本發(fā)明屬于機械制造領(lǐng)域，特別涉及一種適合臥式加工三自由度并聯(lián)主軸頭機構(gòu)。

背景技術(shù)：

五軸聯(lián)動數(shù)控機床是制造業(yè)中的重要加工裝備，傳統(tǒng)的五軸聯(lián)動數(shù)控機床通常采用龍門式結(jié)構(gòu)，工作臺、橫梁和主軸部件實現(xiàn)X、Y、Z軸的移動，再加上擺叉式或萬能擺頭，實現(xiàn)AC軸或AB軸的兩個回轉(zhuǎn)運動。這類五軸數(shù)控機床的主軸偏轉(zhuǎn)角度較大，在單個軸線上可以達到很高的回轉(zhuǎn)速度和加速度，但是在大擺角加工時存在擺角自動回轉(zhuǎn)造成零件銑傷；而且五坐標聯(lián)動加工設(shè)備旋轉(zhuǎn)坐標的結(jié)構(gòu)特點在高速加工時存在無效路徑長的現(xiàn)象，從而造成擺角速度與線性軸速度不匹配造成零件輪廓精度低或機床報警；為了承載末端部件的重量，前端支撐部件的運動慣性大，因而不宜實現(xiàn)高速運動。

為了克服擺叉式主軸頭擺角結(jié)構(gòu)的缺點，國內(nèi)外一些研究人員和公司利用并聯(lián)機構(gòu)剛度高、慣性低、承載能力強的優(yōu)點，提出了并聯(lián)構(gòu)型主軸頭結(jié)構(gòu)。這種新型主軸頭結(jié)構(gòu)發(fā)揮了純串聯(lián)和純并聯(lián)拓撲結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，具有結(jié)構(gòu)緊湊、可重構(gòu)能力強的優(yōu)點，可根據(jù)用戶需求搭建專機(如5坐標高速加工中心)。例如，DS Technology公司將Sprint Z3主軸頭配置在可以沿X和Y方向運動的串聯(lián)機構(gòu)上，設(shè)計開發(fā)數(shù)控機床產(chǎn)品，包括Ecospeed和Ecospeed F等。這類五軸聯(lián)動數(shù)控機床加工過程中，所有加工運動都通過加工刀具的移動或轉(zhuǎn)動完成，而工件不動，這對大型結(jié)構(gòu)件加工非常有利。

目前國內(nèi)外開發(fā)的并聯(lián)構(gòu)型主軸頭主要由三個結(jié)構(gòu)相同的運動學(xué)支鏈組成，并且在空間中均勻布置，這種配置方式在立式加工時具有各項同性好的優(yōu)點。但是，現(xiàn)有的并聯(lián)主軸頭在臥式加工中，由于支鏈重力的影響，臥式加工中各個支鏈動態(tài)特性相差較大，嚴重影響機床加工性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)串聯(lián)式主軸頭結(jié)構(gòu)的不足，以及現(xiàn)有具有對稱結(jié)構(gòu)并聯(lián)主軸頭的動態(tài)性能各向同性差的問題，提供一種臥式三自由度并聯(lián)主軸頭機構(gòu)，使其該主軸頭機構(gòu)具有剛度高，運動慣性低，且動態(tài)性能各向同性好等特點，減弱支鏈重力對臥式主軸頭結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性的影響，應(yīng)用于五軸混聯(lián)機床中可以實現(xiàn)高速高精度的加工。

本發(fā)明技術(shù)方案是：

一種特別適合臥式加工三自由度并聯(lián)主軸頭機構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括定平臺、動平臺、主軸，以及設(shè)置在所述定平臺和動平臺的第一分支、第二分支和第三分支，所述定平臺包括第一機架、第二機架、第三機架和底座，第一機架、第二機架和第三機架固定在底座上且空間均勻分布，其特征在于：第一機架位于底座的最下方，第一分支包括第一滑塊導(dǎo)軌機構(gòu)、第一連桿和第二連桿，其中第一滑塊導(dǎo)軌機構(gòu)的導(dǎo)軌固連在第一機架上，第一滑塊分別通過第一虎克鉸、第二虎克鉸與第一連桿、第二連桿的一端連接，動平臺分別通過第一球副、第二球副和第一連桿、第二連桿的另一端連接；第二分支包括第二滑塊導(dǎo)軌機構(gòu)以及第三連桿，其中第二滑塊導(dǎo)軌機構(gòu)的導(dǎo)軌固連在第二機架上，第二滑塊通過轉(zhuǎn)動副和第三連接桿的一端連接，動平臺通過第三球副和第三連桿的另一端連接；第三分支與第二分支結(jié)構(gòu)相同。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點及突出性的技術(shù)效果：由于本發(fā)明的第一分支采用了兩個連接連桿，并且第一機架上的第一分支安裝在動平臺的最下方，該機構(gòu)具有剛度高、負載能力強、運動部件質(zhì)量小、動態(tài)性能各向同性好的特點。此外，該機構(gòu)是臥式主軸頭機構(gòu)，易于配置在可以沿X和Y方向運動的串聯(lián)機構(gòu)上組成五軸聯(lián)動數(shù)控機床。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的臥式三自由度并聯(lián)主軸頭機構(gòu)實施例的三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的第一分支實施例結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的第二分支實施例結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-定平臺；2-動平臺；3-第一分支、4-第二分支、5-第三分支、6-主軸、101-第一機架、102-第二機架、103-第三機架、104-底座、301-第一連桿、302-第二連桿、303-第一滑塊、311-第一虎克鉸、312-第二虎克鉸、321-第一球副、322-第二球副、401-第三連桿、402-第二滑塊、411-轉(zhuǎn)動副、421-第三球副。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、原理和具體實施方式進一步說明。

圖1為本發(fā)明提供的臥式三自由度并聯(lián)主軸頭機構(gòu)實施例的三維結(jié)構(gòu)示意圖，所述的臥式三自由度并聯(lián)主軸頭機構(gòu)結(jié)構(gòu)包括定平臺1、動平臺2、主軸6，以及設(shè)置在所述定平臺1和動平臺2的第一分支3、第二分支4和第三分支5，組成了空間三自由度并聯(lián)主軸頭機構(gòu)。所述定平臺1包括第一機架101、第二機架102、第三機架103和底座104，第一機架101、第二機架102和第三機架103固定在底座104上且空間均勻分布，第一分支3、第二分支4和第三分支5分別安裝在第一機架101、第二機架102和第三機架103，其中第一機架101及安裝于第一機架101上的第一分支3位于底座最下方。主軸6固接在動平臺2上，通過第一分支3、第二分支4和第三分支5的協(xié)同運動實現(xiàn)主軸6的位姿改變。

圖2為本發(fā)明的第一分支3實施例結(jié)構(gòu)示意圖，所述的第一分支3包括第一滑塊導(dǎo)軌機構(gòu)、第一連桿301和第二連桿302，其中第一滑塊導(dǎo)軌機構(gòu)的導(dǎo)軌固連在第一機架101上，第一滑塊303分別通過第一虎克鉸311、第二虎克鉸312與第一連桿301、第二連桿302的一端連接，動平臺2分別通過第一球副321、第二球副322和第一連桿301、第二連桿302的另一端連接；所述的第一連桿301和第二連桿302上下布置，且不必位于同一平面內(nèi)，為了提高機構(gòu)動態(tài)性能優(yōu)先采用非平行的布置方式。

圖3為本發(fā)明的第二分支4實施例結(jié)構(gòu)示意圖，所述的第二分支4包括第二滑塊導(dǎo)軌機構(gòu)以及第三連桿401，其中第二滑塊導(dǎo)軌機構(gòu)的導(dǎo)軌固連在第二機架102上，第二滑塊402通過轉(zhuǎn)動副411和第三連接桿401的一端連接，動平臺2通過第三球副421和第三連桿401的另一端連接。

第三分支5與第二分支4結(jié)構(gòu)相同，不再贅述。

本發(fā)明的工作原理如下：

第一分支3的第一滑塊303可以在驅(qū)動電機的驅(qū)動下沿著第一機架101的導(dǎo)軌作往復(fù)直線運動，第二分支4的第二滑塊402可以在驅(qū)動電機的驅(qū)動下沿著第二機架102的導(dǎo)軌作往復(fù)直線運動，第三分支5同理，不再贅述。

為了方便描述運動設(shè)定坐標系如圖1所示：Z軸方向與第一機架101、第二機架102、第三機架103平行，Y軸方向豎直向上，X方向符合右手笛卡爾坐標系。第一分支3、第二分支4和第三分支5的滑塊沿著各自的機架同步移動，可以帶動動平臺2沿著Z軸方向運動，實現(xiàn)一個移動自由度；第一分支3、第二分支4和第三分支5的滑塊沿著各自的機架不同步移動，可以實現(xiàn)動平臺2繞著X和Y軸方向轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)兩個轉(zhuǎn)動自由度。上述第一分支3、第二分支4和第三分支5的滑塊在各自機架上協(xié)同運動，控制動平臺2實現(xiàn)三自由度運動。

特別地，第一分支3的第一連桿301、第二連桿302優(yōu)先采用非平行布置，在運動過程中可以減弱支鏈重力導(dǎo)致的臥式主軸頭各支鏈動態(tài)特性相差較大的問題，應(yīng)用于五軸混聯(lián)機床中可以實現(xiàn)高速高精度的加工。