六自由度位置姿态全解耦可调夹具制造技术

本实用新型专利技术涉及一种六自由度位置姿态全解耦可调夹具，从相对运动角度，通过增强工件及其夹具的姿态变动范围以补偿动平台姿态，解决了并联机床动平台姿态实现能力不足的问题。本夹具包括x轴移转动总成、y轴移转动总成和z轴移转动总成三部分，以螺旋传动和凹、凸燕尾结构形成移动运动，以蜗杆传动和轴、孔间隙配合结构形成转动运动，通过移动导路方向和转动轴平行以及移动导路方向和转动轴垂直这两类移、转动双副构件的结构创新和配套安装，实现本夹具沿x，y，z三轴和绕x，y，z三轴的移、转动。本夹具空间布局合理紧凑，驱动具有逆行程自锁特性，定位精确且夹紧牢靠；既可手动调整亦可采用伺服电机驱动其主动件再辅以软件编程实现其精确调整。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及并联机床工艺系统，尤其涉及一种六自由度位置姿态可调夹具。
技术介绍
将动平台和静平台通过至少两个独立的运动链并联连接即可构成并联机构(Parallel Mechanism)，一般并联机构具有至少两个自由度。由于并联机构与串联开链机构(或串联机器人)在结构和性能上的对偶关系，使它们在应用上不是替代作用而是互补关系。串联开链机构(或串联机器人)因其执行头具有灵活的姿态在工业界已获得广泛应用，而并联机构则以其累积误差小输出精度高、结构刚度大承载能力强以及动态惯量低等优点，始终吸引着世界各国学术界和工业界的研究和重视。现有研究发现，并联机构动平台姿态实现能力不及串联开链机构，也使其作为并联机床应用时实现空间曲面等的加工能力受到限制，迄今也没有找到解决这一瓶颈问题的有效办法。按照相对运动原理，当并联机床动平台(刀具)姿态实现能力有限时，若增强被加工工件的姿态实现能力，同样可以达到扩展动平台(刀具)姿态实现能力的目的。目前有关可调夹具设计，尚没有完全解决被加工工件在空间3位置参数和3姿态参数(亦即全部位姿参数)可调功能实现问题。如，中国专利CN201036834Y公开了一种“三维可调焊接夹具”，通过多节组块构成的安装支架组成互相垂直的X、Y、Z方向独立调整机构，其中Z方向调整通过升降螺杆实现；Y方向调整通过L-连接板沿Y方向长槽移动实现；X方向调整通过L-连接板沿X方向长槽移动实现；其设计结构上保证了夹具的定位点和夹紧面在X、Y、Z三个方向上都可以做相应的位置调整。又如，中国专利CN201960314U公开了一种“车身焊接夹具柔性三维可调支座”，可实现X、Y、Z三方向直线调整和二方向旋转调難iF. O
技术实现思路
为了解决并联机床动平台姿态实现能力多有限制的问题，可在由机床、刀具、夹具和工件构成的机械加工工艺系统中，通过夹具和工件子系统相对于机床坐标系的三坐标方向的移动和绕三坐标轴的转动调整使并联机床动平台(刀具)位置姿态获得补偿。为此，本技术提供一种六自由度位置姿态全解耦可调夹具。为了解决上述技术问题，本技术所采用的技术方案是一种六自由度位置姿态全解耦可调夹具，该夹具具有六个自由度，被加工工件固定在夹具上，夹具包括相连接的实现沿X、I、z三轴移动和绕X、I、z三轴转动的三个分总成，分别为X轴移转动总成、y轴移转动总成和z轴移转动总成。X轴移转动总成可实现工件沿X轴、y轴移动和绕X轴转动；y轴移转动总成可实现工件沿I轴、Z轴移动和绕y轴转动；z轴移转动总成可实现工件沿Z轴移动和绕Z轴转动。所述夹具与并联机床配套使用，构成并联机床工艺系统，夹具的三个分总成依次相连接，所述X轴移转动总成支撑连接在所述I轴移转动总成上，所述I轴移转动总成支撑连接在所述Z轴移转动总成上。所述X轴移转动总成包括用于放置所述被加工工件的且能沿X轴移动的工件工作台、与该工件工作台连接的且能绕X轴转动的X轴移转动双副构件和与所述I轴移转动总成连接的且能沿I轴移动的X轴转动I轴移 动双副构件，X轴移转动双副构件支撑在X轴转动I轴移动双副构件上。所述X轴移转动双副构件上设有驱动所述工件工作台沿X轴移动的螺旋传动机构，该螺旋传动机构的螺杆沿X轴方向支撑在X轴移转动双副构件上，在工件工作台的内部设有与该螺杆配合的内螺纹，工件工作台且与X轴移转动双副构件通过燕尾槽滑动配合。所述X轴移转动双副构件通过其上设置的两根圆柱形轴支撑在固定设在所述X轴转动y轴移动双副构件上的两个支承凸块上，X轴移转动双副构件由蜗杆传动机构驱动绕X轴转动，该蜗杆传动机构的蜗杆沿I轴方向支撑在X轴转动I轴移动双副构件上，该蜗杆传动机构的蜗轮连接在其中一根圆柱形轴的端部。所述y轴移转动总成包括绕y轴转动的y轴移转动双副构件和与所述z轴移转动总成连接的且能沿z轴移动的y轴转动z轴移动双副构件,y轴移转动双副构件支撑在y轴转动z轴移动双副构件上。所述y轴移转动双副构件上设有驱动所述X轴转动I轴移动双副构件沿I轴移动的螺旋传动机构，该螺旋传动机构的螺杆沿I轴方向支撑在I轴移转动双副构件上，在X轴转动y轴移动双副构件的内部设有与该螺杆配合的内螺纹，X轴转动y轴移动双副构件且与y轴移转动双副构件通过燕尾槽滑动配合。所述y轴移转动双副构件通过其上设置的两根圆柱形轴支撑在固定设在所述y轴转动z轴移动双副构件上的两个支承凸块上，y轴移转动双副构件由蜗杆传动机构驱动绕y轴转动，该蜗杆传动机构的蜗杆沿X轴方向支撑在 轴转动z轴移动双副构件上，该蜗杆传动机构的蜗轮连接在其中一根圆柱形轴的端部。所述z轴移转动总成包括机座和竖直设置在机座上的且绕z轴转动的z轴移转动双副构件，z轴移转动双副构件上设有驱动所述y轴转动z轴移动双副构件沿z轴移动的螺旋传动机构，该螺旋传动机构的螺杆沿z轴方向支撑在在z轴移转动双副构件上，在y轴转动z轴移动双副构件的内部设有与该螺杆配合的内螺纹，y轴转动z轴移动双副构件且与z轴移转动双副构件通过燕尾槽滑动配合。所述z轴移转动双副构件由蜗杆传动机构驱动绕z轴转动，该蜗杆传动机构的蜗杆沿水平方向支撑在所述机座上，该蜗杆传动机构的蜗轮与z轴移转动双副构件固定连接。本技术利用机构学选型理论，通过3组螺旋传动将转动变为移动，以实现夹具和工件子系统相对静平台笛卡尔坐标系(亦即并联机床固定坐标系)沿X，1，Z三轴的移动；通过3组蜗杆传动将输入转动变为输出转动，以实现夹具和工件子系统绕该坐标系X，1，z三轴的转动；利用螺旋传动和蜗杆传动的自锁特性，实现六自由度位置姿态全解耦可调夹具装置的精确定位和夹紧；通过燕尾结构构成移动运动副，通过轴与孔间隙配合结构构成转动运动副，结合移动导路方向和转动轴平行以及移动导路方向和转动轴垂直这两类移转动双副构件的结构创新设计(前者如所述的X轴移转动双副构件，y轴移转动双副构件和Z轴移转动双副构件；后者如所述的X轴转动y轴移动双副构件和y轴转动Z轴移动双副构件)，将六自由度位置姿态全解耦可调夹具装置的传动原理方案予以工程实现。本技术将并联机床置于由机床、刀具、夹具和工件构成的机械加工工艺系统中，从夹具和工件子系统相对于静平台位置姿态可调整性这一角度，通过可调夹具设计对并联机床动平台(刀具)进行位置和姿态补偿，以期打破并联机构(或并联机床)姿态能力有限这一僵局。本技术的优点在于(I)六自由度位置姿态全解耦可调夹具装置可实现沿X，y, z三轴的移动，和绕X，y，z三轴的转动，在位置姿态调整时具有运动参数全解耦特点，即其沿x，y，z三轴的位置移动参数相互独立，其绕X，1，z三轴的转动姿态角参数相互独立而且其位置参数和姿态参数之间亦相互独立；(2)将移动导路方向和转动轴平行以及移动导路方向和转动轴垂直的两类双副构·件配套安装，结构简单，空间布局合理紧凑；(3)移动采用自锁螺旋实现、转动采用自锁蜗杆蜗轮机构，重复定位精度高，锁止牢靠；(4)六自由度位置姿态全解耦可调夹具装置的6个主动件均为转动构件，且自锁螺旋和自锁蜗杆蜗轮机构具有减速增力特性，既可采用伺服电机驱动其主动件通过软件编程实现其精确调整和运动，也可手动实现其六自由度位置姿态的精确调整；(5)按照相对运动原理，当并联机床动平台(刀具)姿态实现能力有限时，若增强被加工工件的本文档来自技高网...

【技术保护点】
六自由度位置姿态全解耦可调夹具，其特征在于：所述夹具具有六个自由度，被加工工件固定在夹具上，夹具包括相连接的实现沿x、y、z三轴移动和绕x、y、z三轴转动的三个分总成，分别为x轴移转动总成、y轴移转动总成和z轴移转动总成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高洪，肖平，许德章，张海涛，蒋璇，吴忠义，王治平，胡静丽，
申请(专利权)人：安徽工程大学，
类型：实用新型
国别省市：