一种三轴混联复合主轴头机构制造技术

本发明专利技术公开了一种三轴混联复合主轴头机构，该机构由三轴混联进给机构和复合主轴头构成，三轴混联进给机构由一个两轴并联机构和一个回转轴组件串联组成，两轴并联机构由动平台和两个相同的分支组成，各分支包括一个移动副、两个回转副、一个连杆和一个复合杆及虎克铰，动平台上的复合虎克铰与回转副成角度布置，主轴头壳体、电主轴及车刀组成具有复合加工功能的复合主轴头。本发明专利技术复合主轴头机构将三轴混联进给机构和复合主轴头组合，具有两个直线和一个回转进给运动，用于铣车复合机床，不增加机床的进给轴，而增设了车削加工的进给运动，同时改善了少自由度机构的受力状况和比刚度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种数控机床的主轴头机构，具体涉及一种并联与串联相结 合的三轴混联复合主轴头机构。技术背景机床的主轴头机构是由实现主运动的主轴组件和直接带动其作进给运 动的进给组件组成的独立部件，独立部件中进给组件的运动轴数目称为主轴头机构的轴数。传统机床的主轴头机构采用串联原理机构，例如5轴串联数 控铣床(加工中心)的主轴头机构有三种类型1)仅包括主轴部件，进给 运动轴数为零；2)包括主轴组件和A轴回转进给组件，有一个回转进给运 动，进给运动轴数为一；3)包括主轴组件和C轴及A轴回转进给组件，具 有二个回转进给运动，进给运动轴数为二。串联原理机构具有作业空间大、运动控制算法简单的优点；但存在各轴 运动误差累加、结构刚度弱、运动质量大、进给速度不能太高的缺点。并联原理主轴头机构有二轴并联和三轴并联，且每种类型的主轴头机构 包括多种构型和结构形式，例如德国的三轴并联主轴头机构，由一个直线进 给运动和两个回转进给运动构成，日本的二轴并联主轴头机构，包括二个直 线进给运动。六自由度(即六轴)完全并联原理机构具有运动件质量小、速度高、比 刚度高、运动误差不累加、精度高的优点；但其作业空间小，尤其是回转运动范围小，运动算法复杂。完全串联原理机构和六自由度完全并联原理机构的优缺点恰好相反，将 二者结合起来形成的兼具两种机构优点的混联原理机构，具有很高的实用价 值，因而，各国竞相开展混联原理机构的研究和开发。混联原理主轴头机构包括串联机构和并联机构，并联机构一般为二轴并 联机构或三轴并联机构，属于少自由度(自由度小于六)并联机构。六自由 度完全并联原理机构的刚度高，每个连杆只承受拉压力、无弯曲，受力状况 明显优于串联原理机构。少自由度并联机构与六自由度完全并联机构相比， 作业空间增大，但机构受力状况较差、比刚度较低。因此，如何既能发挥少 自由度混联原理机构的优势，又能改善其受力状况，是研究混联原理机构的 一个新课题，对推动混联机构的创新研究开发具有重要意义。复合加工机床具有多种加工功能，能将工件的多道加工工序甚至全部工 序集中于一台机床进行，使工件的加工过程集约化，减小工件重复安装定位 的误差、减少准备工装的时间、降低工序间转换的等待时间、上下料及装夹 等辅助时间，提高了生产率，并缩短了物流系统，使得加工系统的占地面积 大幅减少。多功能复合加工机床具备诸多的优点，使得国内外竞相研究开发，例如日本森精机制作所开发的以车削功能为主、兼有铣削功能的5LC型数控 复合车床，意大利Mandelli公司开发的以铣削功能为主、兼有车削功能的 Mandelli 800U型卧式加工中心。现有铣车复合机床的铣削主轴头与车削刀架各自独立设置，需要设置车 削刀架的进给运动，增加了数控机床的数控轴数。车削的功能是加工回转面， 铣车复合机床主要用于工件的铣削加工，而5轴铣车复合机床采用标准圆柱 铣刀，几乎可以代替车削加工所有的回转面，但难以进行回转面的切槽和切断。因此研究开发以铣削功能为主、兼有车削功能，而不增加铣车复合机床 运动轴数的复合主轴头机构，对铣车复合机床的发展具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种三轴混联复合主轴头机构，将铣削或磨削主轴 头与车削刀架结合起来，在不增加铣车复合机床运动轴数的情况下，实现车削加工的进给运动，同时，实现回转主运动和一个回转及两个直线移动的三 轴进给运动，既具有少自由度混联原理机构的优势、又能改善其受力状况， 并在保持少自由度并联机构作业空间大的优点的同时，使得机构的受力状况 得到改善、比刚度提高。本专利技术所采用的技术方案是， 一种三轴混联复合主轴头机构，由三轴混 联进给机构和复合主轴头构成，三轴混联进给机构由一个两轴并联机构和一 个回转轴组件串联组成。本专利技术的特征还在于，两轴并联机构包括水平设置的直线移动组件i和直线移动组件n，直线 移动组件i的滑台上固接有安装块i，安装块i分别通过回转副i、虎克铰 n和虎克铰i与连杆i 、连杆n和连杆ni的一端相连接，连杆i的另一端通 过回转副n与动平台连接，连杆n和连杆m的另一端通过复合虎克铰i与动 平台连接，直线移动组件n的滑台上固接有安装块n，安装块n分别通过回 转副w、虎克铰w和虎克铰m与连杆iv、连杆v和连杆vi的一端相连接，连 杆iv的另一端通过回转副m与动平台连接，连杆v和连杆vi通过和复合虎克 铰n与动平台连接，连杆n和连杆m构成一个复合杆，连杆v和连杆vi构成 另一复合杆。回转轴组件为回转轴a轴组件，回转轴a轴组件与动平台相连接。-复合主轴头包括主轴头壳体，主轴头壳体内固定安装有电主轴，电主轴 的一端由主轴头壳体的下面伸出，主轴头壳体的外侧固定安装有车刀，主轴头壳体通过回转轴A轴组件与动平台连接。 电主轴为铣削电主轴或磨削电主轴。 车刀为l把 3把。本专利技术的突出特点是三轴混联复合主轴头机构的进给部分采用了并联 与串联并用的三轴混联原理，合理地集成了二者的优点；两轴并联机构中采 用了复合杆机构，解决了少自由度并联机构横向承载能力弱的问题；连杆和 复合杆与动平台连接的回转副和复合虎克铰在动平台上成角度布置，扩大了 并联机构的灵巧度；主轴头部分采用了具有复合加工功能的功能复合原-理， 不仅具有铣削或磨削和车削复合加工功能，而且不增加机床的进给轴数目； 可以作为兼有车削功能的铣削主轴头使用，也可用于磨削主轴头或研抛主轴 头。附图说明图1是本专利技术主轴头机构的结构示意图； 图2是本专利技术主轴头机构的运动原理图。图中，l.车刀，2.主轴头壳体，3.电主轴，4.动平台，5.复合虎克铰'I，6.连杆i， 7.连杆n， 8.连杆m， 9.虎克铰i， io.虎克铰n， ii.安装块i，12.直线移动组件I， 13.回转副I， 14.回转副n， 15.回转副ni， 16.连杆IV，n.回转副iv， is.直线移动组件n， 19.安装块n， 20.虎克铰in， 21.虎克铰1v，22.连杆V， 23.连杆VI， 24.复合虎克铰n， 25.回转轴A轴组件。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术复合主轴头机构的结构，如图1所示。三轴混联复合主轴头机构 由三轴混联进给机构和复合主轴头组成，三轴混联进给机构由一个两轴并联 机构和 一个回转轴组件串联组成。两轴并联机构由两个分支机构组成， 一个分支机构由直线移动组件I 12、安装块I 11、连杆I 6、回转副I 13、回转副I114、连杆117、连杆IH8、虎克铰I 9、虎克铰IIIO和复合虎克铰I 5构成。另一个分支机构由直线移动组件n 18、安装块n 19、回转副mi5、连杆ivi6、回转副ivn、虎克铰ni20、虎克铰IV21、连杆V22、连杆Vl23和复合虎克铰n24构成。直线移动组件i 12与直线移动组件ni8水平平行设置，直线移动组件I 12的滑台上固定连接有安装块I 11，安装块I 11分别通过回转副I 13、虎克铰n io和虎克铰19与连杆16、连杆i17和连杆ni8的一端连接，连杆16的另一端通过回转副ni4与动平台4连接，连杆II7和连杆III8的另一 端通过复合虎克铰I5与动平台4连接。直线移动组件nis的滑台上固定连接有安装块ni9，安装块ni9分别通过回转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三轴混联复合主轴头机构，其特征在于，该机构由三轴混联进给机构和复合主轴头构成，所述的三轴混联进给机构由一个两轴并联机构和一个回转轴组件串联组成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄玉美，韩旭炤，杨新刚，申东，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]