CN101618511A - 用于机床、机器人与机械测量机的圆弧或圆形龙门结构 - Google Patents

Abstract

用于机床、机器人与机械测量机的圆弧或圆形龙门结构，将传统的由三个部件(一个横梁、二个立柱)组成的轨道龙门架设计、制造成一个圆弧形或圆形龙门结构部件，再串联主轴、主轴箱或其它运动部件，并控制主轴、主轴箱或其它运动部件在圆弧或圆形龙门结构部件的轨道上做所需的相关运动和方向运动，就能实现三维平移及三维运动输出。该结构可以作为机床、机器人与机械测量机的执行机构的基础。

Description

用于机床、机器人与机械测量机的圆弧或圆形龙门结构

所属技术领域

本发明涉及机床、机器人与坐标测量机领域，尤其是能用于数控机床、搬运机器人与机械测量机的圆弧或圆形龙门结构。

背景技术

目前公知的机床、机械在结构上都有以下几类：

1、目前公知的数控机床的龙门结构都是四四方方的门形串联结构，并且都是由3个部件(2个立柱、1个横梁)来组合构成龙门，3个部件给制造、装配、检验等生产环节带来许多困难；由3个部件(2个立柱、1个横梁)来组合构成龙门为特征的机床，特别是龙门加工中心，在做圆弧加工运动时，需要二轴以上联动插补才能完成，并且机床(3轴的龙门加工中心)的运动轨迹不是圆弧，加工的精度受机床结构的精度影响非常大；五轴龙门机床必须配备有多角度主轴头才能实现多面体加工，在做五面加工运动时，特别是主轴加工至工件安装面时，由于受机床龙门结构限制，造成主轴悬臂过长，加工刚性直线下降，导致加工精度及加工效率低下。

2、目前公知的并联机构数控机床，这种控制刀具在空间的位置和姿态变化的机构，主要是由基座、运动平台、连杆组成，这种机床完全打破了传统机床结构的概念，抛弃了固定导轨的刀具导向方式，带来制造、控制、操作、程序编制等许多方面的困难；并且其工作范围有限，特别是运动平台的姿态角，一般在30度左右，刀具可加工的区域很有限；同时它们大都由2自由度和3自由度活动关节的连接形式组成，部件众多，部件的精度及组装精度直接影响并联机床的加工精度。在实际的加工运动中，机床加工至接近工件安装面时(过象限)，悬臂过长造成连杆刚性不足，这不仅降低了机床的刚度和精度，还难于适应大倾角多坐标联动数控加工运动的需要。

3、目前公知的磨床，都是工件与磨头在旋转做相对运动的结构，加工精度受夹持工件的旋转轴的回转精度、磨头的定位精度影响，并且工件超大或异形加工精度更难保证，如：加工大型曲轴的磨床，由于工件加工面的不同轴性，旋转离心力大，限制了加工精度及效率的提高。

4、目前公知的龙门架式坐标测量机，在测量圆球体时，都是在球体上取任意三点或多点来构成圆弧线来测量计算，这种测量方式不是跟随圆球体的圆弧来测量，测量的准确性及精度都受限制。

5、目前公知的应用在工业生产中的搬运机器人，有龙门架式和单臂多关节式2种。龙门架式的机器人能搬运重物，但在搬运的方向上很单一，不能实现多方向搬运物品；单臂多关节式机器人能实现多方向搬运，但搬运物品的重量受到悬臂长度的限制，搬运重量相对较轻。

上述机床、机械在结构上都有技术上的缺陷，并且控制与制造、装配技术上难度大。

发明内容

为了克服现有机床、机械的结构技术缺点，本发明提供一种全新的圆弧或圆形龙门的机床结构，采用此结构的机床工作空间大，制造、装配、操作方便，这种结构机床做圆弧运动时只需主轴等运动部件循圆弧或圆形龙门上的轨道就能做圆弧运动，并且悬臂短，刚性及精度高。这种结构机床还能实现过象限运动，角度可超过180度而悬臂很短，刚性好；这种结构机床能克服并联机构机床的控制、操作、程序编制、制造、测量校正的复杂性；圆弧或圆形龙门的机床结构在磨床中应用，将工件固定不动，没有了工件旋转时强大的离心力缺点，磨头在相对工件做圆周运动，提高了加工精度及效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：将传统由3个部件(1个横梁、2个立柱)构成的四四方方的轨道龙门架设计、制造成1个(横梁与立柱容为一体)圆弧形或圆形的龙门架，通过拖板连接主轴、刀架、磨头或其它工作部件，就能实现三维平移及三维运动输出；实现超过180度的或圆周的主体运动。

本发明在机床、机械中应用具有以下有益效果：

1、龙门结构是整体圆弧或圆形，机床能非常精确地进行圆弧或圆形运动。

2、龙门结构成整体圆弧或圆形，非常有效地增加龙门的结构强度、刚性。

3、龙门结构成整体圆弧或圆形的1个部件，自身就具有立柱支撑作用，简化了龙门结构，制造、装配比传统龙门结构少了2个部件，制造、装配、检验工作量也少了2/3。

4、龙门结构成整体圆弧或圆形，代替传统龙门结构机床两个轴向功能，在切削圆弧特征的工件时，改善了切削部件(特别是主轴)力学方向，并且机床无需多角度头就能四轴实现五轴的加工功能；工件特殊安装，还能实现六面加工。

5、龙门结构成整体圆弧或圆形，能实现工件不动，刀具相对工件旋转位移移动，理论上能加工传统机床无法加工的超大、超重工件，而且精度更好、效率更高。

总之，本发明为多轴联动机床、机器人、坐标测量机等机械的开发与实用普及提供了基础。

附图说明

图1是应用圆弧龙门结构的五轴机床示意图。

图2图3是主轴在圆弧龙门结构上的运动姿态图。

图4图5图6是应用圆形龙门结构的车床加工曲轴示意图。

图7是圆弧龙门结构、圆轨道构成的多轴机床加工涡轮示意图。

图中箭头符号为可以运动的方向。

具体实施方式

本发明公开3个实施例，结合说明书附图作以下说明：

1、在图1所示实施例中，主轴与刀具(3)通过小滑座(6)、大滑座(4)与圆弧龙门结构(2)串联，主轴(3)能做超过180度的圆弧运动(图2图3)；主轴(3)相对小滑座(6)做回转运动，小滑座(6)相对大滑座(4)做上下运动，大滑座(4)顺应圆弧龙门结构(2)导轨做圆弧运动。控制各部件做单独或联合动作，就能得到相应的加工运动。

2、在图4所示实施例中，主轴与刀具(4)通过小滑座(3)、大滑座(2)与圆形龙门结构(1)导轨串联，主轴(4)能做360度的圆周运动。主轴(4)根据曲轴(5)加工需要做回转运动，圆形龙门结构(1)导轨带动主轴(4)相对机床(6)做横向运动。

3、在图7所示实施例中，圆弧龙门结构(1)联结在圆形底座轨道(7)上，主轴与刀具(2)通过小滑座(5)、大滑座(3)与圆弧龙门结构(1)串联，主轴(2)相对小滑座(5)做回转运动，小滑座(5)带着主轴(2)在大滑座(3)上做上下运动；大滑座(3)带着小滑座(5)、主轴(2)在圆弧龙门结构(1)导轨做超过180度的圆弧运动；圆弧龙门结构(1)导轨带着主轴(2)小滑座(5)大滑座(3)在圆形底座轨道(7)上做圆周运动。根据涡轮(6)的尺寸要求，各部件做所需要的配合角度加工运动，就能无需多角度头，4轴联动实现5轴的功能。

上述几种实施例中，将主轴换成磨头、测头或其它工作部件，就能衍生出磨床、机器人、测量机或其他工作机床、机械。

本发明不局限于上述实施例的机床、机械中应用。

Claims (5)

1.用于机床、机器人与机械测量机的圆弧或圆形龙门结构，其特征是：将传统由3个(2个立柱、1个横梁)或3个以上部件组合构成的门形轨道龙门架设计、制造成圆弧形或圆形龙门架，圆弧形或圆形龙门架结构是由1个整体部件构成的，在圆弧形或圆形龙门架上再连接主轴、主轴箱、磨头、测头或其它可运动部件，并控制它们在圆弧形或圆形轨道龙门架上做需要的往、还运动；并且圆弧或圆形龙门结构也能成为运动部件。

2.按照权利要求1所述的运动部件，其特征是：运动部件的轨道是在圆弧或圆形龙门结构上的。

3.按照权利要求1所述的运动部件，其特征是：运动部件可以在圆弧或圆形龙门结构做正反两个方向运动。

4.按照权利要求1所述的圆弧或圆形龙门结构，应用在机床、机械中时，可以多个组合，其特征是：圆弧龙门结构可以和圆形龙门结构组合，圆弧龙门结构可以和圆弧龙门结构组合，圆形龙门结构可以和圆形龙门结构组合。

5.按照权利要求1所述的圆弧或圆形龙门结构，其特征是：圆弧或圆形龙门结构可以是固定或移动的。

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