CN101003118A - 一种并联式a/b轴主轴头结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种并联式A/B轴主轴头结构，基特征在于，该结构包括一个动平台或主轴、一个定平台，以及第一、第二个分支；所述第一分支包含：第一输入件，以及两个单自由度运动副，其中连接第一输入件与定平台之间的单自由度运动副是驱动的；所述第二分支包含：第二输入件，一个连接件以及单自由度运动副a、运动副b和运动副c：该运动副a连接在第二输入件与定平台之间，是驱动的转动副或是移动副；该运动副b连接在所述第二输入件与所述连接件之间；该运动副c连接在所述连接件与动平台或主轴之间；运动副b和运动副c是单自由度或是多自由度。本发明具有高刚度，低运动质量，高动态性能，构造简单，成本低，易制造以及灵活度较高等特点。
Description
技术领域
本发明属于机械制造领域，特别涉及一种既能配合其它装置进行复合加工的并联式A/B轴主轴头结构。
背景技术
规定绕机床的X轴回转的坐标轴为A轴，绕机床的Y轴回转的坐标轴为B轴，绕机床的Z轴回转的坐标轴称为C轴。一般把能够绕X轴和Y轴转动的主轴头称为A/B轴主轴头(或称A/B摆头)，把能够绕X轴和Z轴转动的主轴头称为A/C轴主轴头(或称A/C摆头)。图9所示为一个A/C轴主轴头结构，主轴头91能够沿A轴和C轴转动。
目前，大量的多功能铣床均安装有一个可以实现连续回转的两轴主轴头，这些主轴头多采用双摆角或者叉形头的串联式结构，如专利ZL03278067.2描述了一种A/C轴主轴头以及专利US 3483796提出的一种叉行头主轴头等。这些主轴头往往传动***复杂、结构庞大、运动质量大，而且难以安装，制造成本高，维护费用也较高。
与A/C轴主轴头相比，A/B轴主轴头虽然具有摆角较小的缺点，但是它具有加工效率高、使工件变形较小等优点，尤其在大型薄壁飞机复杂结构件等需要大量切削的零部件的加工中具有明显的优势。近年来，高灵活性A/B摆头在很多关键结构件加工领域已经成为最为关键的基础部件。例如，德国DS Technologie公司基于并联机构研制的Z3三轴主轴头在数控加工中心中获得了巨大的成功，这种主轴头具有沿Z方向的移动和沿A、B轴的转动三个自由度。然而，在某些加工中心装备，往往只需要具有沿A、B轴转动的两轴主轴头。因此，为了降低制造成本，节约维护费用，开发一种只具有沿A、B轴转动的两轴主轴头显得很有意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有串联式主轴头结构的不足，利用并联机床的结构原理，提供一种并联式A/B轴主轴头结构。这种主轴头具有高刚度，低运动质量，高动态性能，构造简单，相同零件数量多，成本低，易制造以及灵活度较高等特点，能配合其它装置进行复合加工。
有鉴于此，为了解决上述技术问题，本发明提出的一种并联式A/B轴主轴头结构，基特征在于，该结构包括一个可以安装刀具的动平台或主轴、一个定平台，以及连接所述动平台或主轴与定平台之间的第一、第二个分支；所述第一分支包含：第一输入件，以及分别将所述第一输入件与所述动平台或主轴、定平台连接的两个单自由度运动副，其中连接第一输入件与定平台之间的单自由度运动副是驱动的；所述第二分支包含：第二输入件，一个连接件以及单自由度运动副a、运动副b和运动副c：该单自由度运动副a连接在所述第二输入件与定平台之间，运动副a是转动副或是移动副，且是驱动的；该运动副b连接在所述第二输入件与所述连接件之间；该运动副c连接在所述连接件与动平台或主轴之间；其中，运动副b和运动副c是单自由度或是多自由度。
本发明的结构特点及效果
本发明的并联式A/B轴主轴头结构的动平台(主轴)具有两个独立的转动自由度，两个分支分别实现动平台(主轴)的一个转动自由度。该结构具有：(1)动平台(主轴)的摆角大(一般为±60°，最大可达±90°)；(2)结构紧凑；(3)刚度高。这些优点使该结构在机床的主轴头上有广泛的应用。
附图说明
图1是本发明并联式A/B轴主轴头结构第一实施例的结构示意图；
图2是本发明并联式A/B轴主轴头结构第二实施例的结构示意图；
图3是本发明并联式A/B轴主轴头结构第三实施例的结构示意图；
图4是本发明并联式A/B轴主轴头结构第四实施例的结构示意图；
图5是本发明并联式A/B轴主轴头结构第五实施例的结构示意图；
图6是本发明并联式A/B轴主轴头结构第六实施例的结构示意图。
图7是本发明并联式A/B轴主轴头结构第七实施例的结构示意图；
图8是本发明并联式A/B轴主轴头结构第八实施例的结构示意图；
图9是已有的一种简单的A/C轴主轴头的结构示意图。
具体实施方式
本发明提出的并联式A/B轴主轴头结结合附图及实施例详细说明如下：
本发明提出的一种并联式A/B轴主轴头结构，一种并联式A/B轴主轴头结构，基特征在于，该结构包括一个可以安装刀具的动平台或主轴、一个定平台，以及连接所述动平台或主轴与定平台之间的第一、第二个分支；所述第一分支包含：第一输入件，以及分别将所述第一输入件与所述动平台或主轴、定平台连接的两个单自由度运动副，其中连接第一输入件与定平台之间的单自由度运动副是驱动的；所述第二分支包含：第二输入件，一个连接件以及单自由度运动副a、运动副b和运动副c：该单自由度运动副a连接在所述第二输入件与定平台之间，运动副a是转动副或是移动副，且是驱动的；该运动副b连接在所述第二输入件与所述连接件之间；该运动副c连接在所述连接件与动平台或主轴之间；其中，运动副b和运动副c是单自由度或是多自由度。
上述两个分支中与动平台或主轴相连接的两个运动副都是转动副，且这两个转动副的轴线是正交的。
若上述第一输入件中连接第一输入件与定平台之间的单自由度运动副是非驱动的，也可以通过增加四杆机构来实现输入运动。
上述第一输入件可为U形工件。
上所述平台还可包括固结在该平台的一个或多个竖直外延部分。
上述第一输入件中连接第一输入件与定平台之间的单自由度运动副若是非驱动的，则还包括驱动第一输入件的四杆机构。
上述四杆机构可由一被驱动的滑块、连接件与所述的第一输入件及所述平台相连而成。
上述第二分支中的第二输入件和连接件均可为条形杆件，或第二输入件可为V形杆件、连接件可为条形杆件。
上述第二分支中的第二输入件可为一滑块，所述连接件可为折弯的条形杆件或直条杆件。
本发明的第一实施例如图1所示，该结构的动平台(主轴)14通过两个分支与定平台10相连接。定平台10为广义的平台，包括平台、以及固结在平台的两个竖直外延部分。所述的两个分支中，第一个分支包含：U形输入杆件12，以及U形输入杆件12分别与所述定平台10、动平台(主轴)14相连接的两个转动副11和13，其中连接于U形输入杆件12与定平台10之间的转动副11是驱动的。第二个分支包含：条形输入杆件17，条形连接杆件19以及三个运动副，所述三个运动副均为转动副，分别是连接于条形输入杆件17与定平台10之间的转动副16、条形输入杆件17与条形连接杆件19之间的转动副18、以及条形连接杆件19与动平台(主轴)14之间的转动副15，其中条形输入杆件17与定平台10之间相连接的转动副16是驱动的。该实施例中所有的转动副的轴线相交于一点，且连接动平台(主轴)14的两个转动副13和15的轴线是正交的。
本发明的第二实施例如图2所示，该结构与第一实施例的不同之处是，将第二分支的条形输入杆件17改成图2中所示的杆件V形输入杆件21，即本实施例增加了一个虚约束，提高了结构的刚度。与此同时，定平台22的竖直外延部分也改成了三个。
本发明的第三实施例如图3所示，该结构的动平台(主轴)37通过两个分支与L形定平台31相连接。所述的两个分支中，第一个分支与第一实施例的第一分支结构相同，第二个分支包含：滑块33作为输入件，折弯的条形件34作为连接件以及三个运动副，所述的三个运动副分别是连接于输入滑块33与定平台31之间的移动副32、输入滑块33与条形连接杆件34之间的球铰链35、以及条形连接杆件34与动平台(主轴)37之间的万向铰链36。其中连接于输入滑块32与定平台31之间的移动副32是驱动的，输入滑块33的导轨设置在定平台31上且与B轴平行。本实施例中连接动平台(主轴)37的两个转动副的轴线是正交的。
本发明的第四实施例如图4所示，该结构与第三实施例的不同之处是，将第二分支的输入滑块41的滑轨改为与C轴平行，这样可能会便于结构的安装；相应的将定平台40改成U形，而条形输入杆件42不需要是折弯的。
本发明并联式A/B轴主轴头结构的第五实施例如图5所示，该结构的动平台(主轴)56通过两个分支与U形定平台50相连接。所述的两个分支中，第一个分支与第一实施例的第一分支结构相同，第二个分支包含：输入滑块52，条形连接杆件54以及三个运动副，所述的三个运动副分别是输入滑块52与圆弧形滑轨51之间的移动副、输入滑块52与条形连接杆件54之间的转动副53、以及条形连接杆件54与动平台(主轴)56之间的转动副55。其中连接于输入滑块52与圆弧形滑轨51之间的移动副是驱动的，圆弧形滑轨51是通过固件固结在U形定平台50上的，本实施例的各转动副的轴线相交于该圆弧的圆心，且连接动平台(主轴)56的两个转动副的轴线是正交的。
本发明的第六实施例如图6所示，该结构的动平台(主轴)66通过两个分支与L形定平台60相连接。所述的两个分支中，第一个分支与第一实施例的第一分支结构相同，第二个分支包含：输入滑块62、条形连接杆件64以及三个运动副，所述的三个运动副分别是连接于输入滑块62与定平台60之间的移动副61、输入滑块62与条形连接杆件64之间的复合铰链63、以及条形连接杆件64与动平台(主轴)66之间的转动副65，所述复合铰链63是由一个转动副和一个圆柱副合成的。其中连接于输入滑块62与定平台60之间的移动副61是驱动的，输入滑块61的滑轨设置在定平台60上且与B轴平行，本实施例的各转动副(不包括复合铰链中的转动副)的轴线与复合铰链中的圆柱副的轴线相交于一点，且连接动平台(主轴)66的两个转动副的轴线是正交的。
本发明的第七实施例如图7所示，该机构与第六实施例的不同之处，是将第一分支中U形杆件71与定平台70之间的驱动转动副改为非驱动形式，而增加定平台70的一个竖直外延部分、滑块73、以及条形连接杆件72。这样使得滑块73、条形连接杆件72、U形杆件71和定平台70形成一个四杆机构，通过驱动滑块73与定平台70之间的移动副来实现U形杆件71的转动。
本发明的第八实施例如图8所示，该机构与第六实施例的不同之处，是将第一分支中U形杆件81与L形定平台80之间的驱动转动副改为非驱动形式；而增加条形杆件82和83，它们与U形杆件81、定平台80形成一个四杆机构，通过驱动条形杆件83的转动来实现U形杆件81的转动。
通过第七和第八实施例可以看出，将第一分支的驱动转动副改为非驱动形式，而由另外的四杆机构来驱动，此结构也可用于第一、二、三、四、五实施例。
Claims (8)
1、一种并联式A/B轴主轴头结构，基特征在于，该结构包括一个可以安装刀具的动平台或主轴、一个定平台，以及连接所述动平台或主轴与定平台之间的第一、第二个分支；所述第一分支包含：第一输入件，以及分别将所述第一输入件与所述动平台或主轴、定平台连接的两个单自由度运动副，其中连接第一输入件与定平台之间的单自由度运动副是驱动的；所述第二分支包含：第二输入件，一个连接件以及单自由度运动副a、运动副b和运动副c：该单自由度运动副a连接在所述第二输入件与定平台之间，运动副a是转动副或是移动副，且是驱动的；该运动副b连接在所述第二输入件与所述连接件之间；该运动副c连接在所述连接件与动平台或主轴之间；其中，运动副b和运动副c是单自由度或是多自由度。
2、如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述两个分支中与动平台或主轴相连接的两个运动副都是转动副，且这两个转动副的轴线是正交的。
3、如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述第一输入件为U形工件。
4、如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述平台还包括固结在该平台的一个或多个竖直外延部分。
5、如权利要求1、2、3或4所述的结构，其特征在于，所述第一输入件中连接第一输入件与定平台之间的单自由度运动副是非驱动的，还包括驱动第一输入件的四杆机构。
6、如权利要求5所述的结构，其特征在于，所述四杆机构由一被驱动的滑块、连接件与所述的第一输入件及所述平台相连而成。
7、如权利要求1、2、3或4所述的结构，其特征在于，所述第二分支中的第二输入件和连接件均为条形杆件，或第二输入件为V形杆件、连接件为条形杆件。
8、如权利要求1、2、3或4所述的结构，其特征在于，所述第二分支中的第二输入件为一滑块，所述连接件为折弯的条形杆件或直条杆件。
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