一種三自由度并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明特別一種三自由度并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)，屬于機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]從上個(gè)世紀(jì)80年代以來，大型龍門式五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床在飛機(jī)結(jié)構(gòu)件加工中得到越來越廣泛的應(yīng)用。龍門式機(jī)床的工作臺(tái)、橫梁和主軸部件實(shí)現(xiàn)X、Y、Z軸的移動(dòng)，再加上擺叉式或萬能擺頭，實(shí)現(xiàn)A/C軸或A/B軸的兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床。擺叉式或萬能擺頭的優(yōu)點(diǎn)是主軸的偏轉(zhuǎn)角度較大，可以實(shí)現(xiàn)矩形零件的五面加工，盡管擺頭在單個(gè)軸線上可以達(dá)到很高的回轉(zhuǎn)速度和加速度，但刀具空間定向速度仍然較低，因?yàn)閿[頭的兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是串聯(lián)的，不能完全同時(shí)回轉(zhuǎn)，對(duì)機(jī)床X、Y、Z軸線的補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)也不能及時(shí)反映。這種機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)上的先天缺陷，使擺叉式的擺頭不完全適用于加工航空薄壁結(jié)構(gòu)件。此外，無論擺叉式還是萬能式擺頭，擺頭內(nèi)部都有3個(gè)電動(dòng)機(jī)，每個(gè)電動(dòng)機(jī)都需要連接供電、冷卻、潤(rùn)滑和位置檢測(cè)等電纜或管道，相互之間還有位置轉(zhuǎn)動(dòng)，連接和密封結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。加上主軸電動(dòng)機(jī)內(nèi)部還需要配置刀具夾緊裝置，導(dǎo)致擺頭尾部各種電纜和管道多達(dá)數(shù)十根，維護(hù)極其不便。
[0003]并聯(lián)機(jī)構(gòu)是由多個(gè)閉合支鏈子結(jié)構(gòu)組成，與傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)(串聯(lián)機(jī)構(gòu))相比有很多優(yōu)勢(shì)。如高剛度、低慣性、高動(dòng)態(tài)性能和高精度。由于并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有這些優(yōu)點(diǎn)，利用并聯(lián)機(jī)構(gòu)開發(fā)主軸頭具有很多優(yōu)點(diǎn)。這種主軸頭可以配置在X軸向移動(dòng)的立柱上，并且可沿立柱上的線性導(dǎo)軌作Y向移動(dòng)，構(gòu)成五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床。
[0004]這種機(jī)床具有并聯(lián)機(jī)構(gòu)和串聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，擺頭(并聯(lián)部分)具有高剛度、高動(dòng)態(tài)性能等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)自由曲面的高精度切削；串聯(lián)部分可以獲得較大的工作空間，實(shí)現(xiàn)對(duì)大尺度零件的一次裝夾、切削加工。同時(shí)，并聯(lián)機(jī)構(gòu)擺頭可以克服傳統(tǒng)的擺叉式或萬能式擺頭在運(yùn)動(dòng)學(xué)上的先天缺陷。利用這種五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床加工飛機(jī)結(jié)構(gòu)件，加工過程中，工件不動(dòng)，所有加工運(yùn)動(dòng)都通過加工刀具的移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)完成，這對(duì)大型飛機(jī)結(jié)構(gòu)件加工非常有利。
[0005]然而，現(xiàn)有的并聯(lián)機(jī)構(gòu)主軸頭構(gòu)型較少，并且一些構(gòu)型存在裝配精度要求高、工作空間較小等缺陷，導(dǎo)致具有工程實(shí)用價(jià)值的主軸頭構(gòu)型更少，再加上知識(shí)產(chǎn)權(quán)等限制，阻礙了并聯(lián)機(jī)構(gòu)主軸頭及配置該主軸頭的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提出一種具有高剛度、低慣性、高動(dòng)態(tài)性能、高精度特性，并且具有工程實(shí)用價(jià)值的一種三自由度并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)，以克服傳統(tǒng)的擺叉式或萬能式擺頭在運(yùn)動(dòng)學(xué)上的先天缺陷，滿足表面形狀復(fù)雜、工藝路徑復(fù)雜、自由曲面多和尺寸精度高等航空薄壁件的加工要求。
[0007]本發(fā)明技術(shù)方案如下:
[0008]一種三自由度并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)，其特征在于:該三自由度并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)包括定平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)、第一分支、第二分支和第三分支；所述的定平臺(tái)包括第一機(jī)架、第二機(jī)架、第三機(jī)架和底座，第一機(jī)架、第二機(jī)架和第三機(jī)架上分別設(shè)有直線導(dǎo)軌和滾珠絲杠，三個(gè)機(jī)架固定安裝在底座上，并均勻布置在同一圓周上；第一分支包括第一連桿、第二連桿、滑塊、虎克鉸、第一轉(zhuǎn)動(dòng)副和第二轉(zhuǎn)動(dòng)副；第一連桿的一端通過虎克鉸與動(dòng)平臺(tái)鉸接，第一連桿的另一端通過第一轉(zhuǎn)動(dòng)副與第二連桿的一端鉸接，第二連桿的另一端通過第二轉(zhuǎn)動(dòng)副與滑塊鉸接；滑塊安裝在第一機(jī)架的直線導(dǎo)軌和滾珠絲杠上；第一分支、第二分支和第三分支結(jié)構(gòu)完全相同。
[0009]上述技術(shù)方案中，其特征在于，所述的第一分支中第二連桿采用矩形截面的V型結(jié)構(gòu)。所述的第一分支中第一連桿的橫截面為中空?qǐng)A形結(jié)構(gòu)。
[0010]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性的技術(shù)效果:該機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、剛度高、負(fù)載能力強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量小、易于實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)等特點(diǎn)，克服了傳統(tǒng)的擺叉式或萬能式擺頭在運(yùn)動(dòng)學(xué)上的先天缺陷，因此，使得采用該機(jī)構(gòu)的機(jī)床能夠滿足對(duì)航空薄壁件、表面形狀復(fù)雜以及加工質(zhì)量和精度要求高的部件的加工要求。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明提供的三自由度并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)實(shí)施例的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2為本發(fā)明的定平臺(tái)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖3為本發(fā)明的第一分支實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖中:1-定平臺(tái)、2-動(dòng)平臺(tái)、3-第一分支、4-第二分支、5-第三分支、101-第一機(jī)架、102-第二機(jī)架、103-第三機(jī)架、104-底座、301-第一連桿、302-第二連桿、303-滑塊、304-虎克鉸、305-第一轉(zhuǎn)動(dòng)副、306-第二轉(zhuǎn)動(dòng)副、307-驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、原理和【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步說明。
[0016]圖1為本發(fā)明提供的三自由度并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)實(shí)施例的三維結(jié)構(gòu)示意圖，所述的三自由度并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)包括定平臺(tái)1、動(dòng)平臺(tái)2、第一分支3、第二分支4和第三分支5 ;所述的定平臺(tái)1、動(dòng)平臺(tái)2、第一分支3、第二分支4和第三分支5共同組成了空間三自由度并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)；定平臺(tái)I通過第一分支3、第二分支4和第三分支5的協(xié)同運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)2的三自由度運(yùn)動(dòng)。
[0017]圖2為本發(fā)明的定平臺(tái)I實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖，所述的定平臺(tái)I包括第一機(jī)架101、第二機(jī)架102、第三機(jī)架103和底座104，三個(gè)機(jī)架固定安裝在底座104上，并均勻布置在同一圓周上，第一機(jī)架101、第二機(jī)架102和第三機(jī)架103上分別設(shè)有直線導(dǎo)軌和滾珠絲杠。
[0018]圖3為本發(fā)明的第一分支3實(shí)施例結(jié)構(gòu)不意圖，第一分支3包括第一連桿301、第二連桿302、滑塊303、虎克鉸304、第一轉(zhuǎn)動(dòng)副305和第二轉(zhuǎn)動(dòng)副306 ;第一連桿301的一端通過虎克鉸304與動(dòng)平臺(tái)2鉸接；第一連桿301的另一端通過第一轉(zhuǎn)動(dòng)副305與第二連桿302的一端鉸接；第二連桿302的另一端通過第二轉(zhuǎn)動(dòng)副306與滑塊303相鉸接；滑塊303安裝在第一機(jī)架101的直線導(dǎo)軌和滾珠絲杠上；滑塊303可由驅(qū)動(dòng)電機(jī)307驅(qū)動(dòng)沿導(dǎo)軌相對(duì)于第一機(jī)架101進(jìn)行平移運(yùn)動(dòng)。所述的第一分支3中，第二連桿302采用矩形截面的V型結(jié)構(gòu)，采用該結(jié)構(gòu)可以提高機(jī)構(gòu)的剛度；所述的第一分支3中，第一連桿截面為中空?qǐng)A形結(jié)構(gòu)，可以提高桿件的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度。
[0019]第一分支3、第二分支4和第三分支5結(jié)構(gòu)完全相同，固無需重復(fù)敘述。
[0020]本發(fā)明的工作原理如下:
[0021]第一分支3的驅(qū)動(dòng)電機(jī)307通過絲杠驅(qū)動(dòng)第一分支3的滑塊303在第一機(jī)架101上作往復(fù)直線移動(dòng)，同理，第二分支4和第三分支5的驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別通過絲杠驅(qū)動(dòng)第二分支4和第三分支5的滑塊在第二機(jī)架102和第三機(jī)架103上作往復(fù)移動(dòng)。
[0022]本實(shí)施例的工作原理是上述的第一分支3、第二分支4和第三分支5中的滑塊由驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)沿導(dǎo)軌相對(duì)于各自機(jī)架進(jìn)行平移運(yùn)動(dòng)；通過第一分支3、第二分支4和第三分支5中滑塊的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)第一分支3、第二分支4、第三分支5的協(xié)同運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而控制動(dòng)平臺(tái)2的三自由度運(yùn)動(dòng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種三自由度并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)，其特征在于:該三自由度并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)包括定平臺(tái)(I)、動(dòng)平臺(tái)(2)、第一分支(3)、第二分支(4)和第三分支(5);所述的定平臺(tái)(I)包括第一機(jī)架(101)、第二機(jī)架(102)、第三機(jī)架(103)和底座(104)，第一機(jī)架101、第二機(jī)架102和第三機(jī)架103上分別設(shè)有直線導(dǎo)軌和滾珠絲杠，三個(gè)機(jī)架固定安裝在底座(104)上，并均勻布置在同一圓周上；第一分支(3)包括第一連桿(301)、第二連桿(302)、滑塊(303)、虎克鉸(304)、第一轉(zhuǎn)動(dòng)副(305)和第二轉(zhuǎn)動(dòng)副(306);第一連桿(301)的一端通過虎克鉸(304)與動(dòng)平臺(tái)(2)鉸接，第一連桿(301)的另一端通過第一轉(zhuǎn)動(dòng)副(305)與第二連桿(302)的一端鉸接，第二連桿(302)的另一端通過第二轉(zhuǎn)動(dòng)副(306)與滑塊(303)鉸接；滑塊(303)安裝在第一機(jī)架(101)的直線導(dǎo)軌和滾珠絲杠上；第一分支(3)、第二分支(4)和第三分支(5)結(jié)構(gòu)完全相同。
2.如權(quán)利要求1所述的一種三自由度并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的第一分支(3)中第二連桿(302)采用矩形截面的V型結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種三自由度并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的第一分支(3)中第一連桿(301)的橫截面為中空?qǐng)A形結(jié)構(gòu)。
【專利摘要】一種三自由度并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)，屬于機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所述三自由度并聯(lián)主軸頭機(jī)構(gòu)包括定平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)、第一分支、第二分支和第三分支。第一分支、第二分支和第三分支結(jié)構(gòu)完全相同，每個(gè)分支均包括第一連桿、第二連桿、滑塊、虎克鉸、第一轉(zhuǎn)動(dòng)副和第二轉(zhuǎn)動(dòng)副；通過第一分支、第二分支和第三分支的協(xié)同運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)三自由度運(yùn)動(dòng)形式。本發(fā)明中的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、剛度高、負(fù)載能力強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量小、易于實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)等特點(diǎn)，因此，采用該機(jī)構(gòu)的五軸混聯(lián)機(jī)床能夠滿足對(duì)航空復(fù)雜薄壁零部件的加工要求。
【IPC分類】B23Q1-48
【公開號(hào)】CN104772628
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510096720
【發(fā)明人】王立平, 吳軍, 于廣
【申請(qǐng)人】清華大學(xué)
【公開日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2015年3月4日