[发明专利]一种能实现五轴加工的并联机床

说明书

技术领域

本发明属于数控制造装备领域，特别是一种能实现五轴加工的并联机床，可用于工件的精密加工。

背景技术

近十几年来，并联/混联数控机床是国内外数控机床研究领域非常关注的热点课题。并联/混联机床与传统结构形式的数控机床相比具有许多优点。传统都是按串联形式布置的，因此在五轴加工时运动惯性大，刚度较弱，动态性能较差，末端切削精度较低。而并联机床由几条简单的串联支链组成，结构简单，刚度高，精度高，灵活性好，适合做复杂空间曲面的数控加工。

随着科技的不断深入发展，对机械零部件的精度要求越来越高，加工工艺越来越复杂，并且在设计过程中复杂曲面越来越多，因此对数控制造装备的性能要求越来越高。为了满足现代化加工需求，多轴联动的并联机床逐步受到重视，并有相关并联装备被研发出来。例如：Tricept五轴加工中心、Exechon五轴加工中心、Z3动力头和A3动力头等。本发明所提出的数控装备为一种能实现五轴加工的并联机床，可用于复杂零部件的精密加工。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种能实现五轴加工的并联机床，可用于复杂零部件的精密加工。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种能实现五轴加工的并联机床，包括床身、四自由度空间并联闭环机构、末端执行器和工作平台；所述四自由度空间并联闭环机构包括前并联机构、后并联机构和一套串联杆组；所述前并联机构和所述后并联机构结构均包括左、右布置的两根立柱和一动平台，两根所述立柱固定在所述床身上，所述动平台设置在两根所述立柱之间，两根所述立柱各通过一支链与所述动平台连接，所述支链包括一套直线驱动装置Ⅰ和一传动连杆，所述传动连杆设有动力输入端和平台连接端；前并联机构的动平台的左右两侧各通过一铰链Ⅰ与机构内同侧的所述传动连杆的平台连接端连接；后并联机构的动平台与机构内同侧的所述传动连杆的连接有两种方式：一)后并联机构的动平台的一侧通过铰链Ⅵ与机构内同侧的所述传动连杆的平台连接端连接；后并联机构的动平台的另一侧通过铰链Ⅶ与机构内同侧的所述传动连杆的平台连接端连接，所述铰链Ⅵ和所述铰链Ⅶ均与所述铰链Ⅰ平行；二)后并联机构的动平台通过一铰链Ⅷ分别与机构内两侧的所述传动连杆的平台连接端连接，所述铰链Ⅷ与所述铰链Ⅰ平行；所述传动连杆的动力输入端与所述直线驱动装置Ⅰ通过铰链Ⅱ连接；所述直线驱动装置Ⅰ安装在所述立柱上，所述直线驱动装置Ⅰ驱动与其连接的所述传动连杆的端部沿铅垂方向运动，所述铰链Ⅱ与所述直线驱动装置Ⅰ的驱动方向垂直，所述铰链Ⅱ与所述铰链Ⅰ平行；所述串联连杆组包括前连杆和后连杆，所述前连杆和所述后连杆通过铰链Ⅲ连接，所述前连杆远离后连杆的一端与所述前并联机构的动平台通过铰链Ⅳ连接，所述铰链Ⅳ与所述铰链Ⅱ垂直，所述后连杆远离前连杆的一端与所述后并联机构的动平台通过铰链Ⅴ连接，所述铰链Ⅲ、所述铰链Ⅳ和所述铰链Ⅴ相互平行；所述末端执行器安装在所述前连杆上；所述工作平台安装在床身上，所述工作平台位于所述末端执行器的下方，所述工作平台设有一个前后移动的滑台，所述滑台设有直线驱动装置Ⅱ。

所述直线驱动装置Ⅰ的动力源和所述直线驱动装置Ⅱ的动力源均为直线电机、电动缸、液压缸和气缸中的任意一种。

所述滑台上安装有一转台，所述转台设有转动驱动装置；所述转台的回转中心线与所述滑台的直线运动中心线垂直或平行。

所述直线驱动装置Ⅰ包括伺服电机、丝杠、滑块、支撑座和直线导轨；所述伺服电机固定在所述立柱上，所述丝杠铅垂设置，所述丝杠上设有螺母，所述螺母固接在所述滑块内，所述滑块在所述直线导轨上运动，所述直线导轨固定在所述立柱上，所述丝杠由所述支撑座支撑，所述支撑座固定在所述立柱上；所述滑块与所述传动连杆远离动平台的端部通过所述铰链Ⅱ与连接。

本发明具有的优点和积极效果是：

一)和传统机床相比，结构简单、工作空间/机构体积比大，刚度高，精度高，灵活性好，既能用于细长工件三轴立式加工，也能用于复杂空间曲面的五轴数控加工。

二)不需要昂贵的高精度两自由度转台或两自由度摆头，而采用直线运动驱动单元和单自由度转台，成本较低而精度高，降低了机床成本。

三)将两套并联机构和一组平面二连杆进行巧妙的串联，通过四套直线运动驱动装置实现了末端执行器的两个移动自由度和两个转动自由度。

四)末端执行器的俯仰角较大，可为-20°～90°，能够配合两自由度工作台，方便地实现五面加工和较大工作空间的五轴数控加工。