基于新型并联工具系统的精密铣磨成形机床及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于新型并联工具系统的精密铣磨成形机床及其控制方法，属于机械制造领域。立柱分别通过螺栓固定连接在床身的四个角上，工作台通过螺钉固定连接在床身上，两个y向导轨分别通过螺栓固定连接在左、右两侧的四个立柱上端，x向导轨通过螺栓固定连接在y向导轨的滑台上，z向导轨及自锁装置通过螺栓固定连接在x向导轨的滑台上，并联抛光工具系统经过螺栓固定连接在连接板，连接板通过螺栓固定连接在z向导轨的滑台上。优点是结构新颖，具有丰富的冗余自由度，结构刚度高，工具轨迹累积误差小，精度容易保障。而且宏运动和微运动的控制相互独立，不会产生多轴干涉和算法解析出现奇异点的问题；很大程度上提高精度。

Precision Milling and Grinding Forming Machine Tool Based on New Parallel Tool System and Its Control Method

The invention relates to a precision milling and grinding forming machine tool based on a novel parallel tool system and its control method, belonging to the field of mechanical manufacturing. The pillars are fixed and connected to the four corners of the bed by bolts. The workbench is fixed and connected to the bed by bolts. The two Y guide rails are fixed and connected to the upper ends of the four pillars on the left and right sides respectively. The x guide rails are fixed and connected to the slide of the Y guide rails by bolts. The Z guide rails and self-locking devices are fixed and connected to the slide of the X guide rails by bolts and thrown in parallel. The optical tool system is bolted to the connecting plate, and the connecting plate is bolted to the slide of the Z Guide rail. The advantages are novel structure, abundant redundant degrees of freedom, high structural stiffness, small cumulative error of tool trajectory and easy guarantee of accuracy. Moreover, the control of macro motion and micro motion are independent of each other, which will not cause the problem of multi-axis interference and singularity in algorithm analysis, and greatly improve the accuracy.

【技术实现步骤摘要】
基于新型并联工具系统的精密铣磨成形机床及其控制方法
本专利技术属于机械制造领域，尤其涉及一种精密铣磨成形机床。
技术介绍
在国防、军工、汽车制造、航天航海等高新
中，对于具有复杂曲面的零件需求很大，但这一类零件的加工工艺比较复杂，加工难度大，精度要求高，所以造价昂贵。如何提高这类零件加工精度，降低加工难度是解决问题的关键。对于复杂曲面的加工需要工具头具有足够多的自由度，目前常采用多轴联动铣磨成形机床，但是随着轴数量增加，控制难度越来越大，并且这类机床各轴之间是串联的，其轨迹累积误差较大，精度越来越难控制，成本也越来越高。混联铣磨成形机床开始出现在人们视野中，混联铣磨成形机床通过将宏运动和微运动分开进行，减少了运动传递中不必要的误差累积，现在越来越多的学者开始加入到这项研究中来，但实现微运动的机构必须具有足够的冗余自由度，刚度。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于新型并联工具系统的精密铣磨成形机床及其控制方法，以解决现有的铣磨成形机床精度难以控制，控制难度大的问题。本专利技术采用的技术方案是，包括x向导轨、z向导轨及自锁装置、y向导轨、立柱、床身、工作台、并联抛光工具系统、连接板，其中立柱有四个，分别通过螺栓固定连接在床身的四个角上，工作台通过螺钉固定连接在床身上，两个y向导轨分别通过螺栓固定连接在左、右两侧的四个立柱上端，x向导轨通过螺栓固定连接在y向导轨的滑台上，z向导轨及自锁装置通过螺栓固定连接在x向导轨的滑台上，并联抛光工具系统经过螺栓固定连接在连接板，连接板通过螺栓固定连接在z向导轨的滑台上。所述的x向导轨包括x向导轨电机、x向导轨底座、x向导轨同步带、x向导轨、x向导轨滑台、x向导轨张紧轮和x向导轨销轴，其中x向导轨电机通过螺钉固定连接在x向导轨底座的电机座内，x向导轨通过螺钉固定连接在x向导轨底座上，x向导轨滑台与x向导轨滑动连接，x向导轨张紧轮通过x向导轨销轴固定在x向导轨底座上，销轴与x向导轨底座通过螺纹连接，x向导轨同步带包裹在x向导轨电机的主动轮和x向导轨张紧轮上并与x向导轨滑台固定连接。所述的y向导轨包括y向导轨底座、y向导轨、y向导轨滑台、y向导轨同步带、y向导轨张紧轮和y向导轨销轴、y向导轨电机，所述的y向导轨电机通过螺钉固定连接在y向导轨底座的电机座内，y向导轨通过螺钉固定连接在y向导轨底座上，y向导轨滑台与y向导轨滑动连接，y向导轨张紧轮通过y向导轨销轴固定在y向导轨底座上，y向导轨销轴与y向导轨底座通过螺纹连接，y向导轨同步带包裹在y向导轨电机的主动轮和y向导轨张紧轮上并与y向导轨滑台固定连接。所述的z向导轨及自锁装置包括链轮、链条、z向导轨电机、配重箱、链连接块、气动推杆、联轴器、z向导轨滑台、z向导轨底座、z向导轨丝杠、z向导轨、z向导轨丝杠安装座、机架，其中两个配重箱分别通过螺钉连接在机架后面的左右两侧，四个链轮通过安装座连接在机架上表面的四个角，z向导轨底座通过螺钉固定连接在机架的前端面，z向导轨电机通过螺钉固定连接在z向导轨底座上端面，两个z向导轨丝杠安装座通过螺钉固定连接在z向导轨底座正面，z向导轨丝杠穿过两个丝杠安装座的轴承通过止推环固定，联轴器与z向导轨电机的主轴和z向导轨丝杠通过销钉连接，z向导轨滑台的丝杠螺母与z向导轨丝杠通过螺纹连接，z向导轨滑台的滑块与z向导轨滑动连接，两个链连接块通过螺钉连接在z向导轨滑台左右两侧，链条一端与链连接块通过销钉连接，另一端与配重箱的配重块通过销钉连接，两个气动推杆通过螺钉连接在z向导轨滑台左右两侧。所述的并联抛光工具系统包括静平台、虎克铰、丝杠模组、连接块、爪型连接件、连接件、连接件、动平台模组、球铰，其中三个虎克铰分别通过螺钉固定连接在静平台上，三个丝杠模组分别与三个虎克铰通过螺栓固定连接，三个连接块通过螺钉固定连接在丝杠模组端面，两个爪型连接件通过螺钉固定连接在位于静平台左右两侧的连接块上，球铰通过螺钉固定连接在剩余的一个连接块上，连接件通过螺钉固定连接在爪型连接件上，两个连接件通过螺钉固定连接在动平台模组左右两侧，位于静平台左右两侧的两个连接件一和两个爪型连接件通过销轴铰接、剩余的一个连接件二与球铰的十字轴铰接。所述丝杠模组包括电机、电机安装底板、导轨、滑台、位移传感器、连接底板、电机联轴器、丝杠安装座、光电传感器、丝杠、模组底板，其中电机通过螺钉固定连接在电机安装底板上，电机安装底板通过螺钉固定连接在模组底板上，导轨通过螺钉固定连接在模组底板上，连接底板通过螺钉连接在模组底板上，丝杠安装座通过螺钉连接固定在模组底板上，光电传感器与模组底板通过螺钉固定连接，电机联轴器与电机的主轴和丝杠通过销钉连接，滑台的丝杠螺母与丝杠通过螺纹连接，滑台的滑块与导轨滑动连接，位移传感器的测量伸缩杆通过螺栓固定连接在滑台的连接板上。所述的滑台包括传感器感应片、滑台底座、传感器连接板、丝母安装板、丝杆螺母、滑块，其中传感器感应片通过螺钉固定连接在滑台底座的左侧面，滑块通过螺钉固定连接在滑台底座的底面，传感器连接板与滑台底座通过螺钉连接，丝母安装板通过螺钉连接在滑台底座的底面凹槽内，丝杠螺母通过螺钉连接在丝母安装板上。所述的虎克铰包括虎克铰底座和短轴，短轴穿过底座的轴承后用止推环固定；所述的球铰包括球铰底座和十字轴，十字轴穿过球铰底座的轴承后用止推环固定；球铰底座与虎克铰底座的结构相同；所述的虎克铰底座包括轴承、上连接座、端盖、下连接座、上底座、下底座、短圆销、阶梯轴、轴承，其中轴承通过上连接座的轴承安装孔并用端盖卡紧，端盖通过螺钉连接在上连接座上，上连接座7通过螺钉固定在下连接座上，上底座和下底座通过螺栓连接，阶梯轴通过两个轴承和上底座、下底座采用两端固定的方式固定，阶梯轴和下连接座通过短圆销连接。所述的动平台模组包括主轴电机、主轴电机安装座、动平台、短锥销、工具头，主轴电机通过螺钉连接在主轴电机安装座内，主轴电机安装座通过螺钉连接在动平台上，主轴电机的主轴和工具头通过螺纹连接并通过短锥销固定。一种基于新型并联工具系统的精密铣磨成形机床的控制方法，包括下列步骤：(一)、以静平台几何中心为原点建立坐标系XYZ，其中Z轴为竖直方向上经过静平台几何中心的直线，X轴为在水平面内的且通过静平台几何中心与X向导轨平行的水平直线，Y轴为在水平面内的且通过静平台几何中心与y向导轨平行的水平直线，以动平台模组几何中心为原点建立坐标系X'Y'Z'，其中Z'轴为竖直方向上经过动平台模组几何中心的直线，X'轴为在水平面内的且通过动平台模组几何中心与X向导轨平行的水平直线，Y'轴为在水平面内的且通过动平台模组几何中心与Y向导轨平行的水平直线；当工件通过夹具装夹并固定在工作台上后，利用三轴移动平台将并联抛光工具系统送到待加工点位置，静平台和工件位置已经确定；(二)、对动平台模组在静平台坐标系XYZ内的运动几何关系的描述：设A1、B1、C1在XYZ坐标系的坐标向量为：A1＝(A1x,A1y,A1z)T＝(2D,0,0)TB1＝(B1x,B1y,B1z)T＝(-D,H,0)TC1＝(C1x,C1y,C1z)T＝(-D,-H,0)T设A2、B2、C2在X'Y'Z'坐标系的坐标向量为：A2＝(2d,0,0)TB2＝(-d,h,0)TC2＝(-d,-h,0)T其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于新型并联工具系统的精密铣磨成形机床，其特征在于：包括x向导轨、z向导轨及自锁装置、y向导轨、立柱、床身、工作台、并联抛光工具系统、连接板，其中立柱有四个，分别通过螺栓固定连接在床身的四个角上，工作台通过螺钉固定连接在床身上，两个y向导轨分别通过螺栓固定连接在左、右两侧的四个立柱上端，x向导轨通过螺栓固定连接在y向导轨的滑台上，z向导轨及自锁装置通过螺栓固定连接在x向导轨的滑台上，并联抛光工具系统经过螺栓固定连接在连接板，连接板通过螺栓固定连接在z向导轨的滑台上。

【技术特征摘要】
1.一种基于新型并联工具系统的精密铣磨成形机床，其特征在于：包括x向导轨、z向导轨及自锁装置、y向导轨、立柱、床身、工作台、并联抛光工具系统、连接板，其中立柱有四个，分别通过螺栓固定连接在床身的四个角上，工作台通过螺钉固定连接在床身上，两个y向导轨分别通过螺栓固定连接在左、右两侧的四个立柱上端，x向导轨通过螺栓固定连接在y向导轨的滑台上，z向导轨及自锁装置通过螺栓固定连接在x向导轨的滑台上，并联抛光工具系统经过螺栓固定连接在连接板，连接板通过螺栓固定连接在z向导轨的滑台上。2.根据权利要求1所述的一种基于新型并联工具系统的精密铣磨成形机床，其特征在于：所述的x向导轨包括x向导轨电机、x向导轨底座、x向导轨同步带、x向导轨、x向导轨滑台、x向导轨张紧轮和x向导轨销轴，其中x向导轨电机通过螺钉固定连接在x向导轨底座的电机座内，x向导轨通过螺钉固定连接在x向导轨底座上，x向导轨滑台与x向导轨滑动连接，x向导轨张紧轮通过x向导轨销轴固定在x向导轨底座上，销轴与x向导轨底座通过螺纹连接，x向导轨同步带包裹在x向导轨电机的主动轮和x向导轨张紧轮上并与x向导轨滑台固定连接。3.根据权利要求1所述的一种基于新型并联工具系统的精密铣磨成形机床，其特征在于：所述的y向导轨包括y向导轨底座、y向导轨、y向导轨滑台、y向导轨同步带、y向导轨张紧轮和y向导轨销轴、y向导轨电机，所述的y向导轨电机通过螺钉固定连接在y向导轨底座的电机座内，y向导轨通过螺钉固定连接在y向导轨底座上，y向导轨滑台与y向导轨滑动连接，y向导轨张紧轮通过y向导轨销轴固定在y向导轨底座上，y向导轨销轴与y向导轨底座通过螺纹连接，y向导轨同步带包裹在y向导轨电机的主动轮和y向导轨张紧轮上并与y向导轨滑台固定连接。4.根据权利要求1所述的一种基于新型并联工具系统的精密铣磨成形机床，其特征在于：所述的z向导轨及自锁装置包括链轮、链条、z向导轨电机、配重箱、链连接块、气动推杆、联轴器、z向导轨滑台、z向导轨底座、z向导轨丝杠、z向导轨、z向导轨丝杠安装座、机架，其中两个配重箱分别通过螺钉连接在机架后面的左右两侧，四个链轮通过安装座连接在机架上表面的四个角，z向导轨底座通过螺钉固定连接在机架的前端面，z向导轨电机通过螺钉固定连接在z向导轨底座上端面，两个z向导轨丝杠安装座通过螺钉固定连接在z向导轨底座正面，z向导轨丝杠穿过两个丝杠安装座的轴承通过止推环固定，联轴器与z向导轨电机的主轴和z向导轨丝杠通过销钉连接，z向导轨滑台的丝杠螺母与z向导轨丝杠通过螺纹连接，z向导轨滑台的滑块与z向导轨滑动连接，两个链连接块通过螺钉连接在z向导轨滑台左右两侧，链条一端与链连接块通过销钉连接，另一端与配重箱的配重块通过销钉连接，两个气动推杆通过螺钉连接在z向导轨滑台左右两侧。5.根据权利要求1所述的一种基于新型并联工具系统的精密铣磨成形机床，其特征在于：所述的并联抛光工具系统包括静平台、虎克铰、丝杠模组、连接块、爪型连接件、连接件、连接件、动平台模组、球铰，其中三个虎克铰分别通过螺钉固定连接在静平台上，三个丝杠模组分别与三个虎克铰通过螺栓固定连接，三个连接块通过螺钉固定连接在丝杠模组端面，两个爪型连接件通过螺钉固定连接在位于静平台左右两侧的连接块上，球铰通过螺钉固定连接在剩余的一个连接块上，连接件通过螺钉固定连接在爪型连接件上，两个连接件通过螺钉固定连接在动平台模组左右两侧，位于静平台左右两侧的两个连接件一和两个爪型连接件通过销轴铰接、剩余的一个连接件二与球铰的十字轴铰接。6.根据权利要求5所述的一种基于新型并联工具系统的精密铣磨成形机床，其特征在于：所述丝杠模组包括电机、电机安装底板、导轨、滑台、位移传感器、连接底板、电机联轴器、丝杠安装座、光电传感器、丝杠、模组底板，其中电机通过螺钉固定连接在电机安装底板上，电机安装底板通过螺钉固定连接在模组底板上，导轨通过螺钉固定连接在模组底板上，连接底板通过螺钉连接在模组底板上，丝杠安装座通过螺钉连接固定在模组底板上，光电传感器与模组底板通过螺钉固定连接，电机联轴器与电机的主轴和丝杠通过销钉连接，滑台的丝杠螺母与丝杠通过螺纹连接，滑台的滑块与导轨滑动连接，位移传感器的测量伸缩杆通过螺栓固定连接在滑台的连接板上。7.根据权利要求6所述的一种基于新型并联工具系统的精密铣磨成形机床，其特征在于：所述的滑台包括传感器感应片、滑台底座、传感器连接板、丝母安装板、丝杆螺母、滑块，其中传感器感应片通过螺钉固定连接在滑台底座的左侧面，滑块通过螺钉固定连接在滑台底座的底面，传感器连接板与滑台底座通过螺钉连接，丝母安装板通过螺钉连接在滑台底座的底面凹槽内，丝杠螺母通过螺钉连接在丝母安装板上。8.根据权利要求5所述的一种基于新型并联工具系统的精密铣磨成形机床，其特征在于：所述的虎克铰包括虎克铰底座和短轴，短轴穿过底座的轴承后用止推环固定；所述的球铰包括球铰底座和十字轴，十字轴穿过球铰底座的轴承后用止推环固定；球铰底座与虎克铰底座的结构相同；所述的虎克铰底座包括轴承、上连接座、端盖、下连接座、上底座、下底座、短圆销、阶梯轴、轴承，其中轴承通过上连接座的轴承安装孔并用端盖卡紧，端盖通过螺钉连接在上连接座上，上连接座7通过螺钉固定在下连接座上，上底座和下底座通过螺栓连接，阶梯轴通过两个轴承和上底座、下底座采用两端固定的方式固定，阶梯轴和下连接座通过短圆销连接。9.根据权利要求5所述的一种基于新型并联工具系统的精密铣磨成形机床，其特征在于：所述的动平台模组包括主轴电机、主轴电机安装座、动平台、短锥销、工具头，主轴电机通过螺钉连接在主轴电机安装座内，主轴电机安装座通过螺钉连接在动平台上，主轴电机的主轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：冀世军，雷良艮，赵继，黄鑫林，胡志清，贺秋伟，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22