臥式6軸混聯型數控銑床的製作方法
2023-06-06 13:21:26
專利名稱：臥式6軸混聯型數控銑床的製作方法
技術領域：
本發明涉及大型複雜曲面工件的加工工具，詳細講是一種剛度性能好，工作空間大的臥式6軸混聯型數控銑床。
背景技術：
複雜自由曲面工件的加工需要5坐標加工中心，刀具可以實現3個移動和2個轉動。現階段該類加工裝置主要分為串聯型加工中心和並聯型加工中心兩類。串聯型加工中心，刀具位於串聯運動鏈的末端，加工空間較大，但誤差傳動鏈較長，加工精度低；為提高裝置的剛度性能，需要龐大的機體，成本高。目前串聯型加工裝置應用的較為廣泛。並聯型加工中心，刀具大多裝夾於一運動平臺上，該運動平臺通過多路驅動分支連接於一固定平臺，改變各驅動分支的長度，從而實現刀具的位置和姿態運動。該類型加工裝置，剛度性能較好，刀具姿態靈活，但受結構本身的限制，加工空間較小，不適用於飛機、機車、船舶等加工製造行業對大型複雜自由曲面工件的加工。
發明內容
本發明的目的是解決上述現有技術的不足，提供一種具有工作空間大，剛度性能好，成本低廉，適於對大型複雜曲面工件加工的臥式6軸混聯型數控銑床。本發明所採用的技術方案是:
一種臥式6軸混聯型數控銑床，其特徵在於銑床的刀具位姿控制由6路伺服電機驅動控制，銑床結構包括3自由度串聯機構和3自由度並聯機構，並聯機構的固定座與串聯機構的執行端固定連接，並聯機構的執行端裝夾有加工刀具；所述的3自由度串聯機構包括底座、Y向移動平臺、Z向移動平臺和X向移動平臺，底座上設有Y嚮導軌和Y向驅動電機，Y嚮導軌上設有Y向移動平臺，Y向移動平臺上設有Y向驅動絲槓，Y向驅動電機與Y向驅動絲槓相連，Y向驅動電機驅動Y向驅動絲槓轉動，帶動Y向移動平臺在Y嚮導軌上前後運動；Y向移動平臺上設有Z嚮導軌和Z向驅動電機，Z嚮導軌上設有Z向移動平臺，Z向移動平臺上設有Z向驅動絲槓，Z向驅動電機與Z向驅動絲槓相連，Z向驅動電機驅動Z向驅動絲槓轉動，帶動Z向移動平臺在Z嚮導軌上前後運動；Ζ向移動平臺上設有X嚮導軌和X向驅動電機，X嚮導軌上設有X向移動平臺，X向移動平臺上設有X向驅動絲槓，X向驅動電機與X向驅動絲槓相連，X向驅動電機驅動X向驅動絲槓轉動，帶動X向移動平臺在X嚮導軌上前後運動，X向移動平臺為3自由度串聯機構的執行端；所述的3自由度並聯機構為3-RPS並聯機構，其由固定座、動平臺和三條驅動分支組成，每條驅動分支包括分支基座、分支驅動電機、分支驅動絲槓、分支驅動滑塊和分支導軌，分支驅動電機、分支導軌設在分支基座上，分支驅動滑塊與分支導軌滑動連接，分支驅動絲槓設在分支驅動滑塊內並與分支驅動電機連接，分支驅動電機驅動分支驅動絲槓轉動，帶動分支驅動滑塊相對運動；分支基座經三自由度球鉸與動平臺相連 ，分支驅動滑塊經轉軸與固定座相連，分支驅動滑塊和/或固定座可在轉軸上轉動，動平臺為3-RPS並聯機構的執行端。此種結構的3自由度並聯機構剛性強、執行端靈活性強、加工精度高。本發明中所述的X向移動平臺上設有向前突出的懸臂，並聯機構的固定座安裝在懸臂前端。便於工件的安放，增加了工件Z向加工幅度。本發明中所述的三條驅動分支與固定座相連的三個連接點在同一圓的圓周上均勻分布，與動平臺相連的三個連接點同一圓的圓周上均勻分布。本發明中3-RPS並聯機構的三個驅動分支採用R (轉動副)P (移動副)S (3自由度球鉸)結構，其中P的分支驅動電機採用伺服電機驅動分支驅動絲槓轉動，改變絲槓螺母的相對位置，實現分支驅動滑塊移動。3-RPS並聯機構的運動由3個分支驅動電機控制，具有剛度性能好，誤差傳遞鏈短、加工精度高的優點，利用該機構可以實現加工刀具繞X軸和Y軸的自由轉動，從而實現刀具的姿態運動。使用時，本發明中的X向驅動電機、Y向驅動電機、Z向驅動電機、並聯機構3路驅動電機均為伺服電機，與數控系統電氣連接，將待加工工件安裝定位後，數控系統可以控制X向移動平臺、Y向移動平臺、Z向移動平臺、以及3-RPS並聯機構各分支的獨立運動，對大型工件進行複雜曲面加工。本發明具有工作空間大，剛度性能好，成本低廉，加工精度高的優點，可以實現沿Y方向的大行程加工。例如飛機機身、列車車廂等大型部件的加工。適於對大型複雜曲面工件加工。
圖1是本發 明的結構示意圖。圖2是本發明3-RPS並聯機構中驅動分支的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖，對本發明專利作進一步的說明。如圖所示的臥式6軸混聯型數控銑床，其特徵在於銑床的刀具位姿控制由6路伺服電機驅動控制，銑床包括3自由度串聯機構和3自由度並聯機構，並聯機構的固定座與串聯機構的執行端固定連接，並聯機構的執行端裝夾有加工刀具；所述的3自由度串聯機構包括底座1、Y向移動平臺2、Z向移動平臺3和X向移動平臺4，底座I上設有Y嚮導軌10和Y向驅動電機8，Y嚮導軌10上設有Y向移動平臺2，Y向移動平臺上設有Y向驅動絲槓9，Y向驅動電機8與Y向驅動絲槓9相連，Y向驅動電機驅動Y向驅動絲槓轉動，帶動Y向移動平臺在Y嚮導軌上前後運動'Y向移動平臺上設有Z嚮導軌13和Z向驅動電機11，Z嚮導軌13上設有Z向移動平臺3，Z向移動平臺上設有Z向驅動絲槓12，Z向驅動電機11與Z向驅動絲槓12相連，Z向驅動電機驅動Z向驅動絲槓轉動，帶動Z向移動平臺在Z嚮導軌上前後運動；Z向移動平臺3上設有X嚮導軌16和X向驅動電機14，X嚮導軌16上設有X向移動平臺4，X向移動平臺4上設有X向驅動絲槓15，X向驅動電機14與X向驅動絲槓15相連，X向驅動電機驅動X向驅動絲槓轉動，帶動X向移動平臺在X嚮導軌上前後運動，X向移動平臺為3自由度串聯機構的執行端。其中驅動機構採用了驅動電機驅動絲槓，結構穩定、剛度好、精度高，也可以使用其他直線運動副實現運動。所述的3自由度並聯機構為3-RPS並聯機構，其由固定座8、動平臺6和三條驅動分支5組成，每條驅動分支5包括分支基座5-1、分支驅動電機5-3、分支驅動絲槓5-4、分支驅動滑塊5-5和分支導軌5_6，分支驅動電機5-3、分支導軌5-6設在分支基座5-1上，分支驅動滑塊5-5與分支導軌滑動連接，分支驅動絲槓5-4設在分支驅動滑塊內並與分支驅動電機連接，分支驅動電機驅動分支驅動絲槓轉動，帶動分支驅動滑塊相對運動；分支基座5-1經三自由度球鉸5-2與動平臺6相連，動平臺上設有刀具夾，刀具夾上裝夾刀具；分支驅動滑塊經轉軸5-8與固定座8相連，分支驅動滑塊可相對於固定座繞轉軸轉動，三條驅動分支與固定座相連的三個連接點在同一圓的圓周上均勻分布，與動平臺相連的三個連接點同一圓的圓周上均勻分布。動平臺為3-RPS並聯機構的執行端。此種結構的3自由度並聯機構剛性強、執行端靈活性強、加工精度高。從圖中可以看出X向移動平臺上設有向前突出的懸臂架，並聯機構的固定座安裝在懸臂架前端。便於工件的安放，增加了工件Z向加工幅度。本發明中運動平臺的運動可以通過驅動電機驅動絲槓實現，也可以在運動平臺與基座之間安裝齒輪齒條機構，電機驅動齒輪實現平臺的相對運動。各驅動電機均為伺服電機。本發明中3-RPS並聯機構的三個驅動分支採用R (轉動副)P (移動副)S (3自由度球鉸)結構，其中P的分支驅動電機採用伺服電機驅動分支驅動絲槓轉動，改變絲槓螺母的相對位置，實現分支驅動滑塊移動。3-RPS並聯機構的運動由3個分支驅動電機控制，具有剛度性能好，誤差傳遞鏈短、加工精度高的優點，利用該機構可以實現加工刀具繞X軸和Y軸的自由轉動，從而實現刀具的姿態運動。使用時，本發明中的X向驅動電機、Y向驅動電機、Z向驅動電機、並聯機構3路驅動電機均為伺服電機，與數控系統電氣連接，將待加工工件安裝定位後，數控系統可以控制X向移動平臺、Y向移動平臺、Z向移動平臺、以及3-RPS並聯機構各分支的獨立運動，對大型工件進行複雜曲面加工。本發明具有工作空間大，剛度性能好，成本低廉，加工精度高的優點，可以實現沿Y方向的大行程加工。例如飛機機身、列車車廂等大型部件的加工。適於對大型複雜曲面工件加工。如圖2所示，分支基座通過三自由度球鉸與動平臺(刀具裝夾平臺)相連接，由分支驅動電機驅動分支驅動絲槓，改變分支驅動滑塊在分支導軌上的位置，實現變長驅動，分支驅動滑塊與固定座通過轉 軸形成轉動副，固定座與X向滑動平臺相連接。改變三路驅動分支的長度，從而實現動平臺的姿態和位置變化。
權利要求
1.一種臥式6軸混聯型數控銑床，其特徵在於銑床的刀具位姿控制由6路伺服電機驅動控制，銑床結構包括3自由度串聯機構和3自由度並聯機構，並聯機構的固定座與串聯機構的執行端固定連接，並聯機構的執行端裝夾有加工刀具；所述的3自由度串聯機構包括底座、Y向移動平臺、Z向移動平臺和X向移動平臺，底座上設有Y嚮導軌和Y向驅動電機，Y嚮導軌上設有Y向移動平臺，Y向移動平臺上設有Y向驅動絲槓，Y向驅動電機與Y向驅動絲槓相連，Y向驅動電機驅動Y向驅動絲槓轉動，帶動Y向移動平臺在Y嚮導軌上前後運動；Y向移動平臺上設有Z嚮導軌和Z向驅動電機，Z嚮導軌上設有Z向移動平臺，Z向移動平臺上設有Z向驅動絲槓，Z向驅動電機與Z向驅動絲槓相連，Z向驅動電機驅動Z向驅動絲槓轉動，帶動Z向移動平臺在Z嚮導軌上前後運動；Z向移動平臺上設有X嚮導軌和X向驅動電機，X嚮導軌上設有X向移動平臺，X向移動平臺上設有X向驅動絲槓，X向驅動電機與X向驅動絲槓相連，X向驅動電機驅動X向驅動絲槓轉動，帶動X向移動平臺在X嚮導軌上前後運動，X向移動平臺為3自由度串聯機構的執行端；所述的3自由度並聯機構為3-RPS並聯機構，其由固定座、動平臺和三條驅動分支組成，每條驅動分支包括分支基座、分支驅動電機、分支驅動絲槓、分支驅動滑塊和分支導軌，分支驅動電機、分支導軌設在分支基座上，分支驅動滑塊與分支導軌滑動連接，分支驅動絲槓設在分支驅動滑塊內並與分支驅動電機連接，分支驅動電機驅動分支驅動絲槓轉動，帶動分支驅動滑塊相對運動；分支基座經三自由度球鉸與動平臺相連，分支驅動滑塊經轉軸與固定座相連，分支驅動滑塊和/或固定座可在轉軸上轉動，動平臺為3-RPS並聯機構的執行端。
2.根據權利要求I所述的臥式6軸混聯型數控銑床，其特徵在於所述的X向移動平臺上設有向前突出的懸臂，並聯機構的固定座安裝在懸臂前端。
3.根據權利要求I或2所述的臥式6軸混聯型數控銑床，其特徵在於所述的三條驅動分支與固定座相連的三個連接點在同一圓的圓周上均勻分布，與動平臺相連的三個連接點同一圓的圓周上均勻分布。
全文摘要
一種臥式混聯型6軸數控銑床，涉及大型複雜曲面工件的加工工具，設有底座，底座上依次經導軌安裝Y向滑動平臺、Z向滑動平臺、X向滑動平臺，在底座上設有Y向驅動電機，該電機與Y向驅動絲槓相連接，驅動Y向滑動平臺沿Y方向運動；Y向滑動平臺上設有Z向驅動電機，該電機與Z向驅動絲槓連接，驅動Z向滑動平臺沿Z方向運動；Z向滑動平臺上設有X向驅動電機，該電機與X向驅動絲槓連接，驅動X向滑動平臺沿X方向運動，X向滑動平臺上設有3自由度RPS並聯機構，並聯機構的執行端安裝加工刀具。本發明具有工作空間大，剛度性能好，成本低廉，加工精度高的優點，可以實現沿Y方向的大行程加工。
文檔編號B23Q5/36GK103252673SQ20131019684
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月24日 優先權日2013年5月24日
發明者王瑞, 鍾詩勝, 紀校娟, 黃新帥 申請人:哈爾濱工業大學(威海)