[發明專利]一種四回轉一平動的五軸聯動機床

有效

• 申請號: 201210124838.2
• 申請日: 2012-04-25
• 公開（公告）號: CN102615543A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 劉樹生
• 申請（專利權）人: 北京勝為弘技數控裝備有限公司
• 主分類號: B23Q5/34
• 分類號: B23Q5/34
• 代理公司: 北京紐樂康知識產權代理事務所 11210
• 代理人: 史靜

技術領域

本發明涉及一種四回轉一平動的五軸聯動機床。

背景技術

目前傳統的五軸聯動機床多屬于串聯結構機床，串聯機床是由多個軸聯動并串聯的機床，是屬于數學簡單而機構復雜的機床，一般由三個平動方式的的直線坐標軸和兩個回轉方式的旋轉或擺動坐標軸構成。其工作原理為：三個平動方式的的直線坐標軸使刀具切削點移位到達待加工點的空間位置，兩個回轉方式的旋轉或擺動坐標軸通過使刀具或工件旋轉一定角度，達到刀具軸線與待加工點法矢量方向重合或控制呈一定角度以利于刀具側刃切削----一般在CAM里稱為刀軸矢量；在控制系統的控制下，五個坐標軸的速度環與位置環實時匹配運動，從而使刀具與刀軸矢量重合，切削點沿著一定的連續軌跡運動，經過刀具旋轉與工件表面的相對切削運動，加工、包絡出空間連續曲面。

隨著技術的發展，并聯機構機床（虛擬軸并聯機床）應運而生，其機構簡單而數學復雜，整個平臺的運動牽涉到相當龐大的數學運算，是一種知識密集型機構。這種新型機床完全打破了傳統機床結構的概念，拋棄了固定導軌的刀具導向方式，采用了多桿并聯機構驅動，大大提高了機床的運動特性，使加工精度和加工質量都有較大的改進。另外，由于其進給速度的提高，從而使高速、超高速加工更容易實現。并聯機床的典型代表是Stewart平臺結構，即由六根可伸縮桿和動平臺構成，可實現較高的動態特性，但工作范圍小。以Stewart平臺為基礎的并聯機床改變了傳統機床的機構，是制造業具有革命性的創新成果。

現有技術存在的缺點：

對于傳統的三平動二轉動五軸機床結構而言，隨著高速切削的不斷發展，傳統串聯式機構構造平臺的結構剛性與移動臺高速化逐漸成為技術發展的瓶頸，主要缺點在以下幾個方面：①傳統三平動二轉動五軸機床串聯機構刀具只能沿固定導軌進給、刀具作業自由度偏低，為獲得良好的刀具切削姿態，各個直線運動軸附加行程較大，加工效率不高；②為獲得較好的剛性，機床結構體積較大，機床運動部件質量較大，設備加工靈活性和運動特性性不夠，對于曲面尤其是曲率變化較大的曲面加工造成跟隨誤差較大，曲面加工效率和精度不足。

以Stewart平臺為代表的六桿并聯機構，雖然其有著得天獨厚的特點和優勢，但距離實際應用還有許多問題需要進一步加以研究和解決，主要間題是：①有效工作區域的描述復雜和受約束問題的解決困難；②運動學的正解求解非常困難，沒有解析解、存在運動藕合和多解性；③動力學計算困難，影響因素非常復雜；④球鉸的制造精度、運動和造價等問題影響其應用，運動藕合的存在導致對元件和控制精度要求高；⑤由于其工作空間存在奇異點，而且要考慮避免驅動桿間的幾何干涉，機床的實際工作空間狹小。所述局限性影響其應用和推廣。

從應用層面上看，雖然并聯機床近20年來得到了長足的發展，但從技術成熟度和實際加工效果來看，還是存在剛性差（主要取決于虎克鉸制造和裝配精度）、機構復雜、成本高昂的固有弊端，在機床制造和機械加工制造業推廣十分有限。

發明內容

本發明的目的是提供一種四回轉一平動的五軸聯動機床，采用四個回轉軸，一個平動軸的五軸機床結構，充分利用現有回轉軸的成熟結構，解決了傳統三平動二轉動串聯機床結構的固有缺陷和并聯機床的現有不足。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現：

一種四回轉一平動的五軸聯動機床，包括床身，床身的頂面固定有工作臺，工作臺上設有兩個第一回轉裝置，兩個第一回轉裝置上各設置有轉盤一，轉盤一的一側設有箱體，箱體上設有第二回轉裝置，第二回轉裝置上設有轉盤二，其中一個轉盤二上裝卡有待加工工件，另一個轉盤二上設有平動導向機構，平動導向機構上設有固定座，固定座上固定銑削機構。

所述第一回轉裝置的軸線一與第二回轉裝置的軸線二相互垂直，所述銑削機構的軸線三與該銑削機構連接的第二回轉裝置的軸線二相互垂直。

可選擇地，所述兩個第一回轉裝置的軸線一重疊布置，所述兩個第一回轉裝置的軸線一與兩個第二回轉裝置的軸線二正交布置。

本發明的有益效果為：

1、機床結構簡單，布置靈活：由于取消了導軌絲杠傳動，各回轉裝置的回轉軸運動方式為轉動運動，軸線位置布置靈活，四個回轉裝置的軸線既可以兩兩平行，又可以兩兩正交布置（直線軸都是正交布置）；

2、運動質量較小，動態特性好：由于取消了導軌絲杠的傳動方式，也取消了大質量的導軌絲杠安裝基礎件，機床運動質量相對傳統機床減少很多，容易獲得更好的運動特性，運動加速度大幅提高；