(guān)節(jié)為Si。三個(gè)R關(guān)節(jié)的軸線所決定的平面稱虛擬定平臺(tái)，安裝R關(guān)節(jié)的實(shí)體零件成為實(shí)體定平臺(tái)，三個(gè)球關(guān)節(jié)球心點(diǎn)所決定的平面稱為虛擬動(dòng)平臺(tái)，連接三個(gè)球關(guān)節(jié)的實(shí)體零件稱為實(shí)體動(dòng)平臺(tái)。令回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)Ri與實(shí)體定平臺(tái)的傾角為αiR，桿Li與虛擬動(dòng)平臺(tái)的傾角為αiL，球關(guān)節(jié)Si與實(shí)體動(dòng)平臺(tái)的傾角為αiS，主軸部件與實(shí)體動(dòng)平臺(tái)的傾角為αm，其中傾角αiR在機(jī)構(gòu)的作業(yè)過(guò)程中是變化的。通過(guò)配置和優(yōu)化匹配αiR，αiL，αiS和αm，即可使該并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)的A軸和B軸的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍大于90°，由于二個(gè)回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)范圍都大于90°，故可實(shí)現(xiàn)多方位的立式和臥式加工。
以上技術(shù)同樣適用于圖1(c)的3-PRS三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)。
參見圖2，三軸并聯(lián)頭機(jī)構(gòu)由定平臺(tái)1、三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副組件2、三個(gè)直線移動(dòng)副組件3、三個(gè)桿組件4、三個(gè)球面副組件5、動(dòng)平臺(tái)組件6、主軸部件7構(gòu)成，其中三個(gè)分支呈120°分布，每個(gè)分支的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副組件2與定平臺(tái)1連接，直線移動(dòng)副組件3與回轉(zhuǎn)副組件2連接，桿組件4和移動(dòng)副組件3連接，每個(gè)桿相對(duì)定平臺(tái)可作縱向移動(dòng)和一個(gè)單自由度的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；球面副組件5與桿組件4連接，動(dòng)平臺(tái)組件6和三個(gè)分支的三個(gè)球面副組件5連接，動(dòng)平臺(tái)相對(duì)定平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)一個(gè)縱向直線移動(dòng)和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)；主軸部件7安裝在動(dòng)平臺(tái)6上，與動(dòng)平臺(tái)一起運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)多方位立臥加工。
實(shí)施例1圖2為3-RPS型三軸并聯(lián)主軸機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖，圖中的定平臺(tái)1與三個(gè)成120°分布的回轉(zhuǎn)副組件2連接，三個(gè)回轉(zhuǎn)副組件2分別與三個(gè)移動(dòng)副組件3連接，三個(gè)移動(dòng)副組件3分別與三個(gè)桿組件4連接，三個(gè)桿組件4分別與三個(gè)球面副組件5連接，三個(gè)球面副組件5成120°分布與動(dòng)平臺(tái)6連接，動(dòng)平臺(tái)6與主軸部件7連接。三個(gè)移動(dòng)副為主動(dòng)運(yùn)動(dòng)副，分別由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，亦可采用液壓驅(qū)動(dòng)，主軸部件采用交流伺服電主軸，亦可采用變頻電主軸。
實(shí)施例2圖3為3-PRS型三軸并聯(lián)主軸機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖，其實(shí)施方法與圖2相似，不同的是該并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)的直線移動(dòng)副在前，回轉(zhuǎn)副在后，該機(jī)構(gòu)的A軸及B軸同樣也超過(guò)了90°，可以實(shí)現(xiàn)立臥加工。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)，由三個(gè)分支組成，具體由定平臺(tái)1，三個(gè)回轉(zhuǎn)副組件2，三個(gè)移動(dòng)副組件3，三個(gè)桿組件4，三個(gè)球面副組件5，動(dòng)平臺(tái)組件6及主軸部件7構(gòu)成；其特征在于，回轉(zhuǎn)副組件2呈120°分布并與定平臺(tái)1連接，三個(gè)回轉(zhuǎn)副組件2分別與三個(gè)移動(dòng)副組件3連接，三個(gè)移動(dòng)副組件3分別和三個(gè)桿組件4連接，三個(gè)桿組件4分別與三個(gè)球面副組件5連接，三個(gè)球面副組件5呈120°分布并與動(dòng)平臺(tái)組件6連接，主軸部件7安裝在動(dòng)平臺(tái)組件6上；動(dòng)平臺(tái)組件6帶動(dòng)主軸部件7可相對(duì)定平臺(tái)1作Z軸縱向移動(dòng)和進(jìn)行A軸及B軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)，其特征在于，三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)的A軸和B軸的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍大于90°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)，其特征在于，三個(gè)移動(dòng)副3采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，亦可采用液壓驅(qū)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)，其特征在于，主軸部件7可采用交流伺服電主軸，也可采用交流變頻電主軸。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的實(shí)現(xiàn)多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)為交流伺服或直流伺服或步進(jìn)電機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述回轉(zhuǎn)副2和移動(dòng)副3的位置可以對(duì)調(diào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可實(shí)現(xiàn)多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)，由定平臺(tái)，三個(gè)回轉(zhuǎn)副組件、三個(gè)移動(dòng)副組件、三個(gè)桿組件、三個(gè)球面副組件、動(dòng)平臺(tái)組件及主軸部件組成。三個(gè)呈120°分布的回轉(zhuǎn)副組件與定平臺(tái)連接，三個(gè)移動(dòng)副組件分別與三個(gè)回轉(zhuǎn)副組件連接，三個(gè)桿組件分別與三個(gè)移動(dòng)副組件連接，三個(gè)球面副組件分別與三個(gè)桿組件連接，動(dòng)平臺(tái)組件與呈120°分布的三個(gè)球面副組件連接，主軸部件安裝在動(dòng)平臺(tái)組件上。動(dòng)平臺(tái)組件帶動(dòng)主軸部件可相對(duì)定平臺(tái)作Z軸縱向移動(dòng)和進(jìn)行A軸及B軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。該機(jī)構(gòu)并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)給速度高、比剛度高、精度高的優(yōu)點(diǎn)，A軸和B軸轉(zhuǎn)動(dòng)范圍均大于90°，可實(shí)現(xiàn)多方位立臥加工。適用于3－RPS和3－PRS原理的三軸并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)。
文檔編號(hào)B23Q1/48GK1559753SQ200410025898
公開日2005年1月5日 申請(qǐng)日期2004年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月1日
發(fā)明者黃玉美, 程祥, 樊澤明, 高峰 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)