一种具有规避奇异特性的冗余驱动并联机床执行机构制造技术

本发明专利技术涉及一种并联机构，具体涉及一种具有可以规避奇异的冗余驱动并联机床执行机构。包括固定平台、第一驱动支链、第二驱动支链、冗余驱动支链、运动平台以及主轴刀头组件。该机构具有Z向的移动行程，X、Y向的转动运动，其中，连接输出杆的两个驱动支链为冗余驱动输入，由冗余驱动支链调节刀头部分转动姿态来规避奇异位置，从而使得刀头部分转动具有较大的加工范围。第一驱动支链和第二驱动支链的结构相同，且第一驱动支链、第二驱动支链和冗余驱动支链成圆周性120度对称布置。本发明专利技术提出的具有规避奇异特性的冗余驱动并联机床的执行机构具有灵活性高、加工范围大、刚度高、能够适用于机床复杂空间曲面的高精度加工领域。

A redundant actuated parallel machine tool actuator with circumvention of singular characteristics

The invention relates to a parallel mechanism, in particular to an actuator with a redundant actuated parallel machine tool that can evade the singularity. It includes the fixed platform, the first drive chain, the second drive chain, the redundant drive chain, the motion platform and the spindle head component. The mechanism has the Z to travel, X, Y to the rotary motion, among them, two driving branched chain is connected with the output rod is driven by the input redundancy, redundant drive chain regulating cutter head rotation part to avoid the singular position, so that the blade part rotation has large processing range. First, the structure of the driving branch and the second driving branch is the same, and the first drive branch, the second drive branch and the redundant drive branch are arranged in a 120 degree symmetry. The actuating mechanism of the redundant drive parallel machine tool proposed by the invention has the advantages of high flexibility, large processing range and high rigidity, and it can be applied to the high-precision machining field of complex surface of machine tools.

【技术实现步骤摘要】
一种具有规避奇异特性的冗余驱动并联机床执行机构
本专利技术涉及一种并联机床机构，具体涉及一种具有可以规避奇异的冗余驱动并联机床执行机构。该机构可用于高精度机床加工，异型结构复杂曲面自由加工等。
技术介绍
针对机床加工领域复杂空间曲面的高精度加工问题，目前部分还采用手工后处理的方式，这样会带来加工成本高，生产周期长的问题，且加工质量受限于工人技术的熟练程度，高精度的加工难以得到保证；传统的串联式机床虽具有工作空间大的优点，而在工业中得到应用，但由于其结构为串联式相连接，作为机床输出端的刀具加工部分受到误差累积的影响而精度下降，整体刚度较低。另外，各级电机进行串联式连接，使得刀具加工部分的动态响应速度变低，难以满足制造装备领域的需求；在此背景下，以并联机构作为本体机构的并联机床开始应用于加床加工中，其具有精度高，刚度大，累计误差小，动态响应快等优点，使其易于实现高速和高精密加工，弥补了传统机床的不足。在现代工业机床应用中，要求机床机构具有更高的性能，即高速、高负载、高精度以及高安全性的要求，而满足高性能要求的实现是并联机构构型设计和制造的难题。传统的并联机床机构，在输出端的刀具加工部分会受到并联机构自身结构限制，使其转角范围较小，加工的零件尺寸范围小，使得加工效率很低。同时，由于存在奇异位型，使得机构安全性能存在隐患，无法满足高安全性的要求。鉴于机床加工领域高速、高负载、高精度以及高安全性的需求，选择刚度高、姿态能力强的并联机构作为机床加工中的执行机构，为提高效率和精度而完成复杂曲面的加工，获得刚度高、工作空间大、灵活性能好的新型并联机构具有非常重要的意义。而冗余驱动的添加，能够提高并联机床机构的运动和动力学的性能，其中刚度性能和规避奇异后的灵巧性能的提高尤为明显。因此，专利技术一种具有规避奇异特性的冗余驱动并联机床为机床加工领域复杂空间曲面的高精度加工问题提供良好的解决方案。
技术实现思路
针对机床加工领域高效率和高精度的任务需求，本专利技术提出了一种具有规避奇异特性的冗余驱动并联机床执行机构，该机构具有Z向的移动行程，X、Y向的转动运动，由冗余驱动支链调节刀头部分转动姿态来规避奇异位置，从而使得刀头部分转动具有较大的加工范围，且该并联机构由于冗余驱动特性的引入，使该机构具有了良好的运动和动力学性能，能够满足机床加工领域复杂空间曲面的高精度加工的需求。本专利技术提出的一种具有规避奇异特性的冗余驱动并联机床执行机构，其包括固定平台、第一驱动支链、第二驱动支链、冗余驱动支链、运动平台以及主轴刀头组件，其特征在于：所述固定平台包含一个固定支架、四个相同的驱动支链支撑板以及两个相同的冗余驱动支链支撑板。其中第一驱动支链支撑板和第二驱动支链支撑板的一端分别与第一驱动支链上的电机外壳进行连接。第一驱动支链支撑板和第二驱动支链支撑板的另一端与固定支架连接。第三驱动支链支撑板和第四驱动支链支撑板的一端分别与第二驱动支链上的电机外壳进行连接。第三驱动支链支撑板和第四驱动支链支撑板的另一端与固定支架连接。第一冗余驱动支链支撑板和第二冗余驱动支链支撑板的一端分别与冗余驱动支链上的第一电机外壳和第二电机外壳进行连接。第三驱动支链支撑板和第四驱动支链支撑板的另一端与固定支架连接。所述第一驱动支链包括第一伺服电机、第一电机支座组件、第一联轴器、第一联轴器外壳、第一套筒、第一丝杠、第一驱动连接件、第一推杆、第一U型连接件以及第一十字节。其中，第一驱动支链通过其上的第一电机支座组件与第一驱动支链支撑板和第二驱动支链支撑板同轴配合进行连接。同时，第一驱动支链通过第一十字节与动平台连接。所述第二驱动支链与第一驱动支链相同，第二驱动支链通过其上的第二电机支座组件与第三驱动支链支撑板和第四驱动支链支撑板同轴配合进行连接。同时，第二驱动支链通过第二十字节与动平台连接。所述冗余驱动支链包括第三驱动支链、第四驱动支链、输出杆、第三U型连接件和第三十字节。所述第三驱动支链包括第三伺服电机、第三电机支座组件、第三联轴器、第三联轴器外壳、第三套筒、第三丝杠、第三驱动连接件、第三推杆。其中，第三驱动支链通过其上的第三电机支座组件与两个冗余驱动支链支撑板连接。同时，第三驱动支链通过其上的第三推杆与输出杆同轴配合进行连接。所述第四驱动支链包括第四伺服电机、第四电机支座组件、第四联轴器、第四联轴器外壳、第四套筒、第四丝杠、第四驱动连接件、第四推杆。其中，第四驱动支链通过其上的第四电机支座组件与两个冗余驱动支链支撑板连接，同时，第四驱动支链通过其上的第四推杆与输出杆同轴配合进行连接。冗余驱动支链通过第三十字节与动平台连接。所述运动平台包括圆盘、第四U型连接件、第五U型连接件、第六U型连接件，其中，第四U型连接件、第五U型连接件、第六U型连接件分别与圆盘连接。所述主轴刀头组件包括主轴刀头单元和第五伺服电机，其中，第五伺服电机与圆盘紧固连接，主轴刀头单元与第五伺服电机连接。本专利技术提出的具有规避奇异特性的冗余驱动并联机床执行机构，其特征在于：连接输出杆的两个驱动支链为冗余驱动输入，通过冗余驱动的输入可以调节输出杆的位姿，提高动平台的转动范围和刀头的加工范围，从而提高机构整体的灵活性能。第一驱动支链和第二驱动支链的结构相同，且第一驱动支链、第二驱动支链和冗余驱动支链成圆周性120度对称布置。本专利技术提出的具有规避奇异特性的冗余驱动并联机床执行机构有如下优点：(1)结构对称、简单，易于装配，加工成本较低，易于实现模块化的生产；(2)具有冗余驱动特性，通过冗余驱动的输入可以调节输出杆的位姿，使得并联机构具有高灵活特性；(3)工作空间大，姿态能力强，通过冗余驱动支链的调节，使得机构可以规避运动平台的奇异位置，能够实现较大的转向行程；(4)刚度高，冗余驱动的引入，使该机床具有了良好的运动和动力学性能，尤其是提高刚度特性和提高精度特性；(5)动态响应速度快，能够实现高速加工。上述优点使该机床控制容易，加工精度较高，能够机床加工领域高速、高负载、高精度以及高安全性的需求。附图说明图1是本专利技术的并联机床执行机构的整体结构示意图图2是本专利技术的固定平台的结构示意图图3是本专利技术的并联机床执行机构的第一驱动支链的爆炸示意图图4是本专利技术的并联机床执行机构的第二驱动支链的爆炸示意图图5是本专利技术的并联机床执行机构的冗余驱动支链的爆炸示意图图6是本专利技术的并联机床执行机构的运动平台以及主轴刀头组件的爆炸示意图图7是第一驱动支链支撑板的结构示意图图8是第一冗余驱动支链支撑板的结构示意图图9是第一U型连接件的爆炸示意图图10是第三电机支座组件的爆炸示意图图11是主轴刀头组件的爆炸示意图图1中：固定平台1，第一驱动支链2，第二驱动支链3，冗余驱动支链4，运动平台以及主轴刀头组件5。图2中：固定支架1-1，第一驱动支链支撑板1-2-1，第二驱动支链支撑板1-2-2，第三驱动支链支撑板1-2-3，第四驱动支链支撑板1-2-4，第一冗余驱动支链支撑板1-2-5，第二冗余驱动支链支撑板1-2-6。图3中：第一伺服电机2-1，第一电机支座组件2-2，第一联轴器2-3，第一联轴器外壳2-4，第一套筒2-5，第一丝杠2-6，第一驱动连接件2-7，第一推杆2-8，第一U型连接件2-9，第一十字节2-10。图4中：第二伺服电机3-1，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有规避奇异特性的冗余驱动并联机床执行机构，其包括固定平台、第一驱动支链、第二驱动支链、冗余驱动支链、运动平台以及主轴刀头组件，其特征在于：所述固定平台包含一个固定支架、四个相同的驱动支链支撑板以及两个相同的冗余驱动支链支撑板。其中第一驱动支链支撑板和第二驱动支链支撑板的一端分别与第一驱动支链上的电机外壳进行连接。第一驱动支链支撑板和第二驱动支链支撑板的另一端与固定支架连接。第三驱动支链支撑板和第四驱动支链支撑板的一端分别与第二驱动支链上的电机外壳进行连接。第三驱动支链支撑板和第四驱动支链支撑板的另一端与固定支架连接。第一冗余驱动支链支撑板和第二冗余驱动支链支撑板的一端分别与冗余驱动支链上的第一电机外壳和第二电机外壳进行连接。第三驱动支链支撑板和第四驱动支链支撑板的另一端与固定支架连接。所述第一驱动支链包括第一伺服电机、第一电机支座组件、第一联轴器、第一联轴器外壳、第一套筒、第一丝杠、第一驱动连接件、第一推杆、第一U型连接件以及第一十字节。其中，第一驱动支链通过其上的第一电机支座组件与第一驱动支链支撑板和第二驱动支链支撑板同轴配合进行连接。同时，第一驱动支链通过第一十字节与动平台连接。所述第二驱动支链与第一驱动支链相同，第二驱动支链通过其上的第二电机支座组件与第三驱动支链支撑板和第四驱动支链支撑板同轴配合进行连接。同时，第二驱动支链通过第二十字节与动平台连接。所述冗余驱动支链包括第三驱动支链、第四驱动支链、输出杆、第三U型连接件和第三十字节。所述第三驱动支链包括第三伺服电机、第三电机支座组件、第三联轴器、第三联轴器外壳、第三套筒、第三丝杠、第三驱动连接件、第三推杆。其中，第三驱动支链通过其上的第三电机支座组件与两个冗余驱动支链支撑板连接。同时，第三驱动支链通过其上的第三推杆与输出杆同轴配合进行连接。所述第四驱动支链包括第四伺服电机、第四电机支座组件、第四联轴器、第四联轴器外壳、第四套筒、第四丝杠、第四驱动连接件、第四推杆。其中，第四驱动支链通过其上的第四电机支座组件与两个冗余驱动支链支撑板连接，同时，第四驱动支链通过其上的第四推杆与输出杆同轴配合进行连接。冗余驱动支链通过第三十字节与动平台连接。所述运动平台包括圆盘、第四U型连接件、第五U型连接件、第六U型连接件，其中，第四U型连接件、第五U型连接件、第六U型连接件分别与圆盘连接。所述主轴刀头组件包括主轴刀头单元和第五伺服电机，其中，第五伺服电机与圆盘紧固连接，主轴刀头单元与第五伺服电机连接。...

【技术特征摘要】
1.一种具有规避奇异特性的冗余驱动并联机床执行机构，其包括固定平台、第一驱动支链、第二驱动支链、冗余驱动支链、运动平台以及主轴刀头组件，其特征在于：所述固定平台包含一个固定支架、四个相同的驱动支链支撑板以及两个相同的冗余驱动支链支撑板。其中第一驱动支链支撑板和第二驱动支链支撑板的一端分别与第一驱动支链上的电机外壳进行连接。第一驱动支链支撑板和第二驱动支链支撑板的另一端与固定支架连接。第三驱动支链支撑板和第四驱动支链支撑板的一端分别与第二驱动支链上的电机外壳进行连接。第三驱动支链支撑板和第四驱动支链支撑板的另一端与固定支架连接。第一冗余驱动支链支撑板和第二冗余驱动支链支撑板的一端分别与冗余驱动支链上的第一电机外壳和第二电机外壳进行连接。第三驱动支链支撑板和第四驱动支链支撑板的另一端与固定支架连接。所述第一驱动支链包括第一伺服电机、第一电机支座组件、第一联轴器、第一联轴器外壳、第一套筒、第一丝杠、第一驱动连接件、第一推杆、第一U型连接件以及第一十字节。其中，第一驱动支链通过其上的第一电机支座组件与第一驱动支链支撑板和第二驱动支链支撑板同轴配合进行连接。同时，第一驱动支链通过第一十字节与动平台连接。所述第二驱动支链与第一驱动支链相同，第二驱动支链通过其上的第二电机支座组件与第三驱动支链支撑板和第四驱动支链支撑板同轴配合进行连接。同时，第二驱动支链通过第二十字节与动平台连接。所述冗...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵福群，郭盛，徐梓淳，饶舜禹，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11