[發(fā)明專利]一種用于機(jī)床加工的氣液并聯(lián)六自由度加工平臺系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611016382.2
• 申請日: 2016-11-18
• 公開（公告）號: CN106378637B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王洪艷;熊靜琪;陸金波
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: B23Q1/26
• 分類號: B23Q1/26;B23Q17/00;B23Q17/09
• 代理公司: 成都中亞專利代理有限公司51126
• 代理人: 王崗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明專利屬于機(jī)床加工平臺技術(shù)領(lǐng)域，特別是屬于一種新型結(jié)構(gòu)的六自由度并聯(lián)機(jī)床加工平臺系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)現(xiàn)代化的飛速發(fā)展，對機(jī)床的技術(shù)指標(biāo)提出了越來越高的要求，如何提高機(jī)床加工精度，已成為制造業(yè)研究的熱點內(nèi)容之一。六自由度并聯(lián)機(jī)床是加工機(jī)床所采用的主要結(jié)構(gòu)形式之一，這種并聯(lián)六自由度結(jié)構(gòu)起始于1965年Stewart所提出，它由上下兩個平臺和6個并聯(lián)的、可獨立自由伸縮的桿件組成，伸縮桿和平臺之間通過球鉸鏈連接，稱為Stewart平臺。近些年來，經(jīng)過不斷的改進(jìn)和發(fā)展，Stewart平臺演變出了不同運(yùn)動學(xué)原理和結(jié)構(gòu)的空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，并在許多科學(xué)研究和工業(yè)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。迄今為止，國內(nèi)外應(yīng)用于機(jī)床加工領(lǐng)域的六自由度并聯(lián)平臺的驅(qū)動方式主要有液壓、電動、氣動三種。其運(yùn)作過程中都有各自的優(yōu)點及不足之處。液壓驅(qū)動方式的優(yōu)點是平臺結(jié)構(gòu)剛度大，能夠加工高硬度零件，缺點是設(shè)計維護(hù)復(fù)雜、成本高；同時，由于液壓驅(qū)動本身的高剛度帶來系統(tǒng)的低柔順特點，使得這種驅(qū)動方式對于提高曲面表面加工特性不利。電動并聯(lián)驅(qū)動方式的特點是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度和位置精度較高，系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)簡單，但是受電機(jī)功率限制，其切削力輸出能力有限。氣動并聯(lián)加工平臺剛度低，運(yùn)行精度較差，切削力輸出較小。

目前有關(guān)氣液并聯(lián)六自由度加工平臺的文獻(xiàn)報道不多，據(jù)發(fā)明人所知，有關(guān)氣液并聯(lián)六自由度加工平臺的專利文獻(xiàn)幾乎沒有。本發(fā)明的設(shè)計考慮到氣液串聯(lián)缸結(jié)構(gòu)中，液體部分能提供適當(dāng)?shù)淖枘幔M(jìn)而提高系統(tǒng)剛度，而氣缸部分具有較大的可壓縮性，可以提高系統(tǒng)的柔性，兩者的結(jié)合使得并聯(lián)機(jī)床具有剛?cè)岵?jì)的良好柔性加工特性。故此本發(fā)明專利提供的一種用于機(jī)床加工的氣液驅(qū)動六自由度并聯(lián)機(jī)床平臺具有相對于氣動、電動驅(qū)動平臺的高剛度和相對于液壓驅(qū)動平臺的柔性加載優(yōu)勢，提高了機(jī)床面向曲面柔性加工過程中的關(guān)鍵特性。同時，通過離線或在線調(diào)整氣液缸中液體部分的阻尼大小，可實現(xiàn)系統(tǒng)阻尼的離線或在線調(diào)節(jié)。針對不同加工對象，使阻尼隨之變化，提高系統(tǒng)的加工過程輸出特性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種用于機(jī)床加工的氣液并聯(lián)六自由度加工平臺系統(tǒng)，考慮到液體部分能提供適當(dāng)?shù)淖枘幔岣呦到y(tǒng)剛度，而氣體具有較大的可壓縮性，可以提高系統(tǒng)的柔性，兩者的結(jié)合使得并聯(lián)機(jī)床具有剛?cè)岵?jì)的良好柔性加工特性，從系統(tǒng)機(jī)構(gòu)的改進(jìn)上提高機(jī)床加工系統(tǒng)的加工性能。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，構(gòu)造一種用于機(jī)床加工的氣液并聯(lián)六自由度加工平臺系統(tǒng)，其特征在于：具有基座、萬向節(jié)、氣液串聯(lián)缸、底座萬向節(jié)、底座、六維力傳感器、卡具、刀具、氣動閥、液壓閥和位移傳感器；基座固定于機(jī)床平臺上，承起整個系統(tǒng)元件；氣液串聯(lián)缸由液壓缸和氣壓缸串聯(lián)結(jié)合；氣液串聯(lián)缸與基座由萬向節(jié)固定；氣液串聯(lián)缸與底座由底座萬向節(jié)固定；六個氣液串聯(lián)缸均為單桿對稱式結(jié)構(gòu)，其中，氣缸作為主控缸通過氣動閥對氣液缸的位移進(jìn)行控制，液壓缸作為被動缸體，通過在線或離線調(diào)節(jié)液壓閥改變系統(tǒng)阻尼大小；位移傳感器采用磁致伸縮式的形式安裝于各個氣壓缸之內(nèi)，用于測量氣液缸活塞桿的伸縮量；六維力傳感器安裝于底座之上，用于測量刀具尖部輸出力大小；卡具安放于底座之下，用于安裝刀具。

根據(jù)本發(fā)明所述的一種用于機(jī)床加工的氣液并聯(lián)六自由度加工平臺系統(tǒng)，其特征在于：氣壓缸采用比例閥、開關(guān)閥或流量閥，液壓缸采用單向節(jié)流閥、比例閥、開關(guān)閥或流量閥；其中，力傳感器一個，位移傳感器共六個。

根據(jù)本發(fā)明所述的一種用于機(jī)床加工的氣液并聯(lián)六自由度加工平臺系統(tǒng)，其加工工作控制過程如下：

根據(jù)并聯(lián)平臺需要輸出的指定位姿和切削力，以位移控制為內(nèi)環(huán)，通過安裝于各個液壓缸內(nèi)的位移傳感器的測量信息反饋，解算出各個氣液缸需要達(dá)到的位置。力控制作為外環(huán)，通過力測量信號的反饋，修正內(nèi)環(huán)位姿控制誤差，以達(dá)到指定的切削力。

其特征在于：具有以下兩種系統(tǒng)阻尼控制運(yùn)作形式：

形式一：開環(huán)液體阻尼調(diào)節(jié)控制方式：在加工工作過程中，氣液串聯(lián)缸中的液壓缸部分通過單向節(jié)流閥開環(huán)控制，氣壓缸部分通過氣動閥（比例閥、開關(guān)閥或流量閥）進(jìn)行閉環(huán)控制。

這種控制形式的系統(tǒng)平臺通過離線開環(huán)調(diào)節(jié)液壓缸單向節(jié)流閥開口來調(diào)整系統(tǒng)阻尼大小。

形式二：閉環(huán)液體阻尼調(diào)節(jié)控制方式：在加工工作過程中，氣液串聯(lián)缸中的液壓缸通過高速開關(guān)閥（或比例閥、流量閥）閉環(huán)控制，達(dá)到一定的系統(tǒng)阻尼，同時，氣液串聯(lián)缸中的氣壓缸通過氣動閥（比例閥、開關(guān)閥或流量閥）進(jìn)行閉環(huán)控制。

這種控制形式的系統(tǒng)平臺通過閉環(huán)在線調(diào)整液壓閥的開口和流量改變液壓缸的阻尼達(dá)到不同的運(yùn)動特性。