專利名稱：可重組三、四、五軸并聯(lián)機(jī)床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于先進(jìn)機(jī)械制造領(lǐng)域，特別涉及一種可重組三、四、五軸并聯(lián)機(jī)床。
數(shù)控機(jī)床是機(jī)械制造的重要設(shè)備，其性能的好壞標(biāo)志著一個(gè)國家制造業(yè)的水平。近十年來，國際上出現(xiàn)了一種新概念機(jī)床--虛擬軸機(jī)床(Virtual Axis Machine Tool)，也稱之為六條腳機(jī)床(6-Leg MachineTool)或并聯(lián)機(jī)床(Parallel Machine Tool)。并聯(lián)機(jī)床強(qiáng)烈地沖擊了近代機(jī)床200余年一直不變按笛卡兒坐標(biāo)體系設(shè)計(jì)機(jī)床的傳統(tǒng)，人們認(rèn)為虛擬軸機(jī)床將是21世紀(jì)新概念機(jī)床的形式。
在專利公開號(hào)為CN1182003A、CN1212197A、CN1231226A的專利文件中，分別公開了一種虛擬軸機(jī)床，它們主要都是采用六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)并聯(lián)機(jī)床的五軸運(yùn)動(dòng)，不僅浪費(fèi)了一個(gè)軸的驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)裝置，而且使機(jī)床造價(jià)相對提高，并增加了控制與制造難度。在我們的專利申請?zhí)枮镃N99122349．7、CN 00100193．0、CN 00100195．7、00100194．9的專利文件中，提出了三、四、五、六自由度并聯(lián)機(jī)床，它們都要求運(yùn)動(dòng)臺(tái)為立方體結(jié)構(gòu)，有一定的局限性。而且從以上文獻(xiàn)看，它們都不能很容易的實(shí)現(xiàn)自由度可重組的三、四、五軸并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處而提供一種可重組三、四、五軸并聯(lián)機(jī)床。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下可重組三、四、五軸并聯(lián)機(jī)床的結(jié)構(gòu)是，運(yùn)動(dòng)臺(tái)通過三～五支連接桿與固定臺(tái)連接，其中二～四支連接桿的結(jié)構(gòu)是定長連桿兩端連接移動(dòng)副和兩只球鉸(PSS)或移動(dòng)副和一只虎克鉸與一只球鉸(PUS)，也可以是具有移動(dòng)副的伸縮桿兩端分別連接兩只球鉸(SPS)或一只虎克鉸和一只球鉸(UPS)；另一支連接桿是復(fù)合連接桿，復(fù)合連接桿的結(jié)構(gòu)是平動(dòng)復(fù)合萬向鉸(U*)的兩端分別連接著連接副。運(yùn)動(dòng)臺(tái)上裝著電主軸和刀具，固定臺(tái)上有滑道。
平動(dòng)復(fù)合萬向鉸(U*)的結(jié)構(gòu)是三支等長連桿兩端分別通過虎克鉸連接在兩個(gè)連接板上。
連接副是按重組機(jī)構(gòu)自由度的要求可是移動(dòng)副(P)、虎克鉸(U)、回轉(zhuǎn)副(R)、剛性連接構(gòu)件或其組合。
利用一支具有五自由度的復(fù)合連接桿和四支連接桿將運(yùn)動(dòng)臺(tái)和固定臺(tái)連接，可重組成五自由度五軸并聯(lián)機(jī)床。
利用一支具有四自由度的復(fù)合連接桿和三支連接桿將運(yùn)動(dòng)臺(tái)和固定臺(tái)連接，可重組成四自由度四軸并聯(lián)機(jī)床。
利用一支具有三自由度的復(fù)合連接桿和二支連接桿將運(yùn)動(dòng)臺(tái)和固定臺(tái)連接，可重組成三自由度三軸并聯(lián)機(jī)床。
利用任意三支復(fù)合連接桿將運(yùn)動(dòng)臺(tái)和固定臺(tái)連接，可重組成三自由度三軸并聯(lián)機(jī)床。
上述連接桿代號(hào)中，P代表一自由度的移動(dòng)副；U代表二自由度的虎克鉸；S代表三自由度球鉸；R代表一自由度的回轉(zhuǎn)副；U*代表二自由度的平動(dòng)復(fù)合萬向鉸，其結(jié)構(gòu)是三支等長連桿兩端分別通過虎克鉸與兩個(gè)連接板連接。剛性連接構(gòu)件是指剛性連接兩個(gè)被連接件或通過剛性構(gòu)件連接兩個(gè)被連接件。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn)、1、本發(fā)明可重組并聯(lián)機(jī)床采用的復(fù)合連接桿是由移動(dòng)副P、平動(dòng)復(fù)合萬向鉸U*、虎克鉸U或回轉(zhuǎn)副R組成，復(fù)合連接桿確定了運(yùn)動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)特性，使三、四、五軸并聯(lián)機(jī)床的重組成為可能。
2、本發(fā)明可很容易的通過更換復(fù)合連接桿的連接副和增減連接桿PUS任意重組成三、四、五軸并聯(lián)機(jī)床，加工裝配工藝性好。
3、本發(fā)明并聯(lián)機(jī)床與現(xiàn)有的六自由度五軸并聯(lián)機(jī)床相比，結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)非線性度和耦合度明顯降低，控制簡單，造價(jià)低。
4、本發(fā)明并聯(lián)機(jī)床與傳統(tǒng)的串聯(lián)式多軸機(jī)床相比，具有高剛度，高精度，低運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，高動(dòng)態(tài)性能，構(gòu)造簡單，相同零件數(shù)量多，成本低，易制造。
5、本發(fā)明在空間曲面加工中有著廣泛的應(yīng)用前景。
附圖的圖面說明如下


圖1是本發(fā)明復(fù)合連接桿為PU*U形式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明復(fù)合連接桿為PU*R形式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明復(fù)合連接桿為PU*形式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明重組成的五自由度五軸并聯(lián)臥式機(jī)床的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明重組成的四自由度四軸并聯(lián)臥式機(jī)床的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明重組成的三自由度三軸并聯(lián)臥式機(jī)床的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明可重組五自由度五軸并聯(lián)立式機(jī)床的結(jié)構(gòu)示意圖。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步詳述實(shí)施例1復(fù)合連接桿為PU*U形式復(fù)合連接桿為PU*U形式的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其結(jié)構(gòu)是平動(dòng)復(fù)合萬向鉸U*的連接板(5)與移動(dòng)副滑塊(6)固接，連接板(8)與虎克鉸(9)連接。平動(dòng)復(fù)合萬向鉸U*的結(jié)構(gòu)是三支等長連桿(1)、(2)、(3)的一端分別通過與虎克鉸(4)相同的三個(gè)虎克鉸連接在連接板(5)上，另一端分別通過與虎克鉸(7)相同的三個(gè)虎克鉸連接在連接板(8)上。
實(shí)施例2復(fù)合連接桿為PU*R形式復(fù)合連接桿為PU*R形式的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其結(jié)構(gòu)是平動(dòng)復(fù)合萬向鉸U*的連接板(14)與移動(dòng)副滑塊(15)固接，連接板(17)與轉(zhuǎn)動(dòng)副(18)連接。平動(dòng)復(fù)合萬向鉸U*的結(jié)構(gòu)是三支等長連桿(10)、(11)、(12)的一端分別通過與虎克鉸(13)相同的三個(gè)虎克鉸連接在連接板(14)上，另一端分別通過與虎克鉸(16)相同的三個(gè)虎克鉸連接在連接板(17)上。
實(shí)施例3復(fù)合連接桿為PU*形式復(fù)合連接桿為PU*形式的結(jié)構(gòu)如圖3所示，其結(jié)構(gòu)是平動(dòng)復(fù)合萬向鉸U*的連接板(23)與移動(dòng)副滑塊(24)固接，連接板(26)與剛性連接構(gòu)件(27)固接。平動(dòng)復(fù)合萬向鉸U*的結(jié)構(gòu)是三支等長連桿(19)、(20)、(21)的一端分別通過與虎克鉸(22)相同的三個(gè)虎克鉸連接在連接板(23)上，另一端分別通過與虎克鉸(25)相同的三個(gè)虎克鉸連接在連接板(26)上。
實(shí)施例4由四支PUS連接桿和一支PU*U復(fù)合連接桿重組成的五自由度五軸并聯(lián)臥式機(jī)床。
五自由度五軸并聯(lián)臥式機(jī)床的結(jié)構(gòu)如圖4所示，其結(jié)構(gòu)是運(yùn)動(dòng)臺(tái)(28)通過四支PUS連接桿和一支PU*U復(fù)合連接桿與固定臺(tái)連接。固定臺(tái)是在帶雙滑道的底板(29)上固裝著帶滑道的側(cè)板(30)；連接桿(31)、(32)、(33)、(34)的一端分別通過與虎克鉸(35)相同的四個(gè)虎克鉸與分裝在底板兩個(gè)滑道上的與移動(dòng)副滑塊(36)相同的四個(gè)移動(dòng)副滑塊連接，另一端分別通過與球鉸(37)相同的四個(gè)球鉸與運(yùn)動(dòng)臺(tái)(28)連接；復(fù)合連接桿PU*U是連桿(38)、(39)、(40)的一端分別通過與虎克鉸(41)相同的三個(gè)虎克鉸連接在連接板(42)上，連接板(42)通過虎克鉸(43)與運(yùn)動(dòng)臺(tái)(28)連接，另一端分別通過與虎克鉸(44)相同的三個(gè)虎克鉸與連接板(45)連接，連接板(45)與移動(dòng)副滑塊(46)固連，移動(dòng)副滑塊(46)裝在側(cè)板(30)的滑道內(nèi)。運(yùn)動(dòng)臺(tái)上裝著電主軸和刀具(47)。運(yùn)動(dòng)臺(tái)(28)和刀具(47)通過五支連接桿的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)五軸運(yùn)動(dòng)，從而完成對裝在工作臺(tái)上的工件(48)的切削加工。
實(shí)施例5由三支PUS連接桿和一支PU*R復(fù)合連接桿重組成的四自由度四軸并聯(lián)臥式機(jī)床。
四自由度四軸并聯(lián)臥式機(jī)床結(jié)構(gòu)如圖5所示，其結(jié)構(gòu)是運(yùn)動(dòng)臺(tái)(49)通過三支PUS連接桿和一支復(fù)合連接桿PU*R與固定臺(tái)連接。固定臺(tái)是在帶雙滑道的底板(50)上固裝著帶滑道的側(cè)板(51)；連接桿(52)、(53)、(54)的一端分別通過與虎克鉸(55)相同的三個(gè)虎克鉸與分裝在底板(50)兩個(gè)滑道上的與移動(dòng)副滑塊(56)相同的三個(gè)移動(dòng)副滑塊連接，另一端分別通過與球鉸(57)相同的三個(gè)球鉸與運(yùn)動(dòng)臺(tái)(49)連接；復(fù)合連接桿PU*R是連桿(58)、(59)、(60)的一端分別通過與虎克鉸(61)相同的三個(gè)虎克鉸連接在連接板(62)上，連接板(62)通過回轉(zhuǎn)副(63)與運(yùn)動(dòng)臺(tái)(49)連接，另一端分別通過與虎克鉸(64)相同的三個(gè)虎克鉸與連接板(65)連接，連接板(65)與移動(dòng)副滑塊(66)固連，移動(dòng)副滑塊(66)裝在側(cè)板(51)的滑道內(nèi)。運(yùn)動(dòng)臺(tái)上裝著電主軸和刀具(67)。運(yùn)動(dòng)臺(tái)(49)和刀具(67)通過四支連接桿的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)四軸運(yùn)動(dòng)，從而完成對裝在工作臺(tái)上的工件(68)的切削加工。
實(shí)施例6由二支PUS連接桿和一支PU*復(fù)合連接桿重組成的三自由度三軸并聯(lián)臥式機(jī)床。
三自由度三軸并聯(lián)臥式機(jī)床結(jié)構(gòu)如圖6所示，其結(jié)構(gòu)是運(yùn)動(dòng)臺(tái)(69)通過二支PUS連接桿和一支PU*復(fù)合連接桿與固定臺(tái)連接。固定臺(tái)是在帶雙滑道的底板(70)上固裝著帶滑道的側(cè)板(71)；連接桿(72)、(73)的端分別通過與虎克鉸(74)相同的兩個(gè)虎克鉸與分裝在底板兩個(gè)滑道上的與移動(dòng)副滑塊(75)相同兩個(gè)移動(dòng)副滑塊連接，另一端分別通過與球鉸(76)相同的兩個(gè)球鉸與運(yùn)動(dòng)臺(tái)(69)連接；復(fù)合連接桿PU*是連桿(77)、(78)、(79)的一端分別通過與虎克鉸(80)相同的三個(gè)虎克鉸與連接板(81)連接，連接板(81)通過剛性連接構(gòu)件(82)與運(yùn)動(dòng)臺(tái)(69)連接，另一端分別通過與虎克鉸(83)相同的三個(gè)虎克鉸與連接板(84)連接，連接板(84)與移動(dòng)副滑塊(85)固連，移動(dòng)副滑塊(85)裝在側(cè)板(71)的滑道內(nèi)。運(yùn)動(dòng)臺(tái)上裝著電主軸和刀具(86)。運(yùn)動(dòng)臺(tái)(69)和刀具(86)通過三支連接桿的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)三軸運(yùn)動(dòng)，從而完成對裝在工作臺(tái)上的工件(87)的切削加工。
實(shí)施例7由四支PUS連接桿和一支PU*U復(fù)合連接桿重組成的五自由度五軸并聯(lián)立式機(jī)床。
五自由度五軸并聯(lián)立式機(jī)床的結(jié)構(gòu)如圖7所示，其結(jié)構(gòu)是運(yùn)動(dòng)臺(tái)(88)通過四支PUS連接桿和一支PU*U復(fù)合連接桿與固定臺(tái)連接。固定臺(tái)是由底板(89)和帶雙滑道的兩個(gè)側(cè)板(90)、(91)及帶滑道的頂板(92)組成；連接桿(93)、(94)、(95)、(96)的一端分別通過與虎克鉸(97)相同的四個(gè)虎克鉸與分裝在兩個(gè)側(cè)板滑道上的移動(dòng)副滑塊(98)相同的四個(gè)移動(dòng)副滑塊連接，另一端分別通過與球鉸(99)相同的四個(gè)球鉸與運(yùn)動(dòng)臺(tái)(88)連接；復(fù)合連接桿PU*U是連桿(100)、(101)、(102)的一端分別通過與虎克鉸(103)相同的三個(gè)虎克鉸與連接板(104)連接，連接板(104)與移動(dòng)副滑塊(105)固連，移動(dòng)副滑塊(105)裝在頂板(92)的滑道內(nèi)；另一端分別通過與虎克鉸(106)相同的三個(gè)虎克鉸與連接板(107)連接，連接板(107)通過虎克鉸(108)與運(yùn)動(dòng)臺(tái)(88)連接，運(yùn)動(dòng)臺(tái)上裝著電主軸和刀具(109)。運(yùn)動(dòng)臺(tái)(88)和刀具(109)通過五支連接桿的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)五軸運(yùn)動(dòng)，從而完成對工件(110)的切削加工。
權(quán)利要求
1.一種可重組三、四、五軸并聯(lián)機(jī)床，其運(yùn)動(dòng)臺(tái)通過三～五支連接桿與固定臺(tái)連接，其中二～四支連接桿的結(jié)構(gòu)是定長連桿兩端連接移動(dòng)副和兩只球鉸(PSS)或移動(dòng)副和一只虎克鉸與一只球鉸(PUS)，也可以是具有移動(dòng)副的伸縮桿兩端分別連接兩只球鉸(SPS)或一只虎克鉸和一只球鉸(UPS)，運(yùn)動(dòng)臺(tái)上裝著電主軸和刀具，固定臺(tái)上有滑道，其特征在于另一支連接桿是復(fù)合連接桿，復(fù)合連接桿的結(jié)構(gòu)是平動(dòng)復(fù)合萬向鉸(U*)的兩端分別連接著連接副。
2.按照權(quán)利要求1所說的可重組三、四、五軸并聯(lián)機(jī)床，其特征在于平動(dòng)復(fù)合萬向鉸(U*)的結(jié)構(gòu)是三支等長連桿兩端分別通過虎克鉸連接在兩個(gè)連接板上。
3.按照權(quán)利要求1所說的可重組三、四、五軸并聯(lián)機(jī)床，其特征在于所說的連接副是按重組機(jī)構(gòu)自由度的要求可是移動(dòng)副(P)、虎克鉸(U)、回轉(zhuǎn)副(R)、剛性連接構(gòu)件或其組合。
4.按照權(quán)利要求1至3所說的可重組三、四、五軸并聯(lián)機(jī)床，其特征在于利用一支具有五自由度的復(fù)合連接桿和四支連接桿將運(yùn)動(dòng)臺(tái)和固定臺(tái)連接，可重組成五自由度五軸并聯(lián)機(jī)床。
5.按照權(quán)利要求1至3所說的可重組三、四、五軸并聯(lián)機(jī)床，其特征在于利用一支具有四自由度的復(fù)合連接桿和三支連接桿將運(yùn)動(dòng)臺(tái)和固定臺(tái)連接，可重組成四自由度四軸并聯(lián)機(jī)床。
6.按照權(quán)利要求1至3所說的可重組三、四、五軸并聯(lián)機(jī)床，其特征在于利用一支具有三自由度的復(fù)合連接桿和二支連接桿將運(yùn)動(dòng)臺(tái)和固定臺(tái)連接，可重組成三自由度三軸并聯(lián)機(jī)床。
7.按照權(quán)利要求1至3所說的可重組三、四、五軸并聯(lián)機(jī)床，其特征在于利用三支復(fù)合連接桿將運(yùn)動(dòng)臺(tái)和固定臺(tái)連接，可重組成三自由度三軸并聯(lián)機(jī)床。
全文摘要
一種可重組三、四、五軸并聯(lián)機(jī)床,其運(yùn)動(dòng)臺(tái)通過三～五支連接桿與固定臺(tái)連接,其中二～四支連接桿與運(yùn)動(dòng)臺(tái)和固定臺(tái)的連接是虎克鉸或球鉸和移動(dòng)副,另一支連接桿是平動(dòng)復(fù)合萬向鉸兩端連接著連接副組成的復(fù)合連接桿,運(yùn)動(dòng)臺(tái)上裝著電主軸和刀具,固定臺(tái)上有滑道。利用一支復(fù)合連接桿和其它連接桿可以重組成三、四、五軸并聯(lián)機(jī)床。本發(fā)明并聯(lián)機(jī)床運(yùn)動(dòng)易重組、耦合度低、加工裝配工藝性好、造價(jià)低,可廣泛應(yīng)用在空間曲面的加工中。
文檔編號(hào)B23Q5/22GK1281769SQ0012218
公開日2001年1月31日 申請日期2000年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月3日
發(fā)明者高峰, 李為民, 劉辛軍 申請人:河北工業(yè)大學(xué)