一種四分支燕形五軸加工設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于數(shù)控機(jī)械加工領(lǐng)域，特別涉及一種數(shù)控五軸加工設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]五軸加工中心，是一種科技含量高、精密度高專門用于加工復(fù)雜曲面的加工中心，這種加工中心系統(tǒng)對(duì)一個(gè)國家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設(shè)備等等行業(yè)有著舉足輕重的影響力。目前，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要是以串聯(lián)和混聯(lián)的形式組成，串聯(lián)機(jī)床的五軸銑削加工中心多數(shù)靠X、Y、Z三個(gè)方向的直線運(yùn)動(dòng)加串聯(lián)雙擺頭或者是兩自由度工件裝卡分度轉(zhuǎn)臺(tái)的方式來提供五個(gè)自由度，這造成了五軸加工中心具有剛度較低，承載力較小等一系列缺點(diǎn)。并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有剛度重量比大，制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，近二十年來國內(nèi)外已研發(fā)出多種機(jī)型樣機(jī)，其中基于六自由度的Stewart平臺(tái)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)開發(fā)樣機(jī)較多，有些已經(jīng)應(yīng)用，但存在分支多，工作空間小等不足。串并混聯(lián)機(jī)床應(yīng)用少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)分支少，工作空間大的優(yōu)點(diǎn)，大多數(shù)通過在三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)加串聯(lián)雙擺頭的方式來提供五個(gè)自由度，雙擺頭運(yùn)動(dòng)空間大，但高精度雙擺頭體積大、成本高，影響了其應(yīng)用推廣。公開號(hào)為CN102490187 A的專利提出了一種新型五自由度并聯(lián)機(jī)械手，此發(fā)明雖然全部利用并聯(lián)機(jī)構(gòu)來滿足五自由度，但執(zhí)行端靈活空間小。公開號(hào)為CN104029196 A的專利提出了一種三轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其四分支結(jié)構(gòu)剛度較好，但加工中心并不需要三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。公開號(hào)為CN1958229 A的專利提出了一種五自由度并串聯(lián)數(shù)控機(jī)床，采用四個(gè)伸縮分支的并聯(lián)機(jī)構(gòu)串聯(lián)擺動(dòng)伺服軸實(shí)現(xiàn)了五軸聯(lián)動(dòng)；當(dāng)固定平臺(tái)上的萬向鉸位置和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)球鉸、轉(zhuǎn)動(dòng)副為矩形且四個(gè)伸縮分支等長(zhǎng)度時(shí)并聯(lián)機(jī)構(gòu)發(fā)生結(jié)構(gòu)奇異;為了避免機(jī)構(gòu)奇異，如該發(fā)明實(shí)施例附圖中所示，其采用運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和固定平臺(tái)鉸座位置為反向梯形分布，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副相鄰布置在梯形下底邊，兩個(gè)球鉸相鄰布置在梯形上底邊，這種布置雖理論上離開奇異點(diǎn)，但由于仍然離奇異點(diǎn)相對(duì)較近，使運(yùn)動(dòng)平臺(tái)各向剛度不一致，繞垂直于固定平臺(tái)軸線扭轉(zhuǎn)的剛度較低，球副相鄰布置使得機(jī)床靈活空間較小，以上因素使得其難以滿足并聯(lián)機(jī)床工程實(shí)際上的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種工作空間大，各方向移動(dòng)和扭轉(zhuǎn)剛度大，節(jié)約成本，安裝方便的四分支五軸加工設(shè)備。
[0004]本發(fā)明包括主軸、單擺頭、動(dòng)平臺(tái)、四條直線驅(qū)動(dòng)分支、機(jī)架、一個(gè)第一轉(zhuǎn)動(dòng)框和兩個(gè)第二轉(zhuǎn)動(dòng)框;所述四條直線驅(qū)動(dòng)分支均為直線模組驅(qū)動(dòng)。
[0005]第一種連接方式:
[0006]所述機(jī)架由門字形前框和其后與其連為一體的弓形后框組成，所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)框設(shè)在機(jī)架弓形后框的框內(nèi)，該第一轉(zhuǎn)動(dòng)框通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與機(jī)架相連，該轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線位于機(jī)架左右對(duì)稱面內(nèi)且與工作臺(tái)平面夾角為0°到45°，兩條第一直線驅(qū)動(dòng)分支的直線模組滑塊的兩端分別通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與第一轉(zhuǎn)動(dòng)框的上下兩端連接，該兩條第一直線驅(qū)動(dòng)分支的一端為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其另一端分別通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)的上端和下部連接，上述兩條第一直線驅(qū)動(dòng)分支中的四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線互相平行且垂直于第一轉(zhuǎn)動(dòng)框轉(zhuǎn)動(dòng)軸線;所述兩個(gè)第二轉(zhuǎn)動(dòng)框設(shè)在機(jī)架弓形框架頂部?jī)蓚?cè)，所述兩個(gè)第二轉(zhuǎn)動(dòng)框分別通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與機(jī)架連接，兩條第二直線驅(qū)動(dòng)分支的直線模組滑塊的兩端分別通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與第二轉(zhuǎn)動(dòng)框連接，該兩條第二直線驅(qū)動(dòng)分支的一端為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其另一端分別通過球副與動(dòng)平臺(tái)的左右兩側(cè)連接，單擺頭設(shè)在動(dòng)平臺(tái)上且轉(zhuǎn)動(dòng)軸線垂直于上述與動(dòng)平臺(tái)連接的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線，主軸固定在單擺頭上。
[0007]第二種連接方式:
[0008]所述機(jī)架為弓形框架，所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)框設(shè)在機(jī)架弓形框架頂部左右對(duì)稱面內(nèi)，該第一轉(zhuǎn)動(dòng)框通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與機(jī)架相連，該轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線位于機(jī)架左右對(duì)稱面內(nèi)且與工作臺(tái)平面夾角為0°到45°，兩條第一直線驅(qū)動(dòng)分支的直線模組滑塊的兩端分別通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與第一轉(zhuǎn)動(dòng)框的上下兩端連接，該兩條第二直線驅(qū)動(dòng)分支的一端為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其另一端分別通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)的上、下兩端連接，上述兩條第一直線驅(qū)動(dòng)分支中的四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線互相平行且垂直于第一轉(zhuǎn)動(dòng)框轉(zhuǎn)動(dòng)軸線;所述兩個(gè)第二轉(zhuǎn)動(dòng)框位于機(jī)架下部?jī)蓚?cè)且分別通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與機(jī)架相連，兩條第二直線驅(qū)動(dòng)分支的直線模組滑塊的兩端分別通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與第二轉(zhuǎn)動(dòng)框連接，該兩條第二直線驅(qū)動(dòng)分支的一端為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其另一端分別通過球副與動(dòng)平臺(tái)的左右兩側(cè)連接；單擺頭設(shè)在動(dòng)平臺(tái)上且轉(zhuǎn)動(dòng)軸線垂直于上述與動(dòng)平臺(tái)連接的兩轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線，主軸固定在單擺頭上。
[0009]本發(fā)明通過設(shè)置第一轉(zhuǎn)動(dòng)框?qū)蓚€(gè)與動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接的直線驅(qū)動(dòng)分支裝配成帶有擺軸的平面機(jī)構(gòu)主體，稱之為燕身；另外兩個(gè)直線驅(qū)動(dòng)分支(燕翅)通過第二、第三轉(zhuǎn)動(dòng)框設(shè)置在平面機(jī)構(gòu)主體(燕身)兩側(cè)、第一轉(zhuǎn)動(dòng)框的上部(燕翅向上)或下部(燕翅向下)，兩個(gè)球鉸安裝在動(dòng)平臺(tái)兩轉(zhuǎn)動(dòng)副中心連線兩側(cè)。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0011]1、本發(fā)明利用這種燕形分支布置的方式有效的避免了機(jī)構(gòu)的奇異，并且實(shí)現(xiàn)了動(dòng)平臺(tái)沿各方向的移動(dòng)剛度和繞各方向的扭轉(zhuǎn)剛度一致性好、剛度大。
[0012]2、本發(fā)明利用球副相對(duì)布置的方式增加了球副轉(zhuǎn)角的利用，有效的增大了機(jī)床的靈活空間滿足了五軸加工中心對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間的要求。
[0013]3、本發(fā)明與串聯(lián)雙擺頭混聯(lián)機(jī)床相比結(jié)構(gòu)剛度大，承載能力強(qiáng)，精度高；
[0014]4、本發(fā)明利用直線驅(qū)動(dòng)分支作和單擺頭為驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)剛度大，工作載荷大傳動(dòng)少，加工精度高。
[0015]以上特點(diǎn)使得本發(fā)明能夠很好的滿足并聯(lián)機(jī)床在工程實(shí)際上的要求。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的立體示意簡(jiǎn)圖。
[0017]圖2為圖1的后視圖。
[0018]圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的立體示意簡(jiǎn)圖。
[0019]圖4為圖3的后視圖。
[0020]圖中:1、第一直線驅(qū)動(dòng)分支a;2、第一直線驅(qū)動(dòng)分支b;3、第一轉(zhuǎn)動(dòng)框;4、第二直線驅(qū)動(dòng)分支a; 5、第二轉(zhuǎn)動(dòng)框a; 6、單擺頭;7、主軸;8、動(dòng)平臺(tái)；9、第二直線驅(qū)動(dòng)分支b; 10第二轉(zhuǎn)動(dòng)框b; 11機(jī)架。
【具體實(shí)施方式】
[0021]實(shí)施例1
[0022]在圖1和圖2所示的四分支燕形五軸加工設(shè)備示意圖中，機(jī)架11由門字形前框和其后設(shè)有與其連為一體的弓形后框組成，第一轉(zhuǎn)動(dòng)框3設(shè)在機(jī)架弓形框架后部的框內(nèi)，該第一轉(zhuǎn)動(dòng)框通過轉(zhuǎn)動(dòng)副R1與機(jī)架相連，該轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線位于機(jī)架左右對(duì)稱面內(nèi)且與工作臺(tái)平面夾角為45°到90°，第一直線驅(qū)動(dòng)分支al、第一直線驅(qū)動(dòng)分支b2的直線模組滑塊的兩端分別通過轉(zhuǎn)動(dòng)副R2和R3與第一轉(zhuǎn)動(dòng)框的上下兩端連接，該兩條第一直線驅(qū)動(dòng)分支的一端為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其另一端分別通過轉(zhuǎn)動(dòng)副R8和R9與動(dòng)平臺(tái)8的上端和下部連接，上述兩條第一直線驅(qū)動(dòng)分支中的四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線互相平行且垂直于第一轉(zhuǎn)動(dòng)框轉(zhuǎn)動(dòng)軸線;第二轉(zhuǎn)動(dòng)框a5和第二轉(zhuǎn)動(dòng)框blO設(shè)在機(jī)架弓形框架頂部?jī)蓚?cè)，所述兩個(gè)第二轉(zhuǎn)動(dòng)框分別通過轉(zhuǎn)動(dòng)副R4、R6與機(jī)架連接，第二直線驅(qū)動(dòng)分支a的直線模組滑塊的兩端分別通過轉(zhuǎn)動(dòng)副R5與第二轉(zhuǎn)動(dòng)框a連接，第二直線驅(qū)動(dòng)分支b的直線模組滑塊的兩端分別通過轉(zhuǎn)動(dòng)副R7與第二轉(zhuǎn)動(dòng)框b連接，該兩條第二直線驅(qū)動(dòng)分支的一端為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其另一端分別通過球副S2和5工與動(dòng)平臺(tái)的左右兩側(cè)連接，單擺頭6設(shè)在動(dòng)平臺(tái)上且轉(zhuǎn)動(dòng)軸線垂直于上述與動(dòng)平臺(tái)連接的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副R8和R9的軸線，主軸7固定在單擺頭上且轉(zhuǎn)動(dòng)軸線垂直于單擺頭的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線。
[0023]實(shí)施例2
[0024]如圖3和圖4所示，機(jī)架11為弓形框架，第一轉(zhuǎn)動(dòng)框3設(shè)在機(jī)架弓形框架頂部左右對(duì)稱面內(nèi)，該第一轉(zhuǎn)動(dòng)框通過轉(zhuǎn)動(dòng)副R1與機(jī)架相連，該轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線位于機(jī)架左右對(duì)稱面內(nèi)且與工作臺(tái)平面夾角為0°到45°，第一直線驅(qū)動(dòng)分支al和第一直線驅(qū)動(dòng)分支b2的直線模組滑塊的兩端分別通過轉(zhuǎn)動(dòng)副RdPR3與第一轉(zhuǎn)動(dòng)框的上下兩端連接，該兩條第二直線驅(qū)動(dòng)分支的一端為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其另一端分別通過轉(zhuǎn)動(dòng)副R8和R9與動(dòng)平臺(tái)的上、下兩端連接，上述兩條第一直線驅(qū)動(dòng)分支中的四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線互相平行且垂直于第一轉(zhuǎn)動(dòng)框轉(zhuǎn)動(dòng)軸線;第二轉(zhuǎn)動(dòng)框a5和第二轉(zhuǎn)動(dòng)框blO分別設(shè)在機(jī)架下部?jī)蓚?cè)，所述兩個(gè)第二轉(zhuǎn)動(dòng)框通過轉(zhuǎn)動(dòng)副R4、R6與機(jī)架相連，兩條第二直線驅(qū)動(dòng)分支的直線模組滑塊的兩端分別通過轉(zhuǎn)動(dòng)副R5、R?與第二轉(zhuǎn)動(dòng)框連接，該兩條第二直線驅(qū)動(dòng)分支的一端為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其另一端分別通過球副S2和3工與動(dòng)平臺(tái)的左右兩側(cè)連接;單擺頭6設(shè)在動(dòng)平臺(tái)上且轉(zhuǎn)動(dòng)軸線垂直于上述與動(dòng)平臺(tái)連接的兩轉(zhuǎn)動(dòng)副R8和R9的軸線，主軸7固定在單擺頭上且轉(zhuǎn)動(dòng)軸線垂直于單擺頭的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種四分支燕形五軸加工設(shè)備，它包括主軸、單擺頭、動(dòng)平臺(tái)、四條直線驅(qū)動(dòng)分支和機(jī)架，其特征在于:它還包括一個(gè)第一轉(zhuǎn)動(dòng)框、兩個(gè)第二轉(zhuǎn)動(dòng)框;所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)框通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與機(jī)架相連，轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線位于機(jī)架左右對(duì)稱面內(nèi)，兩條第一直線驅(qū)動(dòng)分支穿過第一轉(zhuǎn)動(dòng)框，它們的中部滑塊和一端分別與第一轉(zhuǎn)動(dòng)框和動(dòng)平臺(tái)通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線互相平行且垂直于第一轉(zhuǎn)動(dòng)框轉(zhuǎn)動(dòng)軸線;所述兩個(gè)第二轉(zhuǎn)動(dòng)框位于機(jī)架左右對(duì)稱面兩側(cè)通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與機(jī)架相連，兩條第二直線驅(qū)動(dòng)分支穿過各自的第二轉(zhuǎn)動(dòng)框，且各自中部滑塊與第二轉(zhuǎn)動(dòng)框通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，一端與動(dòng)平臺(tái)通過球鉸連接，球鉸中心位于兩條第一直線分支與動(dòng)平臺(tái)連接轉(zhuǎn)動(dòng)副的左右兩側(cè)，單擺頭設(shè)在動(dòng)平臺(tái)上且轉(zhuǎn)動(dòng)軸線垂直于上述與動(dòng)平臺(tái)連接的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線，主軸固定在單擺頭上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四分支燕形五軸加工設(shè)備，其特征在于:所述機(jī)架由門字形前框和其后與其連為一體的弓形后框組成，所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)框設(shè)在機(jī)架弓形后框的框內(nèi)，該第一轉(zhuǎn)動(dòng)框轉(zhuǎn)動(dòng)軸線位于機(jī)架弓形框內(nèi)且與工作臺(tái)平面夾角為45°到90°，所述兩個(gè)第二轉(zhuǎn)動(dòng)框轉(zhuǎn)動(dòng)位于機(jī)架弓形框頂部?jī)蓚?cè)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四分支燕形五軸加工設(shè)備，其特征在于:所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)框轉(zhuǎn)動(dòng)軸線位于機(jī)架上部左右對(duì)稱面內(nèi)且與工作臺(tái)平面夾角為0°到45°，所述兩個(gè)第二轉(zhuǎn)動(dòng)框轉(zhuǎn)動(dòng)位于機(jī)架下部?jī)蓚?cè)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四分支燕形五軸加工設(shè)備，其特征在于:所述單擺頭設(shè)在動(dòng)平臺(tái)上，擺動(dòng)軸線與動(dòng)平臺(tái)兩轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直。
【專利摘要】一種四分支燕形五軸加工設(shè)備，它包括主軸、單擺頭、動(dòng)平臺(tái)、四條直線驅(qū)動(dòng)分支、機(jī)架、一個(gè)第一轉(zhuǎn)動(dòng)框和兩個(gè)第二轉(zhuǎn)動(dòng)框；所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)框位于機(jī)架左右對(duì)稱面內(nèi)通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與機(jī)架連接，兩條第一直線驅(qū)動(dòng)分支穿過第一轉(zhuǎn)動(dòng)框，且中部和一端分別與第一轉(zhuǎn)動(dòng)框和動(dòng)平臺(tái)連接，四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線互相平行且垂直于第一轉(zhuǎn)動(dòng)框轉(zhuǎn)動(dòng)軸線；所述兩個(gè)第二轉(zhuǎn)動(dòng)框位于機(jī)架左右兩側(cè)通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與機(jī)架相連，兩條第二直線驅(qū)動(dòng)分支穿過各自的第二轉(zhuǎn)動(dòng)框，且各自中部與第二轉(zhuǎn)動(dòng)框通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，一端與動(dòng)平臺(tái)通過球鉸連接，單擺頭設(shè)在動(dòng)平臺(tái)上，主軸固定在單擺頭上。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、結(jié)構(gòu)剛度大、承載能力強(qiáng)、加工精度高，五軸聯(lián)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)曲面加工。
【IPC分類】B23Q1/01, B23Q5/34
【公開號(hào)】CN105563205
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610080527
【發(fā)明人】趙鐵石, 尹祖望, 田夢(mèng)婷, 祁曉園
【申請(qǐng)人】燕山大學(xué)
【公開日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2016年2月4日