CN105033980A - 一种基于并联机构的自动划线机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于并联机构的自动划线机，包括底板、步进电机、滚珠丝杠、划线工作头和控制系统；底板上设有两条平行的滑轨；两条滑轨上分别设有均与底板螺纹连接的第一滑块和第二滑块；第一滑块和第二滑块上部均固定连接旋转机架，旋转机架上部固定步进电机；滚珠丝杠上连接有第三滑块，步进电机的输出轴与第三滑块相连；滚珠丝杠的顶端均固定连接轴承座，两个轴承座位于同一轴线上；轴承座中安装有轴承，划线工作头与两个轴承过盈配合，两个轴承座和划线工作头三者位于同一轴线上；控制系统包括依次连接的计算机、单片机和步进电机驱动器。本发明能显著提高机械加工中批量零件或者复杂形状零件划线工艺的划线效率和精度，并降低人工成本。

Description

一种基于并联机构的自动划线机

技术领域

本发明属于机械自动化领域，尤其是涉及一种基于并联机构的自动划线机。

背景技术

在机械制造加工领域，划线工艺作为一道复杂而重要的工序，尤其是针对复杂形状零件加工时，高精度高效率的划线工艺一直是困扰机械加工行业的难题。所谓划线，是指划线钳工根据待加工零件的施工图纸或实物的形状尺寸等要求，在工件毛胚或半成品上，利用划线工具规划出零件待加工部位的加工线，使工件在加工时有明确的标志，或通过划线检查毛胚是否合格，因而划线是一些重要或者形状复杂零件加工的必要步骤。

目前，在我国机械加工行业，所采用的划线工艺大多仍是传统的手工划线，当零件尺寸较大、尤其是零件形状较复杂时，不仅要求划线操作者具有较强的识图能力，同时应具备相当的机械加工制造工艺知识，同时手工划线工艺的劳动强度大，划线的工效、准确度也极易受划线操作人员工作态度、情绪等认为因素的影响。因此，需要设计一种合理的专用划线工艺装备，替代传统的手工划线不仅有利于提高划线精度和效率，而且有利于减轻操作者的劳动强度，降低操作失误，尤其是在针对一些批量较大、形状复杂零件时，就更加凸显出其优越性能。

发明内容

针对现有机械加工技术中传统手工划线的不足，本发明提供了一种基于并联机构的自动划线机，实现了对复杂形状零件的自动划线工艺，提高了划线工艺的效率，增加了划线工艺的精度，节省人力。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种基于并联机构的自动划线机，包括底板、滑轨、旋转机架、步进电机、滚珠丝杠、划线工作头、轴承座和控制系统；所述底板的上表面固定有两条平行的滑轨；两条所述滑轨上分别设有配套的第一滑块和第二滑块，所述第二滑块的高度高于第一滑块；所述第一滑块和第二滑块均与底板螺纹连接；所述第一滑块和第二滑块上部均固定连接旋转机架，所述旋转机架上部固定连接步进电机；所述滚珠丝杠上连接有配套的第三滑块，所述步进电机的输出轴与第三滑块相连；所述滚珠丝杠的顶端均固定连接轴承座，两个所述轴承座彼此上下贴合且位于同一轴线上；所述轴承座中安装有轴承，所述划线工作头与两个所述轴承过盈配合，两个轴承座和划线工作头三者位于同一轴线上；

所述控制系统包括依次连接的计算机、单片机和步进电机驱动器，所述计算机用于计算出步进电机的脉冲数，并将脉冲数信号传递至单片机；所述单片机用于接收脉冲数信号并传递至步进电机驱动器；所述步进电机驱动器连接步进电机，用于控制步进电机的运转，使划线工作头的运动轨迹与零件形状相同。

优选的，所述第二滑块的高度等于所述第一滑块和所述轴承座的高度之和。

优选的，所述滑轨两侧沿滑动方向对称开有两排第一螺纹孔，所述第一滑块和第二滑块上开有与第一螺纹孔相对应的第二螺纹孔。

优选的，两条所述滑轨分别位于所述底板的两端。

优选的，所述轴承座和滚珠丝杠为螺纹连接。

本发明的有益效果：

本发明所述的基于并联机构的自动划线机，利用底板、滑轨、旋转机架、步进电机、滚珠丝杠和轴承座组成二自由度并联机构，同时加入包含计算机、单片机和步进电机驱动器的控制系统，通过对零件的坐标采集，自动控制步进电机的步进角，驱使滚珠丝杠的直线运动，使划线头在零件上的运动轨迹与零件的形状高度吻合。本发明能提高机械加工中批量零件或者复杂形状零件划线工艺的划线效率和精度，并降低人工成本。

附图说明

图1为本发明所述自动划线机的结构示意图。

图2为本发明所述自动划线机的部分结构视图。

图3为本发明所述自动划线机的划线原理简图。

附图标记说明如下：

1-底板，2-滑轨，3-第一滑块，4-第二滑块，5-旋转机架，6-步进电机，7-滚珠丝杠，8-第三滑块，9-划线工作头，10-轴承座，11-控制系统。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1和图2所示，一种基于并联机构的自动划线机，包括底板1、滑轨2、第一滑块3、第二滑块4、旋转机架5、步进电机6、滚珠丝杠7、第三滑块8、划线工作头9、轴承座10和控制系统11。所述底板1的上表面固定安装有两条平行的滑轨2，两条所述滑轨2分别靠近底板1的两端；两条滑轨2上分别设有与其配套的第一滑块3和第二滑块4，所述第二滑块4的高度等于所述第一滑块3和所述轴承座10的高度和。

所述第一滑块3和第二滑块4均与底板1螺纹连接，即在底板1上，沿滑轨2的方向在两侧对称开设两排第一螺纹孔，所述第一滑块3和第二滑块4上开有与第一螺纹孔相对应的第二螺纹孔，以实现工作状态时第一滑块3和第二滑块4固定在滑轨2上；非工作状态时，第一滑块3和第二滑块4可沿滑轨2自由滑动。

所述第一滑块3和第二滑块4上部均固定连接旋转机架5，旋转机架5可以绕竖直方向旋转；所述旋转机架5上部固定连接步进电机6；所述滚珠丝杠7上连接有配套的第三滑块8，所述步进电机6的输出轴与第三滑块8相连，以此来控制滚珠丝杠7的往复运动；所述滚珠丝杠7的顶端均螺纹连接轴承座10，两个所述轴承座10彼此上下贴合且位于同一轴线上；所述轴承座10中安装有轴承，所述划线工作头9与两个所述轴承过盈配合，两个轴承座10和划线工作头9三者位于同一轴线上，使得上下两个轴承座10可绕竖直方向转动。

所述控制系统11包括依次连接的计算机、单片机和步进电机驱动器，所述计算机用于计算出步进电机的脉冲数，并将脉冲数信号传递至单片机；所述单片机用于接收脉冲数信号并传递至步进电机驱动器；所述步进电机驱动器连接步进电机6，用于控制步进电机6的运转，使划线工作头9的运动轨迹与零件形状相同。

工作过程如下：

如图3所示，在该直角坐标系中，两个旋转机架2的位置分别记作M点和N点，两个滚珠丝杠7分别记作连杆OA和连杆OB，划线工作头9的工作点记作O点。根据零件的形状，在直角坐标系中先进行划线工作头9的轨迹规划，然后将规划得到的轨迹序列代入机构的运动学反解方程 $\left\{\begin{array}{c}a=\sqrt{{(x_o-L_M)}^2+{y_o}^2}\\ b=\sqrt{{(L-y_o)}^2+{(x_o-L_N)}^2}\end{array}\right.,$ 其中x_o为O点在直角坐标系中的横坐标，y_o为O点在直角坐标系中的纵坐标，L为M点和N点纵坐标的差值，L_N为N点的横坐标，L_M为M点横坐标。由此，计算得到关节变量(两驱动杆杆长变化量)在关节坐标系中的轨迹序列；根据步进电机6的步距角和滚珠丝杠7的螺纹头数以及螺距，最后计算出步进电机6进行关节运动轴实时控制的脉冲数，即其中N为脉冲数，θ₀为步距角，t₀为螺纹头数，v为螺距，Δp为关节变量。计算机随后将步进电机6的实时脉冲数N传递给单片机，单片机将控制信号传递给步进电机驱动器，步进电机驱动器控制两台步进电机6的启停以及运动时间，使两个滚珠丝杠7沿第三滑块8方向运动；因为两个旋转机架5之间的距离即M点和N点纵坐标的差值为一定值L，在外加步进电机6的驱使下，OM和ON段的距离不断变化，此时两个旋转机架5也随之转动，从而驱使O点在X-O-Y平面内作任意曲线运动，于是耦合出划线工作头9的运动轨迹，实现划线工艺的自动化。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于并联机构的自动划线机，其特征在于，包括底板(1)、滑轨(2)、旋转机架(5)、步进电机(6)、滚珠丝杠(7)、划线工作头(9)、轴承座(10)和控制系统(11)；所述底板(1)的上表面固定有两条平行的滑轨(2)；两条所述滑轨(2)上分别设有配套的第一滑块(3)和第二滑块(4)，所述第二滑块(4)的高度高于第一滑块(3)；所述第一滑块(3)和第二滑块(4)均与底板(1)螺纹连接；所述第一滑块(3)和第二滑块(4)上部均固定连接旋转机架(5)，所述旋转机架(5)上部固定连接步进电机(6)；所述滚珠丝杠(7)上连接有配套的第三滑块(8)，所述步进电机(6)的输出轴与第三滑块(8)相连；所述滚珠丝杠(7)的顶端均固定连接轴承座(10)，两个所述轴承座(10)彼此上下贴合且位于同一轴线上；所述轴承座(10)中安装有轴承，所述划线工作头(9)与两个所述轴承过盈配合，两个轴承座(10)和划线工作头(9)三者位于同一轴线上；

所述控制系统(11)包括依次连接的计算机、单片机和步进电机驱动器，所述计算机用于计算出步进电机的脉冲数，并将脉冲数信号传递至单片机；所述单片机用于接收脉冲数信号并传递至步进电机驱动器；所述步进电机驱动器连接步进电机(6)，用于控制步进电机(6)的运转，使划线工作头(9)的运动轨迹与零件形状相同。

2.根据权利要求1所述的一种基于并联机构的自动划线机，其特征在于，所述第二滑块(4)的高度等于所述第一滑块(3)和所述轴承座(10)的高度之和。

3.根据权利要求1所述的一种基于并联机构的自动划线机，其特征在于，所述滑轨(2)两侧沿滑动方向对称开有两排第一螺纹孔，所述第一滑块(3)和第二滑块(4)上开有与第一螺纹孔相对应的第二螺纹孔。

4.根据权利要求1所述的一种基于并联机构的自动划线机，其特征在于，两条所述滑轨(2)分别位于所述底板(1)的两端。

5.根据权利要求1所述的一种基于并联机构的自动划线机，其特征在于，所述轴承座(10)和滚珠丝杠(7)为螺纹连接。