CN202174344U - 一种并联激光加工机床 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种并联激光加工机床，涉及激光加工机床技术领域。本实用新型采用一种三平移自由度的并联运动机构，该机构由3组杆件通过铰链支撑动平台，每组由两根固定平行的杆长的杆件组成，杆件的位移由滑块移动来实现，沿水平导轨水平移动，工作区域开阔。并联机构在动平台上安装激光光头，辅之以光纤的柔性传输，可实现激光切割和焊接。本实用新型充分结合并联运动机构的特点，使新型激光加工机床适合进行板材类等大尺寸工件的激光切割与焊接，且加工精度、加工效率可得到很大提高。

Description

一种并联激光加工机床

技术领域

本实用新型涉及激光加工机床技术领域，，特指一种激光加工机床，能实现钢板等金属焊接与切割，可用于板材类等各类工件的高效率、高精度的加工。 

背景技术

目前，激光技术与并联机床是目前各科研机构研究热点之一，也是市场的高速经济增长点之一，因此激光技术和并联机床有机结合，有助于推动激光技术在工业生产中的广泛应用。传统的激光加工机床的激光加工主机采用的是传统的串联运动机构，这类机构一般均是由床身、机床立柱、主轴箱和工作台等部件串联而成的机构布局，例如公开号为 CN1597229和CN2894919Y的发明专利,这种机构难以获得高的结构刚度，另外机构本身还存在着运动质量大、误差线性累加等固有缺陷，所以很难获得很高的加工效率和加工精度。而并联机构有刚度好，速度快，精度高的优点。利用并联机床技术，可以实现高速切割、精密加工以及自动化，这使得加工精度高，响应速度快，切削加工周期短，生产效率高。结合光纤的使用，可提高并联激光加工机床加工的柔性和精度。 

设计并联机床时，针对不同的加工需求，并联机床采用不同的并联机构构型。反之，根据加工需求设计制作的并联机床及机构构型也能很快的应用到工业生产实践中，取得较好的社会效益。比如已经商业化应用的并联机床V100型加工中心，该加工中心采用并联机构结构相对紧凑，可满足加工尺寸不大的零件，而对于板材类等大尺寸零件加工却较为困难。本机床针对加工板材类等大尺寸零件，设计的并联机构构型配置简洁，工作区域开阔，可满足对板材类等大尺寸零件的加工。 

发明内容

本实用新型提供了一种适合板材类等大尺寸激光切割与焊接特点的并联激光加工机床。 

本实用新型并联激光加工机床由并联机床、激光***和控制***三部分构成。并联机床由床身、三平移自由度并联机构、光纤、激光光头和工作台组成；三平移并联机构包括三个驱动滑块、虎克铰、球铰、两平行直线导轨、动平台及三根连杆。两个驱动滑块分别设置于一根直线导轨上，另一个驱动滑块设置与另一根直线导轨上，三个驱动滑块分别通过虎克铰连接三组连杆的一端，三组连杆的另一端分别通过球铰连接动平台。三个驱动滑块在水平导轨上做直线运动； 三组连杆的另一端分别通过球铰连接动平台。激光光头安装在三自由度并联机构的动平台支架中心上并垂直于动平台下平面。每组连杆有两根长度相等、互相平行的连杆组成。每组连杆的连接方式和组成相同。激光***的激光光头设置于动平台支架中心上。控制***通过通信线与激光***相连，控制激光***产生激光脉冲，激光脉冲通过光纤传输到激光光头；控制***与并联机床之间通过通信线相连，控制并联机床。 

本实用新型的数控***可以是基于PC的开放式数控***，也可以是专用的数控***。本实用新型的控制软件则满足工件的几何建模、轨迹规划、误差补偿、代码生成、插补计算、轴伺服控制等的数控编程软件。 

本实用新型的效果是：三个驱动滑块在两根直线导轨上做导轨方向的直线运动，滑块的运动经虎克铰传递到三组连杆上，三组连杆通过球铰与动平台相连，共同合成动平台的位置。三组驱动滑块可在两平行导轨上进行导轨方向的平移，可得到较大范围的工作空间。采用两导轨结构，结构简单，方便加工制造，控制容易，整体结构紧凑，运动平稳。每组连杆采用两个杆件的平行结构提高了结构刚度，有利于运动的平稳性。光纤传输，具有设备简单、传输灵活、安装方便等优点，使激光加工易以实现高柔性化。 

附图说明

下面结合附图对本实用新型的内容作详细描述。 

图1为本实用新型并联激光加工机床整体结构示意图。 

图2为本实用新型并联激光加工机床并联部分示意图。 

图3为本实用新型的并联运动机构的工作原理示意图。 

图4为本实用新型的并联运动机构某一运动时刻各滑块的运动速度示意图。 

图中：1并联机床， 2激光*** ，3控制***，4 床身，5驱动滑块，6水平导轨，7虎克铰8连杆，9光纤，10球铰, 11动平台，12激光光头，13工作台。 

具体实施方式

本实用新型激光加工并联机床如图1所示：由并联机床1、激光***2和控制***3三部分构成。其工作原理是控制***发出控制指令，一端发给并联运动机床，一端发送给激光***，从而并联运动机床按照指令带动激光光头运动，激光光头由激光***根据控制***的加工指令发出激光脉冲。 

本实用新型新型激光加工机床由并联机床1、激光***2和控制***3三部分构成。 

本实用新型的并联运动机床机构如图2所示：并联机床由床身4、三自由度并联机构、光纤9、激光光头12和工作台13构成；三平移自由度并联机构包括三组驱动滑块5及对应得水平导轨6、虎克铰7、三组连杆8、球铰10和动平台11，三个驱动滑块在水平导轨上做直线运动经虎克铰传递到连杆上，三组连杆通过球铰与动平台相连，共同合成动平台的位置。 

本实用新型三自由度并联机构的工作原理如图5所示。三自由度并联机构部分，其工作原理是三组驱动滑块5在水平导轨6上的水平位置的变化，通过虎克铰7传递到三组固定杆长的连杆8上，由连杆8的运动通过球铰10驱动动平台11实现动平台空间三自由度的平动。 

本实用新型并联运动机构的工作原理简图，如图3所示。其工作原理是3个驱动滑块5通过直线电机驱动在机床水平导轨6上的水平位置的变化，通过虎克铰7传递到5根固定杆长的连杆8上，由连杆8的运动通过球铰10驱动动平台11实现空间三自由度的平动。其中，每组连杆之间需互相平行，起到提高稳定性和刚度的作用。在驱动滑块端，连杆 S1、S3的虎克铰处于同一水平导轨上，连杆S2的虎克铰平行于前述虎克铰。机构中，3个驱动滑块B1、B2、B3可在机床水平导轨上水平移动。在机床床身的左端点建立坐标系O-XYZ，设动平台中心点P在坐标系中的坐标为（x₀,y_0,z₀），两侧水平导轨间距为D_y，三根连杆杆长分别为S1、S2、S3，则各驱动滑块在坐标系O-XYZ中的位置坐标为B1(X₁, Dy,0),B2(X₂,0,0),B3(X₃, D_y,0)机构工作时，改变X₁、X₂、X₃的值，通过杆S1、S2、S3控制动平台在空间平面内实现平动，从而动平台中心点P在坐标系中的坐标也随之改变，可实现动平台的空间平面激光加工。图4为并联运动机构某一运动时刻各滑块的运动速度示意图，从图中可看出各滑块运动平滑，因而在实际应用时易控制和实施。本实用新型可以根据具体加工需要和工艺要求确定机构比例尺寸，采用不同的控制***实现运动控制。 

Claims (3)

1.一种并联激光加工机床，其特征在于，由并联机床（1）、激光***（2）和控制***（3）三部分构成；所述并联机床包括床身（4）、三平移自由度并联机构、光纤（9）、激光光头（12）和工作台（13）；所述三平移自由度并联机构包括3个驱动滑块（5）、2根水平导轨（6）、虎克铰（7）、3组连杆（8）、球铰（10）和动平台（11），3个驱动滑块（5）的其中2个驱动滑块（5）设置于2根水平导轨（6）的其中一根上，另一个驱动滑块（5）设置于另一根水平导轨（6）上，3个驱动滑块（5）在水平导轨（6）上做直线运动；三个驱动滑块（5）分别通过虎克铰（7）连接3组连杆（8）的一端，3组连杆（8）的另一端分别通过球铰（10）连接动平台（11）；所述激光光头（12）安装在三自由度并联机构的动平台（11）支架中心上；所述控制***（3）通过通信线与激光***（2）相连，控制激光***产生激光脉冲，激光脉冲通过光纤（9）传输到激光光头（12）；控制***（3）与并联机床（1）之间通过通信线相连，控制并联激光加工机床。

2.根据权利要求1所述的一种并联激光加工机床，其特征在于：所述3组连杆（8），每组有两根长度相等、互相平行的连杆组成。

3.根据权利要求1或2所述的一种并联激光加工机床，其特征在于：所述的激光光头（12）垂直于动平台（11）下平面。

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