一种三维解耦型动力平台制造技术

本实用新型专利技术涉及一种用于配合机床刀具夹持定位工件的新型三维解耦型动力平台。本实用新型专利技术结构是Ｚ轴液压缸通过螺栓与主体机构连接，其进、出油口设置在主体机构侧壁上，其输出轴通过Ｄ形传动连接从动件，台面连接部与Ｚ轴液压缸之间设置回转支承轴承；堵头经螺栓连接主体机构，堵头末端通过Ｄ形孔与Ｘ轴液压缸的输出轴配合，正交连接件左腔容纳堵头；正交连接件的转动轴一端中心有Ｄ形孔，与Ｙ轴液压缸输出轴配合传动，左承载外壳内部放置Ｙ轴液压缸，左承载外壳与正交连接件转动轴间设置左轴承，构成第三级Ｙ轴摆动。解决了不解耦、控制困难、空间有限或输出力矩小等缺陷。具有三个方向的转动自由度，并有较大的工作空间和大力矩传动等优点。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种三维零件加工平台，特别涉及一种用于配合机床刀具夹 持定位工件的新型三维解耦型动力平台。
技术介绍
在本技术专利技术之前，多自由度动力平台广泛应用于生产、生活各方面， 有关动力平台的大部分研究都是基于Stewart平台或者其它复杂并联机构。但这些机构在结构上不解耦，控制困难，且工作空间有限；另外，现有的 动力平台还存在的一个重要缺点是各自由度相互干涉，不能实现多自由度动作的 联动，这大大影响了工作效率；此外，在控制上虽然采用液压伺服或者直流伺服， 可以使液压伺服控制响应快、重量轻、尺寸小、抗负栽刚性大，但是难以控制， 直流祠服控制驱动性能好，运动控制精度高但输出力矩小。
技术实现思路
本技术的目的就在于克服上述缺陷，设计、开发一种基于运动解耦的三 维动力平台。本技术的技术方案是一种三维解耦型动力平台，其主要技术特征在于Z、 X、 Y三个方向的运动通 过一个主体机构来衔接，台面与主体机构之间通过平台连接部连接传动，Z轴液 压缸通过螺栓与主体机构连接，Z轴液压缸的进油口、出油口设置在主体机构的 侧壁上，Z轴液压缸的输出轴通过D形传动连接从动件，台面连接部与Z轴液压 缸之间设置回转支承轴承，构成第一级Z轴传动；堵头通过螺栓与主体机构连接 成一体，堵头末端通过D形孔与X轴液压缸的输出轴配合，正交连接件左腔容纳 堵头，右腔内设置套筒和X轴液压缸，套筒通过螺栓连接在正交连接件上，套筒 与端盖通过螺栓连接，套筒和主体机构之间、堵头和正交连接件之间分别设置了 左、右轴承，构成第二级X轴摆动；Y轴方向上，两个承载外壳对称设置，承载 外壳下部是底座，正交连^:件的转动轴一端中心有D形孔，与Y轴液压缸输出轴 配合传动，左承载外壳内部放置Y轴液压缸，左承栽外壳与正交连接件的转动轴 之间设置左轴承，Y轴液压缸的进油口、出油口开在左承载外壳的侧面上，另一 端的右承载外壳中间设有右轴承，构成第三级Y轴摆动。本结构的优点在于实现了三个方向的转动自由度，并可以达到较大的工作空 间，便于对零件的加工，在控制上采用直流伺服和液压伺服相结合，克服两种方 法的缺点充分利用它们的优点实现精确的运动控制和大力矩传动。具体而言本技术提出的三维解耦型动力平台由三个摆动伺服液压缸、台面、平台 连接部、挡板、主体才几构、正交连接件、堵头、套筒、X轴端盖、回转支承外壳、 支座、底座、轴承等部分构成。第一级转动中，台面与主体机构之间通过平台连 接部连接传动，采用轴承传递支承并由挡板约束Z方向轴向平动；第二级转动中， 主体机构连同整个第一级都由正交连接件来支承，堵头与主体机构通过螺栓连接 一体，另一边套筒伸出端对称支承上部机构；第三级转动中，左右支承外壳对称 布置， 一端与支座固定，另一端采用活动连接，以方^t安装，左右支撑外壳与正交连接件之间通过轴孔配合和轴承实现转动自由度。三级转动分别由三只摆动伺服液压缸驱动，液压缸输出轴与各自的从动部件 呈D形配合传动，省去了复杂的传动装置。每只液压缸都集成了一个直流电机， 电机与液压缸一起作为一个模块内置于整个平台内部，达到整体结构紧凑的效 果。液压缸的进出油口分别进行了详细设计，放置在非千涉面上，排除了对动作 的干涉影响。在以上结构设计的基础上，通过直流电机驱动摆动液压缸的伺服阀芯转动， 控制阀口的开闭，驱动输出轴的转动，并通过输出轴端的电磁编码盘反馈输出轴 的实际转动角度信息，再由控制计算机向直流电机发出补偿信号进行角度补偿。 本技术基于解耦理论，三维转动自由度的轴线相交于一点，通过摆动液 压缸内置化和其他的结构优化避免了各自由度之间的动作干涉，获得了较大的工 作空间也使得三维转动真正实现独立。附图说明图1一一本技术整体结构立体示意图。 图2—一本技术整体结构主视剖面图。 图3——本技术整体结构左视剖面图。 图4——本技术俯^f见剖面图。 图5——内置液压缸剖面图之一。 图6—一内置液压缸剖面图之二。 图7——内置液压缸剖面图之三。 图8——内置液压缸剖面图之四。 图9——内置液压缸剖面图之五。具体实施方式如图1所示为本技术三维解耦型动力平台的整体结构。从图中可以看出，整个三 维解耦型动力平台结构按自由度分成三级，第一级是Z轴转动，第二级为X轴摆 动，第三级为Y轴摆动。为方便控制，三级转动采用相同的摆动伺服液压缸。如图2所示第一级Z轴转动处于主体机构6上部，由台面l、平台连接部4、挡板3、 Z轴液压缸5几个部分组成；首先，主体4几构6的内腔装配Z轴液压缸5,主体 机构6的下部中间开有电机腔，这个腔的深度由电机长度决定；Z轴液压缸5通 过螺栓联接与主体机构6固定，Z轴液压缸5进油口 、出油口设置在主体机构6 的側壁上，主体机构6只会有X、 Y方向摆动的动作，因而不会造成干涉；Z轴 液压缸5的输出轴和上面的平台连接部4之间采用D形配合的方式直接连接，省 去了中间连接机构，同时平台连接部4和Z轴液压缸5之间设置回转支承轴承2, 它所承栽的上部负载只传递到主体机构6上，Z轴液压缸5的输出轴不承受轴向 栽荷；台面1和主体机构6之间设置了 一个挡板3，用以约束台面4不会在绕X、 Y方向摆动的时候轴向滑出。第二级X轴摆动和第三级Y轴摆动处于正交位置；第二级X轴摆动包括堵 头8、正交连接件7、 X轴液压缸13、套筒15、端盖14;堵头8通过右螺栓9 与主体机构6连接成一体，起到支承第一级Z轴转动和作为转动轴心的作用；堵 头8的末端通过D形孔与液压缸13的输出轴配合，这样输出轴转动就会带动堵 头8和整个上部才几构一起摆动；正交连接件7左腔容纳堵头8，正交连接件7右 腔内设置套筒15和X轴液压缸13,套筒15通过螺栓10与正交连接件7连接，套筒15与端盖14通过左螺栓12连接，因而套筒15的外伸部分承受了一半的上 部负载；套筒15和主体机构6之间以及堵头8和正交连接件7之间分别设置了 左、右轴承，这样就实现了 X轴摆动；X轴这一级X轴液压缸13的进油口 、出 油口设置在正交连接件7下部的不规则表面上，不会造成干涉。 如图3所示第三级Y轴摆动的两端是两个对称设置的右承栽外壳16和左承栽外壳19, 下部是底座11,笫一级Z轴转动和第二级X轴摆动的全部负载都由它们支承； 正交连接件7的转动轴一端中心有D形孔，用于与Y轴液压缸17输出轴配合传 动，这一側的左承载外壳19内部放置Y轴液压缸17，左承载外壳19与正交连 接件7转动轴之间通过轴承实现转动自由度，同时轴承将负栽传递到左承栽外壳 19上，液压缸17通过端盖18与左承载外壳19固定，液压缸17的进油口、出 油口开在左承栽外壳19的侧面上，左承载外壳19是固定不动的，因而不存在干 涉；另一端的右承载外壳16对称布置，中间设有右轴承。如图4所示显示的是X、 Y两个方向的正交关系，其中，进油口21、出油口20在右下 方的右、左处，密封圈22设置在液压缸的内腔动叶片四周，减小泄漏降低压力 损失。如图5、图6、图7、图8、图9所示由于三个自由度上采用相同的摆动伺服液压缸，下面以Z轴(Z自由度) 为例说明伺服跟踪原理。当压力油从油泵泵出后，经过液压缸釭体23、随动阀 套24、阀套衬套25上的油道到达伺服阀芯27内，由于伺服阀芯27与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维解耦型动力平台，其特征在于Ｚ、Ｘ、Ｙ三个方向的运动通过一个主体机构来衔接，台面与主体机构之间通过平台连接部连接传动，Ｚ轴液压缸通过螺栓与主体机构连接，Ｚ轴液压缸的进油口、出油口设置在主体机构的侧壁上，Ｚ轴液压缸的输出轴通过Ｄ形传动连接从动件，台面连接部与Ｚ轴液压缸之间设置回转支承轴承，构成第一级Ｚ轴传动；堵头通过螺栓与主体机构连接成一体，堵头末端通过Ｄ形孔与Ｘ轴液压缸的输出轴配合，正交连接件左腔容纳堵头，右腔内设置套筒和Ｘ轴液压缸，套筒通过螺栓连接在正交连接件上，套筒与端盖通过螺栓连接，套筒和主体机构之间、堵头和正交连接件之间分别设置了左、右轴承，构成第二级Ｘ轴摆动；Ｙ轴方向上，两个承载外壳对称设置，承载外壳下部是底座，正交连接件的转动轴一端中心有Ｄ形孔，与Ｙ轴液压缸输出轴配合传动，左承载外壳内部放置Ｙ轴液压缸，左承载外壳与正交连接件的转动轴之间设置左轴承，Ｙ轴液压缸的进油口、出油口开在左承载外壳的侧面上，另一端的右承载外壳中间设有右轴承，构成第三级Ｙ轴摆动。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周骥平，朱兴龙，周赞，刘静，魏孝斌，倪厚强，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：实用新型
国别省市：32[中国|江苏]