一种用于车床的高精度机械手臂及该车床的制作方法

技术特征：

1.一种用于车床的高精度机械手臂，其特征在于，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。

2.根据权利要求1所述的一种用于车床的高精度机械手臂，其特征在于，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。

3.根据权利要求2所述的一种用于车床的高精度机械手臂，其特征在于，所述平衡万向关节包括配重平衡关节、弹簧平衡关节和活塞推杆平衡关节。

4.根据权利要求3所述的一种用于车床的高精度机械手臂，其特征在于，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。

5.根据权利要求3所述的一种用于车床的高精度机械手臂，其特征在于，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

$C^{\′}=k^{l^{\′}}e(1-\frac{R}{\sqrt{e^2+l^{\′2}-2{\mathrm{el}}^{\′}sin\mathrm{\γ}}})cos\mathrm{\γ}$

静平衡条件即

$\begin{array}{c}{K}^{l^{\′}e}\left(1-\frac{R}{\sqrt{e^2+l^{\′2}-2{\mathrm{el}}^{\′}\sin \mathrm{\γ}}}\right)\cos \mathrm{\γ}\\ =mglcos\mathrm{\γ}\end{array}$

因为e<<ι′

所以，可近似认为

$\sqrt{e^2+l^{\&prime;2}-2{\mathrm{el}}^{\&prime;}sin\mathrm{\&gamma;}}\&ap;l^{\&prime;}$

这样，静平衡条件式可简化为

Ke(l'-R)＝mgl。

6.根据权利要求3所述的一种用于车床的高精度机械手臂，其特征在于，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。

7.一种车床，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。

8.根据权利要求7所述的一种车床，其特征在于，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。

9.根据权利要求8所述的一种车床，其特征在于，所述平衡万向关节包括配重平衡关节、弹簧平衡关节和活塞推杆平衡关节。

10.根据权利要求9所述的一种车床，其特征在于，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；

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

$C^{\&prime;}=k^{l^{\&prime;}}e(1-\frac{R}{\sqrt{e^2+l^{\&prime;2}-2{\mathrm{el}}^{\&prime;}sin\mathrm{\&gamma;}}})cos\mathrm{\&gamma;}$

静平衡条件即

$\begin{array}{c}{K}^{l^{\&prime;}e}\left(1-\frac{R}{\sqrt{e^2+l^{\&prime;2}-2{\mathrm{el}}^{\&prime;}\sin \mathrm{\&gamma;}}}\right)\cos \mathrm{\&gamma;}\\ =mglcos\mathrm{\&gamma;}\end{array}$

因为e<<ι′

所以，可近似认为

$\sqrt{e^2+l^{\&prime;2}-2{\mathrm{el}}^{\&prime;}sin\mathrm{\&gamma;}}\&ap;l^{\&prime;}$

这样，静平衡条件式可简化为

Ke(l'-R)＝mgl；

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。