[發(fā)明專利]機(jī)械系統(tǒng)可重構(gòu)的混聯(lián)機(jī)床及重構(gòu)和容錯糾錯方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810046309.9
• 申請日: 2008-10-17
• 公開（公告）號: CN101444892A
• 公開（公告）日: 2009-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 范守文;李登靜;張小麗;姬鵬升;邵旭光
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: B23Q41/04
• 分類號: B23Q41/04;B23Q1/03;B23Q1/25;B23Q5/00
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域中的機(jī)械加工用數(shù)控機(jī)床，特別是一種機(jī)械系統(tǒng)可重構(gòu)的混聯(lián)機(jī)床及為確保其安全性和可靠性的系統(tǒng)可重構(gòu)和容錯及自動糾錯方法。?

背景技術(shù)

近年來，國內(nèi)外學(xué)者在并聯(lián)機(jī)床這一領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研究工作。但目前并聯(lián)機(jī)床的原型大多都是基于Stewart(斯特瓦特)平臺及其變形結(jié)構(gòu)。此類并聯(lián)機(jī)床最大特點是加工精度高、結(jié)構(gòu)抗震性及切削穩(wěn)定性好，但同時也存在工作空間小、難于實現(xiàn)大傾角加工等不足，特別是回程運動范圍有限，驅(qū)動控制復(fù)雜和難以進(jìn)行準(zhǔn)確的精度補(bǔ)償。而并聯(lián)、串聯(lián)同時采用的混聯(lián)式數(shù)控機(jī)床更具實用價值。混聯(lián)式數(shù)控機(jī)床可以將并聯(lián)機(jī)構(gòu)和傳統(tǒng)機(jī)床的串聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點集于一身，是并聯(lián)機(jī)床的新發(fā)展，它具有可控自由度多、工作空間大(特別是旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)運動范圍大)、速度快、剛度高、造價低等眾多優(yōu)點，正在成為高速、高效、柔性加工設(shè)備的一個新的發(fā)展方向。在公開號為CN1358609A、發(fā)明名稱為《基于混聯(lián)結(jié)構(gòu)的虛擬軸機(jī)床》即屬于此類混聯(lián)式數(shù)控機(jī)床，該混聯(lián)機(jī)床包括固定平臺，安裝切削刀具的動平臺，設(shè)于固定平臺與動平臺之間的由中間(心)腿及三條周邊腿形成的四自由度1PS+3TPS(即中心腿所包含的一個移動副和一個球鉸+三條周邊腿各包含的一個虎克鉸、一個移動副和一個球鉸)空間并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)，可沿X、Y方向移動的雙向移動機(jī)構(gòu)和安裝被加工工件的工作臺；周邊三條腿與固定平臺之間通過虎克鉸與球鉸中的一種相聯(lián)，與動平臺之間通過球鉸相聯(lián)，中間一條腿的一端與固定平臺剛性固聯(lián)，另一端通過球鉸與動平臺相聯(lián)，四條腿均含有移動副驅(qū)動，所說的可沿X、Y方向移動的雙向移動機(jī)構(gòu)在結(jié)構(gòu)上與該閉鏈接構(gòu)相互獨立，在控制上實行聯(lián)動控制。?

該混聯(lián)機(jī)床雖然克服了傳統(tǒng)并聯(lián)式機(jī)床的缺陷，但由于該機(jī)床并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)中的四條腿均只設(shè)有一套驅(qū)動裝置，當(dāng)任意驅(qū)動裝置發(fā)生故障時，則將導(dǎo)致并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)運行失衡，輕則造成質(zhì)量事故、重則致使機(jī)床損毀；此外，由于中心腿與動平臺采用球鉸連接、而中心腿及三條周邊腿內(nèi)均采用絲桿螺母驅(qū)動，當(dāng)任意一條腿出現(xiàn)故障時，均不能將其轉(zhuǎn)變成從動腿，從而制約了并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)的重構(gòu)。因此，上述混聯(lián)機(jī)床存在故障的幾率較大，且并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)一旦發(fā)生故障，機(jī)床如果繼續(xù)運行，則將導(dǎo)致質(zhì)量或安全性事故。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對背景技術(shù)存在的缺陷，研究設(shè)計一種機(jī)械系統(tǒng)可重構(gòu)的混聯(lián)機(jī)床及重構(gòu)和容錯糾錯方法。以便在系統(tǒng)出現(xiàn)突發(fā)性故障時，通過系統(tǒng)內(nèi)自動切換和重構(gòu)進(jìn)行在線自維修，達(dá)到提高混聯(lián)數(shù)控機(jī)床運行的安全性和可靠性，有效避免因突發(fā)性故障造成的重大損失等目的。?

本發(fā)明的解決方案是在并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)中的中心腿及各周邊腿上均采用兩套完全相同的傳動系統(tǒng)，其中一套作為冗余(備用)傳動系統(tǒng)；當(dāng)運行中的驅(qū)動裝置一旦出現(xiàn)突發(fā)性故障時，冗余傳動系統(tǒng)自動替換故障傳動系統(tǒng)、以確保系統(tǒng)連續(xù)、穩(wěn)定運行，從而克服了單傳動系統(tǒng)存在的缺陷；同時，在中心腿與動平臺之間增設(shè)一鎖定裝置、并將原中心腿及各周邊腿內(nèi)采用的絲桿螺母傳動機(jī)構(gòu)改設(shè)為齒輪齒條傳動機(jī)構(gòu)，當(dāng)并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)中無論哪條腿中的傳動系統(tǒng)都出現(xiàn)突發(fā)性故障時，以便將其轉(zhuǎn)變成從動腿，從而可實現(xiàn)并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)的重構(gòu)。因此，本發(fā)明裝置包括固定平臺，安裝切削刀具的動平臺，位于固定平臺與動平臺之間的由均設(shè)有驅(qū)動裝置和傳動機(jī)構(gòu)的中間(心)腿及三條周邊腿組成的空間并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)，可沿X、Y方向移動的雙向移動機(jī)構(gòu)和安裝被加工工件的工作臺，控制系統(tǒng)，關(guān)鍵在于在中心腿及三條周邊腿上的驅(qū)動裝置為均包含設(shè)于同一主傳動軸上的光電編碼器、動力輸出齒輪及完全相同的兩套傳動系統(tǒng)的冗余驅(qū)動裝置，在中心腿的鉸支座與動平臺之間還設(shè)有一能限制鉸支座與動平臺之間轉(zhuǎn)動自由度的鎖定裝置，且驅(qū)動裝置與中心腿及各周邊腿之間的傳動機(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動機(jī)構(gòu)；三條周邊腿與固定平臺之間通過虎克鉸連接、與動平臺之間通過球鉸連接，而中心腿上端與固定平臺緊固連接、其下端則通過虎克鉸的鉸支座與動平臺可轉(zhuǎn)動式連接(活動鉸支座)，以使中心腿與動平臺之間實現(xiàn)三自由度連接，鎖定裝置活動(常開)式套于鉸支座上并與動平臺固定連接，各驅(qū)動裝置均通過其上的動力輸出齒輪分別與對應(yīng)的中心腿及各周邊腿內(nèi)的齒條嚙合式連接。?