专利名称：一种五坐标定位机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机械中的装置定位领域，具体为一种五坐标定位机构。
背景技术：
在数控加工，机械转配等领域，常常需要对加工、装配部件进行精确定位，因而需要定位装置能够实现部件的X、Y、ζ三个方向的平移运动定位和A，B方向转动运动定位(A 方向即为绕X方向的转动，B方向即为绕Y方向的转动)。经检索发现，目前机械领域的定位装置多为并联式，通过多个并联的支承结构支承工作台面，并且通过控制机构控制多个支承结构的运动，从而实现工作台面的移动，这种并联式定位装置往往控制过程复杂，且承载能力弱，工作台面的姿态调整范围有限。而现有的串联式定位机构又往往只能实现X、Y、 Z三个方向的平移运动定位，无法满足加工、装配需要。
实用新型内容要解决的技术问题为了提供一种能够应用在自动化数控加工、装配领域中的定位装置，本实用新型提出了一种五坐标定位机构。技术方案本实用新型的技术方案为所述一种五坐标定位机构，其特征在于包括X方向导向部件、Y方向导向部件、Z 方向导向部件、A向旋转部件和工作平台；X方向导向部件包括X向底板，X向底板正面两侧有X向导向滑动导轨，X向底板正面中部有χ向导向丝杠，χ向导向滑动导轨与χ向导向丝杠平行，χ向导向丝杠与固定在 X向底板正面长度方向两端的支撑块轴承连接，χ向导向丝杠一端与外部驱动电机连接；Y方向导向部件与X方向导向部件结构相同，包括有Y向底板，Y向导向滑动导轨和Y向导向丝杠，Y向导向丝杠与外部驱动电机连接；Y方向导向部件与X方向导向部件十字交叉安装，在Y向底板底侧固定有X向移动滑块，X向移动滑块与X向导向滑动导轨配合， Y向底板底侧中部固定有X向移动丝母，X向移动丝母与X向导向丝杠配合；Z方向导向部件包括方形拖板，方形拖板与Y方向导向部件十字交叉安装，方形拖板底面底侧固定有Y向移动滑块，Y向移动滑块与Y向导向滑动导轨配合，方形拖板底面底侧中部固定有Y向移动丝母，Y向移动丝母与Y向导向丝杠配合；方形拖板上相对的两侧面上对称安装有两条Z向导向滑动导轨和Z向导向丝杠， Z向导向丝杠与外部驱动电机相连；第一 Z向移动板通过内侧面的Z向移动滑块和Z向移动丝母分别与方形拖板一侧面的Z向导向滑动导轨和Z向导向丝杠配合，第一 Z向移动板远离方形拖板底面的一端开有铰链孔，铰链孔轴线平行于第一 Z向移动板的运动平面；第二 Z向移动板通过内侧面的Z向移动滑块和Z向移动丝母分别与方形拖板另一侧面的Z向导向滑动导轨和Z向导向丝杠配合，第二 Z向移动板远离方形拖板底面的一端有延长的端面，端面上有滑轨，滑轨垂直于第二 Z向移动板的运动平面，滑轨上安装有沿滑轨自由滑动的支撑件，支撑件上开有铰链孔，铰链孔与第一 Z向移动板一端的铰链孔平行；A向旋转部件包括轴套筒和心轴，轴套筒两端与第一 Z向移动板和第二 Z向移动板铰链连接，心轴穿过轴套筒并与轴套筒轴承连接，心轴两端与工作平台底面的固定块固定连接，外部驱动电机与心轴相连，驱动心轴转动。
有益效果本实用新型的有益效果为(1)结构简单，易于实现。第一 Z向移动板和第二 Z向移动板既可以通过同速同向运动实现Z向平动，也可以通过不同速运动实现B向转动。这样就减少了运动部件，使得结构较为简单。且主要部件均采用丝杠、导轨和齿轮副等成熟可靠的结构实现，使得设计实现简单，加工装配性好，定位精度高，承载能力大。(2)控制简单。五个坐标控制运动相对独立，运动学分析和求解简单，使控制较为简单。(3)通用性强。该设计将五个坐标定位集成与一体，可以作为单独的定位模块集成到其他自动化设备中。
图1 本实用新型的结构示意图；图2 :X方向导向部件与Y向导向底板结构示意图；图3 图2中A-A向局部剖视图；图4 :Z方向导向部件结构示意图；图5 =Z方向导向部件左视图；图6 =A向旋转部件和工作平台示意图；其中1、工作平台；2、A向旋转部件；3、Z方向导向部件；4、Y方向导向部件；5、Χ方向导向部件；6、X向导向丝杠；7、X向导向滑动导轨；8、X向底板；9、Y向底板；10、支撑块； 11、联轴器；12、X向驱动电机连接法兰；13、X向驱动电机；14、X向移动丝母安装套；15、X 向移动丝母；16、X向移动滑块；17、第二 Z向移动板；18、自由滑动副；19、支撑件；20、铰链轴；21、滚针轴承；22、铰链盖；23、铰链端盖；24、第一 Z向移动板；25、Z向驱动电机；26、方形拖板；27、减速箱；28、Ζ向导向丝杠；29、Ζ向导向滑动导轨；30、轴向限位筒；31、连接块； 32、平键；33、轴承；34、心轴；35、轴套筒；36、A向旋转部件减速箱；37、A向驱动电机。
具体实施方式
下面结合具体实施例描述本实用新型实施例本实施例中描述的五坐标定位机构包括X方向导向部件5、Υ方向导向部件4、Ζ方向导向部件3、A向旋转部件2和工作平台1。参照附图2，所述X方向导向部件5包括X向底板8，X向底板8正面两侧有沿长度方向的X向导向滑动导轨7，Χ向底板8正面中部有沿长度方向的X向导向丝杠6，Χ向导向滑动导轨7与X向导向丝杠6平行。在X向底板8正面长度方向两端中部分别螺钉固定有支撑块10，X向导向丝杠6插入支撑块10的通孔内，并与支撑块10轴承连接。X向导向丝杠6 —端通过联轴器11及X向驱动电机连接法兰12与X向驱动电机13连接。参照附图1和附图2，Y方向导向部件4与X方向导向部件5结构相同，包括有Y 向底板9，在Y向底板9正面两侧有Y向导向滑动导轨，在Y向底板9正面中部有Y向导向丝杠，Y向导向滑动导轨与Y向导向丝杠平行，Y向导向丝杠同样通过轴承与Y向底板9上的支撑块连接，Y向导向丝杠一端与外部Y向驱动电机连接。YS向导向部件与X方向导向部件十字交叉安装，参照附图3，在Y向底板9底侧固定有4块X向移动滑块16，X向移动滑块16与X向导向滑动导轨7配合，在Y向底板9底侧还固定有X向移动丝母安装套14， X向移动丝母安装套14与X向移动丝母15固定，X向移动丝母15与X向导向丝杠6配合， 从而可将X向导向丝杠6的转动运动转为Y方向导向部件4沿X向导向滑动导轨7的直线运动，实现了 X向的平移运动。参照附图1，Z方向导向部件包括方形拖板沈，方形拖板沈与Y方向导向部件4十字交叉安装，方形拖板26与Y方向导向部件4的连接方式同于Y方向导向部件4与X方向导向部件5的连接方式，即在方形拖板底面底侧固定有4块Y向移动滑块，Y向移动滑块与 Y向导向滑动导轨配合，方形拖板底面底侧中部固定有Y向移动丝母安装套，Y向移动丝母安装套中固定有Y向移动丝母，Y向移动丝母与Y向导向丝杠配合，从而可将Y向导向丝杠的转动运动转为Z方向导向部件3沿Y向导向滑动导轨的直线运动，实现了 Y向的平移运动。参照附图1和附图5，在方形拖板沈上相对的两侧面上对称各安装有两条Z向导向滑动导轨四和一根ζ向导向丝杠28，Z向导向滑动导轨四与Z向导向丝杠28平行，两侧的Z向导向丝杠28通过减速箱27与外部Z向驱动电机25连接。参照附图4和附图5， 第一 Z向移动板M和第二 Z向移动板17分别通过各自内侧面的Z向移动滑块和固定在Z 向移动丝母安装套内的Z向移动丝母与方形拖板沈上的Z向导向滑动导轨和Z向导向丝杠配合，且连接方式同于Y方向导向部件4与X方向导向部件5的连接方式。参照附图4，第一 Z向移动板M远离方形拖板沈底面的一端开有铰链孔；第二 Z 向移动板17远离方形拖板沈底面的一端有延长的端面，延长的方向垂直于第二 Z向移动板17的运动平面，在延长的端面上有滑轨，滑轨与支撑件19形成自由滑动副18，支撑件19 上也开有铰链孔，该铰链孔与第一 Z向移动板M端部的铰链孔平行。参照附图6，A向旋转部件2包括轴套筒35和心轴34，轴套筒35两端与第一 Z向移动板M及第二 Z向移动板17端部的铰链孔通过铰链连接。心轴34穿过轴套筒35，并与轴套筒35通过轴承33连接，心轴34两端与工作平台1底面的连接块31通过平键32固定，并用轴向限位筒30轴向限位，外部A向驱动电机37通过A向旋转部件减速箱36与心轴34相连，驱动心轴34转动，从而形成A向旋转运动。参照附图4，外部Z向驱动电机25通过减速箱27带动方形拖板沈两侧的Z向导向丝杠转动，进而通过ζ向移动丝母转化为第一 Z向移动板M与第二 Z向移动板17的Z 向直线运动。当第一 Z向移动板M与第二 Z向移动板17同速同向运动时，即实现了工作平台Z向的平移运动，当第一 Z向移动板M与第二 Z向移动板17不同速运动时，自由滑动副18存在滑动运动，实现工作平台的B向旋转运动。
权利要求1. 一种五坐标定位机构，其特征在于包括X方向导向部件、Y方向导向部件、Z方向导向部件、A向旋转部件和工作平台；X方向导向部件包括X向底板，X向底板正面两侧有X向导向滑动导轨，X向底板正面中部有χ向导向丝杠，χ向导向滑动导轨与χ向导向丝杠平行，χ向导向丝杠与固定在X向底板正面长度方向两端的支撑块轴承连接，X向导向丝杠一端与外部驱动电机连接；Y方向导向部件与X方向导向部件结构相同，包括有Y向底板，Y向导向滑动导轨和Y 向导向丝杠，Y向导向丝杠与外部驱动电机连接；Y方向导向部件与X方向导向部件十字交叉安装，在Y向底板底侧固定有X向移动滑块，X向移动滑块与X向导向滑动导轨配合，Y向底板底侧中部固定有X向移动丝母，X向移动丝母与X向导向丝杠配合；Z方向导向部件包括方形拖板，方形拖板与Y方向导向部件十字交叉安装，方形拖板底面底侧固定有Y向移动滑块，Y向移动滑块与Y向导向滑动导轨配合，方形拖板底面底侧中部固定有Y向移动丝母，Y向移动丝母与Y向导向丝杠配合；方形拖板上相对的两侧面上对称安装有两条Z向导向滑动导轨和Z向导向丝杠，Z向导向丝杠与外部驱动电机相连；第一 Z向移动板通过内侧面的Z向移动滑块和Z向移动丝母分别与方形拖板一侧面的Z向导向滑动导轨和Z向导向丝杠配合，第一 Z向移动板远离方形拖板底面的一端开有铰链孔，铰链孔轴线平行于第一 Z向移动板的运动平面；第二 Z向移动板通过内侧面的Z向移动滑块和Z向移动丝母分别与方形拖板另一侧面的Z向导向滑动导轨和Z向导向丝杠配合，第二 Z向移动板远离方形拖板底面的一端有延长的端面，端面上有滑轨，滑轨垂直于第二 Z向移动板的运动平面，滑轨上安装有沿滑轨自由滑动的支撑件， 支撑件上开有铰链孔，铰链孔与第一 Z向移动板一端的铰链孔平行；A向旋转部件包括轴套筒和心轴，轴套筒两端与第一Z向移动板和第二Z向移动板铰链连接，心轴穿过轴套筒并与轴套筒轴承连接，心轴两端与工作平台底面的固定块固定连接， 外部驱动电机与心轴相连，驱动心轴转动。
专利摘要本实用新型提出了一种五坐标定位机构，包括X方向导向部件、Y方向导向部件、Z方向导向部件、A向旋转部件和工作平台，Y方向导向部件与X方向导向部件结构相同，且十字交叉安装，提供工作平台X和Y方向的平移运动，Z方向导向部件通过两侧Z向移动板的同步或不同步运动提供工作平台Z方向的平移运动和B向转动，A向旋转部件提供工作平台的A向转动。本实用新型采用丝杠、导轨和齿轮副等成熟可靠的结构实现了工作平台的五坐标运动，加工装配性好，定位精度高，承载能力大，且五个坐标控制运动相对独立，运动学分析和求解简单，使控制较为简单。
文档编号B23Q1/44GK202037455SQ20112009931
公开日2011年11月16日 申请日期2011年4月7日 优先权日2011年4月7日
发明者张雪峰, 杨占锋, 沈东莹, 田青山, 秦现生, 谭小群, 邓瑞君, 高涛 申请人:西北工业大学