[发明专利]一种少自由度并联五轴数控激光切割机

说明书

技术领域

本发明涉及激光切割机的驱动机构，尤其涉及一种具有少自由度并联五轴驱动机构的激光切割机。

背景技术

  激光切割工艺由于其速度快、切缝窄、热影响区小、切缝边缘垂直度好、切边光滑、切割材料范围广等诸多优点，在很多领域应用越来越广。随着激光应用技术的发展，三维空间曲线的激光切割以其先进、灵活、适应性强等特点，在国外的汽车工业、航空航天工业等诸多领域都取得了广泛的应用。使用三维激光切割，不仅可以节省样板及工装设备，还大大缩短了生产准备周期。

   目前大多数三维激光切割机，主机传动机构均为串联方式。串联机构的切割头运动轨迹控制都是建立在笛卡尔坐标系中，动作控制过程的数学运算简单，但是机械结构复杂、笨重，设备动态响应速度差，零部件寿命低，无论光束以何种方式传输，都需要价格昂贵的三维激光切割头。

   发明内容

本发明针对以上问题，提供了一种结构更加灵巧、刚性更大、惯性更小、精度更高的少自由度并联五轴数控激光切割机。

本发明的技术方案是：所述激光切割机包括机体1、设在机体1上的X向导轨1a、与X向导轨1a活动连接的横梁2、激光切割头9和控制器，在所述横梁2的侧面设有Y向导轨2a，所述激光切割头9通过少自由度并联机构与所述横梁2侧面的Y向导轨2a活动连接；

所述少自由度并联机构包括与所述Y向导轨2a活动连接的Y轴溜板3装置、Z轴溜板4装置、十字架5、激光头安装支座8、四只等长的连杆7和四只直线驱动装置6；

所述Y轴溜板3装置中Y轴溜板3的背面设有与所述Y向导轨2a适配的导轨槽，并可以沿Y向导轨做直线往复运动、正面设有一对Z向导轨；

所述Z轴溜板4装置中的Z轴溜板4的背面设有一对与所述一对Z向导轨适配的Z向导轨槽、正面设有与X轴平行的枢接套4a；所述Z轴溜板4通过Z向导轨槽与所述Y轴溜板3上的Z向导轨活动连接，并可以沿Z向导轨作直线往复运动；

所述十字架5呈叉形，其根部设有用于活动连接所述枢接套4a的枢接轴5a，两叉叉尖部位设有一对同轴的转孔；

所述激光头安装支座8包括板体和四只球窝，所述板体的一端设有用于活动连接所述转孔的转销8b、板体的另一端设有用于固定连接所述激光切割头的耳板8a；所述四只球窝中两只处于板体上部，另两只处于板体下部，且四只球窝的开口朝向所述转销8b的方向；

所述四只直线驱动装置6平均布设在所述Y轴溜板3的两侧，分别与所述Y向导轨2a活动连接；所述直线驱动装置包括直线驱动块和直线驱动块电机，所述直线驱动块朝向所述Y轴溜板3的侧面设有球窝；所述直线驱动块电机设在直线驱动块上，并驱动其在Y向导轨2a上作直线往复运动；

所述连杆7的两端分别设有球头，连杆7两端的球头分别与所述直线驱动块6上的球窝和所述激光头安装支座8上的球窝相连；

所述四个直线驱动块电机分别连接控制器。

所述激光头安装支座8上的四只球窝的中心高度具有落差；

所述的四个连杆7的长度相等。

所述横梁2沿X向导轨1a的X向运动为所述激光切割头的X轴向基本运动；

所述Y轴溜板3相对于所述横梁2的Y向运动为所述激光切割头的Y轴向运动；

所述Z轴溜板4相对于所述Y轴溜板3的Z向运动为所述激光切割头的Z轴向运动；

所述十字架5围绕所述Y轴溜板3上枢接轴5a的旋转运动为A轴向运动；

所述激光头安装支座8围绕所述十字架5上转孔的旋转运动为C轴向运动；

所述激光切割头9的Y、Z、A、C轴向运动是由所述四个驱动块5通过各自连杆驱动激光头安装支座8实现的；所述Y、Z、A、C轴向运动构成所述激光切割头的并联运动；

使得所述激光切割头9在所述X轴向基本运动与Y、Z、A、C轴向的并联运动共同构成的运动环境中实现少自由度并联五轴运动。