專利名稱：實現(xiàn)多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機構的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于機械領域，涉及一種并聯(lián)機構，特別涉及一種并聯(lián)機床和串聯(lián)與并聯(lián)相結合的混聯(lián)機床的多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機構。
背景技術：
近年來美國率先推出了六軸完全并聯(lián)機床，各國先后相繼推出了一些完全并聯(lián)機床或串聯(lián)與并聯(lián)相結合的混聯(lián)機床。完全并聯(lián)機床的突出優(yōu)點是運動質量小，速度快，比剛度高；運動誤差不累加，精度高。其表現(xiàn)突出的缺點之一是回轉運動的作業(yè)范圍小，完全并聯(lián)的六軸并聯(lián)機構的回轉范圍只有30°～60°左右；由德國DST公司設計，美國辛辛那提公司生產的稱為“Z3主軸頭”的主軸機構是采用的三軸并聯(lián)機構，其回轉范圍擴大了，可以達到±40°，但仍不能實現(xiàn)立式和臥式加工功能。
研究開發(fā)轉動范圍大于90°，可實現(xiàn)立、臥加工的并聯(lián)主軸頭機構，對發(fā)揮并聯(lián)機構原理的優(yōu)點，推動并聯(lián)機床及混聯(lián)機床的創(chuàng)新研究開發(fā)具有重要意義。

發(fā)明內容
本實用新型的目的在于，提供一種多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機構，該主軸頭機構兼有并聯(lián)機構原理的優(yōu)點，同時兩個回轉軸的回轉范圍又都大于90°，以實現(xiàn)多方位立臥加工。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術方案是，一種實現(xiàn)多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機構，由三個分支組成，具體由定平臺，三個回轉副組件，三個移動副組件，三個桿組件，三個球面副組件，動平臺組件及主軸部件構成；其特點是，三個回轉副組件呈120°分布并與定平臺連接，三個回轉副組件分別與三個移動副組件連接，三個移動副組件分別和三個桿組件連接，三個桿組件分別與三個球面副組件連接，三個球面副組件呈120°分布并與動平臺組件連接，主軸部件安裝在動平臺組件上；動平臺組件6帶動主軸部件7可相對定平臺1作Z軸縱向移動和進行A軸及B軸的轉動。
本實用新型的其他一些特點是，三軸并聯(lián)主軸頭機構的A軸和B軸的轉動范圍大于90°。
三個移動副采用伺服電機驅動，亦可采用液壓驅動。
主軸部件可采用交流伺服電主軸，也可采用交流變頻電主軸。
所述伺服電機驅動為交流伺服或直流伺服或步進電機。
回轉副和移動副的位置可以對調。
該三軸并聯(lián)主軸頭機構既有并聯(lián)機構進給速度高、比剛度高、精度高的優(yōu)點，避免了并聯(lián)機構的轉動范圍小的缺點，同時還具有A軸和B軸轉動范圍大的優(yōu)點，均大于90°，可實現(xiàn)多方位立臥加工。其原理可適用于3-RPS和3-PRS原理的三軸并聯(lián)主軸頭機構。


圖1(a)(b)(c)是本實用新型的原理圖；圖2是本實用新型用于3位3-RPS原理的三軸并聯(lián)主軸頭機構的結構圖。
圖3是本實用新型用于3位3-PRS原理的三軸并聯(lián)主軸頭機構結構圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
依照本實用新型的技術方案，一種實現(xiàn)多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機構，由三個分支組成，具體由定平臺1，三個回轉副組件2，三個移動副組件3，三個桿組件4，三個球面副組件5，動平臺組件6及主軸部件7構成；回轉副組件2呈120°分布并與定平臺1連接，三個回轉副組件2分別與三個移動副組件3連接，三個移動副組件3分別和三個桿組件4連接，三個桿組件4分別與三個球面副組件5連接，三個球面副組件5呈120°分布并與動平臺組件6連接，主軸部件7安裝在動平臺組件6上；動平臺組件6帶動主軸部件7可相對定平臺1作Z軸縱向移動和進行A軸及B軸的轉動。
本實用新型的技術原理如下主軸頭并聯(lián)機構為3-RPS原理，參見圖1(a)，共有成120°分布的三個分支，每個分支由回轉副R，直線移動副P，桿L，球面副S組成，三個分支的上端與定平臺相連，下端與動平臺相連，主軸部件安裝在動平臺上。P為主動關節(jié)，有動力源驅動，R及S為被動關節(jié)。動力源驅動三個P關節(jié)運動，則可使動平臺帶動主軸部件沿Z軸直線移動和作A軸(繞X軸)轉動及B軸(繞Y軸)轉動的回轉運動。
取其中一個分支第i個分支，參見圖1(b)，其回轉關節(jié)為Ri，球關節(jié)為Si。三個R關節(jié)的軸線所決定的平面稱虛擬定平臺，安裝R關節(jié)的實體零件成為實體定平臺，三個球關節(jié)球心點所決定的平面稱為虛擬動平臺，連接三個球關節(jié)的實體零件稱為實體動平臺。令回轉關節(jié)Ri與實體定平臺的傾角為αiR，桿Li與虛擬動平臺的傾角為αiL，球關節(jié)Si與實體動平臺的傾角為αiS，主軸部件與實體動平臺的傾角為αm，其中傾角αiR在機構的作業(yè)過程中是變化的。通過配置和優(yōu)化匹配αiR，αiL，αiS和αm，即可使該并聯(lián)主軸頭機構的A軸和B軸的轉動范圍大于90°，由于二個回轉軸轉動范圍都大于90°，故可實現(xiàn)多方位的立式和臥式加工。
以上技術同樣適用于圖1(c)的3-PRS三軸并聯(lián)主軸頭機構。
參見圖2，三軸并聯(lián)頭機構由定平臺1、三個回轉運動副組件2、三個直線移動副組件3、三個桿組件4、三個球面副組件5、動平臺組件6、主軸部件7構成，其中三個分支呈120°分布，每個分支的回轉運動副組件2與定平臺1連接，直線移動副組件3與回轉副組件2連接，桿組件4和移動副組件3連接，每個桿相對定平臺可作縱向移動和一個單自由度的回轉運動；球面副組件5與桿組件4連接，動平臺組件6和三個分支的三個球面副組件5連接，動平臺相對定平臺可實現(xiàn)一個縱向直線移動和兩個轉動；主軸部件7安裝在動平臺6上，與動平臺一起運動，可實現(xiàn)多方位立臥加工。
實施例1圖2為3-RPS型三軸并聯(lián)主軸機構的結構圖，圖中的定平臺1與三個成120°分布的回轉副組件2連接，三個回轉副組件2分別與三個移動副組件3連接，三個移動副組件3分別與三個桿組件4連接，三個桿組件4分別與三個球面副組件5連接，三個球面副組件5成120°分布與動平臺6連接，動平臺6與主軸部件7連接。三個移動副為主動運動副，分別由伺服電機驅動，亦可采用液壓驅動，主軸部件采用交流伺服電主軸，亦可采用變頻電主軸。
實施例2圖3為3-PRS型三軸并聯(lián)主軸機構的結構圖，其實施方法與圖2相似，不同的是該并聯(lián)主軸頭機構的直線移動副在前，回轉副在后，該機構的A軸及B軸同樣也超過了90°，可以實現(xiàn)立臥加工。
權利要求1.一種實現(xiàn)多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機構，由三個分支組成，具體由定平臺1，三個回轉副組件2，三個移動副組件3，三個桿組件4，三個球面副組件5，動平臺組件6及主軸部件7構成；其特征在于，回轉副組件2呈120°分布并與定平臺1連接，三個回轉副組件2分別與三個移動副組件3連接，三個移動副組件3分別和三個桿組件4連接，三個桿組件4分別與三個球面副組件5連接，三個球面副組件5呈120°分布并與動平臺組件6連接，主軸部件7安裝在動平臺組件6上；動平臺組件6帶動主軸部件7可相對定平臺1作Z軸縱向移動和進行A軸及B軸的轉動。
2.根據(jù)權利要求1所述的實現(xiàn)多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機構，其特征在于，三軸并聯(lián)主軸頭機構的A軸和B軸的轉動范圍大于90°。
3.根據(jù)權利要求1所述的實現(xiàn)多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機構，其特征在于，三個移動副3采用伺服電機驅動，亦可采用液壓驅動。
4.根據(jù)權利要求1所述的實現(xiàn)多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機構，其特征在于，主軸部件7可采用交流伺服電主軸，也可采用交流變頻電主軸。
5.根據(jù)權利要求3所述的實現(xiàn)多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機構，其特征在于，所述伺服電機驅動為交流伺服或直流伺服或步進電機。
6.根據(jù)權利要求1所述的實現(xiàn)多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機構，其特征在于，所述回轉副2和移動副3的位置可以對調。
專利摘要本實用新型公開了一種可實現(xiàn)多方位立臥加工的三軸并聯(lián)主軸頭機構，由定平臺，三個回轉副組件、三個移動副組件、三個桿組件、三個球面副組件、動平臺組件及主軸部件組成。三個呈120°分布的回轉副組件與定平臺連接，三個移動副組件分別與三個回轉副組件連接，三個桿組件分別與三個移動副組件連接，三個球面副組件分別與三個桿組件連接，動平臺組件與呈120°分布的三個球面副組件連接，主軸部件安裝在動平臺組件上。動平臺組件帶動主軸部件可相對定平臺作Z軸縱向移動和進行A軸及B軸的轉動。該機構并聯(lián)機構進給速度高、比剛度高、精度高的優(yōu)點，A軸和B軸轉動范圍均大于90°，可實現(xiàn)多方位立臥加工。適用于3－RPS和3－PRS原理的三軸并聯(lián)主軸頭機構。
文檔編號B23Q41/00GK2691776SQ20042004160
公開日2005年4月13日 申請日期2004年3月1日 優(yōu)先權日2004年3月1日
發(fā)明者黃玉美, 程祥, 樊澤明, 高峰 申請人:西安理工大學