CN101691013A - 并联主轴头动臂支撑结构及制造方法 - Google Patents

Abstract

并联主轴头动臂支撑结构及制造方法，其特征在于方法是在同心轴的上、下平台等分120度的各自对应点的空间分别由平行四边形结构上端设转动副与动平台三点绞接、下端由平动副与主轴套形成固定平台；制造出的该结构是结构相同、相互独立的三个单支路：空间设置两个平行动臂，再将动臂下端与丝杠、线轨和滑座与底板固定组成平动副，各平动副等距间隔与主轴套内壁固定；动臂上端三等分点由球铰副分别在垂直空间内与平行动臂另一端结合成转动副；各路均有丝杠电机、传动机构，电主轴穿过动平台圆心，从而实现A/B轴的摆动和Z轴的平动。该装置很好的解决了并联主轴头动臂与丝杠及光栅尺等重要部件在装配过程中的干涉问题。

Description

并联主轴头动臂支撑结构及制造方法

技术领域

本发明涉及机械制造设备机床中的并联主轴头动臂支撑结构及制造方法。

技术背景

诞生于上世纪90年代的并联主轴头装置具有动作灵活，定位准确，承载能力强，运动部件质量小，容易实现高速运动等特点，成为目前机床行业研究的一个新的方向。然而并联机构尤其是6自由度并联机构运动耦合性强，工作空间小，数控编程困难。因此少自由度并联装置越来越多的受到了研究者的重视，其中能实现三自由度运动的并联主轴头已经开始了工程应用。

三自由度并联主轴头可以与多种形式的机床组合，构成混联五轴机床。此类产品具有并联和串联装置的优点，特别适合于飞机整体结构件的加工，具有非常广泛的应用前景。

并联主轴头的结构特点，决定了其单支路必须在主轴套外面装好，然后装入主轴套中，这就造成了在装配过程中四边形的动臂会与丝杠，光栅尺等件发生干涉。因此必须发明一种结构有效的克服此类干涉现象的发生。

发明内容

本发明的目的是提供一种并联主轴头动臂支撑结构及制造方法，从而解决其三个单支路组装过程中，动臂与丝杠的干涉问题。

并联主轴头动臂支撑结构的制造方法，其特征在于设计方案是在下方由A1、A2、A3点组成的三角形固定平台，上方由B1、B2、B3点组成的三角形为动平台，在与电主轴同轴心的上、下平台等分120度的各自对应点A1-B1、A2-B2、A3-B3的空间，分别由平行四边形结构的平动副连接成三维的三个支路，各支路的平行四边形结构一端设转动副通过球铰副与动平台B1-B3点铰接、另一端由平动副与主轴套形成固定平台；当三个支路的平动副行程不一致时就会牵动动平台作水平摆动，同时空间的动臂、球铰副也会作转动，从而实现三自由度运动。按此设计制造出并联主轴头动臂支撑结构是结构相同、相互独立的三个单支路：A1点至B1点的空间设置平动副为两个平行动臂，将动臂一端与平动副中的滑座固定，A1-A3点由丝杠、线轨和滑座与底板固定组成平动副；各平动副等间距与主轴套内壁固定；动平台等分120度的B1-B3点由球铰副分别在垂直空间内与平行四边形结构另一端结合成转动副，形成各支路，三个支路均有各自的丝杠电机、传动机构，电主轴穿过动平台圆心，实现对动平台B1、B2、B3的姿态和位置的独立控制，从而实现A/B轴的摆动和Z轴的平动。

本发明的并联主轴头动臂支撑结构能够将动臂撑起，并实现固定，从而限制了其在装本并联主轴头可用于立式或卧式结构，组成不同的混联机床。

附图说明

附图1并联主轴头制造方法的原理图；

附图2单一的并联主轴头动臂支撑结构示意图；

附图3是图2并联主轴头动臂支撑结构左视图；

附图4是结合后的并联主轴头实例；

附图5是固定在主轴套内的并联主轴头示意图。

具体实施方式

本发明并联主轴头动臂结构的制造方法：结合附图1所示的并联主轴头运动学模型说明设计思想：其中下方由A1、A2、A3点组成的三角形拟定为固定平台，对应于图5中的主轴套15。上方设B1、B2、B3点组成的三角形为运动平台，对应于图4中动平台12。在上、下平台的各自对应点A1-B1、A2-B2、A3-B3的空间分别由平行四边形结构连接成三维的三个支路。按此设计思想制造的并联主轴头动臂支撑结构是结构相同、相互独立的三个单支路，如A1点至B1点的空间加两个平行动臂为平行四边形结构，由丝杠、线轨和滑座组成平动副、并将动臂一端与底板上的滑座固定，并且A1-A3点与主轴套15固定，圆形动平台上等分120度的B1-B3点由球铰副分别在垂直空间内与平行四边形结构另一端结合成转动副，形成各支路。三个支路均有各自的丝杠电机、传动机构，实现对动平台B1、B2、B3的姿态和位置的独立控制，动平台12带动电主轴13，从而实现A/B轴的摆动和Z轴的平动。

根据图1所示原理设计的并联主轴头单支路动臂支撑结构，3个单支路动臂支撑结构一端固定于上方主轴套中，且在主轴套中互成120度、下端与固定平台固定；具体见图2、4：沿着底板1内面长边平行安置两条线轨2、丝杠5安置在线轨2之间，丝杠5上的丝母与滑座3固定，滑座3固定于线轨2上面的滑块14上。两个平行的动臂4一端与滑座3的固定位铰接，另一端与上滑座6球铰副连接，上滑座6上固定球饺副7，构成一套与平行四边形的动臂支撑结构相接的转动副。丝杠5与各自的安装在底板1末端的电机连接，构成各自独立的单支路。这时的动臂会在重力作用下摆动，从而和丝杠发生干涉。解决这个问题的措施见图3：在上滑座6后部，将弯板10通过螺钉11固定于动臂4上，弯板10外翻平面上开有光孔，螺杆8穿过底板1和光孔，用螺母9紧固，将把持动臂支撑装置的弯板10固定于底板1上，各个单支路的底板1等距120度与主轴套15内壁固定，从而实现动臂支撑结构的固定。电主轴13穿过圆台形动平台12的圆心，动平台12下部圆周有三个等分连接座，分别与固定动臂后的球铰副7铰接，由三个独立的支路组成并联主轴头。

并联主轴头动臂支撑结构运动过程如下：各支路的电机驱动丝杠5带动滑座3沿线轨2作直线运动，滑座3带动动臂4、上滑座6构成的平行四边形绕滑座3的固定端作旋转运动。由于三个独立的支路是通过球铰副7与动平台B1-B3点铰接，当三个支路的滑座3行程不一致时就会牵动动平台作水平摆动，同时动臂4、球饺副7等也会作转动，从而实现三自由度运动。

在安装过程中，由于主轴套内空间狭小，所以单支路必须在主轴套外面安装调试好，然后再将三个单支路分别装于主轴套内，最后将动平台与各个支路的球铰副连接。装配完成后，将动臂支撑装置取下。

Claims (4)

1.一种并联主轴头动臂支撑结构的制造方法，其特征在于设计方案是在下方由A1、A2、A3点组成的三角形为固定平台，上方由B1、B2、B3点组成的三角形为运动平台，在上、下平台的各自对应点A1-B1、A2-B2、A3-B3的空间分别由平行四边形结构连接成三维的三个支路；各支路的平行四边形结构是一端设转动副通过球铰副与动平台B1-B3点铰接、另一端与平动副固定；当三个支路的平动副行程不一致时就会牵动动平台作水平摆动，同时空间的动臂、球铰副也会作转动，从而实现三自由度运动。

2.一种如权利要求1所述方法制造的并联主轴头动臂支撑结构，其特征在于在A1点至B1点的空间设置两个平行动臂为平行四边形结构，再将动臂一端与滑座固定，并且A1-A3点由丝杠、线轨和滑座现底板固定组成平动副、动平台上等分的B1-B3点由球铰副分别在垂直空间内与平行四边形结构另一端结合成转动副，形成结构相同、相互独立的三个单支路；三个支路均有各自的丝杠电机、传动机构，实现对动平台B1、B2、B3的姿态和位置的独立控制，动平台圆心穿过电主轴，从而实现A/B轴的摆动和Z轴的平动。

3.根据权利要求2所述的并联主轴头动臂支撑结构，其特征在于各个单支路结构是沿着底板(1)内面长边平行安置两条线轨(2)、丝杠(5)安置在线轨(2)之间，丝杠(5)上的丝母与滑座(3)固定，滑座(3)固定于线轨(2)上面的滑块(14)上；两个平行的动臂(4)一端与滑座(3)的固定位铰接，另一端与上滑座(6)球铰副连接，上滑座(6)上固定球饺副(7)，构成一套与平行四边形的动臂支撑结构相接的转动副；丝杠(5)与各自的安装在底板(1)末端的电机连接，构成各自独立的单支路。

4.根据权利要求2所述的并联主轴头动臂支撑结构，其特征在于单支路的动臂支撑结构固定：在上滑座(6)后部，将弯板10通过螺钉11固定于动臂(4)上，弯板(10)外翻平面上开有光孔，螺杆(8)穿过底板(1)和光孔，用螺母(9)紧固，将把持动臂支撑装置的弯板(10)固定于底板(1)上，各个单支路的底板(1)等距120度与主轴套(15)内壁固定；圆台形动平台(12)的圆心穿过电主轴(13)，动平台(12)下部圆周有三个等分连接座，分别与固定动臂后的球铰副(7)铰接，由三个独立的支路组成并联主轴头。

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