[发明专利]四自由度四轴并联虚拟轴机床

说明书

本发明属于机械制造领域，特别涉及一种四自由度四轴并联虚拟轴机床。

数控机床是机械制造的重要设备，其性能的好坏标志着一个国家制造业的水平。近十年来，国际上出现了一种新概念机床——虚拟轴机床(Virtual Axis Machine Tool)，也称之为六条脚机床(6-Leg MachineTool)或并联机床(Parallel Machine Tool)。虚拟轴机床是国际上数控研究领域非常关注的热点课题，国内外学者作大量的研究工作。虚拟轴数控机床是知识密集、智力密集、技术密集的机电一体化高技术产品，是并联机器人、数控机械、计算机控制、精密测量、数控加工等多学科应用技术的交叉。虚拟轴机床采用并联结构，具有模块化程度高、运动部件质量轻、制造成本低等优点。与传统机床相比，虚拟轴机床因采用了刀具运动的形式，从而改善了其速度、加速度、精度和刚度等性能。

在《机电信息》1998(1)：23-24中报道，1994年，在芝加哥国际制造技术展览会(IMTS’94)上，美国积仃斯与莱威斯(Giddings &Lewis)公司和因阁塞耳(Ingersoll)公司第一次在世界上展出了VARIAX和HOH600虚拟轴机床。在这之后国内外许多学者和著名的机床制造厂都非常关注虚拟轴机床的设计理论研究和样机的研制。《世界制造技术与装备市场》1998(1)：17-21中报道，在97年的欧洲国际机床展览会(EMO’97)上，美国、日本、德国、瑞士、俄罗斯等大学和机床制造商展出了10余台虚拟轴机床样机。

《制造技术与机床》1998(2)：42-43中报道，清华大学研制了VAMTIY型，哈尔滨工业大学研制了六自由度虚拟轴机床样机，天津大学研制了三自由度虚拟轴机床样机。这些虚拟轴机床强烈地冲击了近代机床200余年一直不变按笛卡儿坐标体系设计机床的传统，人们认为虚拟轴机床将是21世纪新概念机床的形式。

尽管国内外有许多学者、学校和机床制造商研制出了多种虚拟轴机床样机，但是这些虚拟轴机床样机都是采用六自由度并联机构来实现五轴运动，不仅浪费了一个轴的驱动与传动装置，而且使机床造价相对提高，并增加了控制与制造难度。

本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处而提供一种四自由度四轴并联虚拟轴机床(FG4VPMT)。

本发明的技术解决方案如下：

四自由度四轴并联虚拟轴机床的结构包括固定台、运动台、连接固定台与运动台的四连杆。运动台通过四支连杆与固定台连接，四支连杆与运动台的连接是分布在运动台三个互相垂直平面上的铰链，四支连杆与固定台的连接是分布在固定台三个互相垂直平面上的运动副，运动台上装着电主轴和刀具。

四支连杆分三组分别与运动台和固定台的三个互相垂直的平面连接，其中一组为双支连杆，两组为单支连杆。

固定台平面上的运动副是铰链或移动副。

四支连杆中，每支连杆可以是伸缩连杆，也可以是定长连杆，定长连杆与固定台的连接必须是移动副。

移动副由在固定台平面上的滑道、滑块组成，滑块装在滑道上，滑块上装着铰链。

铰链可以是球铰，也可以是虎克铰。

四支连杆中，三支共面的连杆中单支连杆两端为虎克铰，至少双支连杆之一的两端是虎克铰，这三支共面连杆以外的单支连杆与运动台和固定台连接的两端至少有一个是球铰。

本发明与现有技术相比有如下优点：

1、本发明并联机床与传统的串联式多轴机床相比，具有高刚度，高精度，低运动质量，高动态性能，构造简单，相同零件数量多，成本低，易制造。

2、本发明并联机床与现有的六自由度五轴并联机床相比，结构简单，系统运动非线性度和耦合度明显降低，控制简单，造价低。

3、本发明四自由度四轴并联虚拟轴机床加工装配工艺性好。

4、本发明四自由度四轴并联虚拟轴机床在空间曲面加工中有着广泛的应用前景。

附图的图面说明如下：

图1是本发明FG4VPMT-1型四自由度四轴并联虚拟轴机床的结构示意图；

图2是本发明FG4VPMT-1型四自由度四轴并联虚拟轴机床的机构简图；

图3是本发明FG4VPMT-2型四自由度四轴并联虚拟轴机床的结构示意图；

图4是本发明FG4VPMT-2型四自由度四轴并联虚拟轴机床的机构简图；

图5是本发明FG4VPMT-3型四自由度四轴并联虚拟轴机床的结构示意图；

图6是本发明FG4VPMT-3型四自由度四轴并联虚拟轴机床的机构简图；