[发明专利]一种三轴混联复合主轴头机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种数控机床的主轴头机构，具体涉及一种并联与串联相结合的三轴混联复合主轴头机构。

背景技术

机床的主轴头机构是由实现主运动的主轴组件和直接带动其作进给运动的进给组件组成的独立部件，独立部件中进给组件的运动轴数目称为主轴头机构的轴数。传统机床的主轴头机构采用串联原理机构，例如5轴串联数控铣床(加工中心)的主轴头机构有三种类型：1)仅包括主轴部件，进给运动轴数为零；2)包括主轴组件和A轴回转进给组件，有一个回转进给运动，进给运动轴数为一；3)包括主轴组件和C轴及A轴回转进给组件，具有二个回转进给运动，进给运动轴数为二。

串联原理机构具有作业空间大、运动控制算法简单的优点；但存在各轴运动误差累加、结构刚度弱、运动质量大、进给速度不能太高的缺点。

并联原理主轴头机构有二轴并联和三轴并联，且每种类型的主轴头机构包括多种构型和结构形式，例如德国的三轴并联主轴头机构，由一个直线进给运动和两个回转进给运动构成，日本的二轴并联主轴头机构，包括二个直线进给运动。

六自由度(即六轴)完全并联原理机构具有运动件质量小、速度高、比刚度高、运动误差不累加、精度高的优点；但其作业空间小，尤其是回转运动范围小，运动算法复杂。

完全串联原理机构和六自由度完全并联原理机构的优缺点恰好相反，将二者结合起来形成的兼具两种机构优点的混联原理机构，具有很高的实用价值，因而，各国竞相开展混联原理机构的研究和开发。

混联原理主轴头机构包括串联机构和并联机构，并联机构一般为二轴并联机构或三轴并联机构，属于少自由度(自由度小于六)并联机构。六自由度完全并联原理机构的刚度高，每个连杆只承受拉压力、无弯曲，受力状况明显优于串联原理机构。少自由度并联机构与六自由度完全并联机构相比，作业空间增大，但机构受力状况较差、比刚度较低。因此，如何既能发挥少自由度混联原理机构的优势，又能改善其受力状况，是研究混联原理机构的一个新课题，对推动混联机构的创新研究开发具有重要意义。

复合加工机床具有多种加工功能，能将工件的多道加工工序甚至全部工序集中于一台机床进行，使工件的加工过程集约化，减小工件重复安装定位的误差、减少准备工装的时间、降低工序间转换的等待时间、上下料及装夹等辅助时间，提高了生产率，并缩短了物流系统，使得加工系统的占地面积大幅减少。多功能复合加工机床具备诸多的优点，使得国内外竞相研究开发，例如日本森精机制作所开发的以车削功能为主、兼有铣削功能的5LC型数控复合车床，意大利Mandelli公司开发的以铣削功能为主、兼有车削功能的Mandelli 800U型卧式加工中心。

现有铣车复合机床的铣削主轴头与车削刀架各自独立设置，需要设置车削刀架的进给运动，增加了数控机床的数控轴数。车削的功能是加工回转面，铣车复合机床主要用于工件的铣削加工，而5轴铣车复合机床采用标准圆柱铣刀，几乎可以代替车削加工所有的回转面，但难以进行回转面的切槽和切断。因此研究开发以铣削功能为主、兼有车削功能，而不增加铣车复合机床运动轴数的复合主轴头机构，对铣车复合机床的发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种三轴混联复合主轴头机构，将铣削或磨削主轴头与车削刀架结合起来，在不增加铣车复合机床运动轴数的情况下，实现车削加工的进给运动，同时，实现回转主运动和一个回转及两个直线移动的三轴进给运动，既具有少自由度混联原理机构的优势、又能改善其受力状况，并在保持少自由度并联机构作业空间大的优点的同时，使得机构的受力状况得到改善、比刚度提高。

本发明所采用的技术方案是，一种三轴混联复合主轴头机构，由三轴混联进给机构和复合主轴头构成，三轴混联进给机构由一个两轴并联机构和一个回转轴组件串联组成。

本发明的特征还在于，

两轴并联机构包括水平设置的直线移动组件I和直线移动组件II，直线移动组件I的滑台上固接有安装块I，安装块I分别通过回转副I、虎克铰II和虎克铰I与连杆I、连杆II和连杆III的一端相连接，连杆I的另一端通过回转副II与动平台连接，连杆II和连杆III的另一端通过复合虎克铰I与动平台连接，直线移动组件II的滑台上固接有安装块II，安装块II分别通过回转副IV、虎克铰IV和虎克铰III与连杆IV、连杆V和连杆VI的一端相连接，连杆IV的另一端通过回转副III与动平台连接，连杆V和连杆VI通过和复合虎克铰II与动平台连接，连杆II和连杆III构成一个复合杆，连杆V和连杆VI构成另一复合杆。

回转轴组件为回转轴A轴组件，回转轴A轴组件与动平台相连接。