一种含三平动并联机构的五轴联动机床的制作方法

本发明属于数控机床领域，特别涉及一种五轴混联机床。

背景技术：

随着各行业对加工要求的提高，传统数控机床面临切的削力不足、刚性差、效率低等问题越来越突出，而并联机床具备结构紧凑，高承载力，无误差累计等有优点，在一定程度上弥补了传统串联机床的缺陷。因此并联机床的优势吸引了国内外众多学者研究，并取得了重大突破。但由于并联机床空间运动不直观，对使用者的技术水平和知识水平要求很高，之前10年并联机床普及率并不高。但随着并联机床控制技术、标定技术的完善，并联机床在数控机床领域的使用率会逐渐提高，并将占有一席之地。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，设计一种结构简单、成本低、具有高效率和高精度的五轴混联机床。

为解决上述问题本发明是通过以下技术方案实现的：一种含三平动并联机构的五轴联动机床由机床防护组件、并联机构组件、转台组件构成。并联机构组件包括床身、主轴、机头座及三条均匀分布的支链，主轴固定在机头座内。三条支链结构相同，每条支链包含立柱、丝母座、导轨、滑块、丝杠组件、滑动体、球铰座、球铰、上杆、上轴、侧杆、下轴、机头座。三个立柱固定在床身上。转台组件包含基座、桥板、c轴。基座固定在床身上，桥板绕基座转动，形成a轴。球铰座固定在滑动体上，球铰座固定在机头座上，两个球铰分别固定在上杆两端，球铰和球铰座组成球面副。上轴套在滑动体上，做旋转运动。下轴穿过机头座，绕机头座做旋转运动。两个侧杆一端固定在上轴上，另一端固定在下轴上，侧杆与上轴、侧杆与下轴均为转动副。三条支链均匀分布在床身上。各支链滑动体在不同位置时，主轴沿x、y、z三个方向运动，实现机床三个直线轴运动。

上述一种含三平动并联机构的五轴联动机床，其特征在于，采用了并联机构和双轴直驱转台相结合的方式。并联机构完成三个直线轴运动，直驱转台完成两个旋转运动。

上述一种含三平动并联机构的五轴联动机床，其特征在于由机床防护组件、三平动并联机构组件、转台组件构成。

上述一种含三平动并联机构的五轴联动机床，其特征在于转台组件包含基座、桥板、c轴。基座固定在床身上，桥板绕基座转动，形成a轴。

上述一种含三平动并联机构的五轴联动机床，其特征在于三平动并联机构由三条均匀分布的支链构成。每条支链中导轨固定在立柱上，滑块固定在滑动体上，滑块可沿导轨上下滑动。丝母座套在丝杠组件的丝杠中，并与滑动体相连。电机带动丝杠转动时，滑动体沿导轨上下运动。

上述一种含三平动并联机构的五轴联动机床，其特征在于每条支链中参考delta机构，上轴、下轴及两根侧杆构成平行四边形结构，该机构将侧杆的转动转化成平动。

上述一种含三平动并联机构的五轴联动机床，其特征在于，每条支链中，上轴、下轴及两根侧杆构成的平行四边形构成刚性增强机构的一条边，滑动体、上杆、机头座构成刚性增强机构的另3条边。刚性增强机构使支链形成具有冗余约束的封闭结构，提高了支链的刚性。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：机床采用了并联机构和双轴直驱转台相结合的方式。并联机构完成三个直线轴运动，直驱转台完成两个旋转运动。这种组合既发挥了并联机构高效、灵活的特长，又充分利用了双轴直驱转台精度高、承载能力大的特点，使机床性能达到最优。三平动并联机构结构简单，易于控制，驱动方式为三个直线驱动，承载能力大，运动行程长。三个直线运动为纯并联机构，x、y、z三个运动方向都能获得大的速度和加速度，提高加工效率。三条支链均匀分布，对运动部件形成三点支撑，刚性强。每条支链均采用冗余约束的封闭结构，进一步增强刚性。

附图说明

图1是本发明机床总体示意图。

图2是本发明机床防护组件结构示意图。

图3是本发明主机组件示意图。

图4是本发明支链结构1示意图。

图5是本发明支链结构2示意图。

图6是本发明转台组件示意图。

图7是本发明转台位置示意图。

图8是本发明主机内部布局示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

如图1所示本机床主机由并联机构组件1、防护组件2、转台组件3三部分组成。

如图2所示防护组件2包括上罩4、左前门5、右前门6、左前下盖板7、左前上盖板8、机内盖板9、上皮老虎支板10、左上盖板11、皮老虎导槽i12、上皮老虎13、皮老虎导槽ii14、右上盖板15、下皮老虎16、右前上盖板17、右前下盖板18。

左前门5、右前门6可沿护罩4内导轨滑动，实现机床开关门动作。

如图3所示并联机构组件组件包括床身19、主轴21、机头座35及三条均匀分布的支链20。三条支链结构相同。主轴21固定在机头座35内。

如图4所示每条支链包含立柱22、丝母座23、导轨25、滑块24、丝杠组件26、滑动体27、球铰座28、球铰29、上杆30、上轴31、侧杆32、下轴36、机头座35。三个立柱固定在床身上。

如图4所示导轨25固定在立柱22上，滑块24固定在滑动体27上，滑块24可沿导轨上下滑动。丝母座23套在丝杠组件26的丝杠中，并与滑动体27相连。电机带动丝杠转动时，滑动体27沿导轨25上下运动。

如图4、图5所示，球铰座28固定在滑动体上，球铰座34固定在机头座35上，球铰29、33分别固定在上杆30两端，球铰和球铰座组成球面副。上轴31套在滑动体27上，做旋转运动。下轴36穿过机头座35，绕机头座35做旋转运动。两个侧杆30一端固定在上轴31上，另一端固定在下轴36上，侧杆30与上轴31、侧杆30与下轴36之间均为转动副。

如图4、图5所示，每条支链中上轴31、下轴36及两根侧杆32构成平行四边形结构，该机构将侧杆32的转动转化成平动。

如图3所示，三条支链均匀分布在床身19上。各支链滑动体27在不同位置时，主轴21沿x、y、z三个方向运动，实现机床三个直线轴运动。

如图如图4、图5所示，每条支链中，上轴31、下轴36及两根侧杆32构成的平行四边形构成刚性四边形的一条边，滑动体27、上杆30、机头座35构成刚性四边形的另3条边。刚性四边形使支链行程具有冗余约束的封闭结构，提高了支链的刚性。

如图6所示，转台组件包含基座37、桥板38、c轴39。基座固定在床身19上，桥板38绕基座37转动，形成a轴。

转台组件位置如图7所示，主机内部布局如图8所示。

技术特征：

技术总结
一种含三平动并联机构的五轴联动机床，该机床采用了并联机构和双轴直驱转台相结合的方式，并联机构完成三个直线轴运动，直驱转台完成两个旋转运动。机床由并联机构组件1、防护组件2、转台组件3构成。并联机构组件包括床身19、主轴21、机头座35及三条均匀分布的支链20。三条支链结构相同。主轴21固定在机头座35内。每条支链中，上轴31、下轴36及两根侧杆32构成的平行四边形构成刚性四边形的一条边，滑动体27、上杆30、机头座35构成刚性四边形的另3条边。刚性四边形使支链行程具有冗余约束的封闭结构，提高了支链的刚性。每条支链中由丝杠组件26提供动力，三条支链均与机头座35相连，三条支链相互配合最终实现机头的三轴平动。

技术研发人员：代文宾;郭盛
受保护的技术使用者：北京交通大学
技术研发日：2019.05.08
技术公布日：2019.08.27