[發(fā)明專利]一種大擺角五軸聯(lián)動混聯(lián)機(jī)床

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610169810.9
• 申請日: 2016-03-23
• 公開（公告）號: CN105643295A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 薄瑞峰;魯巖;王書森;董亞峰;馬長安;王俊彥
• 申請（專利權(quán)）人: 中北大學(xué)
• 主分類號: B23Q1/64
• 分類號: B23Q1/64
• 代理公司: 太原晉科知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大擺角五軸聯(lián)動混聯(lián)機(jī)床，是一種 能夠應(yīng)用于數(shù)控加工領(lǐng)域的可實現(xiàn)大擺角精密加工的多軸聯(lián)動裝置。

背景技術(shù)

并聯(lián)機(jī)構(gòu)是由多個支鏈構(gòu)成的閉環(huán)機(jī)構(gòu)，相對于傳統(tǒng)的串聯(lián)機(jī)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)： 并聯(lián)機(jī)床作為一種以并聯(lián)機(jī)構(gòu)為機(jī)械本體的制造裝備，出現(xiàn)于上世紀(jì)90年代末。隨著并聯(lián) 機(jī)構(gòu)理論研究的不斷深入及數(shù)控技術(shù)、自動化技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，并聯(lián)機(jī)床逐 漸成為一種重要的新型制造裝備而應(yīng)用于現(xiàn)代制造業(yè)中。并聯(lián)機(jī)床與傳統(tǒng)串聯(lián)機(jī)床相比， 具有更高的剛度重量比、更快的響應(yīng)速度、更高的加工精度。從而更適用于高速、精密、重載 情況下的加工。并且其模塊化程度高、易重構(gòu)、柔性好，從而更易于降低加工成本。但是并聯(lián) 機(jī)床存在著相對工作空間小、加工范圍有限等這樣的缺點(diǎn)，從而限制了其應(yīng)用領(lǐng)域。鑒于并 聯(lián)機(jī)構(gòu)與串聯(lián)機(jī)構(gòu)在構(gòu)型上面的對偶關(guān)系，人們想到了將并聯(lián)機(jī)構(gòu)和串聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行組合， 從而提出了混聯(lián)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型，并將混聯(lián)機(jī)構(gòu)作為數(shù)控機(jī)床的機(jī)械本體生產(chǎn)新型混聯(lián)機(jī)床。 混聯(lián)機(jī)床集并、串聯(lián)機(jī)床的優(yōu)勢于一身，同時又避免了并、串聯(lián)構(gòu)型各自的缺點(diǎn)，在現(xiàn)代制 造業(yè)中更具實用性。正因如此，這類基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)或含有并聯(lián)模塊的五軸聯(lián)動混聯(lián)加工中 心得到了廣泛關(guān)注和研究，并逐步成為高速、高精度、高靈活度數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢。

在2009年初開始實施的“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項中，將三自 由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)功能附件以及裝備有此類功能部件的五軸聯(lián)動加工中心作為其中的課題之 一。可見，并聯(lián)模塊是此類裝備研發(fā)的關(guān)鍵。從加工靈活度和加工效率的角度講，并聯(lián)模塊 應(yīng)具備很高的轉(zhuǎn)動靈活度，以動平臺轉(zhuǎn)動能力達(dá)到90°為最佳(以期實現(xiàn)立臥轉(zhuǎn)換、五面加 工)，而這恰恰是傳統(tǒng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的局限性所在，最具影響力的SprintZ3并聯(lián)主軸頭的轉(zhuǎn)動 能力也僅為40°(不能實現(xiàn)嚴(yán)格意義上的五面加工)。可見，在保證高剛度的前提下突破傳統(tǒng) 并聯(lián)機(jī)構(gòu)擺角受限是在此類裝備的研發(fā)過程中亟待突破的瓶頸性問題。例如：清華大學(xué)的 驅(qū)動冗余3自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)雖然在擺角的范圍得以提升達(dá)到-25°~90°，但是采用冗余驅(qū)動， 這對機(jī)構(gòu)的動力學(xué)控制帶來了很大麻煩，且剛度的提升有限。

本發(fā)明提出的大擺角五軸聯(lián)動混聯(lián)機(jī)床的并聯(lián)模塊也同屬于少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu) 中的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，能實現(xiàn)兩維移動和一維轉(zhuǎn)動，但其動平臺可以實現(xiàn)更大的轉(zhuǎn)動角 度。將此并聯(lián)模塊與兩自由度運(yùn)動平臺組合形成大擺角的五軸聯(lián)動混聯(lián)機(jī)床，解決了現(xiàn)有 并/混聯(lián)機(jī)床刀具擺角受限方面存在的弊端。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有并/混聯(lián)機(jī)床在保證剛度前提下刀具擺角受限方面存在的弊 端，提供了一種大擺角五軸聯(lián)動混聯(lián)機(jī)床，具有剛度高、精度高、動態(tài)性能好、可重構(gòu)性強(qiáng)和 模塊化程度高、刀具擺動角度大等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)對復(fù)雜工件的大擺角五軸聯(lián)動立臥加工。

本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種大擺角五軸聯(lián)動混聯(lián)機(jī)床，包括機(jī)床底座、并聯(lián)模塊以及安裝刀具的動平臺，機(jī)床 底座上有底座導(dǎo)軌、底座導(dǎo)軌通過移動副連接移動導(dǎo)軌平臺，移動導(dǎo)軌平臺上有固定工件 的轉(zhuǎn)動工作臺；所述的并聯(lián)模塊包括第一分支和第二分支，第一分支連接兩個沿Z軸的主動 驅(qū)動，第二分支連接一個沿Z軸的主動驅(qū)動，并聯(lián)模塊與動平臺轉(zhuǎn)動連接形成空間并聯(lián)閉環(huán) 機(jī)構(gòu)，并聯(lián)模塊和動平臺實現(xiàn)在XOZ平面內(nèi)的兩維移動和沿X軸的一維轉(zhuǎn)動，移動導(dǎo)軌平臺 連接一個沿底座導(dǎo)軌方向的主動驅(qū)動，轉(zhuǎn)動工作臺連接一個轉(zhuǎn)動工作臺軸線方向的主動驅(qū) 動，移動導(dǎo)軌平臺及轉(zhuǎn)動工作臺實現(xiàn)工件沿Y軸的移動和沿Z軸的轉(zhuǎn)動。