[实用新型]基于五自由度的五杆纯并联数控机床

说明书

技术领域

本实用新型属于机械技术领域，具体涉及一种基于五自由度的五杆纯并联运动数控机床。

背景技术

并联运动机床(又称虚拟轴机床)在国内外的发展历程有十几年，1994年，美国Giddings & Lewis公司首次展出了基于Stewart平台“六足虫”并联运动机床，标志着机床设计开始采用并联机构。

从传动技术的层面来讲，这种“六足虫”并联运动机床具有六个运动自由度。由于运动/定位中的物体原则上具有六个空间自由度，因此恰好需要六个驱动力分别对物体的六个自由度施加作用。然而基于笛卡尔坐标的数控机床只需要五个可控制的自由度。例如在铣床中，第六个自由度是由铣刀主轴绕自身轴线的转动而形成的。因而“六足虫”的并联运动机床存在一个缺陷，就是必须用六个驱动才能形成五个可控的自由度。

“六足虫”的并联运动机床另一个缺陷在于，基于六根导杆的结构很大程度上限制了工作空间，最终表现为物体或刀架摆转角度的限制。这是因为导杆间的更多碰撞区域限制了工作空间的大小。

德国Metrom公司根据Michael Schwaar博士在2001年的发明开发了基于五自由度的五杆五环并联机床的产品。相对第一代“六足虫”的并联运动机床，减少一根支撑杆，工作空间将增加，可绕刀架轴线旋转的主轴套环是这种五杆并联运动机床最大的特色和创新之处，以单自由度的运动副取代了以往的常用的多自由度的球铰链，不但使整机具有较高的刚度，更是大大拓宽了刀架运动和摆转角度的极限范围，使刀架可以摆转90°以上而不失稳、不干涉，可以实现“五面加工”。因此，这种构型的五杆并联机床又被称为“五面加工虚拟轴机床”。相对第二代的串并联混合布局机床，由于是纯并联运动机床，控制简单，动态性能好。德国Metrom公司产品存在一个缺陷，有五个转动自由度产生在五个螺旋副处，即丝杠伸缩时会产生附加转动，从而运行过程中会出现五个附加自由度(转动一圈，丝杠移动一个螺距)，给精度造成影响，使控制变复杂。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种精度更高、控制更简便的基于五自由度的五杆纯并联数控机床。

本实用新型提出的基于五自由度的五杆纯并联数控机床，由五根支撑杆、铰链8、主轴套环10、机架13、工作台14、滚珠导套17、伺服电机20、联轴器21组成，工作台14固定于机架13内底部，十字万向铰链外圈9为五个，每个十字万向铰链外圈9固定于机架13顶部，十字万向铰链内圈6位于十字万向铰链外圈9内，且十字万向铰链内圈6能相对其十字万向铰链外圈9转动；每根支撑杆的结构相同，支撑杆内部贯通，两侧设有支架22，每根支撑杆穿过相应的十字万向铰链内圈6，且其上的支架22嵌于相应的十字万向铰链内圈6的孔内，支撑杆能相对十字万向铰链内圈6转动；支撑杆一端固接伺服电机20，另一端连接滚珠导套17，支撑杆内部设有伸缩杆15，伸缩杆15内设有丝杠7，丝杠7一端连接联轴器21，联轴器21连接伺服电机20，伸缩杆15一端连接螺母23，另一端连接铰链8；电主轴外套11套于电主轴12外，主轴套环10为五个，五个主轴套环10自上而下套于电主轴外套11外，且位于最下部的主轴套环10与电主轴外套11固接，其余四个主轴套环均能绕电主轴外套11相对转动；主轴套环10上设有耳环，耳环与铰链8通过锥销16连接。

本实用新型中，铰链8设有凹槽，伸缩杆15一端伸入铰链8凹槽部位，处于凹槽部位的伸缩杆15一侧有轴承18，另一侧有轴承25，轴承盖19压住轴承18内圈，且轴承盖19与伸缩杆15通过螺钉连接；轴承盖24压住轴承25外圈，且轴承盖24与铰链8通过螺钉连接。

本实用新型的工作过程如下：