一種能實現五軸加工的並聯工具機的製作方法
2023-07-28 17:48:31
一種能實現五軸加工的並聯工具機的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種能實現五軸加工的並聯工具機，包括床身、前後兩套並聯機構、串聯連杆組、兩自由度工作檯和末端執行器；所述的前後兩套並聯機構具有基本相同的結構，均包括對稱布置的兩根立柱、一動平臺以及連接所述立柱與動平臺之間的兩條支鏈，其中兩條支鏈具有相同的結構形式，每條支鏈均具有一個直線驅動單元；前後兩套並聯機構的動平臺通過兩個平行的鉸鏈與所述串聯連杆組連接，組成了一個空間並聯閉環機構；所述空間並聯閉環機構通過四個驅動單元實現末端執行器的兩個移動自由度和兩個轉動自由度；所述兩自由度工作檯包括一個直線滑臺和安裝在滑臺上的轉臺。本實用新型能實現五軸或六軸聯動，具備較好的五軸加工能力。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬於數控制造裝備領域，特別是一種能實現五軸加工的並聯工具機，可 用於工件的精密加工。 一種能實現五軸加工的並聯工具機
【背景技術】
[0002] 近十幾年來，並聯/混聯數控工具機是國內外數控工具機研究領域非常關注的熱點課 題。並聯/混聯工具機與傳統結構形式的數控工具機相比具有許多優點。傳統都是按串聯形式 布置的，因此在五軸加工時運動慣性大，剛度較弱，動態性能較差，末端切削精度較低。而並 聯工具機由幾條簡單的串聯支鏈組成，結構簡單，剛度高，精度高，靈活性好，適合做複雜空間 曲面的數控加工。
[0003] 隨著科技的不斷深入發展，對機械零部件的精度要求越來越高，加工工藝越來越 複雜，並且在設計過程中複雜曲面越來越多，因此對數控制造裝備的性能要求越來越高。為 了滿足現代化加工需求，多軸聯動的並聯工具機逐步受到重視，並有相關並聯裝備被研發出 來。例如：Tricept五軸加工中心、Exechon五軸加工中心、Z3動力頭和A3動力頭等。本實 用新型所提出的數控裝備為一種能實現五軸加工的並聯工具機，可用於複雜零部件的精密加 工。
【發明內容】
[0004] 本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種能實現五軸加工的並 聯工具機，可用於複雜零部件的精密加工。
[0005] 本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題所採取的技術方案是：一種能實現 五軸加工的並聯工具機，包括床身、四自由度空間並聯閉環機構、末端執行器和工作平臺；所 述四自由度空間並聯閉環機構包括前並聯機構、後並聯機構和一套串聯杆組；所述前並聯 機構和所述後並聯機構結構均包括左、右布置的兩根立柱和一動平臺，兩根所述立柱固定 在所述床身上，所述動平臺設置在兩根所述立柱之間，兩根所述立柱各通過一支鏈與所述 動平臺連接，所述支鏈包括一套直線驅動裝置I和一傳動連杆，所述傳動連杆設有動力輸 入端和平臺連接端；前並聯機構的動平臺的左右兩側各通過一鉸鏈I與機構內同側的所述 傳動連杆的平臺連接端連接；後並聯機構的動平臺與機構內同側的所述傳動連杆的連接有 兩種方式：一）後並聯機構的動平臺的一側通過鉸鏈VI與機構內同側的所述傳動連杆的平 臺連接端連接；後並聯機構的動平臺的另一側通過鉸鏈W與機構內同側的所述傳動連杆的 平臺連接端連接，所述鉸鏈VI和所述鉸鏈W均與所述鉸鏈I平行；二）後並聯機構的動平 臺通過一鉸鏈W分別與機構內兩側的所述傳動連杆的平臺連接端連接，所述鉸鏈W與所述 鉸鏈I平行；所述傳動連杆的動力輸入端與所述直線驅動裝置I通過鉸鏈II連接；所述直 線驅動裝置I安裝在所述立柱上，所述直線驅動裝置I驅動與其連接的所述傳動連杆的端 部沿鉛垂方向運動，所述鉸鏈II與所述直線驅動裝置I的驅動方向垂直，所述鉸鏈II與所 述鉸鏈I平行；所述串聯連杆組包括前連杆和後連杆，所述前連杆和所述後連杆通過鉸鏈 Ill連接，所述前連杆遠離後連杆的一端與所述前並聯機構的動平臺通過鉸鏈IV連接，所述 鉸鏈IV與所述鉸鏈II垂直，所述後連杆遠離前連杆的一端與所述後並聯機構的動平臺通過 鉸鏈V連接，所述鉸鏈III、所述鉸鏈IV和所述鉸鏈V相互平行；所述末端執行器安裝在所述 前連杆上；所述工作平臺安裝在床身上，所述工作平臺位於所述末端執行器的下方，所述工 作平臺設有一個前後移動的滑臺，所述滑臺設有直線驅動裝置π。
[0006] 所述直線驅動裝置I的動力源和所述直線驅動裝置II的動力源均為直線電機、電 動缸、液壓缸和氣缸中的任意一種。
[0007] 所述滑臺上安裝有一轉臺，所述轉臺設有轉動驅動裝置；所述轉臺的迴轉中心線 與所述滑臺的直線運動中心線垂直或平行。
[0008] 所述直線驅動裝置I包括伺服電機、絲槓、滑塊、支撐座和直線導軌；所述伺服電 機固定在所述立柱上，所述絲槓鉛垂設置，所述絲槓上設有螺母，所述螺母固接在所述滑塊 內，所述滑塊在所述直線導軌上運動，所述直線導軌固定在所述立柱上，所述絲槓由所述支 撐座支撐，所述支撐座固定在所述立柱上；所述滑塊與所述傳動連杆遠離動平臺的端部通 過所述鉸鏈II與連接。
[0009] 本實用新型具有的優點和積極效果是：
[0010] 一）和傳統工具機相比，結構簡單、工作空間/機構體積比大，剛度高，精度高，靈活 性好，既能用於細長工件三軸立式加工，也能用於複雜空間曲面的五軸數控加工。
[0011] 二）不需要昂貴的高精度兩自由度轉臺或兩自由度擺頭，而採用直線運動驅動單 元和單自由度轉臺，成本較低而精度高，降低了工具機成本。
[0012] 三）將兩套並聯機構和一組平面二連杆進行巧妙的串聯，通過四套直線運動驅動 裝置實現了末端執行器的兩個移動自由度和兩個轉動自由度。
[0013] 四）末端執行器的俯仰角較大，可為-20°?90°，能夠配合兩自由度工作檯，方 便地實現五面加工和較大工作空間的五軸數控加工。
[0014] 五）末端執行器具有一定的翻滾角，翻滾角約為-15°?15°，便於軌跡規劃，實 現精細加工。
[0015] 六）具有六個驅動單元，為五軸加工提供了一個冗餘自由度，便於更好地進行軌 跡規劃，實現精細加工。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 圖1是本實用新型實施例1的整體結構示意圖；
[0017] 圖2是圖1去掉右邊立柱及驅動裝置後的結構示意圖；
[0018] 圖3是圖1的俯視圖；
[0019] 圖4是本實用新型實施例1的前並聯機構結構示意圖；
[0020] 圖5是本實用新型實施例1的後並聯機構結構示意圖；
[0021] 圖6是本實用新型實施例1的連杆及主軸結構示意圖；
[0022] 圖7是本實用新型實施例2的後並聯機構結構示意圖。
[0023] 圖中：1、床身；2、前並聯機構；21、立柱；22、伺服電機；23、絲槓；24、滑塊；25、傳 動連杆；26、前並聯機構的動平臺；27、直線導軌；28、支撐座；3、後並聯機構；31、後並聯機 構的動平臺；4、串聯連杆組；41、後連杆；42、前連杆；5、末端執行器；6、工作平臺；61、轉 臺；62、伺服電機；63、滑臺；7、工件；I、n、III、IV、V、VI、Vn、VDI、鉸鏈。
【具體實施方式】
[0024] 為能進一步了解本實用新型的
【發明內容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，並配合 附圖詳細說明如下：
[0025] 實施例1 :
[0026] 請參閱圖1?圖6,本實用新型提出的一種能實現五軸加工的並聯數控工具機，包括 床身1、四自由度空間並聯閉環機構、末端執行器5和工作平臺6 ;所述四自由度空間並聯閉 環機構包括前並聯機構2、後並聯機構3和一套串聯杆組。
[0027] 所述前並聯機構2和所述後並聯機構3結構相同，均包括左、右布置的兩根立柱和 一動平臺，兩根所述立柱固定在所述床身1上，所述動平臺設置在兩根所述立柱之間，兩根 所述立柱各通過一支鏈與所述動平臺連接，所述支鏈包括一套直線驅動裝置I和一傳動連 杆25,所述傳動連杆25設有動力輸入端和平臺連接端；
[0028] 前並聯機構的動平臺26的左右兩側各通過一鉸鏈I與機構內同側的所述傳動連 杆25的平臺連接端連接；後並聯機構的動平臺31的一側通過鉸鏈VI與機構內同側的所述 傳動連杆25的平臺連接端連接；後並聯機構的動平臺31的另一側通過鉸鏈W與機構內同 側的所述傳動連杆25的平臺連接端連接，所述鉸鏈VI和所述鉸鏈W均與所述鉸鏈I平行；
[0029] 所述傳動連杆25的動力輸入端與所述直線驅動裝置I通過鉸鏈II連接，所述直 線驅動裝置I安裝在所述立柱21上，所述直線驅動裝置I驅動與其連接的所述連杆的端 部沿鉛垂方向運動，所述鉸鏈II與所述直線驅動裝置I的驅動方向垂直，所述鉸鏈II與所 述鉸鏈I平行。
[0030] 上述直線驅動裝置I可以採用很多形式的結構，只要能滿足直線驅動的功能即 可。在本實施例中，上述直線驅動裝置I包括伺服電機22、絲槓23、滑塊24、支撐座28和直 線導軌27 ;所述伺服電機22通過法蘭固定在所述立柱21上，所述絲槓23鉛垂設置，所述 伺服電機22驅動所述絲槓23轉動，所述絲槓23與螺母螺紋連接，所述螺母固接在所述滑 塊24內，所述滑塊24在所述直線導軌27上運動，所述直線導軌27固定在所述立柱上，所 述絲槓23由所述支撐座28支撐，所述支撐座28固定在所述立柱上。所述伺服電機22驅 動所述絲槓23轉動，從而帶動所述滑塊24沿著直線導軌27上下移動。所述滑塊24與所 述傳動連杆25遠離動平臺的端部通過所述鉸鏈II連接。前並聯機構的動平臺26和後並聯 機構的動平臺31均有兩個移動自由度和一個轉動自由度。
[0031] 所述串聯連杆組4包括前連杆42和後連杆41，所述前連杆42和所述後連杆41通 過鉸鏈III連接，所述前連杆42遠離後連杆的一端與所述前並聯機構的動平臺通過鉸鏈IV 連接，所述鉸鏈IV與所述鉸鏈II垂直，所述後連杆41遠離前連杆的一端與所述後並聯機構 的動平臺通過鉸鏈V連接，所述鉸鏈III、所述鉸鏈IV和所述鉸鏈V相互平行。上述前連杆42 可繞前並聯機構的動平臺轉動，後連杆41可繞後並聯機構的動平臺轉動。
[0032] 由前後兩套並聯機構形成的組合機構通過四個直線驅動裝置I實現了前連杆的 兩自由度平動和兩自由度轉動。
[0033] 所述末端執行器5安裝在前連杆42上，在本實施例中，所述末端執行器5是與所 述鉸鏈IV垂直的電主軸。
[0034] 所述工作平臺6安裝在床身1上，所述工作平臺6位於所述末端執行器5的下方， 所述工作平臺6設有一個前後移動的滑臺62,所述滑臺62設有直線驅動裝置II。
[0035] 在本實施例中，為了更加方便地實現五軸加工的軌跡優化，在所述滑臺62上安裝 有一轉臺61，所述轉臺61設有轉動驅動裝置，在本實施例中，所述轉臺61的迴轉運動由安 裝在工作平臺6中的伺服電機62驅動；所述轉臺61的迴轉中心線與所述滑臺62的直線運 動中心線垂直或平行。所述轉臺61位於所述末端執行器5下方，所述滑臺安裝在平臺導軌 上，所述平臺導軌固定在所述床身上，工件7裝卡在所述轉臺61上。所述滑臺62的直線驅 動裝置II與所述滑塊24的直線驅動裝置I結構相同。
[0036] 上述實現五軸加工的新型並聯工具機包括六個驅動單元，可以實現五軸加工的軌跡 優化。上述直線驅動裝置的動力源可以為直線電機、電動缸、液壓缸或氣缸中的任意一種。 在本實施例中，上述所有鉸鏈均是由銷軸和軸承形成的。
[0037] 在本實施例中，由前、後兩套並聯機構組成的組合機構通過四個直線驅動裝置實 現前連杆42的兩自由度平動和兩自由度轉動。具有兩自由度的工作檯6安裝在床身1上， 包括一個前後移動的直線滑臺和安裝在滑臺上的一個迴轉轉臺61，工具機具有六個驅動單 元，可以實現五軸加工的軌跡優化。
[0038] 實施例2 :
[0039] 請參閱圖7,本實施例與實施例1的不同之處在於，所述前並聯機構2和所述後並 聯機構3結構不同，但不同之處非常微小，只是將實施例1中的鉸鏈VI和ΥΠ轉化為一個鉸鏈 W。
[0040] 綜上所述，本實用新型公開了一種能實現五軸加工的並聯工具機，包括床身、前後兩 套並聯機構、串聯連杆組、兩自由度工作檯和末端執行器；所述的前後兩套並聯機構具有基 本相同的結構，均包括對稱布置的兩根立柱、一動平臺以及連接所述立柱與動平臺之間的 兩條支鏈，其中兩條支鏈具有相同的結構形式，每條支鏈均具有一個直線驅動單元；前後兩 套並聯機構的動平臺通過兩個平行的鉸鏈與所述串聯連杆組連接，組成了一個空間並聯閉 環機構；所述空間並聯閉環機構通過四個驅動單元實現末端執行器的兩個移動自由度和兩 個轉動自由度；所述兩自由度工作檯包括一個直線滑臺和安裝在滑臺上的轉臺。本實用新 型能實現五軸或六軸聯動，具備較好的五軸加工能力。
[0041] 儘管上面結合附圖對本實用新型的優選實施例進行了描述，但是本實用新型並不 局限於上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，並不是限制性的，本領 域的普通技術人員在本實用新型的啟示下，在不脫離本實用新型宗旨和權利要求所保護的 範圍情況下，還可以做出很多形式，這些均屬於本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1. 一種能實現五軸加工的並聯工具機，其特徵在於，包括床身、四自由度空間並聯閉環 機構、末端執行器和工作平臺；所述四自由度空間並聯閉環機構包括前並聯機構、後並聯機 構和一套串聯杆組；所述前並聯機構和所述後並聯機構結構均包括左、右布置的兩根立柱 和一動平臺，兩根所述立柱固定在所述床身上，所述動平臺設置在兩根所述立柱之間，兩根 所述立柱各通過一支鏈與所述動平臺連接，所述支鏈包括一套直線驅動裝置I和一傳動連 杆，所述傳動連杆設有動力輸入端和平臺連接端； 前並聯機構的動平臺的左右兩側各通過一鉸鏈I與機構內同側的所述傳動連杆的平 臺連接端連接； 後並聯機構的動平臺與機構內同側的所述傳動連杆的連接有兩種方式： 一） 後並聯機構的動平臺的一側通過鉸鏈VI與機構內同側的所述傳動連杆的平臺連 接端連接；後並聯機構的動平臺的另一側通過鉸鏈W與機構內同側的所述傳動連杆的平臺 連接端連接，所述鉸鏈VI和所述鉸鏈W均與所述鉸鏈I平行； 二） 後並聯機構的動平臺通過一鉸鏈w分別與機構內兩側的所述傳動連杆的平臺連 接端連接，所述鉸鏈W與所述鉸鏈I平行； 所述傳動連杆的動力輸入端與所述直線驅動裝置I通過鉸鏈II連接；所述直線驅動 裝置I安裝在所述立柱上，所述直線驅動裝置I驅動與其連接的所述傳動連杆的端部沿鉛 垂方向運動，所述鉸鏈II與所述直線驅動裝置I的驅動方向垂直，所述鉸鏈II與所述鉸鏈 I平行；所述串聯連杆組包括前連杆和後連杆，所述前連杆和所述後連杆通過鉸鏈III連接， 所述前連杆遠離後連杆的一端與所述前並聯機構的動平臺通過鉸鏈IV連接，所述鉸鏈IV與 所述鉸鏈II垂直，所述後連杆遠離前連杆的一端與所述後並聯機構的動平臺通過鉸鏈V連 接，所述鉸鏈III、所述鉸鏈IV和所述鉸鏈V相互平行；所述末端執行器安裝在所述前連杆 上；所述工作平臺安裝在床身上，所述工作平臺位於所述末端執行器的下方，所述工作平臺 設有一個前後移動的滑臺，所述滑臺設有直線驅動裝置π。
2. 根據權利要求1所述的能實現五軸加工的並聯工具機，其特徵在於，所述直線驅動裝 置I的動力源和所述直線驅動裝置II的動力源均為直線電機、電動缸、液壓缸和氣缸中的 任意一種。
3. 根據權利要求1所述的能實現五軸加工的並聯工具機，其特徵在於，所述滑臺上安裝 有一轉臺，所述轉臺設有轉動驅動裝置；所述轉臺的迴轉中心線與所述滑臺的直線運動中 心線垂直或平行。
4. 根據權利要求1所述的能實現五軸加工的並聯工具機，其特徵在於，所述直線驅動裝 置I包括伺服電機、絲槓、滑塊、支撐座和直線導軌；所述伺服電機固定在所述立柱上，所述 絲槓鉛垂設置，所述絲槓上設有螺母，所述螺母固接在所述滑塊內，所述滑塊在所述直線導 軌上運動，所述直線導軌固定在所述立柱上，所述絲槓由所述支撐座支撐，所述支撐座固定 在所述立柱上；所述滑塊與所述傳動連杆遠離動平臺的端部通過所述鉸鏈II與連接。
【文檔編號】B23Q5/34GK203900978SQ201420231171
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年5月7日 優先權日:2014年5月7日
【發明者】羅振軍, 馬躍, 楊帆, 尹福文, 葉奐芃 申請人:天津大學