[实用新型]龙门型并联式五轴工具机

说明书

技术领域

本实用新型是关于一种龙门型并联式五轴工具机，特别是指一种由并联式空间连杆机构与龙门型机架配合构成一至少具有五维运动方向而能进行高效率加工的工具机的技术。

背景技术

按，目前传统的龙门型五轴工具机皆为串联式(serial-link)进给机构，所谓串联方式，是将线性进给轴与旋转轴相互重叠结合；请同时参看图1(A)及图1(B)，图1(A)是国外PARPAS公司正在量产中的龙门型五轴工具机，图1(B)则是该机器所使用的主轴头，该主轴头具串联连结有两个独立旋转自由度(即A/C轴旋转方向)，这个机型是目前龙门型五轴工具机常被采用的构型，其X轴进给控制，是由位于横梁上的主轴头座在横梁上移动所达成，Y轴进给控制，是由横梁沿着位于门型结构移动所达成，Z轴进给控制，则是由头座的移动来达成进给目的，至于A/C轴所配合的方位调整，则是由图1(B)的旋转主轴头所控制，所以，如图1(A)所示的龙门型五轴工具机，其整个架构基本上是为一组串联式的机构，而整机的刚性如同串联弹簧一般，若整个系统中有任何一个组件刚性较低，便会因为串联系统的关系使得个系统的刚性降低。

串联式机构的主要缺点，是悬臂较长，造成结构负荷流线长(longloading path)、刚性不足、结构易受弯矩负荷变形及结构为热不对称设计(thermally non-symmetric structure)等问题，这些问题也往往造成系统的动态频宽受到限制，不利于高速化，而目前常见的解决方式，多加以粗加工其结构来解决，这种方式，不但造成必须以较大的驱动源来推动进给机构，也提高了制造成本高，并造成大量的能源消耗；另一方面，虽然现代的电脑数值控制(Computer Numerical Control，CNC)已经能够藉助电脑技术，以误差补偿方式(error compensation)来降低机器的几何误差和热变形，虽然此种利用软件来补偿机器误差的方式，可以让串联构造工具机，以较低成本的软件技术来提高机器精度，但误差补偿技术的成功前提，在于机器必须具有足够的重复性(repeatability)，亦即机器必须具有足够的刚性及低热变形等，而这些特点在目前串联构造工具机上都很难达到。

又，在传统架构中的龙门型五轴工具机刚性最低而且成本最高的组件，就是具有两个旋转轴的主轴头，以致以串联式进给机构应用在龙门型五轴工具机的设计与制造上，常遇到的问题多是在五轴头的刚性不足及难以高速化，而且其制造组装所需要的技术层次相当高，所以使得龙门型五轴工具机的售价居高不下，而如果能提高龙门型五轴工具机主轴头的刚性与降低成本，将会使得国内的龙门型五轴工具机更具有竞争力。

由此可见，上述习用物品仍有设计不足之处，实非一完善的设计者，而亟符加以改良。

本创作人鉴于上述现有的龙门型五轴工具机所衍生的各项缺点，乃亟思加以改良创新，并经多年苦心孤诣潜心研究后，终于成功研发完成本件龙门型并联式五轴工具机。

本实用新型的内容

木实用新型的目的即在于提供一种龙门型并联式五轴工具机，是由将并联式空间连杆机构结合于各式类型的龙门型架构工具机，而改善传统龙门型多轴串联式工具机的较长悬臂所造成的负荷流线长、刚性不足、结构易受弯矩负荷变形及热不对称等问题，更可由本实用新型的龙门型并联式五轴工具机高刚性、低惯量、结构间单且易于组装及特别适用于高速化的进给机构的特性，并提高加工时的动频宽及精密度。

本实用新型主要是将本申请人所提出的“混合机构式多轴工具机”(中国台湾实用新型专利公告第363480号案，美国实用新型专利US6,048,143)内的“并联式空间连杆机构”技术，配合运用到各式龙门型机架结构的一项技术，由并联式空间连杆机构的高刚性及低惯量的特性，更有利应用于龙门型工具的高速化进给机构；可达成本实用新型目的的龙门型并联式五轴工具机，至少包括有：

一基板，该基板的一面，至少设置有两平行的线性滑轨；一工作承台，该工作承台朝向基板的一面，至少设有两滑槽；一机架，是由至少一个机台与两机柱所组成，该两机柱的一端部，平行固设于基板的两侧，两机柱的另一端部的端面，则各设有一线性滑轨，另外，该机台的两侧各设置有一滑槽；一并联式空间连杆机构，是由复数个直线进给模组以并联的方式连结一基座所构成，其中每一个直线进给模组均以一可枢转的方式与该基座结合，且该复数个直线进给模组结合于基座的位置，并不在同一点上；一加工模组，设置于基座朝向工件承台的一侧面上；一进给轴机构；以及一控制器。