專利名稱：并聯(lián)主軸頭動(dòng)臂支撐結(jié)構(gòu)及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械制造設(shè)備機(jī)床中的并聯(lián)主軸頭動(dòng)臂支撐結(jié)構(gòu)及制造方法。
背景技術(shù)：
誕生于上世紀(jì)90年代的并聯(lián)主軸頭裝置具有動(dòng)作靈活，定位準(zhǔn)確，承載能力 強(qiáng)，運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量小，容易實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)等特點(diǎn)，成為目前機(jī)床行業(yè)研究的一個(gè)新的方 向。然而并聯(lián)機(jī)構(gòu)尤其是6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)耦合性強(qiáng)，工作空間小，數(shù)控編程困 難。因此少自由度并聯(lián)裝置越來越多的受到了研究者的重視，其中能實(shí)現(xiàn)三自由度運(yùn)動(dòng) 的并聯(lián)主軸頭已經(jīng)開始了工程應(yīng)用。 三自由度并聯(lián)主軸頭可以與多種形式的機(jī)床組合，構(gòu)成混聯(lián)五軸機(jī)床。此類產(chǎn) 品具有并聯(lián)和串聯(lián)裝置的優(yōu)點(diǎn)，特別適合于飛機(jī)整體結(jié)構(gòu)件的加工，具有非常廣泛的應(yīng) 用前景。 并聯(lián)主軸頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，決定了其單支路必須在主軸套外面裝好，然后裝入主 軸套中，這就造成了在裝配過程中四邊形的動(dòng)臂會(huì)與絲杠，光柵尺等件發(fā)生干涉。因此 必須發(fā)明一種結(jié)構(gòu)有效的克服此類干涉現(xiàn)象的發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種并聯(lián)主軸頭動(dòng)臂支撐結(jié)構(gòu)及制造方法，從而解決其三 個(gè)單支路組裝過程中，動(dòng)臂與絲杠的干涉問題。 并聯(lián)主軸頭動(dòng)臂支撐結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于設(shè)計(jì)方案是在下方由Al、 A2、 A3點(diǎn)組成的三角形固定平臺(tái)，上方由B1、 B2、 B3點(diǎn)組成的三角形為動(dòng)平臺(tái)，在與 電主軸同軸心的上、下平臺(tái)等分120度的各自對(duì)應(yīng)點(diǎn)A1-B1、 A2-B2、 A3-B3的空間，分 別由平行四邊形結(jié)構(gòu)的平動(dòng)副連接成三維的三個(gè)支路，各支路的平行四邊形結(jié)構(gòu)一端設(shè) 轉(zhuǎn)動(dòng)副通過球鉸副與動(dòng)平臺(tái)Bl-B3點(diǎn)鉸接、另一端由平動(dòng)副與主軸套形成固定平臺(tái)；當(dāng) 三個(gè)支路的平動(dòng)副行程不一致時(shí)就會(huì)牽動(dòng)動(dòng)平臺(tái)作水平擺動(dòng)，同時(shí)空間的動(dòng)臂、球鉸副 也會(huì)作轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)三自由度運(yùn)動(dòng)。按此設(shè)計(jì)制造出并聯(lián)主軸頭動(dòng)臂支撐結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu) 相同、相互獨(dú)立的三個(gè)單支路A1點(diǎn)至B1點(diǎn)的空間設(shè)置平動(dòng)副為兩個(gè)平行動(dòng)臂，將動(dòng) 臂一端與平動(dòng)副中的滑座固定，Al-A3點(diǎn)由絲杠、線軌和滑座與底板固定組成平動(dòng)副； 各平動(dòng)副等間距與主軸套內(nèi)壁固定；動(dòng)平臺(tái)等分120度的Bl-B3點(diǎn)由球鉸副分別在垂直 空間內(nèi)與平行四邊形結(jié)構(gòu)另一端結(jié)合成轉(zhuǎn)動(dòng)副，形成各支路，三個(gè)支路均有各自的絲杠 電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，電主軸穿過動(dòng)平臺(tái)圓心，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)平臺(tái)B1、 B2、 B3的姿態(tài)和位置的 獨(dú)立控制，從而實(shí)現(xiàn)A/B軸的擺動(dòng)和Z軸的平動(dòng)。 本發(fā)明的并聯(lián)主軸頭動(dòng)臂支撐結(jié)構(gòu)能夠?qū)?dòng)臂撐起，并實(shí)現(xiàn)固定，從而限制了 其在裝本并聯(lián)主軸頭可用于立式或臥式結(jié)構(gòu)，組成不同的混聯(lián)機(jī)床。


附圖1并聯(lián)主軸頭制造方法的原理圖； 附圖2單一的并聯(lián)主軸頭動(dòng)臂支撐結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖3是圖2并聯(lián)主軸頭動(dòng)臂支撐結(jié)構(gòu)左視圖； 附圖4是結(jié)合后的并聯(lián)主軸頭實(shí)例； 附圖5是固定在主軸套內(nèi)的并聯(lián)主軸頭示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明并聯(lián)主軸頭動(dòng)臂結(jié)構(gòu)的制造方法結(jié)合附圖1所示的并聯(lián)主軸頭運(yùn)動(dòng)學(xué) 模型說明設(shè)計(jì)思想其中下方由A1、 A2、 A3點(diǎn)組成的三角形擬定為固定平臺(tái)，對(duì)應(yīng)于 圖5中的主軸套15。上方設(shè)B1、 B2、 B3點(diǎn)組成的三角形為運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，對(duì)應(yīng)于圖4中動(dòng)平 臺(tái)12。在上、下平臺(tái)的各自對(duì)應(yīng)點(diǎn)A1-B1、 A2-B2、 A3-B3的空間分別由平行四邊形結(jié)構(gòu) 連接成三維的三個(gè)支路。按此設(shè)計(jì)思想制造的并聯(lián)主軸頭動(dòng)臂支撐結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)相同、相 互獨(dú)立的三個(gè)單支路，如A1點(diǎn)至B1點(diǎn)的空間加兩個(gè)平行動(dòng)臂為平行四邊形結(jié)構(gòu)，由絲 杠、線軌和滑座組成平動(dòng)副、并將動(dòng)臂一端與底板上的滑座固定，并且A1-A3點(diǎn)與主軸 套15固定，圓形動(dòng)平臺(tái)上等分120度的Bl-B3點(diǎn)由球鉸副分別在垂直空間內(nèi)與平行四邊 形結(jié)構(gòu)另一端結(jié)合成轉(zhuǎn)動(dòng)副，形成各支路。三個(gè)支路均有各自的絲杠電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)， 實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)平臺(tái)B1、 B2、 B3的姿態(tài)和位置的獨(dú)立控制，動(dòng)平臺(tái)12帶動(dòng)電主軸13，從而實(shí) 現(xiàn)A/B軸的擺動(dòng)和Z軸的平動(dòng)。 根據(jù)圖1所示原理設(shè)計(jì)的并聯(lián)主軸頭單支路動(dòng)臂支撐結(jié)構(gòu)，3個(gè)單支路動(dòng)臂支撐結(jié) 構(gòu)一端固定于上方主軸套中，且在主軸套中互成120度、下端與固定平臺(tái)固定；具體見圖 2、 4:沿著底板1內(nèi)面長(zhǎng)邊平行安置兩條線軌2、絲杠5安置在線軌2之間，絲杠5上的絲 母與滑座3固定，滑座3固定于線軌2上面的滑塊14上。兩個(gè)平行的動(dòng)臂4 一端與滑座3 的固定位鉸接，另一端與上滑座6球鉸副連接，上滑座6上固定球餃副7，構(gòu)成一套與平行 四邊形的動(dòng)臂支撐結(jié)構(gòu)相接的轉(zhuǎn)動(dòng)副。絲杠5與各自的安裝在底板1末端的電機(jī)連接，構(gòu) 成各自獨(dú)立的單支路。這時(shí)的動(dòng)臂會(huì)在重力作用下擺動(dòng)，從而和絲杠發(fā)生干涉。解決這個(gè) 問題的措施見圖3:在上滑座6后部，將彎板10通過螺釘11固定于動(dòng)臂4上，彎板10外 翻平面上開有光孔，螺桿8穿過底板1和光孔，用螺母9緊固，將把持動(dòng)臂支撐裝置的彎板 IO固定于底板I上，各個(gè)單支路的底板1等距120度與主軸套15內(nèi)壁固定，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂 支撐結(jié)構(gòu)的固定。電主軸13穿過圓臺(tái)形動(dòng)平臺(tái)12的圓心，動(dòng)平臺(tái)12下部圓周有三個(gè)等分 連接座，分別與固定動(dòng)臂后的球鉸副7鉸接，由三個(gè)獨(dú)立的支路組成并聯(lián)主軸頭。
并聯(lián)主軸頭動(dòng)臂支撐結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程如下各支路的電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠5帶動(dòng)滑座3沿 線軌2作直線運(yùn)動(dòng)，滑座3帶動(dòng)動(dòng)臂4、上滑座6構(gòu)成的平行四邊形繞滑座3的固定端作 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由于三個(gè)獨(dú)立的支路是通過球鉸副7與動(dòng)平臺(tái)Bl-B3點(diǎn)鉸接，當(dāng)三個(gè)支路的 滑座3行程不一致時(shí)就會(huì)牽動(dòng)動(dòng)平臺(tái)作水平擺動(dòng)，同時(shí)動(dòng)臂4、球餃副7等也會(huì)作轉(zhuǎn)動(dòng)， 從而實(shí)現(xiàn)三自由度運(yùn)動(dòng)。 在安裝過程中，由于主軸套內(nèi)空間狹小，所以單支路必須在主軸套外面安裝調(diào) 試好，然后再將三個(gè)單支路分別裝于主軸套內(nèi)，最后將動(dòng)平臺(tái)與各個(gè)支路的球鉸副連 接。裝配完成后，將動(dòng)臂支撐裝置取下。
權(quán)利要求
一種并聯(lián)主軸頭動(dòng)臂支撐結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于設(shè)計(jì)方案是在下方由A1、A2、A3點(diǎn)組成的三角形為固定平臺(tái)，上方由B1、B2、B3點(diǎn)組成的三角形為運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，在上、下平臺(tái)的各自對(duì)應(yīng)點(diǎn)A1-B1、A2-B2、A3-B3的空間分別由平行四邊形結(jié)構(gòu)連接成三維的三個(gè)支路；各支路的平行四邊形結(jié)構(gòu)是一端設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)副通過球鉸副與動(dòng)平臺(tái)B1-B3點(diǎn)鉸接、另一端與平動(dòng)副固定；當(dāng)三個(gè)支路的平動(dòng)副行程不一致時(shí)就會(huì)牽動(dòng)動(dòng)平臺(tái)作水平擺動(dòng)，同時(shí)空間的動(dòng)臂、球鉸副也會(huì)作轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)三自由度運(yùn)動(dòng)。
2. —種如權(quán)利要求1所述方法制造的并聯(lián)主軸頭動(dòng)臂支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于在Al點(diǎn) 至B1點(diǎn)的空間設(shè)置兩個(gè)平行動(dòng)臂為平行四邊形結(jié)構(gòu)，再將動(dòng)臂一端與滑座固定，并且 Al-A3點(diǎn)由絲杠、線軌和滑座現(xiàn)底板固定組成平動(dòng)副、動(dòng)平臺(tái)上等分的B1-B3點(diǎn)由球鉸 副分別在垂直空間內(nèi)與平行四邊形結(jié)構(gòu)另一端結(jié)合成轉(zhuǎn)動(dòng)副，形成結(jié)構(gòu)相同、相互獨(dú)立 的三個(gè)單支路；三個(gè)支路均有各自的絲杠電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)平臺(tái)B1、 B2、 B3 的姿態(tài)和位置的獨(dú)立控制，動(dòng)平臺(tái)圓心穿過電主軸，從而實(shí)現(xiàn)A/B軸的擺動(dòng)和Z軸的平 動(dòng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的并聯(lián)主軸頭動(dòng)臂支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于各個(gè)單支路結(jié)構(gòu)是沿 著底板(l)內(nèi)面長(zhǎng)邊平行安置兩條線軌(2)、絲杠(5)安置在線軌(2)之間，絲杠(5)上的絲 母與滑座(3)固定，滑座(3)固定于線軌(2)上面的滑塊(14)上；兩個(gè)平行的動(dòng)臂(4) 一端 與滑座(3)的固定位鉸接，另一端與上滑座(6)球鉸副連接，上滑座(6)上固定球餃副(7)， 構(gòu)成一套與平行四邊形的動(dòng)臂支撐結(jié)構(gòu)相接的轉(zhuǎn)動(dòng)副；絲杠(5)與各自的安裝在底板(1) 末端的電機(jī)連接，構(gòu)成各自獨(dú)立的單支路。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的并聯(lián)主軸頭動(dòng)臂支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于單支路的動(dòng)臂支撐結(jié) 構(gòu)固定在上滑座(6)后部，將彎板10通過螺釘11固定于動(dòng)臂(4)上，彎板(10)外翻平 面上開有光孔，螺桿(8)穿過底板(1)和光孔，用螺母(9)緊固，將把持動(dòng)臂支撐裝置的彎 板(10)固定于底板(1)上，各個(gè)單支路的底板(1)等距120度與主軸套(15)內(nèi)壁固定；圓 臺(tái)形動(dòng)平臺(tái)(12)的圓心穿過電主軸(13)，動(dòng)平臺(tái)(12)下部圓周有三個(gè)等分連接座，分別與 固定動(dòng)臂后的球鉸副(7)鉸接，由三個(gè)獨(dú)立的支路組成并聯(lián)主軸頭。
全文摘要
并聯(lián)主軸頭動(dòng)臂支撐結(jié)構(gòu)及制造方法，其特征在于方法是在同心軸的上、下平臺(tái)等分120度的各自對(duì)應(yīng)點(diǎn)的空間分別由平行四邊形結(jié)構(gòu)上端設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)三點(diǎn)絞接、下端由平動(dòng)副與主軸套形成固定平臺(tái)；制造出的該結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)相同、相互獨(dú)立的三個(gè)單支路空間設(shè)置兩個(gè)平行動(dòng)臂，再將動(dòng)臂下端與絲杠、線軌和滑座與底板固定組成平動(dòng)副，各平動(dòng)副等距間隔與主軸套內(nèi)壁固定；動(dòng)臂上端三等分點(diǎn)由球鉸副分別在垂直空間內(nèi)與平行動(dòng)臂另一端結(jié)合成轉(zhuǎn)動(dòng)副；各路均有絲杠電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，電主軸穿過動(dòng)平臺(tái)圓心，從而實(shí)現(xiàn)A/B軸的擺動(dòng)和Z軸的平動(dòng)。該裝置很好的解決了并聯(lián)主軸頭動(dòng)臂與絲杠及光柵尺等重要部件在裝配過程中的干涉問題。
文檔編號(hào)B23Q1/48GK101691013SQ200910187618
公開日2010年4月7日 申請(qǐng)日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者劉宗際, 劉峰, 張 雄, 徐永明, 賀鑫元, 金曉紅 申請(qǐng)人:中捷機(jī)床有限公司