一种用于车床的高精度机械手臂及该车床的制作方法

本发明涉及工业生产设备技术领域，特别是涉及一种用于车床的高精度机械手臂及该车床。

背景技术：

车床是主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床。在车床上还可用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工。

现有技术中车床包括车架、车刀夹具、车刀运行轨道和工件夹具等，车刀夹具固定在车刀运行轨道上，工件夹具固定在车架上，车刀固定在车道夹具上，通过车刀运行轨道的前后左右的运动，来实现对工件的多个角度的加工。之后，随着加工精度的需求提高，业内也有研发出工件夹具也可以前后左右运动，车刀和工件的双向运动，来提高工件加工的精度。

上述现有技术中车床的结构，虽然可以在水平或垂直的线上运动来更换工件的加工角度，但是在直线范围内的前后左右运动，始终存在加工盲区，并不可以普及到所有的工件，尤其是呈圆形或椭圆形或不规则形的工件，降低了对这些工件的加工精度。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种用于车床的高精度机械手臂。

根据本发明实施例的一种用于车床的高精度机械手臂，包括至少三个平衡万向关节和多个机械手臂，所述平衡万向关节和多个机械手臂相互连接，每两个所述机械手臂之间设置有一个平衡万向关节。

根据本发明的一个示例，所述高精度机械手臂包括三个平衡万向关节和四个机械手臂A-D。

根据本发明的一个示例，所述高精度机械手臂包括三个平衡万向关节和四个机械手臂A-D。

根据本发明的一个示例，所述配重平衡关节包括配重块，所述配重块的质量设定为M，所述配重块位于其中所述机械手臂A的末端，所述机械手臂A的质量设定为m，所述机械手臂A的质量中心与所述配重平衡关节的回转中心之间的距离为l，所述配重块与所述配重平衡关节的回转中心之间的距离为l’,所述机械手臂A与地面之间的夹角设定为r，则其要满足以下条件：

如果机械手臂A与配重块的两个质量中心与关节回转中心在同一直线上，则不平衡力的配重平衡力矩为

C'＝Mgl'cosγ

则静力平衡条件是

C'＝C

即

Ml’＝ml。

根据本发明的一个示例，所述弹簧平衡关节包括弹簧和弹簧安装座，所述弹簧的一端与所述机械手臂B连接，另一端与所述弹簧安装座连接，所述弹簧安装座位于所述车床的机架上，所述机械手臂B的质量设定为m，所述弹簧与所述机械手臂B的接触点距离所述弹簧平衡关节的回转中心的距离为l’，所述弹簧安装座与所述弹簧平衡关节的回转中心的偏心距离为e，所述机械手臂B与水平面之间的夹角为r,所述机械手臂B的质量中心与所述弹簧平衡关节的回转中心的距离为l，则其要满足以下条件：

c＝C₁-C₂

式中C1为机械手臂B的静不平衡力矩

C₁＝mgl cosγ

C2为机械手臂B的惯性力矩

C₂＝I^ε

I为机械手臂B对于关节轴的转动惯量

ε为机械手臂B运动的平均加速度

则弹簧的平衡力矩

静平衡条件即

因为e<<ι′

所以，可近似认为

这样，静平衡条件式可简化为

Ke(l'-R)＝mgl。

根据本发明的一个示例，所述活塞推杆平衡关节包括活塞推杆和活塞推杆安装座，所述活塞推杆一端与所述机械手臂C连接，另一端与所述活塞推杆安装座连接，所述机械手臂C的质量设定为m，所述活塞推杆与所述机械手臂C的接触点距离所述弹簧平衡关节的回转中心的距离为l’，所述弹簧安装座与所述弹簧平衡关节的回转中心的偏心距离为e，所述机械手臂C与水平面之间的夹角为r,所述机械手臂C的质量中心与所述弹簧平衡关节的回转中心的距离为l，则其要满足以下条件：

即所述F为所述活塞推杆的推力；

当时

γ≈0°

C'＝Fe

这时，平衡条件为Fe＝mgl。

为此，本发明的一个目的在于提出一种用于车床，包括车架、车刀夹具和工件夹具，其特征在于，还包括高精度机械手臂，所述高精度机械手臂和工件夹具均安装于所述车架，所述车刀夹具安装于所述高精度机械手臂。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的用于车床的高精度机械手臂的示意图；

图2是根据本发明另一实施例的用于车床的高精度机械手臂的示意图。

图3是根据本发明另一实施例的用于车床的高精度机械手臂的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图来详细描述根据本发明实施例的用于车床的高精度机械手臂。

本发明实施例的一种用于车床的高精度机械手臂，包括至少三个平衡万向关节和多个机械手臂，平衡万向关节和多个机械手臂相互连接，每两个机械手臂之间设置有一个平衡万向关节。

具体地说，本发明实施例中的机械手臂包括三个平衡万向关节和四个机械手臂。

三个平衡万向关节为配重平衡关节、弹簧平衡关节和活塞推杆平衡关节，四个机械手臂为机械手臂A、机械手臂B、机械手臂C和机械手臂D，机械手臂A和机械手臂B之间设有配重平衡关节，机械手臂B和机械手臂C之间设有弹簧平衡关节，机械手臂C和机械手臂D之间设有活塞推杆平衡关节。

配重平衡关节、弹簧平衡关节和活塞推杆平衡关节分别为本发明的平衡万向关节的三种实施例，实际过程中，机械手臂采用何种平衡万向关节或者多少数量的平衡万向关节都应该理解为在本发明的保护范围内。

如图1所示，配重平衡关节包括配重块，配重块的质量设定为M，配重块位于其中机械手臂A的末端，机械手臂A的质量设定为m，机械手臂A的质量中心与配重平衡关节的回转中心之间的距离为l，配重块与配重平衡关节的回转中心之间的距离为l’,机械手臂A与地面之间的夹角设定为r，则其要满足以下条件：

如果机械手臂A与配重块的两个质量中心与关节回转中心在同一直线上，则不平衡力的配重平衡力矩为

C'＝Mgl'cosγ

则静力平衡条件是

C'＝C

即

Ml’＝ml。

如图2所示，弹簧平衡关节包括弹簧和弹簧安装座，弹簧的一端与机械手臂B连接，另一端与弹簧安装座连接，弹簧安装座位于车床的机架上，机械手臂B的质量设定为m，弹簧与机械手臂B的接触点距离弹簧平衡关节的回转中心的距离为l’，弹簧安装座与弹簧平衡关节的回转中心的偏心距离为e，机械手臂B与水平面之间的夹角为r,机械手臂B的质量中心与弹簧平衡关节的回转中心的距离为l，则其要满足以下条件：

c＝C₁-C₂

式中C1为机械手臂B的静不平衡力矩

C₁＝mgl cosγ

C2为机械手臂B的惯性力矩

C₂＝I^ε

I为机械手臂B对于关节轴的转动惯量

ε为机械手臂B运动的平均加速度

则弹簧的平衡力矩

静平衡条件即

因为e<<ι′

所以，可近似认为

这样，静平衡条件式可简化为

Ke(l'-R)＝mgl。

如图3所示，活塞推杆平衡关节包括活塞推杆和活塞推杆安装座，活塞推杆一端与机械手臂C连接，另一端与活塞推杆安装座连接，机械手臂C的质量设定为m，活塞推杆与机械手臂C的接触点距离弹簧平衡关节的回转中心的距离为l’，弹簧安装座与弹簧平衡关节的回转中心的偏心距离为e，机械手臂C与水平面之间的夹角为r,机械手臂C的质量中心与弹簧平衡关节的回转中心的距离为l，，则其要满足以下条件：

即F为活塞推杆的推力；

当时

γ≈0°

C'＝Fe

这时，平衡条件为Fe＝mgl。

本发明还公开了一种车床，包括车架、车刀夹具和工件夹具，还包括高精度机械手臂，高精度机械手臂和工件夹具均安装于车架，车刀夹具安装于高精度机械手臂。

根据本发明实施例的用于车床的高精度机械手臂及该车床，设置有个高精度机械手臂用于驱动车床的车刀对工件进行720度完全无死角的加工，提高了加工精度，使加工工件的范围更广。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。