本实用新型专利技术公开了一种三分支三自由度冗余驱动式并联加工头，包括电主轴、加工台以及三个相同的驱动分支，每个驱动分支均包含第一驱动单元、第二驱动单元、连杆一和连杆二，所述连杆一和连杆二的一端分别通过第四转动副和第五转动副与第一驱动单元和第二驱动单元相铰接，连杆一和连杆二的另一端均通过第三转动副与十字轴相铰接，十字轴同时通过第二转动副与铰座侧面通孔相铰接，铰座底侧通孔与加工台通过第一转动副相铰接，加工台中心装有电主轴。本实用新型专利技术通过冗余驱动的结构形式，可改善驱动器的负载状况，承载能力强，避免加工复杂大型工件时驱动器的过载问题。
【技术实现步骤摘要】
一种三分支三自由度冗余驱动式并联加工头
本技术涉及的是一种三分支三自由度冗余驱动式并联加工头，属于并联机构学领域。
技术介绍
随着航空航天、汽车等先进制造工业的不断发展，所加工的零件愈发复杂，加工精度和工艺要求也越来越高，这对目前的加工设备提出了更高的要求。传统的串联机床占用空间小，工作空间大，但无法兼顾精度和刚度的双向需求；单一类型的并联机床虽然可保证刚度和精度方面的要求，但其占用空间大，操作空间相对较小，会造成资源的浪费。因此，结合串联机床和并联机床的优势，采用并联加工头的形式，其具有模块化和可集成性，可与串联轨道相结合，组成串并混联形式的多轴加工中心，具有良好的加工效果。其中，并联加工头是决定此类多轴加工中心加工性能的关键。目前，市场上较为成熟的并联加工头有Tricept加工模块、Exechon加工模块、Z3头和A3头等。其中，Tricept加工模块和Exechon加工模块均为非对称冗余驱动机构，此类机构刚度的各向同性较弱，控制难度较高；Z3头和A3头均为对称非冗余驱动机构，此类机构对驱动的负载性能要求较高，对加工环境的适应性较弱。
技术实现思路
本技术解决的技术问题：针对于目前市场上存在的三自由度并联加工头，在加工大型负载工件时，驱动器的负载能力有限，机构的整体刚度偏低，同时机构本身存在奇异位形，其可操作性能受限的问题，提出一种三分支三自由度冗余驱动式并联加工头，提升现有三自由度并联加工头的可操作性和整体刚度，并增强其对复杂加工环境的适应性。本技术的技术解决方案：>一种三分支三自由度冗余驱动式并联加工头，包括电主轴、加工台以及三个相同的驱动分支，每个驱动分支均包含第一驱动单元、第二驱动单元、连杆一和连杆二，所述连杆一和连杆二的一端分别通过第四转动副和第五转动副与第一驱动单元和第二驱动单元相铰接，连杆一和连杆二的另一端均通过第三转动副与十字轴相铰接，十字轴同时通过第二转动副与铰座侧面通孔相铰接，铰座底侧通孔与加工台通过第一转动副相铰接，加工台中心装有电主轴；三个驱动分支呈中心对称分布于外框架内侧，其沿底面方向投影的中心线互成120°；第一转动副、第二转动副和第三转动副的转动轴线相互正交；第一驱动单元布置于靠近加工台一侧，第二驱动单元布置于远离加工台一侧；连杆二的长度大于连杆一的长度。所述第一驱动单元和第二驱动单元均为直线驱动形式，其均包括电机-减速器一、电机-减速器二、直线导轨、丝杠一、丝杠二、滑块一和滑块二；所述第一驱动单元上的滑块一和第二驱动单元上的滑块二的一端分别通过第一移动副和第二移动副与对应驱动单元上的丝杠一和丝杠二相铰接；所述滑块一和滑块二与对应驱动单元的直线导轨保持平行；所述第一驱动单元和第二驱动单元的中心线共线。电机-减速器一、电机-减速器二通过旋转驱动控制丝杠一和丝杠二旋转，实现滑块一和滑块二在丝杠轴线上的直线移动；进而通过连杆一和连杆二带动加工台运动。所述第二驱动单元为转盘驱动形式，其包括电机-减速器二、基座二、转盘二；所述电机-减速器二安装在基座二一侧，并通过第六转动副驱动转盘二绕电机轴向方向旋转，进而通过连杆二带动加工台运动；所述转盘二边缘两侧设有一对耳轴；所述第一驱动单元和第二驱动单元的电机轴向方向互相垂直，所述第一驱动单元的丝杠一的中心线在转盘二的径向中心面上。所述第一驱动单元为转盘驱动形式，其包括电机-减速器一、基座一、转盘一；所述电机-减速器一安装在基座一一侧，并通过第七转动副驱动转盘一绕电机轴向方向旋转，进而通过连杆一带动加工台运动；所述转盘一边缘两侧设有一对耳轴；所述第一驱动单元和第二驱动单元的电机轴向方向互相垂直，所述第二驱动单元的丝杠二的中心线在转盘一的径向中心面上。所述第一驱动单元和第二驱动单元均为转盘驱动形式，其包括电机-减速器一、电机-减速器二、基座一、基座二、转盘一、转盘二；所述各电机-减速器模块均安装在对应基座一侧，并分别通过第六转动副和第七转动副驱动转盘绕电机轴向方向旋转；所述各转盘边缘两侧均设有一对耳轴；所述第一驱动单元和第二驱动单元的电机轴向方向互相平行，转盘的径向中心面互相重合。所述电机驱动均可替换为液压驱动。连杆一和连杆二的角度变化范围为5°-45°。实际工作中，第一驱动单元和第二驱动单元至少一个驱动相应连杆运动。第一驱动单元、第二驱动单元只需一个正常工作即可保证加工台的三自由度输出，两个都正常工作即可互为冗余驱动。本技术与现有技术相比的优点如下：(1)本技术通过冗余驱动的结构形式，可改善驱动器的负载状况，承载能力强，避免加工复杂大型工件时驱动器的过载问题；(2)本技术采用六个驱动输入实现两转动一移动的三维输出，实现同一运动具有更多的驱动输入方式，避免了单分支单驱动形式存在的瞬间奇异，可提升机构对复杂环境的适应性；(3)本技术采用不同类型驱动单元的冗余布置形式，通过变更驱动单元类型的组合形式，可提升加工台操作的灵活性；(4)本技术为中心对称布置的冗余驱动结构形式，相比于常规非整体对称的冗余驱动形式，在提升机构整体刚度的前提下，可有效降低控制难度。附图说明图1为本技术实施例1内部结构示意图；图2为本技术实施例1单分支结构示意图；图3为本技术实施例1整体结构示意图；图4为本技术实施例2单分支结构示意图；图5为本技术实施例2整体结构示意图；图6为本技术实施例3单分支结构示意图；图7为本技术实施例3整体结构示意图；图8为本技术实施例4单分支结构示意图；图9为本技术实施例4整体结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本技术的具体实施方案进行进一步的详细描述。如附图1、2、3所示，每个驱动分支均包含第一驱动单元和第二驱动单元，两个驱动单元均为直线驱动单元，每个驱动单元上的滑块均一端通过移动副与对应丝杠相铰接，另一端通过转动副与连杆铰接，各连杆的另一端与同一个十字轴相铰接，同时十字轴通过三个正交的转动副与加工平台相铰接，加工台上装有电主轴，可根据加工需求在电主轴上配置对应刀具，从而实现了双直线驱动形式下的两转动一移动方向的加工功能。如附图4、5、6、7所示，每个驱动分支均包含第一驱动单元和第二驱动单元，两个驱动单元分别为直线驱动单元和转动驱动单元。直线驱动单元上的滑块一端通过移动副与丝杠相铰接，另一端通过转动副与连杆铰接；转动驱动单元的转盘中心为通孔，并通过转动副与转动驱动主轴铰接，其边缘设有耳轴，并通过转动副与连杆铰接；各连杆的另一端与同一个十字轴相铰接，同时十字轴通过三个正交的转动副与加工平台相铰接，加工台上装有电主轴，可根据加工需求在电主轴上配置对应刀具，从而实现了在直线驱动和转动驱动的复合驱动形式下的两转动一移动方向的加工功能。如附图8、9所示，每个驱动分支均包含第一驱动单元和第二驱动单元，两个驱动单元均为转动驱动单本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种三分支三自由度冗余驱动式并联加工头，其特征在于，包括电主轴(1)、加工台(2)以及三个相同的驱动分支，每个驱动分支均包含第一驱动单元(9)、第二驱动单元(12)、连杆一(5)和连杆二(7)，所述连杆一(5)和连杆二(7)的一端分别通过第四转动副(R
【技术特征摘要】
1.一种三分支三自由度冗余驱动式并联加工头，其特征在于，包括电主轴(1)、加工台(2)以及三个相同的驱动分支，每个驱动分支均包含第一驱动单元(9)、第二驱动单元(12)、连杆一(5)和连杆二(7)，所述连杆一(5)和连杆二(7)的一端分别通过第四转动副(R4)和第五转动副(R5)与第一驱动单元(9)和第二驱动单元(12)相铰接，连杆一(5)和连杆二(7)的另一端均通过第三转动副(R3)与十字轴(4)相铰接，十字轴(4)同时通过第二转动副(R2)与铰座(3)侧面通孔相铰接，铰座(3)底侧通孔与加工台(2)通过第一转动副(R1)相铰接，加工台(2)中心装有电主轴(1)；
三个驱动分支呈中心对称分布于外框架(15)内侧，其沿底面方向投影的中心线互成120°；第一转动副(R1)、第二转动副(R2)和第三转动副(R3)的转动轴线相互正交；第一驱动单元(9)布置于靠近加工台(2)一侧，第二驱动单元(12)布置于远离加工台(2)一侧；连杆二(7)的长度大于连杆一(5)的长度。
2.根据权利要求1所述的一种三分支三自由度冗余驱动式并联加工头，其特征在于：所述第一驱动单元(9)和第二驱动单元(12)均为直线驱动形式，其均包括电机-减速器一(11)、电机-减速器二(14)、直线导轨、丝杠一(10)、丝杠二(13)、滑块一(6)和滑块二(8)；所述第一驱动单元(9)上的滑块一(6)和第二驱动单元(12)上的滑块二(8)的一端分别通过第一移动副(P1)和第二移动副(P2)与对应驱动单元上的丝杠一(10)和丝杠二(13)相铰接；所述滑块一(6)和滑块二(8)与对应驱动单元的直线导轨保持平行；所述第一驱动单元(9)和第二驱动单元(12)的中心线共线。
3.根据权利要求2所述的一种三分支三自由度冗余驱动式并联加工头，其特征在于：电机-减速器一(11)、电机-减速器二(14)通过旋转驱动控制丝杠一(10)和丝杠二(13)旋转，实现滑块一(6)和滑块二(8)在丝杠轴线上的直线移动；进而通过连杆一(5)和连杆二(7)带动加工台(2)运动。
4.根据权利要求1所述的一种三分支三自由度冗余驱动式并联加工头，其特征在于：所述第二驱动单元(12)为转盘驱动形式，其包括电机-减速器二(14)、基座二(16)、转盘二(17)；所述电机-减速器二(14)安装在基座二(16)一侧，并通过第六转动副(R6)...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵星宇，董金刚，王帅，魏忠武，谢峰，张晨凯，
申请(专利权)人：中国航天空气动力技术研究院，
类型：新型
国别省市：北京;11
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