专利名称：用于可重构并联机床的模块化驱动支链结构的制作方法
技术领域：
本发明属机械制造技术领域，特别涉及一种用于可重构并联机床，模块化的驱动支链结构设计。
背景技术：
制造业是国民经济的支柱产业。21世纪的制造业面对的市场和社会经济环境已发生了根本的变化，市场需求快速多变而且难以预测，因此制造业必须具有适应全球市场竞争的快速响应能力，也就是企业的生产能力可以随市场的需求变化而调节；同时需要生产制造系统本身也可以随时更新，以适应新的生产工艺要求或满足更高的产品质量要求。目前的生产制造系统，都不具备上述的性能。而近几年出现的一类称为并联机床的新型机床，是机床技术和机器人技术相结合的产物，与传统机床相比在可重构性上有明显优势，可根据需要快速地变化结构，以适应市场的变化。
国内外现有的并联机床典型结构主要包括两类一类是伸缩轴式的内副驱动并联机床，这类机床采用框架支撑结构，可控伸缩轴的一端与框架的顶部或底部节点相连接，可控伸缩轴的另一端与安装刀具的主轴用的动平台相连接。另一类是滑块式的外副驱动并联机床。这类机床也采用框架支撑结构。可控滑块在导轨上运动，定长杆的一端与可控滑块相连接，另一端与安装主轴电机的动平台相连接。
这两类并联机床各有优缺点，分别适用于不同类零件的加工。对于伸缩轴驱动的并联机床由于采用框架支撑结构，使得此类机床在与传统机床同等加工能力的条件下，具有更轻的整体重量和更大的加工刚度。但是，这类机床各驱动轴互相耦合，没有优势的加工方向，作业空间较小。同时各伸缩轴长度时刻变化，不易进行热影响的校准。对于滑块驱动的并联机床由于采用定长杆，有效避免了内副驱动机床伸缩腿机构的热效应，大大减少了加工过程的热误差，实用化程度大为改观。此外，通过进一步的理论分析和优化设计后可使此类构型的机床产生优势运动方向，从而与其它运动方向解耦，适于长形复杂曲面工件的加工，且作业空间较大。然而，第二类机床在优势运动方向上刀具作业的灵活度与其它加工方向上刀具作业的灵活度差别明显，虽然这一特点适于对长形工件的加工，但是对其它类型工件的加工却不如第一类机床有优势。
发明内容
本发明的目的是设计一种用于可重构并联机床的模块化的驱动支链结构，以能够适应各种不同类型工件的加工，满足市场快速变化的需求。
本发明公开了一种用于可重构并联机床的模块化驱动支链结构，它包括直线驱动单元模块、工作台模块、定长杆模块、两个球铰副模块以及三个杆固定模块；所述直线驱动单元模块包括支座、丝杆螺母、丝杠及驱动丝杠的电机，其特征在于所述的模块化驱动支链结构还包括两个可变安装角度模块；所述工作台模块具有三个接口，分别为与所述丝杆螺母的接口、与所述可变安装角度模块的接口以及与所述杆固定模块的接口；所述球铰副模块具有与杆固定模块的接口，此接口的几何特征尺寸及连接方式和所述工作台模块与杆固定模块的接口的相同；所述直线驱动单元模块中的支座在其电机轴伸出方向相反的方向的一端上有一段伸出杆，这段杆的外径与所述定长杆模块外径相同；所述的模块化驱动支链结构按照实现伸缩轴驱动功能或滑块驱动功能的需求，将上述各模块及其接口顺序连接起来。
本发明所述模块化驱动支链结构实现伸缩轴驱动功能时的模块连接方式如下所述直线驱动单元模块与其电机轴伸出方向相反的方向的一端依次连接一个杆固定模块、一个球铰副模块和位置固定的可变安装角度模块；所述直线驱动单元模块在另一端通过丝杆螺母与工作台模块连接，工作台模块通过其接口依次连接另一个杆固定模块、套于丝杆上的定长杆模块、第三个杆固定模块、另一个球铰副模块和另一个可变安装角度模块。
本发明所述模块化驱动支链结构实现滑块驱动功能时的模块连接方式如下所述直线驱动单元模块的支座固定，所述丝杆螺母与工作台模块连接；所述工作台模块沿垂直于直线驱动单元模块的丝杆方向的接口依次连接一个可变安装角度模块、一个球铰副模块、一个杆固定模块，定长杆模块、另一个杆固定模块、另一个球铰副模块和另一个可变安装角度模块。
本发明所述定长杆模块是中空的定长杆，定长杆的内壁上涂有一层聚四氟乙烯。
本发明所述的杆固定模块与定长杆模块的连接是通过挤压楔形环实现的。
本发明所述可变安装角度模块包括运动件和固定件，所述运动件除法兰孔外有两个孔，所述固定件除法兰孔外还有多个通孔，其中一个孔在中心分布，其他孔呈环形分布；所述运动件上的两个孔分别与所述固定件的中心分布的孔和环形分布的孔之一对齐，并使用螺栓和螺母实现可变安装角度的固定。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果即通过支链模块的适当组合，可方便构成可重构并联机床所要求的伸缩轴或滑块驱动支链，充分地利用了制造资源，有效地降低了制造成本。
图1为本发明的实现伸缩轴驱动的模块组合的结构示意图。
图2为本发明的实现滑块驱动的模块组合的结构示意图。
图3为直线驱动单元示意图。
图4为工作台模块的接口示意图。
图5为杆固定模块与定长杆模块以及杆固定模块与直线驱动单元的一端伸出杆的连接示意图。
图6为可变安装角度模块的示意图。
图7为可变安装角度模块变化安装角度的原理图。
具体实施例方式
下面结合附图，详细介绍本发明的模块化驱动支链结构及其工作原理。
图1为实现伸缩轴驱动功能时，模块组合方式的结构示意图。其中1和5为两个相同的球铰副模块，6和10为两个相同的可变安装角度模块，7、8和9为三个相同的杆固定模块。当直线驱动单元模块3与其电机轴伸出方向相反的方向的一端依次连接杆固定模块7、球铰副模块5和位置固定的可变安装角度模块6，而在另一端通过丝杆螺母12与工作台模块4连接，工作台模块4通过其接口18依次连接杆固定模块8、套于丝杆上的定长杆模块2、杆固定模块9、球铰副模块1和可变安装角度模块10时，电机14驱动丝杆13推动丝杆螺母，则组成的模块化驱动支链结构可实现伸缩轴驱动功能。
图2为实现滑块驱动功能时，模块组合方式的结构示意图。其中1和5为两个相同的球铰副模块，6和10为两个相同的可变安装角度模块，7和8为两个相同的杆固定模块。当直线驱动单元模块3的支座11固定、其丝杆螺母12与工作台模块4连接，而工作台模块4沿垂直于直线驱动单元模块3的丝杆13方向的接口19依次连接可变安装角度模块6、球铰副模块5、杆固定模块8，定长杆模块2，杆固定模块7、球铰副1和可变安装角度模块10时，电机14驱动丝杆13推动丝杆螺母，则组成的模块化驱动支链结构可实现滑块驱动功能。
定长杆模块2为中空的定长杆，内壁上涂有一层聚四氟乙烯，以减少对丝杆的磨损。
图3为直线驱动单元模块示意图。直线驱动单元模块主要由支座11、丝杆螺母12、丝杠13、驱动丝杠的电机14组成，其中支座在与电机轴伸出方向相反的方向的一端上有一段伸出杆。
图4为工作台模块的接口示意图。工作台模块4上具有三个接口与丝杆螺母12的接口20、与可变安装角度模块的接口19以及与杆固定模块的接口18。
如图5所示，杆固定模块与定长杆模块、杆固定模块与直线驱动单元模块一端的伸出杆之间均采用通过挤压楔形环15进行连接。由于螺钉锁紧使楔形环产生沿杆的轴向的压力，实现将杆件锁紧的功能。
图6为可变安装角度模块的示意图。可变安装角度模块包括运动件16和固定件17，所述运动件16除法兰孔外有两个孔23和24，固定件17除法兰孔外还有6个通孔，其中一个孔21在中心分布，其他5个孔呈环形分布；所述运动件16上的两个孔23和24分别与所述固定件17的中心分布的孔21和环形分布的孔之一对齐，并使用螺栓和螺母实现可变安装角度的固定。
图7为可变安装角度模块变化安装角度的原理图。通过变化固定件17中用与运动件16连接的五个环形分布的孔之一使安装角在一个方向上(图中的X方向)发生变化。通过旋转固定件17改变固定件17中法兰孔(孔25为其中之一)连接顺序而实现安装角在另一个方向上(图中的Z方向)的变化。
权利要求
1.用于可重构并联机床的模块化驱动支链结构，它包括直线驱动单元模块(3)、工作台模块(4)、定长杆模块(2)、两个球铰副模块(1)和(5)以及三个杆固定模块(7)、(8)和(9)；所述直线驱动单元模块(3)包括支座(11)、丝杆螺母(12)、丝杠(13)及驱动丝杠的电机(14)，其特征在于所述的模块化驱动支链结构还包括两个可变安装角度模块(6)和(10)；所述工作台模块(4)具有三个接口，分别为与所述丝杆螺母的接口(20)、与所述可变安装角度模块的接口(19)以及与所述杆固定模块的接口(18)；所述球铰副模块具有与杆固定模块的接口，此接口的几何特征尺寸及连接方式和所述工作台模块与杆固定模块的接口(18)的相同；所述直线驱动单元模块中的支座(11)在其电机轴伸出方向相反的方向的一端上有一段伸出杆，这段杆的外径与所述定长杆模块外径相同；所述的模块化驱动支链结构按照实现伸缩轴驱动功能或滑块驱动功能的需求，将上述各模块及其接口顺序连接起来。
2.根据权利要求1所述的模块化驱动支链结构，其特征在于所述模块化驱动支链结构实现伸缩轴驱动功能时的模块连接方式如下所述直线驱动单元模块(3)与其电机轴伸出方向相反的方向的一端依次连接杆固定模块(7)、球铰副模块(5)和位置固定的可变安装角度模块(6)；所述直线驱动单元模块(3)在另一端通过丝杆螺母(12)与工作台模块(4)连接，工作台模块(4)通过其接口(18)依次连接杆固定模块(8)、套于丝杆上的定长杆模块(2)、杆固定模块(9)、球铰副模块(1)和可变安装角度模块(10)。
3.根据权利要求1所述的模块化驱动支链结构，其特征在于所述模块化驱动支链结构实现滑块驱动功能时的模块连接方式如下所述直线驱动单元模块(3)的支座(11)固定，所述丝杆螺母(12)与工作台模块(4)连接；所述工作台模块(4)沿垂直于直线驱动单元模块(3)的丝杆方向的接口(19)依次连接可变安装角度模块(6)、球铰副模块(5)、杆固定模块(8)，定长杆模块(2)、杆固定模块(7)、球铰副模块(1)和可变安装角度模块(10)。
4.根据权利要求1、2或3所述的模块化驱动支链结构，其特征在于所述定长杆模块是中空的定长杆，定长杆的内壁上涂有一层聚四氟乙烯。
5.根据权利要求1、2或3所述的模块化驱动支链结构，其特征在于所述的杆固定模块与定长杆模块的连接是通过挤压楔形环实现的。
6.根据权利要求1、2或3所述的模块化驱动支链结构，其特征在于所述可变安装角度模块包括运动件(16)和固定件(17)，所述运动件(16)除法兰孔外有两个孔(23)和(24)，所述固定件(17)除法兰孔外还有多个通孔，其中一个孔(21)在中心分布，其他孔呈环形分布；所述运动件(16)上的两个孔(23)和(24)分别与所述固定件(17)的中心分布的孔(21)和环形分布的孔之一对齐，并使用螺栓和螺母实现可变安装角度的固定。
全文摘要
用于可重构并联机床的模块化驱动支链结构，属机械制造技术领域。为了适应各种不同类型工件的加工，满足市场快速变化的需求，本发明公开了一种用于可重构并联机床的模块化驱动支链结构，包括直线驱动单元模块、工作台模块、定长杆模块、两个球铰副模块、三个杆固定模块以及两个可变安装角度模块；直线驱动单元模块包括支座、丝杆螺母、丝杠及驱动丝杠的电机，工作台模块具有三个接口，分别为与丝杆螺母的接口、与可变安装角度模块的接口以及与杆固定模块的接口；模块化驱动支链结构按照实现伸缩轴驱动功能或滑块驱动功能的需求，将上述各模块及其接口顺序连接起来。本发明充分地利用了制造资源，有效地降低了制造成本。
文档编号B23Q5/54GK1565802SQ03137758
公开日2005年1月19日 申请日期2003年6月24日 优先权日2003年6月24日
发明者汪劲松, 唐晓强, 林春深, 段广洪, 石俊山 申请人:清华大学