一種基於四桿機構的並聯主軸頭機構的製作方法

2023-05-15 23:07:31

一種基於四桿機構的並聯主軸頭機構的製作方法
【專利摘要】一種基於四桿機構的並聯主軸頭機構，屬於機械製造【技術領域】。該機構包括底座、三個機架和運動平臺；三個機架呈等邊三角形固定安裝在所述底座上；在每個機架上分別設有一條直線導軌和一個四桿機構；每個四桿機構包括第一連杆、第二連杆、第三連杆和滑塊，杆件之間通過轉動副相互連接；所述運動平臺的側邊分別通過運動副與第一連杆相連接。本發明能夠實現運動平臺的兩轉動和一移動的運動形式，易於控制運動平臺的位置和姿態，實現對複雜曲面的超精密加工，具有結構簡單緊湊、剛度高、負載能力強、運動部件質量小、增大運動平臺的工作空間和易於實現高速運動等特點。
【專利說明】一種基於四桿機構的並聯主軸頭機構

【技術領域】
[0001]涉及一種基於四桿機構的並聯主軸頭機構，特別適用於對航空及其它領域的薄壁件且表面形狀複雜、自由曲面較多、加工質量及精度要求高的複雜曲面的超精密加工，屬於機械製造領域。

【背景技術】
[0002]並聯機構具有多個閉合支鏈子結構，所有與傳統的機構(串聯機構)相比有很多優勢。從結構角度明顯可以看出並聯機構在運動學方面具有高剛度、低慣性、高動態性能和高精度的特徵。對於這樣的原因，學術領域和工程領域的很多研究人員對並聯機構進行了大量的研究。Gough-Stewart平臺是第一個並聯機構,也是最著名的六自由度並聯機構。從那時起就開始大範圍的研究。綜上所述並聯機構的優點，並聯機構在工具機領域有著廣泛的應用前景，尤其是對自由曲面的加工和複雜零件製造。在實際工程加工硬質材料中，基於並聯結構的工具機的表面處理和幾何精度高於串聯工具機。
[0003]混聯工具機與並聯工具機相比，它包含並聯機構和串聯機構的優勢，已經在工業中有著廣泛的應用，並且逐步成為高速，高精度，高靈活度工具機的發展方向。在混聯機構中，並聯模塊用來實現高速和高精度的機械性能，同時，串聯模塊用來實現大工作空間。並聯機構可以減少關節的數量，提高移動效率，降低機械的複雜程度。這樣綜合了並聯機構和串聯機構的優點並應用獲得成功的機構有Tricept機構、Verne機構、Ecospeed系列工具機等。所有提到的機器都屬於三移動自由度和二轉動自由度的類型，都包含三自由度的並聯模塊和二自由度的串聯模塊。三自由度並聯機構是少自由度並聯機構中重要的組成部分，並在五軸混聯工具機中進行應用廣泛。這是由於三自由度並聯工具機具有簡潔的運動學性能和弱耦合特徵，這些特性成為工具機組成的重要因素。
[0004]在進行飛機零部件加工時，主要以薄壁或複雜的自由曲面為主，五軸工具機的轉動靈活性對零部件的加工有著重要的影響。因此，在工具機的設計階段就應將靈活性考慮當中。傳統工具機中增加A/C鉸鏈刀具頭或A/B迴轉臺來獲得高靈活性能力。然而，由於結構的原因，有時對已加工完成表面進行刮蹭。為探索更好的解決辦法，一些學者對二轉動自由度的少自由度機構進行研究，其中，將最受關注的兩轉動一移動的少自由度並聯機構認為是混聯機構的發展方向。德國DS-Technologie公司的Sprint Z3主軸頭機構是目前世界上較好的機構，但是由於結構的原因，其工作空間較小，動剛度和動強度以及穩定性較差，加工範圍受到制約。


【發明內容】

[0005]本發明的目的是提供一種基於四桿機構的並聯主軸頭機構，使其具有結構簡單緊湊、剛度高、負載能力強、運動部件質量小、增大運動平臺的工作空間和易於實現高速運動等特點，以滿足對航空及其它領域的薄壁件且自由曲面較多、加工質量及精度要求高的複雜曲面的超精密加工。
[0006]本發明的技術方案如下:
[0007]一種基於四桿機構的並聯主軸頭機構，其特徵在於，該機構包括底座、三個機架和運動平臺；三個機架呈等邊三角形固定安裝在所述的底座上；在每個機架上分別設有一條直線導軌和一個四桿機構；每個四桿機構包括第一連杆、第二連杆、第三連杆和滑塊；所述第一連杆的兩端分別與第二連杆的一端和第三連杆的一端鉸接形成轉動副，第二連杆的另一端與滑塊的一端鉸接形成轉動副，第三連杆的另一端與滑塊的另一端鉸接形成轉動副；所述滑塊沿所述直線導軌移動；所述運動平臺的側邊分別通過運動副與第一連杆相連接。
[0008]上述技術方案中，所述運動平臺的側邊與第一連杆之間的運動副採用球鉸或帶有轉動功能的萬向節。
[0009]本發明所述的直線導軌優選採用T形槽或燕尾槽。
[0010]本發明具有以下優點及突出性的技術效果:①本發明利用四連杆機構開發了三自由度的並聯主軸頭機構，即能夠實現運動平臺的兩轉動和一移動的運動形式，易於控制運動平臺的位置和姿態，因此，特別適用於對航空及其它領域的薄壁件表面形狀複雜、自由曲面較多、加工質量及精度要求高的複雜曲面的超精密加工。②本發明基於四桿機構的特點，具有結構簡單緊湊、剛度高、負載能力強、運動部件質量小、增大運動平臺的工作空間和易於實現高速運動等特點。③本發明引入了四桿機構，同時引入並聯機構，從而提高了結構的動剛度、動強度和穩定性，能夠保證混聯工具機具有的高精度和高動態性能。此外，由於並聯機構的結構對稱布置，易於製造，方便控制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發明提供的基於四桿機構的並聯主軸頭機構實施例的三維結構示意圖。
[0012]圖2為本發明中的四桿機構實施例的結構示意圖。
[0013]圖中:1_底座；2-四桿機構；3-運動平臺；4_機架；5-運動副；6_直線導軌；201-第一連杆；202_第二連杆；203_第三連杆；204_滑塊。

【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖對本發明的原理、結構和實施方式做進一步的說明。
[0015]圖1為本發明提供的基於四桿機構的並聯主軸頭機構實施例的三維結構示意圖，該機構包括底座1、三個機架4和一個運動平臺3 ;三個機架呈等邊三角形固定安裝在底座I上；在每個機架上分別設有一條直線導軌6和一個四桿機構2 ;每個四桿機構包括第一連杆201、第二連杆202、第三連杆203和滑塊204 ;所述第一連杆201的兩端分別與第二連杆202的一端和第三連杆203的一端鉸接形成轉動副，第二連杆202的另一端與滑塊204的一端鉸接形成轉動副，第三連杆203的另一端與滑塊204的另一端鉸接形成轉動副(參見圖2)。所述滑塊204沿所述直線導軌6移動，所述的直線導軌採用T形槽或燕尾槽。所述運動平臺3的側邊分別通過運動副5與第一連杆相連接。運動副5 —般可採用採用球鉸或帶有轉動功能的萬向節。
[0016]本發明的工作過程如下:本發明中，當三個滑塊204同時移動時，可以實現運動平臺3的直線移動；當三個滑塊204在各自導軌上處於不同相對位置時，可以實現運動平臺3的兩個方向的轉動。因此，運動平臺通過三個滑塊204在基架4上的協同運動實現三自由度運動。此外，運動平臺的轉動過程中，由於第一連杆也隨之轉動，從而增加了運動平臺的擺角範圍，使得運動平臺的工作空間增大。另外，對四桿機構的尺寸可按照實際要求進行的適當調整。
【權利要求】
1.一種基於四桿機構的並聯主軸頭機構，其特徵在於，該機構包括底座(11三個機架(4)和運動平臺⑶；三個機架⑷呈等邊三角形固定安裝在所述的底座⑴上；在每個機架上分別設有一條直線導軌(6)和一個四桿機構(2)；每個四桿機構(2)包括第一連杆(201),第二連杆(202),第三連杆(203)和滑塊(204)；所述第一連杆(201)的兩端分別與第二連杆(202)的一端和第三連杆(203)的一端鉸接形成轉動副，第二連杆(202)的另一端與滑塊(204)的一端鉸接形成轉動副，第三連杆(203)的另一端與滑塊(204)的另一端鉸接形成轉動副；所述滑塊(204)沿所述直線導軌移動；所述運動平臺(3)的側邊分別通過運動副與第一連杆相連接。
2.按照權利要求1所述的一種基於四桿機構的並聯主軸頭機構，其特徵在於，所述運動平臺(3)的側邊與第一連杆之間的運動副採用球鉸或帶有轉動功能的萬向節。
3.按照權利要求1或2所述的一種基於四桿機構的並聯主軸頭機構，其特徵在於，所述的直線導軌採用I形槽或燕尾槽。
【文檔編號】B23Q1/48GK104400446SQ201410514767
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年9月29日 優先權日:2014年9月29日
【發明者】王立平, 於廣, 趙景山, 吳軍 申請人:清華大學