[實(shí)用新型]基于五自由度的五桿純并聯(lián)數(shù)控機(jī)床

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200820150666.5
• 申請(qǐng)日: 2008-07-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN201224023Y
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝紅
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B23Q1/25
• 分類(lèi)號(hào): B23Q1/25;B23Q1/44
• 代理公司: 上海正旦專(zhuān)利代理有限公司
• 代理人: 張 磊

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于五自由度的五桿純并聯(lián)運(yùn)動(dòng)數(shù)控機(jī)床。

背景技術(shù)

并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床(又稱(chēng)虛擬軸機(jī)床)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展歷程有十幾年，1994年，美國(guó)Giddings?&?Lewis公司首次展出了基于Stewart平臺(tái)“六足蟲(chóng)”并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床，標(biāo)志著機(jī)床設(shè)計(jì)開(kāi)始采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

從傳動(dòng)技術(shù)的層面來(lái)講，這種“六足蟲(chóng)”并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床具有六個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度。由于運(yùn)動(dòng)/定位中的物體原則上具有六個(gè)空間自由度，因此恰好需要六個(gè)驅(qū)動(dòng)力分別對(duì)物體的六個(gè)自由度施加作用。然而基于笛卡爾坐標(biāo)的數(shù)控機(jī)床只需要五個(gè)可控制的自由度。例如在銑床中，第六個(gè)自由度是由銑刀主軸繞自身軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)而形成的。因而“六足蟲(chóng)”的并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床存在一個(gè)缺陷，就是必須用六個(gè)驅(qū)動(dòng)才能形成五個(gè)可控的自由度。

“六足蟲(chóng)”的并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床另一個(gè)缺陷在于，基于六根導(dǎo)桿的結(jié)構(gòu)很大程度上限制了工作空間，最終表現(xiàn)為物體或刀架擺轉(zhuǎn)角度的限制。這是因?yàn)閷?dǎo)桿間的更多碰撞區(qū)域限制了工作空間的大小。

德國(guó)Metrom公司根據(jù)Michael?Schwaar博士在2001年的發(fā)明開(kāi)發(fā)了基于五自由度的五桿五環(huán)并聯(lián)機(jī)床的產(chǎn)品。相對(duì)第一代“六足蟲(chóng)”的并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床，減少一根支撐桿，工作空間將增加，可繞刀架軸線旋轉(zhuǎn)的主軸套環(huán)是這種五桿并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床最大的特色和創(chuàng)新之處，以單自由度的運(yùn)動(dòng)副取代了以往的常用的多自由度的球鉸鏈，不但使整機(jī)具有較高的剛度，更是大大拓寬了刀架運(yùn)動(dòng)和擺轉(zhuǎn)角度的極限范圍，使刀架可以擺轉(zhuǎn)90°以上而不失穩(wěn)、不干涉，可以實(shí)現(xiàn)“五面加工”。因此，這種構(gòu)型的五桿并聯(lián)機(jī)床又被稱(chēng)為“五面加工虛擬軸機(jī)床”。相對(duì)第二代的串并聯(lián)混合布局機(jī)床，由于是純并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床，控制簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)性能好。德國(guó)Metrom公司產(chǎn)品存在一個(gè)缺陷，有五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度產(chǎn)生在五個(gè)螺旋副處，即絲杠伸縮時(shí)會(huì)產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)動(dòng)，從而運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)五個(gè)附加自由度(轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，絲杠移動(dòng)一個(gè)螺距)，給精度造成影響，使控制變復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于提供一種精度更高、控制更簡(jiǎn)便的基于五自由度的五桿純并聯(lián)數(shù)控機(jī)床。

本實(shí)用新型提出的基于五自由度的五桿純并聯(lián)數(shù)控機(jī)床，由五根支撐桿、鉸鏈8、主軸套環(huán)10、機(jī)架13、工作臺(tái)14、滾珠導(dǎo)套17、伺服電機(jī)20、聯(lián)軸器21組成，工作臺(tái)14固定于機(jī)架13內(nèi)底部，十字萬(wàn)向鉸鏈外圈9為五個(gè)，每個(gè)十字萬(wàn)向鉸鏈外圈9固定于機(jī)架13頂部，十字萬(wàn)向鉸鏈內(nèi)圈6位于十字萬(wàn)向鉸鏈外圈9內(nèi)，且十字萬(wàn)向鉸鏈內(nèi)圈6能相對(duì)其十字萬(wàn)向鉸鏈外圈9轉(zhuǎn)動(dòng)；每根支撐桿的結(jié)構(gòu)相同，支撐桿內(nèi)部貫通，兩側(cè)設(shè)有支架22，每根支撐桿穿過(guò)相應(yīng)的十字萬(wàn)向鉸鏈內(nèi)圈6，且其上的支架22嵌于相應(yīng)的十字萬(wàn)向鉸鏈內(nèi)圈6的孔內(nèi)，支撐桿能相對(duì)十字萬(wàn)向鉸鏈內(nèi)圈6轉(zhuǎn)動(dòng)；支撐桿一端固接伺服電機(jī)20，另一端連接滾珠導(dǎo)套17，支撐桿內(nèi)部設(shè)有伸縮桿15，伸縮桿15內(nèi)設(shè)有絲杠7，絲杠7一端連接聯(lián)軸器21，聯(lián)軸器21連接伺服電機(jī)20，伸縮桿15一端連接螺母23，另一端連接鉸鏈8；電主軸外套11套于電主軸12外，主軸套環(huán)10為五個(gè)，五個(gè)主軸套環(huán)10自上而下套于電主軸外套11外，且位于最下部的主軸套環(huán)10與電主軸外套11固接，其余四個(gè)主軸套環(huán)均能繞電主軸外套11相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；主軸套環(huán)10上設(shè)有耳環(huán)，耳環(huán)與鉸鏈8通過(guò)錐銷(xiāo)16連接。

本實(shí)用新型中，鉸鏈8設(shè)有凹槽，伸縮桿15一端伸入鉸鏈8凹槽部位，處于凹槽部位的伸縮桿15一側(cè)有軸承18，另一側(cè)有軸承25，軸承蓋19壓住軸承18內(nèi)圈，且軸承蓋19與伸縮桿15通過(guò)螺釘連接；軸承蓋24壓住軸承25外圈，且軸承蓋24與鉸鏈8通過(guò)螺釘連接。

本實(shí)用新型的工作過(guò)程如下：