[发明专利]一种基于四自由度并联机构的多轴联动混联装置

说明书

技术领域

本发明属于机械制造领域，特别涉及一种能够应用于数控装置制造领域的基于四自由度并联机构的多轴联动混联装置。

背景技术

并联机构是指由两个或多个运动学支链构成的闭环并能够控制终端实现一定输出运动的机构，相对于传统的串联机构具有以下优点：结构紧凑、刚度高、单位重量上承载能力大、运动部件质量小、易于实现高速运动等。这些优点在一定程度上弥补了传统串联机构的不足。近年来，少自由度并联机构(自由度数少于六自由度的并联机构)由于容易实现较大工作空间(尤其是转动工作空间)、便于模块化、运动学简单、具有解耦或者部分解耦的特性而越来越受到研究者的重视和青睐，四自由度并联机构是少自由度并联机构中非常重要的一类。

在机械加工领域，现代零部件的设计和加工工艺越来越复杂，且空间自由曲面类零部件已广泛应用于各个重点关键领域，如航空航天、汽车、船用螺旋桨、涡轮叶片等。此类应用对加工工艺以及现代制造加工设备的性能提出了更高的需求。简而言之，现代加工设备应具有更好的加工柔性、转动灵活性以及更高的加工效率。为了满足以上加工应用需求，结合了串联装置和并联装置优点的混联装置在工业中取得了相对广泛的应用，此类装置兼具串联装置工作空间大以及并联装置结构紧凑、动态响应特性好、易于实现高速运动等优点，更适合应用于空间自由曲面类零部件的高速切削加工，这些优点也使得混联装置在机械制造领域中具有广泛的应用前景。

一些基于少自由度并联机构的混联装置已经在工业中得到了成功应用。如应用在航空结构件加工领域的Tricept五轴混联加工中心、Exechon五轴混联加工中心以及由德国DS Technology公司研制的基于Sprint Z3三自由度并联主轴头的Ecospeed五轴混联加工中心等。这种结构紧凑、运动学简洁的少自由度并联机构更容易实现控制，并可实现更高的精度和运动速度，同时具有较大的工作空间以及较好的转动灵活性，以上优点使得基于少自由度并联机构的混联装置成为了领域内的研究热点。

基于该混联构型的概念设计，为了获得更好的加工柔性，现代加工设备应具备至少五轴联动的加工能力，而其中的五轴联动或多于五轴联动的装置更是各个重点行业急需的关键制造装置；为了获得更好的转动灵活性，加工设备应具备至少两轴联动的转动输出能力；为了实现更高的加工效率，加工设备应具有良好的动态响应特性并能够实现高速运动。鉴于此，本发明提出了一种基于四自由度并联机构的多轴联动混联装置，能够实现至少五轴多达七轴的联动控制。

发明内容

本发明的目的是为现代加工设备提供更好的原理构型及解决方案，提出一种基于四自由度并联机构的多轴联动混联装置。本发明提出的基于四自由度并联机构的多轴联动混联装置可实现至少五轴多达七轴的联动控制。

本发明提出的一种基于四自由度并联机构的多轴联动混联装置，包括一个安装执行器的动平台和定平台一个安装被加工工件的工作台，以及连接所述动平台和定平台之间的具有相同结构的第一、第二支链，连接于工作台和定平台之间的串联传动链；该第一、第二支链均含有一个主动驱动的运动副，该串联传动链含有至少一个多达三个主动驱动的运动副；其特征在于：该装置还包括一个含有双驱动的第三支链，该支链中有两个运动副是被驱动的，该第三支链连接于动平台和定平台之间；所述第一、第二和第三支链分别与定平台以及动平台连接形成一个空间并联闭环机构，该空间并联闭环机构通过四个输入运动驱动动平台运动，实现两个移动自由度和两个转动自由度；所述空间并联闭环机构与工作台、以及连接于工作台和定平台之间的串联传动链构成一个多轴联动混联装置，该混联装置可实现至少五轴多达七轴的联动运动。

本发明的特点及技术效果

本发明的基于四自由度并联机构的多轴联动混联装置，其中的四自由度并联机构采用三个支链的结构形式构成空间四自由度闭环机构，通过四个输入驱动动平台运动，实现两个移动自由度和两个转动自由度，采用三个支链的结构形式实现四个自由度的输出运动是该机构区别于其它同类机构的一个显著特点，其动平台可实现较大的转动输出能力是该机构的一个突出优点，在该四自由度并联机构的基础上提出的，通过采用混联的结构形式获得了至少五轴多达七轴的联动控制，可实现对复杂自由曲面类零件的多轴联动数控加工。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例2的结构示意图。

图3为本发明实施例3的结构示意图。

图4为本发明实施例4的结构示意图。

具体实施方式