[实用新型]一种四分支三自由度冗余驱动式并联加工头

说明书

本实用新型公开了一种四分支三自由度冗余驱动式并联加工头，包括电主轴、加工台、框架、三个相同的驱动分支以及冗余驱动分支，所述驱动分支均包含电机‑减速器模块一、转盘一、连杆一、铰座一和铰座二，所述电机‑减速器模块一通过第五转动副对转盘一进行转动驱动，转盘一边缘两侧设有一对耳轴，其通过第四转动副与连杆一一端相铰接，连杆一的另一端通过第三转动副与铰座一相铰接，铰座一与铰座二分别通过第一转动副和第二转动副进行铰接，所述第一转动副、第二转动副和第三转动副的转动轴线相互正交。本实用新型通过冗余驱动的结构形式，可改善驱动器的负载状况，承载能力强，避免加工复杂大型工件时驱动器的过载问题。

技术领域

本实用新型涉及的是一种四分支三自由度冗余驱动式并联加工头，属于并联机构学领域。

背景技术

随着我国军工产业的不断发展，所需要加工的大型复杂零件越来越多，其要求加工设备需同时具有很高的整体刚度和加工精度。加工设备按照结构类型可以分为两大类，即串联式和并联式。传统的串联式机床优点主要是占用空间小，工作空间大，但其刚度无法满足大型工件的加工要求；并联式机床虽然可保证刚度和精度方面的要求，但其占用空间大，操作空间相对较小，会造成资源的浪费。因此，结合串联式机床和并联式机床的优缺点，为了能够在保证刚度的基础上，尽可能小的占用空间，选取具有模块化和可集成化的小型并联加工头的形式，其具有模块化和可集成性，可与串联轨道相结合，组成串并混联形式的多轴加工中心，具有良好的加工效果。其中，并联加工头的选型是决定此类多轴加工中心加工性能的关键。

目前，市场上较为成熟的并联加工头有Tricept加工模块、 Exechon加工模块、Z3头和A3头等。其中，Tricept加工模块和 Exechon加工模块均为非对称冗余驱动机构，此类机构刚度的各向同性较弱，控制难度较高，同时其所占用空间均较大；Z3头和A3头均为对称非冗余驱动机构，此类机构对驱动的负载性能要求较高，对加工环境的适应性较弱。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题：

针对于目前市场上存在的三自由度并联加工头，在加工大型负载工件时，驱动器的负载能力有限，机构的整体刚度偏低，同时机构本身存在奇异位形，且所占空间较大，故其可操作性能受限的问题，提出一种四分支三自由度冗余驱动式并联加工头，提升现有三自由度并联加工头的整体刚度，并尽可能降低其占用空间，实现四分支三自由度对加工台的冗余驱动。

本实用新型的技术解决方案：

一种四分支三自由度冗余驱动式并联加工头，包括电主轴、加工台、框架、三个相同的驱动分支以及冗余驱动分支，所述驱动分支均包含电机-减速器模块一、转盘一、连杆一、铰座一和铰座二，所述电机-减速器模块一通过第五转动副对转盘一进行转动驱动，转盘一边缘两侧设有一对耳轴，其通过第四转动副与连杆一一端相铰接，连杆一的另一端通过第三转动副与铰座一相铰接，铰座一与铰座二分别通过第一转动副和第二转动副进行铰接，铰座二固连于加工台上，加工台中心装有电主轴；所述第一转动副、第二转动副和第三转动副的转动轴线相互正交；

冗余驱动分支包括冗余驱动单元和球铰座，冗余驱动单元一端固连于框架上，另一端通过球关节与球铰座铰接；

方案一：三个驱动分支呈中心对称形式固连于框架内侧，且其沿框架底面方向投影的中心线互成120°；所述冗余驱动分支的自身中心线在初始形态下与加工台中心线重合，其球铰座中心线始终与电主轴中心线方向一致；

或方案二：三个驱动分支与一个冗余驱动分支呈中心对称形式固连于框架内侧，且其沿框架底面方向投影的相邻两中心线互相垂直。

所述冗余驱动单元包括内框架、伸缩杆和电动缸缸体，所述内框架外侧耳轴与框架通过第六转动副铰接，内框架内侧与电动缸缸体外侧的耳轴通过第七转动副铰接，电动缸缸体与伸缩杆通过移动副进行冗余驱动，伸缩杆一端通过球铰链与球铰座铰接，球铰座固连于电主轴的安装座上。