五自由度并联机床的制作方法
【专利摘要】一种五自由度并联机床，包括：悬吊装置、工作台、支架、四条相同的运动支链以及约束支链；工作台通过四条运动支链与约束支链与支架连接，四条运动支链为：第一运动支链、第二运动支链、第三运动支链和第四运动支链；在工作台的四周分别通过球铰连接方式连接有第一运动支链、第二运动支链、第三运动支链和第四运动支链的一端，在工作台顶部连接有约束支链的一端；第一运动支链、第二运动支链、第三运动支链和第四运动支链的另一端分别连接于支架的四个端点上，约束支链的另一端连接于支架的中心位置，悬吊装置固定支架。本实用新型具有结构简单、安装方便、加工范围可调、系统安全可靠等优点，能够有效地对模具进行加工，且加工精度高。
【专利说明】五自由度并联机床
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及机床领域，具体涉及一种五自由度并联机床。
【背景技术】
[0002]1994年，美国Giddings & Lewis公司首次推出了基于Stewart平台的六自由度并联运动机床，标志着机床设计开始采用并联机构。
[0003]相较于传统的运用串联机构设计的机床，并联机床具有结构简单、刚度大、自重负荷比小、精度高等优点。因此，自上世纪90年代以来，国内外的众多学者开展了并联机床的研发。其中大多集中在三自由度和六自由度上，但一般情况下，加工复杂的机械零件只需要五个自由度即可。所以，六自由度并联机构应用在机床上将有一个多余的自由度，这就使机床的设备结构更加复杂，制造的成本上升；而三自由度的并联机构为完成复杂的任务就必须借助其他两个自由度的运动，这使得并联机构的优点又无法完全的体现出来。
[0004]因此，研究具有结构简单、具有大加工范围，同时加工精度高、系统刚度大的五自由度的并联机床是非常有意义的。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的在于提供一种五自由度并联机床，能够有效地对模具进行加工，同时具有结构简单、加工范围可调等优点。
[0006]本实用新型的提出的五自由度并联机床，其特征在于，包括:悬吊装置、工作台、支架、运动支链和约束支链；
[0007]工作台通过运动支链与约束支链与支架连接，运动支链包括:第一运动支链、第二运动支链、第三运动支链和第四运动支链；
[0008]第一运动支链、第二运动支链、第三运动支链和第四运动支链的一端分别通过球铰方式与工作台连接，工作台顶部与约束支链的一端连接；第一运动支链、第二运动支链、第三运动支链和第四运动支链的另一端分别与支架的端点连接，约束支链的另一端与支架的中心连接，悬吊装置固定支架。
[0009]运动支链在其长度的三分之一处通过虎克铰连接，使运动支链可以弯曲，运动支链三分之一长度端连接工作台，运动支链三分之二长度端与支架连接，并垂直布置；
[0010]运动支链的另一端通过滚珠丝杠与支架连接。
[0011]约束支链的一端与工作台刚性连接，约束支链的另一端与支架通过滚珠丝杠连接。
[0012]运动支链与约束支链分别由安装于支架上的五个伺服电机控制。
[0013]本实用新型的五自由度并联机床具有结构简单、安装方便、加工范围可调、系统安全可靠等优点，能够有效地对模具进行加工，且加工精度高。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0015]图1是本实用新型的五自由度并联机床的一个实施例的结构图。
【具体实施方式】
[0016]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0017]图1是本实用新型的五自由度并联机床的一个实施例的结构图，其中图1所示，图中各符号的含义为:
[0018]I为悬吊装置,2为支架,3为工作台,4为第一运动支链,5为第二运动支链,6为第三运动支链，7为第四运动支链，8为约束支链。
[0019]如图1所示，本实施例的五自由度并联机床包括:悬吊装置1、工作台3、支架2、运动支链4、运动支链5、运动支链6、运动支链7以及约束支链8 ；
[0020]工作台3通过第一运动支链4、第二运动支链5、第三运动支链6、第四运动支链7和约束支链8与支架2连接；第一运动支链4、第二运动支链5、第三运动支链6和第四运动支链7的一端分别通过球铰方式与工作台3连接，工作台3顶部与约束支链8的一端连接；第一运动支链4、第二运动支链5、第三运动支链6和第四运动支链7的另一端分别与支架2的端点连接，约束支链8的另一端与支架2的中心连接，悬吊装置I固定支架2。
[0021]第一运动支链4、第二运动支链5、第三运动支链6和第四运动支链7运动支链在其长度的三分之一处通过虎克铰连接，使运动支链可以弯曲，运动支链三分之一长度端连接工作台3，运动支链三分之二长度端与支架2连接，并垂直布置；
[0022]第一运动支链4、第二运动支链5、第三运动支链6和第四运动支链7的另一端通过滚珠丝杠与支架2连接。
[0023]约束支链8的一端与工作台3刚性连接，约束支链8的另一端与支架2通过滚珠丝杠连接。
[0024]第一运动支链4、第二运动支链5、第三运动支链6和第四运动支链7与约束支链8分别由安装于支架2上的五个伺服电机控制。
[0025]具体工作过程为:
[0026]X轴向上的运动:控制第二运动支链5、第三运动支链6的伺服电机进行共同工作，使第二运动支链5、第三运动支链6摆动相同的角度，同时控制第一运动支链4、第四运动支链7的伺服电机进行共同工作，控制第一运动支链4、第四运动支链7摆动相同的角度以配合第二运动支链5、第三运动支链6的运动，可实现工作台3在X轴向上的运动；同时通过伺服电机控制四条运动支链与约束支链上的滚珠丝杠调节四条运动支链位于支架2下方的长度，使工作台只进行X轴向上的运动而不会发生其它方向上的运动；通过四条运动支链上的虎克铰与约束支链8的共同作用使工作台3始终保持于垂直方向上。
[0027]Y轴向上的运动:通过同时控制四条运动支链与约束支链8的伺服电机同时工作，以达到第一运动支链4、第二运动支链5、第三运动支链6、第四运动支链7和约束支链8同时上升或下降来实现工作台3在Y轴向上的运动；通过四条运动支链上的虎克铰与约束支链8的共同作用使工作台3始终保持于垂直方向上。
[0028]Z轴向上的运动:控制第一运动支链4、第二运动支链5的伺服电机进行共同工作，使第一运动支链4、第二运动支链5摆动相同的角度，同时控制第三运动支链6、第四运动支链7的伺服电机进行共同工作，控制第三运动支链6、第四运动支链7摆动相同的角度以配合第一运动支链4、第二运动支链5的运动，可实现工作台3在Z轴向上的运动；同时通过伺服电机控制四条运动支链与约束支链上的滚珠丝杠调节四条运动支链位于支架2下方的长度，使工作台只进行Z轴向上的运动而不会发生其它方向上的运动；通过四条运动支链上的虎克铰与约束支链8的共同作用使工作台3始终保持于垂直方向上。
[0029]X轴向上的转动:控制第二运动支链5、第三运动支链6的伺服电机进行共同工作，使第二运动支链5、第三运动支链6同时向上或向下运动，同时控制第一运动支链4、第四运动支链7的伺服电机不进行进行工作，使第一运动支链4、第四运动支链7静止不动，可实现工作台3在X轴向上的转动；同时控制约束支链8的伺服电机使约束支链8进行相对应第二运动支链5、第三运动支链6的运动，同时约束工作台3平稳的进行转动，防止其发生奇异性转动。
[0030]Z轴向上的转动:控制第一运动支链4、第二运动支链5的伺服电机进行共同工作，使第一运动支链4、第二运动支链5同时向上或向下运动，同时控制第三运动支链6、第四运动支链7的伺服电机不进行进行工作，使第三运动支链6、第四运动支链7静止不动，可实现工作台3在Z轴向上的转动；同时控制约束支链8的伺服电机使约束支链8进行相对应第一运动支链4、第二运动支链5的运动，同时约束工作台3平稳的进行转动，防止其发生奇异性转动。
[0031]本实施例的五自由度并联机床具有结构简单、精度高等优点，能够平稳的控制工作台进行三个位移、两个转动，有效地对模具进行加工。
[0032]优选的，约束支链与工作台可进行一体化制作。
[0033]优选的，在悬挂装置上添加与并联机床上相同的五个自由度，使并联机床的工作范围得到拓展。
[0034]具体的，由于有时需要加工的模具的个体较大，而并联机床的自由度移动范围有限，因此可在悬挂装置上添加对应于并联机床上的自由度，使悬挂装置也可进行移动，以拓展并联机床的工作范围；应用悬挂装置进行工作台位置的粗调，再通过并联机床自身的自由度对工作台的位置进行细调。
[0035]本实施例的五自由度并联机床能够满足大部分模具加工的要求，运用范围更加广泛，调节更加精准。
[0036]本实用新型的五自由度并联机床具有结构简单、安装方便、加工范围可调、系统安全可靠等优点，能够有效地对模具进行加工，且加工精度高。
[0037]最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
【权利要求】
1.一种五自由度并联机床，其特征在于，包括:悬吊装置、工作台、支架、运动支链和约束支链； 所述工作台通过所述运动支链与所述约束支链与所述支架连接，所述运动支链包括:第一运动支链、第二运动支链、第三运动支链和第四运动支链； 所述第一运动支链、第二运动支链、第三运动支链和第四运动支链的一端分别通过球铰方式与所述工作台连接，所述工作台顶部与所述约束支链的一端连接；所述第一运动支链、第二运动支链、第三运动支链和第四运动支链的另一端分别与所述支架的端点连接，所述约束支链的另一端与所述支架的中心连接，所述悬吊装置固定所述支架。
2.根据权利要求1所述的五自由度并联机床，其特征在于:所述运动支链在其长度的三分之一处通过虎克铰连接，使所述运动支链可以弯曲，所述运动支链三分之一长度端连接所述工作台，所述运动支链三分之二长度端与所述支架连接，并垂直布置； 所述运动支链的另一端通过滚珠丝杠与所述支架连接。
3.根据权利要求1所述的五自由度并联机床，其特征在于:所述约束支链的一端与所述工作台刚性连接，所述约束支链的另一端与所述支架通过滚珠丝杠连接。
4.根据权利要求1所述的五自由度并联机床，其特征在于:所述运动支链与所述约束支链分别由安装于所述支架上的五个伺服电机控制。
【文档编号】B23Q5/36GK203945178SQ201420418733
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月28日 优先权日:2014年7月28日
【发明者】陈雪飞 申请人:杭州沪清科技有限公司