一种五轴联动串并联机床制造技术

本发明专利技术涉及一种五轴联动串并联机床，属于机床技术领域；包括机架、动平台、第一、第二、第三分支和两自由度转头；所述第一、第二分支对称布置且结构相同，均由从机架到动平台顺序连接的连接框架和直线驱动单元构成；第三分支由从机架到动平台顺序连接的第三分支连接块和第三分支直线驱动单元构成；两自由度转头通过两个伺服电机驱动实现两个轴线相互垂直转动；本发明专利技术提供的五轴联动串并联机床与现有五轴联动机床相比，各运动副轴线之间的装配几何关系简单，各部件制造工艺简单，工作空间大、刚度高；该发明专利技术能够在工业、器械等产业上制造或者使用，适用于高精度和复杂曲面的加工，能够产生明显的经济效果，具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种五轴联动串并联机床，属于机床

技术介绍
一般而言，并联机构比串联机构有更高的刚度、精度及承载能力，而串联机构比并联机构有更大的工作空间。基于两转一移并联机构的五轴联动串并联机床结合了并联机构和串联机构的优点，具有较高的承载能力和较大的工作空间。目前，最典型的基于两转一移并联机构的五轴联动串并联机床是瑞典NeosRobotics公司生产的Tricept机床，包括定平台、动平台、连接动平台与机架的四条分支和连接动平台的两自由度转头，第一、第二和第三分支结构相同，为UPS结构，中间约束分支为UP结构；专利文献CN102126217A公开了一种具有两转一移三自由度的非对称结构并联机构，该机构由机架、动平台和连接机架与动平台的三条运动分支组成，第一分支和第二分支结构相同，为RPS结构，第三分支为RPRU结构；专利文献CN103252683A公开了一种五自由度串并联机床，包括立柱、床身、工作台、支撑架、动平台、第一、第二、第三分支和定位头组成，第一、第二分支结构相同，为UPS结构，第三分支为UP结构；专利文献CN103144106B公开了一种具有两转一移三自由度的非对称并联机构，该机构由固定平台、运动平台和连接两平台的三条分支组成，第一分支为URR结构，第二分支为URS结构，第三分支为RRU结构；专利文献CN101966501A公开了一种基于三自由度并联机构的五自由度喷涂机器人，该机构由固定平台、运动平台和连接两平台的三条分支组成，三条分支结构相同，为RPS结构；专利文献CN102126216A公开了一种具有两转一移三自由度的对称结构并联机构，该机构由固定平台、运动平台和连接两平台的三条分支组成，三条分支结构相同，为RPU结构；专利文献CN102922515A公开了一种两转一移三自由度空间并联机构，该机构由固定平台、运动平台和连接两平台的三条分支组成，第一分支和第二分支结构相同，为RPU结构，第三分支为含平行四边形机构的SPR结构；专利文献CN103056870B公开了一种两转一移三自由度并联机构，该机构由固定平台、运动平台和连接两平台的三条分支组成，第一分支和第二分支结构相同，为RRS结构，第三分支为SRR结构；专利文献CN103144095B公开了一种具有两转一移三自由度的非对称并联机构，该机构由固定平台、运动平台和连接两平台的三条分支组成，第一分支为URR结构，第二分支为UPS
结构，第三分支为RPU结构；专利文献CN103144096B公开了一种两转一移三自由度无过约束非对称并联机构，该机构由固定平台、运动平台和连接两平台的三条分支组成，第一分支为SPR结构，第二分支为UPR结构，第三分支为UPS结构；专利文献CN103600346A公开了一种两转一移三自由度并联机构，该机构由固定平台、运动平台和连接两平台的三条分支组成，第一分支和第二分支结构相同，为RRS结构，第三分支为SRR结构；专利文献CN103144095B公开了一种两转一移三自由度非对称解耦并联机构，包括动平台、机架、连接动平台与机架的三个分支,第一分支为UPR结构，第二分支为UPS结构，第三分支为RPU结构。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种五轴联动串并联机床，该机床是由一个三自由度并联机构和一个两自由度转头串联而成，不同于现有的任何一种机床的结构，该机床具有运动副轴线之间的装配几何关系简单、工作空间大、刚度高、制造装配容易等优点。实现本专利技术目的所采用的技术方案为，一种五轴联动串并联机床，包括机架、动平台、并联连接在机架与动平台之间的第一、第二和第三分支以及串联连接在动平台上的两自由度转头，所述第一分支与第二分支对称布置且结构相同，均由从机架到动平台顺序连接的连接框架和直线滑台构成，所述直线滑台包括伺服电机、联轴器、丝杠、螺母滑块、支撑板和对称分布于丝杠两侧的两条长直滑块导轨，连接框架的一端通过转动副与机架连接、另一端通过转动副与直线滑台的螺母滑块连接，直线滑台的支撑板通过复合球铰连接到动平台；所述第三分支由从机架到动平台顺序连接的第三分支连接块和第三分支直线滑台构成，所述第三分支直线滑台包括伺服电机、联轴器、丝杠、螺母滑块、支撑板和对称分布于丝杠两侧的两条长直滑块导轨；第三分支连接块的一端通过转动副与机架连接、另一端与第三分支直线滑台的螺母滑块固连；第三分支直线滑台的支撑板通过转动副连接到动平台，且该转动副的轴线与第三分支直线滑台的运动方向垂直；所述两自由度转头通过两个转轴相互垂直的伺服电机驱动。一种五轴联动串并联机床，包括机架、动平台、并联连接在机架与动平台之间的第一、第二和第三分支以及串联连接在动平台上的两自由度转头，所述第一分支与第二分支对称布置且结构相同，均由从机架到动平台顺序连接的连接框架和电动缸构成，所述连接框架的一端通过转动副与机架连接、另一端通过转动副与电动缸的缸筒连接，电动缸的活塞杆通过复合球铰连接到动平台；所述第三分支由从机架到动平台顺序连接的第
三分支连接块和第三分支电动缸构成，第三分支连接块的一端通过转动副与机架连接、另一端与第三分支电动缸的缸筒固连，第三分支电动缸的活塞杆通过转动副连接到动平台，且该转动副的轴线与第三分支电动缸的运动方向垂直；所述两自由度转头通过两个转轴相互垂直的伺服电机驱动。由上述技术方案可知，本专利技术提供的五轴联动串并联机床，主要由机架、动平台、并联连接在机架与动平台之间的三条分支以及串联在动平台上的两自由度转头构成，第一、第二分支结构相同，为含复合铰的UPS结构，第三分支为RPR结构，其结构与现有的机床均不同，该机床能实现较大的工作空间，且刚度高，装配制造容易；直线运动通过电动缸或直线滑台实现，大大精简了现有五轴机床的结构，并且控制简单。与现有技术相比，本专利技术为解决五轴机床简单化以及增大工作空间等问题提供了一种不同构思的技术方案，本专利技术提供的五轴联动串并联机床为串并联结构，各运动副轴线之间的装配几何关系简单，各部件制造工艺简单；在现有文献中，涉及五轴串并联机床的专利较多，但本专利技术的结构不同于现有的任何一种五轴联动串并联机床的结构，并且现有的这些五轴机床大多结构复杂，工作空间较小，而本专利技术的运动副轴线之间的装配几何关系简单、工作空间大、刚度高；该专利技术能够在工业、器械等产业上制造或者使用，适用于高精度和复杂曲面的加工，能够产生明显的经济效果，具有良好的应用前景。附图说明图1为实施例1提供的五轴联动串并联机床的整机结构示意图；图2为实施例1提供的五轴联动串并联机床的第一或第二分支的结构示意图；图3为实施例1提供的五轴联动串并联机床的第三分支的结构示意图；其中，①-机架，②-动平台；1-第一分支，11-连接框架，12-直线滑台，12a-伺服电机，12b-联轴器，12c-支撑板，12d-丝杠，12e-长直滑块导轨，12f-螺母滑块，R11-第一转动副，R12-第二转动副，S1-复合球铰；2-第二分支，21-连接框架，22-直线滑台；3-第三分支，31-第三分支连接块，32-第三分支直线滑台，32a-伺服电机，32b-联轴器，32c-支撑板，32d-丝杠，32e-长直滑块导轨，32f-螺母滑块，R31-第三转动副，R32-第四转动副；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种五轴联动串并联机床，包括机架、动平台、并联连接在机架与动平台之间的第一、第二和第三分支以及串联连接在动平台上的两自由度转头，其特征在于：所述第一分支与第二分支对称布置且结构相同，均由从机架到动平台顺序连接的连接框架和直线滑台构成，所述直线滑台包括伺服电机、联轴器、丝杠、螺母滑块、支撑板和对称分布于丝杠两侧的两条长直滑块导轨，连接框架的一端通过转动副与机架连接、另一端通过转动副与直线滑台的螺母滑块连接，直线滑台的支撑板通过复合球铰连接到动平台；所述第三分支由从机架到动平台顺序连接的第三分支连接块和第三分支直线滑台构成，所述第三分支直线滑台包括伺服电机、联轴器、丝杠、螺母滑块、支撑板和对称分布于丝杠两侧的两条长直滑块导轨；第三分支连接块的一端通过转动副与机架连接、另一端与第三分支直线滑台的螺母滑块固连；第三分支直线滑台的支撑板通过转动副连接到动平台，且该转动副的轴线与第三分支直线滑台的运动方向垂直；所述两自由度转头通过两个转轴相互垂直的伺服电机驱动。

【技术特征摘要】
1.一种五轴联动串并联机床，包括机架、动平台、并联连接在机架与动平台之间的第一、第二和第三分支以及串联连接在动平台上的两自由度转头，其特征在于：所述第一分支与第二分支对称布置且结构相同，均由从机架到动平台顺序连接的连接框架和直线滑台构成，所述直线滑台包括伺服电机、联轴器、丝杠、螺母滑块、支撑板和对称分布于丝杠两侧的两条长直滑块导轨，连接框架的一端通过转动副与机架连接、另一端通过转动副与直线滑台的螺母滑块连接，直线滑台的支撑板通过复合球铰连接到动平台；所述第三分支由从机架到动平台顺序连接的第三分支连接块和第三分支直线滑台构成，所述第三分支直线滑台包括伺服电机、联轴器、丝杠、螺母滑块、支撑板和对称分布于丝杠两侧的两条长直滑块导轨；第三分支连接块的一端通过转动副与机架连接、另一端与第三分支直线滑台的螺母滑块固连；第三分支直线滑台的支撑板通过转动副连接到...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹文熬，姚翔宇，杨栋皓，丁华锋，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北;42