CN105171093A - 变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于机构学和机械制造领域，特别涉及一种变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构。其特征是：刨床主运动机构具有两种工作模式，可根据不同作业任务需求，进行自动切换。工作模式一适合完成中型零件加工的作业任务，其通过一个连杆将刨床主运动机构的滑枕与一个平面二自由度并联菱形机构相连接。所述平面二自由度并联菱形机构将二组伺服电机的输入传递、合成并转化为刨床主运动机构滑枕的单一大功率输出。工作模式二适合于完成小型零件的加工作业任务，其将所述的平面二自由度并联菱形机构自动切换为平面单自由度平行四边形机构，为单伺服电机驱动。本发明具有可控性、柔性化和智能化的优点。

Description

变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构

技术领域：

本发明属于机构学与机械制造领域，特别涉及一种变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构。

背景技术：

牛头刨床可应用于水平面、垂直面、斜面、直槽、V型槽、燕尾槽及直母线成型面等面的刨削加工，因此在机械制造领域有着极为广泛的应用。为了提高加工表面的质量，要求滑枕应为匀速运动，但机械式牛头刨床的主运动机构一般采用摆动导杆机构和摆杆滑块机构串联而成的组合机构，刨刀刨削加工时的主运动为非匀速运动，为进一步提高加工表面质量带来了困难。

随着科学技术的发展，人们越来越希望现代机器能够根据不同的工作任务需求具有不同的工作方式，即希望机器能“一机多用”，希望机器具有柔性、可控性和智能性。机械式牛头刨床主要用于加工中、小零件，在加工中型零件和加工小型零件时，所需要的工作功率和工作行程是不同的。显然，在加工小型零件时，所需要的加工作业功率和工作行程都是相对较小的，而如果刨床不具备“柔性”，依然采用加工中型零件的工作模式来完成加工小型零件的作业任务，显然是不经济的。

因此人们希望刨床能够具有可控性、使作业速度满足匀速要求；希望刨床能够具有柔性、能根据加工作业任务的不同，变换工作模式，实现可重构；希望刨床具有智能，能根据不同加工工艺和参数要求，编程控制。

发明内容：

本发明针对现有技术中的不足，提出一种变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构，其具有可控性、柔性化、智能化的优点。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构，其具有两种可选的工作模式，即根据不同加工作业任务具有两种不同的机构构型，且可在两种工作模式间方便的自动切换，具有可重构性。

第一种工作模式，可以满足中等零件的加工作业任务，第一种机构构型为：机械式牛头刨床的滑枕通过一个连杆与一个平面二自由度并联菱形机构相连接。平面二自由度并联菱形机构含二个相同运动支链，每一支链均含有两个连杆。平面二自由度并联菱形机构的所有连杆长度相等，各连杆间通过转动副相连接。每一个支链由一个伺服电机驱动，伺服电机位于机架处，利用平面二自由度并联菱形机构将二个伺服电机的输入传递、合成并转化为末端滑枕的单一大功率输出，可满足中型零件的刨削加工作业需要。由于平面二自由度并联菱形机构本身具有机械协调功能，可消除二组伺服电机输入误差引起的运动干涉，降低控制难度。

第二种工作模式，可以满足小型零件的加工作业任务，第二种机构构型为：变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构自动切换为第二种工作模式，这时滑枕通过一个连杆与一个单自由度平行四边形机构相连接，即并联平面二自由度菱形机构切换为单自由度平行四边形机构。平行四边形机构含有四个杆和四个转动副，四个杆杆长相等。这时机构整体为单自由度机构，其中一个伺服电机被锁死，只有一台伺服电机工作，用于完成小功率的加工作业任务。

以上两种工作模式均采用伺服电机驱动，因伺服电机具有可控性，通过合理的控制可以满足滑枕的匀速运动作业需求；因伺服电机具有可控性，通过编程控制，可以满足不同加工工艺和加工参数要求；因平面二自由度并联菱形机构具有机械协调功能，可将两组伺服电机的输入进行合成，将小功率输入合成为大功率输出，且可避免输入误差引起的运动干涉；因平面二自由度并联菱形机构具有可重构特性，可实现牛头刨床主运动机构根据不同刨削加工作业需求，在不同工作模式间自动切换，具有柔性。

综上，所述变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构通过采用伺服电机控制、通过采用可重构平面二自由度并联菱形机构，满足了滑枕匀速运动作业需求、使机械式牛头刨床的主运动机构具有了柔性、可控性和智能性。

附图说明：

图1为变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构第一种工作模式的机构简图。

图2为变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构第二种工作模式的机构简图

图1和图2中，1为机架，2-7为杆，8-12为转动副。

具体实施方式：

以下结合附图1和附图2所示之实施例对本发明作进一步详述：

如图1所示实施例中：变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构工作在第一种工作模式，刨床主运动机构的滑枕(杆7)通过杆6与一平面二自由度并联菱形机构的相连，所述滑枕(杆7)为机构整体的末端输出构件。所述平面二自由度并联菱形机构含有二条相同的运动支链，杆2和杆3组成第一运动支链，杆2与机架1通过转动副8相连接，杆2和杆3通过转动副11相连接；杆4和杆5组成第二运动支链，杆5与机架1通过转动副8相连接，杆5与杆4通过转动副9相连接。所述两条相同的运动支链通过转动副10相并联，所述杆2、杆3、杆4和杆5长度相同。平面二自由度并联菱形机构通过转动副10与杆6相连接，杆6通过转动副12与杆7(滑枕)相连接，杆7(滑枕)与机架1为移动副连接。所述平面二自由度并联菱形机构每一支链均为伺服电机驱动，每一支链的伺服电机均安装在转动副8处。所述平面二自由度并联菱形机构将所述二条运动支链的伺服电机的输入传递、合成并转化为滑枕7的大功率单一输出，实现大功率刨削加工作业任务，可用于刨削加工中型零件。所述平面二自由度并联菱形机构本身具有机械协调功能，可消除二组伺服电机输入误差引起的运动干涉，降低控制难度。

如图2所示实施例中：变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构工作在第二种工作模式，这时通过转动驱动杆5的伺服电机，使得杆5旋转至与机架1相重合的位置处，并将驱动杆5的伺服电机锁死，则变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构自动切换为第二种工作模式，可见此时平面二自由度并联菱形机构自动切换为平面单自由度平行四边形机构。这时，刨床的滑枕(杆7)通过杆6与一单自由度平行四边形机构相连接。该平行四边形机构由四个杆长相等的杆组成、即杆2、杆3、杆4和杆5，此时杆5与机架1重合并锁死，杆5即变为单自由度平行四边形机构的机架。杆6与单自由度平行四边形机构通过转动副10相连接，杆6与杆7(滑枕)通过转动副12相连接，杆7(滑枕)与机架1为移动副连接。这时机构整体为单自由度机构，机构整体以驱动杆2的伺服电机作为原动机，提供刨削加工作业的动力，用于刨削加工小型零件。

Claims (1)

1.一种变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构，其特征是：该牛头刨床主运动机构具有两种不同的工作模式，可根据不同加工作业任务要求在两种工作模式间自动切换；

工作模式一为：通过一个连杆连接机械式牛头刨床滑枕和一个平面二自由度并联菱形机构；所述平面二自由度并联菱形机构由二条相同的运动支链构成，所述平面二自由度并联菱形机构的各个杆长度相等，所述每一支链均由伺服电机驱动；所述牛头刨床主运动机构的滑枕与机架为移动副连接，其余各杆之间均为转动副连接；所述平面二自由度并联菱形机构将二组伺服电机的输入传递、合成并转化为滑枕的单一大功率输出，实现刨床的刨削作业任务；所述平面二自由度并联菱形机构具有机械协调功能，可消除二组伺服电机输入误差引起的运动干涉，降低控制难度；工作模式一适合完成中型零件的刨削加工作业任务；

工作模式二为：变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构自动切换为第二种工作模式，这时滑枕通过一个连杆与一个单自由度平行四边形机构相连接，即并联平面二自由度菱形机构切换为单自由度平行四边形机构；平行四边形机构含有四个杆和四个转动副，四个杆杆长相等；这时机构整体为单自由度机构，其中一个伺服电机被锁死，只有一台伺服电机工作，用于完成小功率的加工作业任务，可以满足小型零件的刨削加工作业任务；

以上两种工作模式均采用伺服电机驱动，因伺服电机具有可控性，通过合理的控制可以满足滑枕的匀速运动作业需求；因伺服电机具有可控性，通过编程控制，可以满足不同加工工艺和加工参数要求；因平面二自由度并联菱形机构具有机械协调功能，可将两组伺服电机的输入进行合成，将小功率输入合成为大功率输出，且可避免输入误差引起的运动干涉；因平面二自由度并联菱形机构具有可重构特性，可实现牛头刨床主运动机构根据不同刨削加工作业需求，在不同工作模式间自动切换，具有柔性；

综上，所述变输入可重构机械式牛头刨床主运动机构通过采用伺服电机控制、通过采用可重构平面二自由度并联菱形机构，满足了滑枕匀速运动作业需求、使机械式牛头刨床的主运动机构具有了柔性、可控性和智能性。