一种串并联激光加工机床制造技术

本发明专利技术公开了一种串并联激光加工机床，涉及激光加工机床技术领域，由串并联机床（1）、激光系统（2）和控制系统（3）三部分组成；串并联机床（1）包括床身（4）、水平导轨（5）、三自由度并联机构（6）和工作台（9）；三自由度并联机构（6）包括三个驱动滑块（11）、固定平台（10）、虎克铰（13）、三根直线导轨（15）、动平台（14）及三根连杆（12）。本发明专利技术充分结合串联机构的运动范围大，和并联机构运动精度高的特点，另外结合光纤传输的柔性连接，从而使新型串并联激光加工机床适合进行工件的切与焊接，具有加工范围大、运动精度高和加工柔性好的优点。?

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光加工机床
，特指一种激光加工用串并联机床，能实现船舶工业的钢板焊接与切割、也可用于板材类、玻璃制品、以及港口机械等各类工件的高效率、高精度的加工。
技术介绍
目前，激光技术与并联机床是目前各科研机构研究热点之一，也是市场的高速经济增长点之一，因此激光技术和并联机床有机结合，有助于推动激光技术在工业生产中的广泛应用。利用并联机床技术，可以实现快速线外编程、数据程控生产方式、高速切割、精密钻孔以及高效的物流自动化，这使得加工精度高，响应速度快，切削加工周期大大缩短，生产率大大提高，给企业带来了新的机会与市场。在激光加工过程中，工件的加工对高精度、高效率的要求逐渐提高。在传统激光加工机构中采用串联机构应用于工件加工，这种串联机构机床有运动空间大的特点，但其速度慢，刚度低。并联机构有刚度好，速度快，精度高的优点，但其工作空间有限，例如专利公开号CN1775449的专利技术专利，其垂直于导轨运动方向的工作空间有限。基于并联机构开发的串并联机床，具有并联机构的刚度大、运动惯性小、精度高的优点，同时与串联机构结合能在结构上和性能上形成互补关系，可完成传统串联机床难以完成的任务，从而能够实现较高加工柔性与效率。
技术实现思路
本专利技术提供了一种新型适合激光焊接与切割特点的激光加工机床，充分结合了串联与并联运动机构优点和激光加工的特性，实现了加工范围与精度的提高，以克服目前传统激光加工机床和并联机构的缺陷。本专利技术由串并联机床、激光系统和控制系统三部分构成。串并联机床由床身、水平导轨、三自由度并联机构、光纤、激光光头、工作台组成。三自由度并联机构包括三个驱动滑块、固定平台、虎克铰、三根直线导轨、动平台及三根连杆。固定平台为下部开有梯形凹槽的长条状立方体，三根直线导轨分别安装在梯形凹槽的顶部和两侧底部，三个驱动滑块分别设置于三根直线导轨上，三个驱动滑块分别通过虎克铰连接三根连杆的一端，三根连杆的另一端分别通过虎克铰连接动平台。固定平台通过水平导轨连接床身。激光系统的激光光头设置于动平台支架中心上。控制系统通过通信线与激光系统相连，控制激光系统产生激光脉冲，激光脉冲通过光纤传输到激光光头；控制系统与串并联机床之间通过通信线相连， 控制串并联机床。三个驱动滑块分别在三根直线导轨上做直线运动，经虎克铰传递到连杆上，三组连杆通过虎克铰与动平台相连，运动合成为动平台的位置。中间驱动滑块组位置较两侧滑块的位置高，通过中间滑块与两侧滑块位置的分布决定了连杆组与动平台的合成运动位置。水平导轨下底面与三自由度并联运动机构的固定平台上平面固定在一起，从而水平导轨可带动三自由度并联运动机构沿图示X轴方向运动。本专利技术的控制系统可以是专用的数控系统，也可以是PC的开放式数控系统。整个控制系统包括两个部分三平移并联机构的控制部分和固定平台滑动的控制部分。本专利技术的控制软件需满足工件的轨迹规划、误差补偿、代码生成、插补计算、轴伺服控制等的数控编程软件。本专利技术的效果是，三组驱动滑块可在三平行导轨上进行导轨方向的平移，可得到较大范围的工作空间。固定平台为下部开有梯形凹槽结构，这种结构与三根连杆相连，这种结构稳定性好，工作可靠，同时在不影响工作空间的情况下，缩短了两侧连杆的杆长，进一步提高并联机床加工稳定性。采用三平行轨道，相对于两轨道或单轨道来说，既有利于控制系统控制，防止驱动滑块干涉，又有利于工作空间的提高。另外，采用串并联结构，水平导轨的可运动范围进一步提高了三自由度并联机构的工作空间，从而机床整体的工作空间得到提升。本专利技术不仅可以大幅度提高工作效率，同时结合串并联机构的特点，大大提高了工作空间的范围。同时采用光纤传输，具有设备简单、传输灵活、安装方便等优点，使激光加工易于实现柔性化，而且相关控制技术成熟，方便操作。附图说明下面结合附图对本专利技术的内容作详细描述。图1为本专利技术的串并联激光加工机床结构示意图。图2为本专利技术的串并联机床结构示意图。图3为本专利技术的三自由度并联机构的初始位置结构示意图。图4为本专利技术的三自由度并联机构某一位置结构示意图。图5为本专利技术的三自由度并联运动机构的工作原理示意图。图中，丨串并联机床，2激光系统，3控制系统，4床身，5水平导轨，6三自由度并联机构，7光纤，8激光光头，9工作台，10固定平台，11驱动滑块，12连杆，13虎克铰，14动平台，15直线导轨。具体实施例方式本专利技术激光加工串并联机床如图1所示由串并联机床1、激光系统2和控制系统 3三部分构成。其工作原理是控制系统发出控制指令，一端发给串并联运动机床，一端发送给激光系统，从而串并联运动机床按照指令带动激光光头运动，激光光头由激光系统根据控制系统的加工指令发出激光脉冲。本专利技术的串并联运动机床机构如图2所示由床身4、水平导轨5、三自由度并联机构6、光纤7、激光光头8、工作台9构成。水平导轨5下底面与三自由度并联运动机构的固定平台10上平面固定在一起，从而水平导轨可带动三自由度并联运动机构沿图示X轴方向运动。本专利技术专利技术三自由度并联机构的结构初始位置如图2所示三个驱动滑块11、固定平台10、虎克铰13、直线导轨15、动平台14及三组连杆12构成；在某一工作位置如图4 所示。本专利技术三自由度并联机构的工作原理如图5所示，其中将动平台简化成P点。三平移并联机构部分，其工作原理是3个驱动滑块11直线导轨15上的水平位置的变化，通过虎克铰13传递到三组固定杆长的连杆，杆Li，L3为约束杆，在驱动滑块端，连杆L1，L3的虎克铰处于同一水平高度，连接杆L2的虎克铰高于前述虎克铰，在动平台端，连杆Li，L3和L2 的虎克铰位置相近。机构工作时，改变Y1、Y3的值，通过杆L1、L3控制动平台P点在XOZ平面内实现平动，此时Y2值不变，杆L2和中间驱动滑块随动；改变Y2的值，通过杆L2控制动平台沿Y移动，此时，Y 1和Y 3值随Y 2变化而变化，从而两侧驱动滑块随动；同时改变Y 1，Y 2和Y 3，可实现Y方向的长距离运动，可实现动平台P点的空间三平移运动。本专利技术可以根据具体加工需要和工艺要求确定机构比例尺寸，采用不同的控制系统实现运动控制。权利要求1.一种串并联激光加工机床，其特征在于，由串并联机床(1 )、激光系统(2)和控制系统(3)三部分组成；所述串并联机床(1)包括床身(4)、水平导轨(5)、三自由度并联机构 (6)和工作台(9);所述三自由度并联机构(6)包括三个驱动滑块(11)、固定平台(10)、虎克铰(13)、三根直线导轨(15)、动平台(14)及三根连杆(12);所述固定平台(10)为下部开有梯形凹槽的长条状立方体，三根直线导轨(15)分别安装在梯形凹槽的顶部和两侧底部，三个驱动滑块(11)分别设置于三根直线导轨上，三个驱动滑块(11)分别通过虎克铰(13)连接三根连杆(12)的一端，三根连杆(12)的另一端分别通过虎克铰(13)连接动平台(14);所述固定平台(10)通过水平导轨(5)连接床身(4);所述激光系统(2)的激光光头(8)设置于动平台(14)上支架中心，激光光头(8)指向工作台(9);所述控制系统(3)通过通信线与激光系统(2)相连，控制激光系统产生激光脉冲，激光脉冲通过光纤(7)传输到激光光头(8); 控制系统(3)与串并联机床(1)之间通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种串并联激光加工机床，其特征在于，由串并联机床（１）、激光系统（２）和控制系统（３）三部分组成；所述串并联机床（１）包括床身（４）、水平导轨（５）、三自由度并联机构（６）和工作台（９）；所述三自由度并联机构（６）包括三个驱动滑块（１１）、固定平台（１０）、虎克铰（１３）、三根直线导轨（１５）、动平台（１４）及三根连杆（１２）；所述固定平台（１０）为下部开有梯形凹槽的长条状立方体，三根直线导轨（１５）分别安装在梯形凹槽的顶部和两侧底部，三个驱动滑块（１１）分别设置于三根直线导轨上，三个驱动滑块（１１）分别通过虎克铰（１３）连接三根连杆（１２）的一端，三根连杆（１２）的另一端分别通过虎克铰（１３）连接动平台（１４）；所述固定平台（１０）通过水平导轨（５）连接床身（４）；所述激光系统（２）的激光光头（８）设置于机床。动平台（１４）上支架中心，激光光头（８）指向工作台（９）；所述控制系统（３）通过通信线与激光系统（２）相连，控制激光系统产生激光脉冲，激光脉冲通过光纤（７）传输到激光光头（８）；控制系统（３）与串并联机床（１）之间通过通信线相连，控制串并联

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：阮鸿雁，张虎，刘会霞，王霄，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：32