一种三平移自由度并联机床制造技术

一种三平移自由度并联机床，由机械部分、数控系统和控制软件三部分构成。其机械部分由机床固定支座、空间平移机构、机床活动平台、驱动杆、刀具或工具等构成，其空间平移机构由一个空间五杆机构和一个移动副组成。本发明专利技术具有无运动耦合性、控制容易、工作空间大、运动灵活、加工精度高等优点。本发明专利技术可实施为不同用途的三杆并联机床，如铣床、钻床、磨床、激光切割机床等，也可实施为三杆并联三轴联动、四轴联动、五轴联动的不同形式的机床。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于一种机床，特别涉及一种三平移自由度并联机床。并联机床(或称虚轴机床)是一种杆长可以变化的空间珩架机构，通过控制杆长变化达到使机床的刀具相对工件实现要求的运动的目的。并联机床与传统数控机床相比具有力/重量比大、没有误差放大和积累、运动精度高、易于实现高速运动、硬件结构简单等优点。但六杆(其固定平台与活动平台之间有六根并联的杆件)并联机床存在运动耦合性强、控制建模困难、空间小等缺点。为此出现了少于六杆的并联机床。其中，无运动耦合性，控制容易，工作空间及刀具转动范围大的具有三个平移自由度的三杆并联机床(申请号为99122667.4的专利技术专利申请)是一个典型。现有三平移自由度三杆并联机床是利用双层三杆空间平动机构(如专利号为97229311.6的技术专利)保证机床活动平台作三自由度平移的。由于该双层三杆空间平动机构的虎克铰多达12个，双层等长杆6根，使机构扭转刚度较低，影响到机床的扭转刚度，其位置精度也较低，只能满足一般精度轻加工使用。本专利技术的目的在于提供一种具有高的位置精度和刚度，能满足钢铁零件的高精度加工的三平移自由度三杆并联机床。本专利技术三平移自由度三杆并联机床由机械部分、数控系统和控制软件三部分构成。其机械部分由机床固定支座、空间平移机构、机床活动平台、驱动杆、刀具或工具等构成。其空间平移机构由一个空间五杆机构和一个移动副组成。本专利技术的数控系统可以是基于PC的开放式数控系统，也可以是专用数控系统。本专利技术的控制软件则是满足工件几何建模、刀迹规划、刀具补偿、代码生成、插补计算、轴伺服控制等的数控编程软件。下面结合附图和实施例对本专利技术的内容作详细描述附图说明图1为本专利技术的空间平移机构的结构示意图；图2为本专利技术的3伸缩杆式三杆并联机床的机构示意图；图3为本专利技术的2伸缩杆式三杆并联机床的机构示意图；图4为本专利技术的3滑块式三杆并联机床的机构示意图；图5为本专利技术的实施例三杆并联三平移自由度数控铣床的机构示意图；图6为本专利技术的实施例三杆并联三平移自由度磨床的机构示意图；图7为本专利技术的实施例三平移自由度混联五轴联动数控铣床的机构示意图；图8为本专利技术的数控系统的原理示意图；图9为本专利技术的空间平移机构的虎克铰不同实施方式的结构示意图。图中1上盘，2固定导轨，3等长杆，4虎克铰，5下盘，6固定支座，7伸缩杆，8平台虎克铰，9驱动滑块，10定长杆，11立柱，12底座，13电机，14主轴，15铣刀，16工件，17固定上支座，18砂轮，19垂直转轴套筒，20垂直转轴，21摆动主轴套筒，22销轴，23转动支架，24平面铰链。本专利技术的空间平移机构由一个空间五杆机构和一个移动副组成，其机构原理如图1所示带滑座的上盘1通过其滑座可以在固定导轨2上移动，有一个移动自由度的上盘1和下盘5之间通过3根等长杆3相连接，成为空间五杆机构。等长杆3与上盘1和下盘5之间通过虎克铰4相连接。由于等长杆和虎克铰的作用，下盘相对上盘可作两自由度的移动，加上上盘滑座沿固定导轨的移动自由度，最终下盘可实现三自由度平移，构成空间平移机构。利用该空间平移机构的三平移自由度三杆并联机床可实现下述三种方案3伸缩杆式三杆并联机床。由机械部分、数控系统和控制软件三部分构成。其机械部分如图2所示由固定支座、空间平移机构、3个伸缩杆、活动平台等组成。机床固定支座6通过3个伸缩杆7和机床活动平台相连接，活动平台与空间平移机构的下盘5固定在一起，3个伸缩杆的两端为平台虎克铰8。固定导轨固定在机床固定支座上，空间平移机构的带滑座的上盘安装在固定导轨上。空间平移机构的上盘及其滑座沿固定导轨自由移动，约束活动平台的转动自由度。这样，机床活动平台就可以通过控制和驱动伸缩杆7的长度变化而在空间作要求的三自由度平移，构成3伸缩杆式三杆平移三自由度并联机床。这时，空间平移机构的上盘在固定导轨上的运动是自由随动的。2伸缩杆式三杆并联机床。由机械部分、数控系统和控制软件三部分构成。其机械部分如图3所示由固定支座、空间平移机构、2个伸缩杆、活动平台等组成。机床固定支座6通过2个伸缩杆7和机床活动平台相连接，2个伸缩杆的两端为平台虎克铰8。固定导轨固定在机床固定支座上，空间平移机构的带滑座的上盘安装在固定导轨上。空间平移机构的上盘及其滑座可以沿固定在固定支座上的固定导轨移动。空间平移机构下盘5和机床活动平台固定在一起，约束活动平台的转动自由度。这样，机床活动平台就可以通过控制和驱动伸缩杆7的长度变化，和控制驱动上盘在固定导轨上的位置而在空间作要求的三自由度平移，构成2伸缩杆式三杆平移三自由度并联机床。这时，空间平移机构的上盘在固定导轨上的运动是受控制和驱动的，它兼起一个驱动杆的作用。3滑块式三杆并联机床。由机械部分、数控系统和控制软件三部分构成。其机械部分如图4所示由固定支座、空间平移机构、2个驱动滑块、2个定长杆、活动平台等组成。3条固定导轨2的位置在机床固定支座上固定，空间平移机构的上盘1和2个驱动滑块9可以分别在其上移动。空间平移机构下盘5和机床活动平台固定在一起，约束活动平台的转动自由度。驱动滑块9分别通过2个定长杆10也和机床活动平台相连接。定长杆10的两端为平台虎克铰8。这样，机床活动平台就可以通过控制和驱动上盘1和滑块9在固定导轨上的位置而在空间作要求的三自由度平移，构成了3滑块式三杆平移三自由度并联机床。这时，空间平移机构的上盘在固定导轨上的运动是受控制和驱动的，它兼起一个驱动杆的作用。另外，定长杆10两端的虎克铰也可以是球铰。本专利技术的三平移自由度并联机床具有无运动耦合性、控制容易、工作空间大、运动灵活、加工精度高等优点。上述三种方案当在其活动平台上安装有不同主轴系统和刀具或工具时，可实施为不同用途的三杆并联机床，如三杆并联的铣床、钻床、磨床、激光切割机床等；当以三杆并联机床为基础，在机床活动平台或工作台增加运动副时，还可实施为三杆并联三轴联动、三杆并联加一个转动的四轴联动、三杆并联加两个转动的五轴联动的不同形式的机床。实施例1，三杆并联三平移自由度数控铣床本实施例三杆并联三平移自由度数控铣床是依前述第二种方案实现的。它由机械部分、数控系统和控制软件三部分组成。其机械部分如图5所示图3所示方案中的固定导轨2和固定支座6通过立柱11和底座12连接在一起，构成机床的固定机架。在图3所示方案中的下盘5上，固定有电机13和主轴14，将铣刀15安装在主轴14上，铣刀即能随下盘5的平移运动对通过工作台安装在底座12上的工件16作三轴联动数控加工，构成一台三杆并联三平移自由度数控铣床。在这里，图3所示方案中的伸缩杆7可以由电机和丝杠副驱动，也可以是伺服油缸。带滑座的上盘1在固定导轨2上的运动可以由电机和丝杠副、齿轮-齿条副、油缸、直线电机等驱动。本实施例的数控系统原理如图8所示电源供电后，数控系统通过人机交互几何建模或几何信息及程序输入确定工件几何信息，由系统的控制计算机进行走刀设计、刀迹规划、刀具补偿、代码生成和插补计算，再将命令与程序传送给轴运动控制器，生成轴控制信号输出至伺服系统或步进系统控制器，生成驱动等控制信号，控制电机等的运行。而机床位置、速度等信号反馈至数控系统，形成控制闭环。人机交互中命令和程序可由键盘和控制面板输入，CRT显示。系统可以是基于PC的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三平移自由度并联机床，由机械系统、数控系统和控制软件三部分组成，其特征在于该并联机床的机械部分由机床固定支座、空间平移机构、机床活动平台、驱动杆、刀具或工具等构成，其空间平移机构由一个空间五杆机构和一个移动副组成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡光起，原所先，郭成，胡明，史家顺，巩亚东，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]