[发明专利]两维移动两维转动四轴并联机床结构

说明书

技术领域

本发明属于机械制造领域，特别涉及一种能够设计成立、卧式的两维移动两维转动的四轴并联机床。

背景技术

近十年来，国际上出现了一种新概念机床——虚拟轴机床(Virtual Axis MachineTool)，也称之为六条脚机床(6-Leg Machine Tool)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。并联机床采用并联结构，可以实现多坐标联动数控加工、装配和测量等多种功能，具有模块化程度高、运动部件质量轻、精度高，响应快，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。

并联机械结构在40年代末就已经提出，在60年被重新发掘出来应用在飞行模拟器上，在70年代末、80年代初开始成为研究热点。随着理论研究的不断深入以及并联机构所具有的明显的优点，国际上的一些大公司及相关院校相继提出把并联机构用于制造行业的加工机床上，这是对具有200余年历史的一成不变按笛卡儿坐标体系设计机床的传统的强烈冲击，人们认为并联机床将是21世纪新概念机床的形式。在1994年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。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余台并联机床样机。

从国内外并联机床产品与技术发展的概况看，大多采用一般的斯帝瓦特(Stewart)六自由度并联机器人机构来实现五轴运动，例如美国专利US5354158所陈述的并联机床，如图1所示，该机床装有刀具133的动平台134通过六个可伸缩连杆与固定平台132相联接，每个连杆(如连杆136)连接动平台134的铰链为球铰链(或虎克铰)135，连接固定平台132的铰链为虎克铰(或球铰链)137，刀具的运动通过六个杆件的伸缩来实现，这种构型不仅运动学、动力学、精度、误差分析等关键技术难以解决，而且浪费了一个轴的驱动与传动装置增加了制造成本。近几年来，少自由度(自由度少于6)的并联构型制造装备越来越得到人们的重视，并且这类产品在生产中更有应用前景。现有专利和产品中，还没有出现四自由度四轴并联机床，更缺乏把空间移动和转动结合起来的四轴并联机床装备。另外，现有机床中，多采用立式结构，只有因阁塞耳(Ingersoll)公司研制出了一台卧式机床。

发明内容

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两维移动两维转动四轴并联机床结构，可设计成立式和卧式的四轴并联机床，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，易制造等特点。

本发明提出的一种两维移动两维转动四轴并联机床结构，包括固定台、运动台、连接固定台与运动台的分支，其特征在于：运动台通过四个分支与固定台连接，所说的四个分支中的两支分支各含有一个三自由度球铰和两个单自由度运动副；另外的两个分支各含有一个单自由度运动副和两个球铰链或一个球铰链和一个虎克铰；所说的运动台上装有刀具，所说的四个分支与运动台连接的运动副均为球铰，与固定台相连接的运动副为彼此相间分布的两个转动副和两球铰链或虎克铰。

所说的四个分支可均采用定长连杆，所说的单自由度运动副可由滑道和滑块构成，所说的滑道可固定在固定台的台面板上，所说的滑块装在滑道上，其中的两个分支的滑块上装有转动副，另一端通过三自由度球铰链与运动台相连；另外的两个分支的滑块上装有球铰链或虎克铰，另一端通过虎克铰或球铰链与运动台相连，或两个分支的两端均为球铰链。

所说的四个分支可均采用伸缩连杆构成单自由度运动副，其中的两支连杆与固定台的连接为转动副，与动平台的连接为三自由度球铰链；另外的两个连杆分别通过虎克铰或球铰链与固定台相连接，另一端通过球铰链或虎克铰与运动台相连，或两个连杆的两端均为球铰链。