[發明專利]兩維移動兩維轉動四軸并聯機床結構

無效

• 申請號: 00105936.X
• 申請日: 2000-04-21
• 公開（公告）號: CN1094085C
• 公開（公告）日: 2002-11-13
• 發明（設計）人: 汪勁松;劉辛軍;段廣洪;葉佩青
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B23Q1/48
• 分類號: B23Q1/48;B23Q41/04
• 代理公司: 北京清亦華專利事務所
• 代理人: 廖元秋

技術領域

本發明屬于機械制造領域，特別涉及一種能夠設計成立、臥式的兩維移動兩維轉動的四軸并聯機床。

背景技術

近十年來，國際上出現了一種新概念機床——虛擬軸機床(Virtual?Axis?MachineTool)，也稱之為六條腳機床(6-Leg?Machine?Tool)或并聯機床(Parallel?Machine?Tool)。虛擬軸機床是國際上數控研究領域非常關注的熱點課題，國內外學者作大量的研究工作。虛擬軸數控機床是知識密集、智力密集、技術密集的機電一體化高技術產品，是并聯機器人、數控機械、計算機控制、精密測量、數控加工等多學科應用技術的交叉。并聯機床采用并聯結構，可以實現多坐標聯動數控加工、裝配和測量等多種功能，具有模塊化程度高、運動部件質量輕、精度高，響應快，制造成本低等優點。與傳統機床相比，虛擬軸機床因采用了刀具運動的形式，從而改善了其速度、加速度、精度和剛度等性能。

并聯機械結構在40年代末就已經提出，在60年被重新發掘出來應用在飛行模擬器上，在70年代末、80年代初開始成為研究熱點。隨著理論研究的不斷深入以及并聯機構所具有的明顯的優點，國際上的一些大公司及相關院校相繼提出把并聯機構用于制造行業的加工機床上，這是對具有200余年歷史的一成不變按笛卡兒坐標體系設計機床的傳統的強烈沖擊，人們認為并聯機床將是21世紀新概念機床的形式。在1994年芝加哥國際制造技術展覽會(IMTS’94)上，美國積仃斯與萊威斯(Giddings?&?Lewis)公司和因閣塞耳(Ingersoll)公司第一次在世界上展出了VARIAX和HOH600虛擬軸機床。在這之后國內外許多學者和著名的機床制造廠都非常關注虛擬軸機床的設計理論研究和樣機的研制。在97年的歐洲國際機床展覽會(EMO’97)上，美國、日本、德國、瑞士、俄羅斯等大學和機床制造商展出了10余臺并聯機床樣機。

從國內外并聯機床產品與技術發展的概況看，大多采用一般的斯帝瓦特(Stewart)六自由度并聯機器人機構來實現五軸運動，例如美國專利US5354158所陳述的并聯機床，如圖1所示，該機床裝有刀具133的動平臺134通過六個可伸縮連桿與固定平臺132相聯接，每個連桿(如連桿136)連接動平臺134的鉸鏈為球鉸鏈(或虎克鉸)135，連接固定平臺132的鉸鏈為虎克鉸(或球鉸鏈)137，刀具的運動通過六個桿件的伸縮來實現，這種構型不僅運動學、動力學、精度、誤差分析等關鍵技術難以解決，而且浪費了一個軸的驅動與傳動裝置增加了制造成本。近幾年來，少自由度(自由度少于6)的并聯構型制造裝備越來越得到人們的重視，并且這類產品在生產中更有應用前景。現有專利和產品中，還沒有出現四自由度四軸并聯機床，更缺乏把空間移動和轉動結合起來的四軸并聯機床裝備。另外，現有機床中，多采用立式結構，只有因閣塞耳(Ingersoll)公司研制出了一臺臥式機床。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足之處而提供一種兩維移動兩維轉動四軸并聯機床結構，可設計成立式和臥式的四軸并聯機床，具有高剛度，高精度，低運動質量，高動態性能，構造簡單，相同零件數量多，成本低，易制造等特點。

本發明提出的一種兩維移動兩維轉動四軸并聯機床結構，包括固定臺、運動臺、連接固定臺與運動臺的分支，其特征在于：運動臺通過四個分支與固定臺連接，所說的四個分支中的兩支分支各含有一個三自由度球鉸和兩個單自由度運動副；另外的兩個分支各含有一個單自由度運動副和兩個球鉸鏈或一個球鉸鏈和一個虎克鉸；所說的運動臺上裝有刀具，所說的四個分支與運動臺連接的運動副均為球鉸，與固定臺相連接的運動副為彼此相間分布的兩個轉動副和兩球鉸鏈或虎克鉸。

所說的四個分支可均采用定長連桿，所說的單自由度運動副可由滑道和滑塊構成，所說的滑道可固定在固定臺的臺面板上，所說的滑塊裝在滑道上，其中的兩個分支的滑塊上裝有轉動副，另一端通過三自由度球鉸鏈與運動臺相連；另外的兩個分支的滑塊上裝有球鉸鏈或虎克鉸，另一端通過虎克鉸或球鉸鏈與運動臺相連，或兩個分支的兩端均為球鉸鏈。

所說的四個分支可均采用伸縮連桿構成單自由度運動副，其中的兩支連桿與固定臺的連接為轉動副，與動平臺的連接為三自由度球鉸鏈；另外的兩個連桿分別通過虎克鉸或球鉸鏈與固定臺相連接，另一端通過球鉸鏈或虎克鉸與運動臺相連，或兩個連桿的兩端均為球鉸鏈。