[发明专利]一种串并联混联垂直度自调整五轴联动数控机床结构

说明书

本发明涉及一种串并联混联垂直度自调整五轴联动数控机床结构，在机床的工作台上方主体上设有两两异面垂直的三组导向装置，且分别代表X向、Y向和Z向；每组导向装置包含四个导轨，每个导轨上设有独立驱动的滑台；其中，竖直设置的Z向导轨的两端与对应位置的X向滑台转动副连接；水平设置的Y向导轨两端与对应位置的Z向滑台铰接；主轴箱位于三组导向装置的中间位置，且主轴箱的上下分别与Y向滑台旋转副连接。该结构完全可以替代传统的串联式多轴机床和六自由度并联机床来实现对空间复杂曲面零件的加工，不仅丰富了五轴联动机床的结构形式，而且该机床机构为实现完全中心驱动提供了机械结构支持。

技术领域

本发明创造涉及一种串并联混联垂直度自调整五轴联动数控机床结构，属于数控机床技术领域。

背景技术

传统上，数控机床为串联结构；近些年来，并联机床以其刚性和稳定性好的优点成为国内外数控机床研究领域非常关注的热点。并联机床又称虚拟轴机床，是知识密集、智力密集、技术密集的机电一体化高技术产品，是并联机器人、数控机械、计算机控制、精密测量、数控加工等多学科应用技术的交叉。国内外的学者对其投入了大量的研究工作。

从国内外串、并联机床产品与技术发展的概况来看，前些年大多集中在多自由度并联机构的研究上。近些年来，少自由度并联机构得到了人们越来越多的重视，但大多集中在三自由度并联机构的研究上，而对于四、五自由度并联机构的研究则较少，致使可用做并联机床的四、五自由度并联机构的构形很少。并联机构的运动轨迹算法非常复杂，对数控系统提出了控制难题。根本原因是这些结构本身所固有的问题造成控制的复杂性，因此对并联机构简化，保留其优点，降低其复杂性是一个具有很重要工程现实意义的工作。

发明内容

本发明创造要解决的技术问题是提供一种串并联混联垂直度自调整五轴联动数控机床结构，该结构完全可以替代传统的串联式多轴机床和六自由度并联机床来实现对空间复杂曲面零件的加工，不仅丰富了五轴联动机床的结构形式，而且该机床机构为实现完全中心驱动提供了机械结构支持，可以实现通过此结构来完成对XYZ轴之间垂直度的数控系统在线调整功能，利于推广应用。

为解决以上问题，本发明创造的具体技术方案如下：一种串并联混联垂直度自调整五轴联动数控机床结构，在机床的工作台上方主体上设有两两异面垂直的三组导向装置，且分别代表X向、Y向和Z向；每组导向装置包含四个导轨，每个导轨上设有独立驱动的滑台；其中，竖直设置的Z向导轨的两端与对应位置的X向滑台转动副连接；水平设置的Y向导轨两端与对应位置的Z向滑台铰接；主轴箱位于三组导向装置的中间位置，且主轴箱的上下分别与Y向滑台旋转副连接。

X向、Y向和Z向的各个滑台适用于采用直线电机直接驱动的机床运动形式，也包括采用滚珠丝杠加伺服电机或齿轮齿条加伺服电机的驱动形式。

所述的主轴箱的外部设有主轴箱尾支撑环，在主轴箱尾支撑环两侧通过设置转轴与Y向滑台销轴结构连接。

一种串并联混联垂直度自调整五轴联动数控机床结构在工件相对地面固定或主轴相对地面固定的机床结构的应用。

串并联混联垂直度自调整五轴联动数控机床的控制方法，包括以下步骤：

1）沿X向运动：四个X向滑台同步沿X轴导轨移动，Y向滑台和Z向滑台不移动，实现主轴的X向移动；

2）沿Y向运动：四个Y向滑台同步沿Y向导轨移动，X向滑台和Z向滑台不移动，实现主轴的Y向移动；

3）沿Z向运动：四个Z向滑台同步沿Z向导轨移动，X向滑台和Y向滑台不移动，实现主轴的Z向移动；

4）A轴转动：上方两个Y向滑台与下方两个Y向滑台差动，实现主轴的A轴旋转；

5）B轴转动：上方的两个X向滑台与下方的两个X向滑台向相反方向差动，实现主轴的B轴旋转。