CN113385955B - 三次谐波五轴混联摆头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三次谐波五轴混联摆头，包括：固定件；横向摆动件，所述横向摆动件包括第一三次谐波一体机和横向摆动座；纵向摆动件，所述纵向摆动件包括第二三次谐波一体机和纵向随动件；主轴件，所述主轴件包括电主轴，所述电主轴连接在所述纵向随动件上；其中：所述第一三次谐波一体机先后通过所述横向摆动座和所述纵向随动件带动所述电主轴向横向摆动，与此同时所述第二三次谐波一体机通过所述纵向随动件带动所述电主轴向纵向摆动，进而将所述电主轴上的刀头在空间内移动。本发明结构简单、刚度高、体积小、重量轻、输出的扭矩大、输出的精度高、承载能力大、惯量低、具备高速加工能力、制造成本和维护保养成本低。

Description

三次谐波五轴混联摆头

技术领域

本发明涉及机床附件技术领域，更具体地说，本发明涉及一种三次谐波五轴混联摆头。

背景技术

五轴联动加工摆头是高端机床中的末端执行元件，它能带动末端的加工刀头实现比较复杂的运动轨迹，实现对某些有复杂表面特征的零件进行精密加工。目前五轴联动加工摆头从结构组成上来说主要有两种形式，即：使用2个旋转驱动源，且两驱动源轴线相互正交，两轴在结构上可以看成相互串联的CA摆头；使用3个直线驱动源，且3个直线驱动源结构上可以看成相互并联的联动摆头。其中使用2个旋转驱动源，且两驱动源轴线相互正交，两轴在结构上可以看成相互串联的CA摆头，其C轴固定在机床Z轴上，A轴与电主轴相连，C轴和A轴的运动相互独立，在加工时可以一个关节固定，一个关节运动，也可以两个关节一起联动，这种形式的摆头一般使用在立式机床上，具有结构紧凑，加工角度范围大且灵活，加工精度高，2个关节在控制上相互解耦，控制系统成熟，但是其缺点如下：其一，由于串联机构的运动误差是每个关节连接件的误差一一叠加的结果，其要达到末端输出的高精度则对各个关节位置的零件与驱动装置的精度要求极高，导致成本很大；其二，由于串联关节本身结构的特殊性，要保证整机的良好刚性，则对于单个关节的支撑件一般都采用高刚性的铸件，导致单关节的重量大，惯量大，这就导致了串联关节一般不能进行高速运动操作，限制了其高速加工性能；其三，其内部结构复杂，制造装配工艺要求高，一旦发生撞击或撞刀事故，维修起来很复杂，这就使得其整体的使用成本昂贵。使用3个直线驱动源，且3个直线驱动源结构上可以看成相互并联的联动摆头，其3个直线运动结构一端活动铰链固定在基座上，一端活动铰链固定在输出盘上，3个直线运动结构成圆周均布，通过控制3个杆的联动伸缩来实现末端运动盘的姿态变化，进而带动电主轴的末端刀头的姿态和空间位置变化进行对复杂加工要素的加工，其相对于串联结构的优点如下：其结构较串联机构简单，整机零件与部件较少，且其部件高度模块化，一般采用通用部件，易于组装和维修；其刚度质量比好于串联机构，在同等自身质量下，其结构支链共同且同时承载，可以承受比串联结构更大的载荷，且其采用并联闭环杆系结构，在静态平衡情况下，传统构件在理论上可以看成仅受拉压载荷的二力杆，因而有效利用了杆件的刚度，具有很高的承载能力；其运动部件惯性较低，适用于高速加工；其各支链可起到误差均化作用，提升加工精度；其相对于串联结构，其易磨损的被动关节位置是标准部件，易于更换，其使用和维修成本比串联机床要低的多。但是并联机构也有其缺点如下：其一，并联机构的轨迹分析复杂，工作空间小，且其理论和应用还远远不够成熟，在实际使用中，不能体现并联机构的优越性，不能推广生产；其二，并联机构加工头目前都是应用是实验研究，在市场上的并联结构加工头由于设计不当和刚度不足，机械产品缺乏市场；其三，传统的机械控制系统一般是针对串联机构设计的，而适用于并联结构加工头的控制器尚未完全成熟。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供一种三次谐波五轴混联摆头，具体采用如下的技术方案：

一种三次谐波五轴混联摆头，包括：

固定件；

横向摆动件，其设置在所述固定件上，所述横向摆动件包括第一三次谐波一体机和横向摆动座，所述第一三次谐波一体机连接在所述固定件上，所述横向摆动座连接在所述第一三次谐波一体机上；

纵向摆动件，其设置在所述固定件上，所述纵向摆动件包括第二三次谐波一体机和纵向随动件，所述第二三次谐波一体机连接在所述固定件上，所述纵向随动件连接在所述第二三次谐波一体机上，并且所述纵向随动件与所述横向摆动座连接；

主轴件，其设置在所述纵向摆动件上，所述主轴件包括电主轴，所述电主轴连接在所述纵向随动件上；

其中：所述第一三次谐波一体机先后通过所述横向摆动座和所述纵向随动件带动所述电主轴向横向摆动，与此同时所述第二三次谐波一体机通过所述纵向随动件带动所述电主轴向纵向摆动，进而将所述电主轴上的刀头在空间内移动。

优选地，所述固定件包括固定基座和第一法兰，所述第一法兰固定设置在所述固定基座一端，所述固定基座通过所述第一法兰连接在机床上。

优选地，所述横向摆动件还包括第一主动件和第一从动件；所述第一三次谐波一体机固定嵌装在所述固定基座上；所述第一主动件包括第一主动法兰和第一主动轴，所述第一主动法兰设置在所述第一三次谐波一体机输出端上，所述第一主动轴一端垂直固定设置在所述第一主动法兰中心处。

优选地，所述第一从动件包括第一从动座和第一随动件，所述第一从动座设置在所述固定基座上，所述第一随动件设置在所述第一从动座上，并且所述第一从动座轴线与所述第一三次谐波一体机轴线重合；所述第一随动件包括第一随动轴承和第一随动轴，所述第一随动轴承嵌装在所述第一从动座的轴承室内，所述第一随动轴一端嵌装在所述第一随动轴承内；所述横向摆动座侧壁分别连接在所述第一主动轴另一端和所述第一随动轴另一端上。

优选地，所述第二三次谐波一体机固定嵌装在所述固定基座上；所述纵向摆动件还包括纵向传动件，所述纵向传动件设置在所述第二三次谐波一体机上；所述纵向传动件包括第二主动件、第一纵向传动杆、第二随动件和第二纵向传动杆，所述第二主动件设置在所述第二三次谐波一体机上，所述第一纵向传动杆设置在所述第二主动件上，所述第二随动件设置在所述第一纵向传动杆上，所述第二纵向传动杆设置在所述第二随动件上；所述第二主动件包括第二主动法兰和第二主动轴，所述第二主动法兰连接在所述第二三次谐波一体机输出端上，所述第二主动轴一端垂直固定设置在所述第二主动法兰上；所述第一纵向传动杆呈角杆状，所述第一纵向传动杆一端连接在所述第二主动轴另一端上。

优选地，所述第二随动件包括第二随动轴和第二随动轴承，所述第二随动轴一端连接在所述第一纵向传动杆另一端上；所述第二随动轴承套装在所述第二随动轴另一端上；所述第二纵向传动杆呈矩形槽状，所述第二纵向传动杆通过中心位置设置的第一纵向轴承室套装在所述第二随动轴承上。

优选地，所述纵向随动件包括第三随动件和活动基座，所述第三随动件设置在所述横向摆动座和所述第二纵向传动杆上，所述活动基座设置在所述第三随动件上；所述第三随动件设置有四套，所述第三随动件包括第三随动轴和第三随动轴承，其中两个所述第三随动轴一端对称连接在所述横向摆动座上，另外两个所述第三随动轴一端分别连接在所述第二纵向传动杆两端上；所述第三随动轴承设置有四个，四个所述第三随动轴承逐一对应套装在四个所述第三随动轴另一端上。

优选地，所述活动基座中心处设置有安装贯穿孔；所述活动基座一端面上设置有吊耳，所述吊耳上设置有第二纵向轴承室；所述吊耳设置有四个，四个所述吊耳围绕所述活动基座轴线均匀分布；所述活动基座通过四个所述第二纵向轴承室逐一对应套装在四个所述第三随动轴承上。

优选地，所述主轴件还包括第一防护罩和第二防护罩，所述第一防护罩设置在所述活动基座上，所述第二防护罩设置在所述固定基座上；所述电主轴安装在所述安装贯穿孔内；所述第一防护罩中心处设置有第一主轴贯穿孔，所述第一防护罩紧固在所述活动基座上，并且所述第一主轴贯穿孔套在所述电主轴外，同时所述第一防护罩圆心与所述横向摆动座圆心重合；所述第二防护罩中心部设置有小半球面，所述小半球面内径不小于所述第一防护罩半径，所述小半球面中心处设置有第二主轴贯穿孔，所述第二防护罩紧固在所述固定基座另一端上，并且所述第二主轴贯穿孔套在所述电主轴外，同时所述小半球面圆心与所述横向摆动座圆心重合。

优选地，所述第一防护罩与所述活动基座之间设置有第一密封圈，所述第二防护罩与所述固定基座之间设置有第二密封圈；所述小半球面与所述第一防护罩之前设置有第一星型圈和第二星型圈，并且所述第一星型圈和所述第二星型圈分别位于上下开槽处。

本发明至少包括以下有益效果：

1)本发明三次谐波五轴混联摆头结构简单、刚度高、体积小、重量轻、输出的扭矩大、输出的精度高、承载能力大、惯量低、具备高速加工能力、制造成本和维护保养成本低；

2)本发明三次谐波五轴混联摆头设置有固定件、横向摆动件、纵向摆动件和主轴件，所述横向摆动件包括第一三次谐波一体机、第一主动件、第一从动件和横向摆动座，所述横向摆动座通过所述第一主动件和所述第一从动件铰接在所述固定件上，当所述第一三次谐波一体机带动所述横行摆动座沿横行摆动时，所述第一主动件和所述第一从动件能够对所述横向摆动座提供两点支撑；所述纵向摆动件包括第二三次谐波一体机、纵向传动件、第三随动件和活动基座，所述活动基座通过多个所述第三随动件同时连接在所述横向摆动座和所述纵向传动件上，使得所述活动基座在被所述第二三次谐波一体机带动沿纵行摆动，同时也受所述横向摆动座沿横向摆动，最终所述活动基座带动电主轴空间移动切削加工，有效降低了结构复杂度、体积、重量、制造和维护保养成本，有效提高了结构刚度、输出扭矩、输出精度、承载能力和高速加工能力。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明三次谐波五轴混联摆头主视图；

图2为本发明三次谐波五轴混联摆头后端主视图；

图3为本发明三次谐波五轴混联摆头前端主视图；

图4为本发明三次谐波五轴混联摆头前端立体结构示意图；

图5为本发明三次谐波五轴混联摆头后端第一立体结构示意图；

图6为本发明三次谐波五轴混联摆头后端第二立体结构示意图；

图7为本发明三次谐波五轴混联摆头图1中A-A方向剖面主视图；

图8为本发明三次谐波五轴混联摆头涂7中C的局部放大图；

图9为本发明三次谐波五轴混联摆头图1中A-A方向剖面立体结构示意图；

图10为本发明三次谐波五轴混联摆头图2中B-B方向剖面主视图；

图11为本发明三次谐波五轴混联摆头图2中B-B方向剖面第一立体结构示意图；

图12为本发明三次谐波五轴混联摆头图2中B-B方向剖面第二立体结构示意图；

图13为本发明三次谐波五轴混联摆头传动原理图；

图14为本发明三次谐波五轴混联摆头中第二三次谐波一体机静止，第一三次谐波一体机正向转动时电主轴带动刀具空间运动示意图；

图15为本发明三次谐波五轴混联摆头中第二三次谐波一体机静止，第一三次谐波一体机反向转动时电主轴带动刀具空间运动示意图；

图16为本发明三次谐波五轴混联摆头中第一三次谐波一体机静止，第二三次谐波一体机正向转动时电主轴带动刀具空间运动示意图；

图17为本发明三次谐波五轴混联摆头中第一三次谐波一体机静止，第二三次谐波一体机反向转动时电主轴带动刀具空间运动示意图；

图18为本发明三次谐波五轴混联摆头中第一三次谐波一体机和第二三次谐波一体机同时同速度反向转动时电主轴带动刀具空间运动示意图。

其中：1-固定基座，2-第一法兰，3-第一三次谐波一体机，4-横向摆动座，5-第一主动法兰，6-第一主动轴，7-第一从动座，8-第一随动轴承，9-第一随动轴，10-第二三次谐波一体机，11-第一纵向传动杆，12-第二纵向传动杆，13-第二主动法兰，14-第二主动轴，15-第二随动轴，16-第二随动轴承，17-活动基座，18-第三随动轴，19-第三随动轴承，20-吊耳，21-电主轴，22-第一防护罩，23-第二防护罩，24-第一密封圈，26-第一星型圈，27-第二星型圈，28-第一过渡板，29-第二过渡板,30-刀具。

具体实施方式

以下将参照附图，通过实施例方式详细地描述本发明的技术方案。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

根据图1-图12所示，一种三次谐波五轴混联摆头，包括固定件、横向摆动件、纵向摆动件和主轴件，所述横向摆动件和所述纵向摆动件均设置在所述固定件上，所述纵向摆动件与所述横向摆动件连接，所述主轴件设置在所述纵向摆动件上。所述固定件包括固定基座1和第一法兰2，所述第一法兰2设置在所述固定基座1上。所述固定基座1呈管状，所述固定基座1侧壁上设置有第一横向贯穿孔、第二横向贯穿孔和第一纵向贯穿孔，所述第一横向贯穿孔轴线与所述第二横向贯穿孔轴线重合，同时所述第一横向贯穿孔轴线与所述第一纵向贯穿孔轴线正交。所述第一横向贯穿孔和所述第二横向贯穿孔用于固定所述横向摆动件，所述第一纵向贯穿孔用于固定所述纵向摆动件。所述第一法兰2固定设置在所述固定基座1一端，所述三次谐波五轴混联摆头通过所述第一法兰2固定连接在机床上。

所述横向摆动件包括第一三次谐波一体机3、第一主动件、第一从动件和横向摆动座4，所述第一三次谐波一体机3和所述第一从动件均设置在所述固定基座1上，所述第一主动件设置在所述第一三次谐波一体机3上，所述横向摆动座4设置在所述第一主动件和所述第一从动件上。所述第一三次谐波一体机3通过第一过渡板28使用第一螺钉固定嵌装在所述第一横向贯穿孔内。所述第一主动件包括第一主动法兰5和第一主动轴6，所述第一主动法兰5通过第二螺钉紧固在所述第一三次谐波一体机3输出端上。所述第一主动轴6一端垂直固定设置在所述第一主动法兰5中心处，所述第一主动轴6另一端设置有第一键。当所述第一三次谐波一体机3转动时能够通过所述第一主动法兰5和所述第一主动轴6带动所述横向摆动座4围绕所述横向摆动座4圆心横向摆动。所述第一从动件包括第一从动座7和第一随动件，所述第一从动座7设置在所述固定基座1上，所述第一随动件设置在所述第一从动座7上。所述第一从动座7通过第三螺钉嵌装在所述第二横向贯穿孔内。所述第一随动件包括第一随动轴承8和第一随动轴9，所述第一随动轴承8设置在所述第一从动座7上，所述第一随动轴9设置在所述第一随动轴承8上。所述第一随动轴承8嵌装在所述第一从动座7的轴承室内，并且所述第一从动座7的轴承室端部通过第四螺钉紧固有第一轴承压板，以防止所述第一随动轴承8轴向位移。进一步的，所述第一随动轴承8为成对双列BD型角接触轴承。所述第一随动轴9一端嵌装在所述第一随动轴承8内，并且所述第一随动轴9一端上套装有第一轴用卡簧，以防止所述第一随动轴9轴向位移，同时所述第一随动轴9另一端上设置有第二键。所述横向摆动座4呈管状，所述横向摆动座4上设置有第三横向贯穿孔、第四横向贯穿孔、第二纵向贯穿孔和第三纵向贯穿孔，并且所述第三横向贯穿孔轴线与所述第四横向贯穿孔轴线重合，所述第二纵向贯穿孔轴线与所述第三纵向贯穿孔轴线重合。所述第三横向贯穿孔内设置有第一键槽，所述第四横向贯穿孔内设置有第二键槽。所述横向摆动座4通过所述第三横向贯穿孔和所述第四横向贯穿孔分别对应套装在所述第一主动轴6另一端和所述第一随动轴9另一端上，同时所述第一键槽与所述第一键配合，所述第二键槽与所述第二键配合。所述第一主动件和所述第一从动件能够为所述横向摆动座4横向摆动过程中提供两点支撑，以提高所述横向摆动座4横向摆动承载力和低惯量特性。所述第二纵向贯穿孔内设置有第三键槽、所述第三纵向贯穿孔内设置有第四键槽。

所述纵向摆动件包括第二三次谐波一体机10、纵向传动件和纵向随动件，所述第二三次谐波一体机10设置在所述固定基座1上，所述纵向传动件设置在所述第二三次谐波一体机10上，所述纵向随动件设置在所述纵向传动件上。所述第二三次谐波一体机10通过第二过渡板29固定嵌装在所述第一纵向贯穿孔内。所述纵向传动件包括第二主动件、第一纵向传动杆11、第二随动件和第二纵向传动杆12，所述第二主动件设置在所述第二三次谐波一体机10上，所述第一纵向传动杆11设置在所述第二主动件上，所述第二随动件设置在所述第一纵向传动杆11上，所述第二纵向传动杆12设置在所述第二随动件上。所述第二主动件包括第二主动法兰13和第二主动轴14，所述第二主动法兰13通过第五螺钉紧固在所述第二三次谐波一体机10输出端上，所述第二主动轴14一端垂直固定设置在所述第二主动法兰13中心处，所述第二主动轴14另一端上设置有第三键。所述第一纵向传动杆11呈直角杆状，所述第一纵向传动杆11一端设置有第四纵向贯穿孔，所述第一纵向传动杆11另一端设置有第五纵向贯穿孔，所述第四纵向贯穿孔内设置有第五键槽，所述第五纵向贯穿孔内设置有第六键槽，所述第一纵向传动杆11通过所述第四纵向贯穿孔套装在所述第二主动轴14另一端上，并且所述第五键槽与所述第三键配合。

所述第二随动件包括第二随动轴15和第二随动轴承16，所述第二随动轴15设置在所述第一纵向传动杆11上，所述第二随动轴承16设置在所述第二随动轴15上。所述第二随动轴15一端设置有第四键，所述第二随动轴15一端嵌装在所述第五纵向贯穿孔内，并且所述第四键与所述第六键槽配合。所述第二随动轴承16套装在所述第二随动轴15另一端上，并且所述第二随动轴15另一端上设置有第二轴用卡簧，以防止所述第二随动轴15轴向位移。进一步的，所述第二随动轴承16为成对双列BD型角接触轴承。所述第二纵向传动杆12呈矩形槽状，所述第二纵向传动杆12槽底设置有第一纵向轴承室，所述第二纵向传动杆12两端上分别设置有第十四纵向贯穿孔和第十五纵向贯穿孔，并且所述第十四纵向贯穿孔内设置有第七键槽，所述第十五纵向贯穿孔内设置有第八键槽。所述第二纵向传动杆12通过所述第一纵向轴承室套装在所述第二随动轴承16上，并且所述第一纵向轴承室与所述第二随动轴承16连接方式和所述第一从动座7的轴承室与所述第一随动轴承8连接方式相同。

所述纵向随动件包括第三随动件和活动基座17，所述第三随动件设置在所述横向摆动座4和所述第二纵向传动杆12上，所述活动基座17设置在所述第三随动件上。所述第三随动件设置有四套，所述第三随动件包括第三随动轴18和第三随动轴承19，所述第三随动轴18一端设置有第五键，其中两个所述第三随动轴18一端分别嵌装在第二纵向贯穿孔和所述第三纵向贯穿孔内，并且其中两个所述第三随动轴18上的所述第五键分别与所述第二纵向贯穿孔和所述第三纵向贯穿孔内的第九键槽和第十键槽配合。另外两个所述第三随动轴18一端分别嵌装在所述第十四纵向贯穿孔和所述第十五纵向贯穿孔内，并且另外两个所述第三随动轴18上的所述第五键分别与所述第七键槽和所述第八键槽配合。所述第三随动轴承19设置有四个，四个所述第三随动轴承19逐一对应套装在四个所述第三随动轴18另一端上。

所述活动基座17中心处设置有安装贯穿孔，所述安装贯穿孔用于安装所述主轴件。所述活动基座17一端面上设置有吊耳20，所述吊耳20上设置有第二纵向轴承室。所述吊耳20设置有四个，四个所述吊耳20围绕所述活动基座17轴线均匀分布。所述活动基座17通过四个所述第二纵向轴承室分别逐一对应套装在四个所述第三随动轴承19上，并且所述第二纵向轴承室与所述第三随动轴承19连接方式和所述第一从动座7的轴承室与所述第一随动轴承8连接方式相同。进而使得所述活动基座17的轴线能够被所述横向摆动件和所述纵向摆动件分别带动围绕所述横向摆动座4圆心发生角度变化。

所述主轴件包括电主轴21、第一防护罩22和第二防护罩23，所述电主轴21和所述第一防护罩22均设置在所述活动基座17上，所述第二防护罩23设置在所述固定基座1上。所述电主轴21安装有刀具30，所述电主轴21通过第六螺钉嵌装在所述安装贯穿孔内。所述第一防护罩22呈小半球体状，所述第一防护罩22中心处设置有第一主轴贯穿孔。所述第一防护罩22通过第七螺钉紧固在所述活动基座17上，并且所述第一主轴贯穿孔套在所述电主轴21外，同时所述第一防护罩22与所述活动基座17之间设置有第一密封圈24，所述第一密封圈24能够提高所述第一防护罩22与所述活动基座17之间密封性能。

所述第一防护罩22圆心与所述横向摆动座4圆心重合。所述第二防护罩23中心部设置有小半球面，所述小半球面内径不小于所述第一防护罩22半径，所述小半球面中心处设置有第二主轴贯穿孔。所述第二防护罩23通过第八螺钉紧固在所述固定基座1另一端上，所述第二防护罩23与所述固定基座1之间设置有第二密封圈，并且所述第二主轴贯穿孔套在所述电主轴21外，同时所述小半球面圆心与所述横向摆动座4圆心重合。所述小半球面与所述第一防护罩22之前设置有第一星型圈26和第二星型圈27，并且所述第一星型圈26和所述第二星型圈27分别位于上下开槽处，所述第一星型圈26和所述第二星型圈27能够满足所述第一防护罩22在所述小半球面内滑动密封连接。

本三次谐波五轴混联摆头的原理如图13所示，其输入轴为A轴和E轴，输出部分为中间的活动基座17，其在空间分布上，My轴与Mz轴正交于活动平台中心点O，O点与B点连线构成Mx轴，B、C、D、F为活动铰链，A轴和E轴与连杆相连为固定铰链，当My轴与Mz轴转动一定角度时，与Mx轴同向的向量ix(方形向上)的末端可看作是在以O点为球心，以ix向量的模为半径的球面上运动，进而，在实际中，如果将ix用电主轴21代替，则A轴与E轴同步转动时，电主轴21刀尖处也可以看作是以O点为球心，以O点到刀尖点的直线长度为半径的球面上运动，进而安排在加工机床上与XYZ轴联动，即可以实现五轴联动的加工效果。且本结构既不同于传统的并联加工头的3个自由度运动相互耦合的情况，也不同于传统的CA摆头两个旋转运动成串联连接且相互完全独立的情况，本结构可以看作是既兼顾并联摆头结构简单，刚度高的优点，又兼顾CA串联摆头各自由度相互解耦，采用旋转输入的特点，使得本三次谐波五轴混联摆头在原理上就有了相对于传统摆头很大的优势。

本案在输入动力源上选择的是三次谐波减速一体机，其具有体积小重量轻，输出的扭矩可以到上千牛米，输出端刚度好，输出的精度可以到几弧秒，其相对于并联机构的直线运动控制来说，控制理论与驱动设备都很成熟；本案的横向摆动座4和活动基座17均采用双点支撑形式，闭环杆系结构，使得整机的刚性可以媲美并联结构，故本案可以兼并并联结构相较于同等重量的串联结构的高承载能力和低惯量同时，亦具备高速加工能力的优点；使电主轴21可以在活动基座17上完成更高速度和更高加速度的运动规划，适用于各种高速运动操作；其被动关节易磨损的位置都采用标准部件，且其主要部件不受摩擦、碰撞等因素的影响，使得其制造成本与维护成本很低。本结构Mz轴与My轴的输入相互独立，两个自由度的运动不相互耦合，如图14与图15是固定Mz轴转动My轴，My轴相对于中心轴线的对称运动角；如图16和图17是固定My轴转动Mz轴，Mz轴相对于中心轴线的对称运动角；图18是Mz和My轴联动的运动转台，可以看出本结构两个输入相互解耦，互不影响，且刀尖的轨迹相对于整机来说，本质上可以看成其处于以O点为球心的球面上，故使用一个球面坐标系即可以很方便正反解算刀尖的运动轨迹，轨迹分析简单，对于控制上来说相对于传统的串联式CA轴和并联式摆头来说具有明显的优势；本结构刀头的摆动角度相对于存并联结构来说显著增加，其工作空间也显著增加。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种三次谐波五轴混联摆头，其特征在于，包括：

固定件；

横向摆动件，其设置在所述固定件上，所述横向摆动件包括第一三次谐波一体机和横向摆动座，所述第一三次谐波一体机连接在所述固定件上，所述横向摆动座连接在所述第一三次谐波一体机上；

纵向摆动件，其设置在所述固定件上，所述纵向摆动件包括第二三次谐波一体机和纵向随动件，所述第二三次谐波一体机连接在所述固定件上，所述纵向随动件连接在所述第二三次谐波一体机上，并且所述纵向随动件与所述横向摆动座连接；

主轴件，其设置在所述纵向摆动件上，所述主轴件包括电主轴，所述电主轴连接在所述纵向随动件上；

其中：所述第一三次谐波一体机先后通过所述横向摆动座和所述纵向随动件带动所述电主轴向横向摆动，与此同时所述第二三次谐波一体机通过所述纵向随动件带动所述电主轴向纵向摆动，进而将所述电主轴上的刀头在空间内移动；

所述纵向摆动件还包括纵向传动件，所述纵向传动件包括第二主动件、第一纵向传动杆、第二随动件和第二纵向传动杆，所述第二主动件设置在所述第二三次谐波一体机上，所述第一纵向传动杆设置在所述第二主动件上，所述第二随动件设置在所述第一纵向传动杆上，所述第二纵向传动杆设置在所述第二随动件上；所述第二主动件包括第二主动法兰和第二主动轴，所述第二主动法兰连接在所述第二三次谐波一体机输出端上，所述第二主动轴一端垂直固定设置在所述第二主动法兰上；所述第一纵向传动杆呈角杆状，所述第一纵向传动杆一端连接在所述第二主动轴另一端上。

2.根据权利要求1所述的三次谐波五轴混联摆头，其特征在于，所述固定件包括固定基座和第一法兰，所述第一法兰固定设置在所述固定基座一端，所述固定基座通过所述第一法兰连接在机床上。

3.根据权利要求2所述的三次谐波五轴混联摆头，其特征在于，所述横向摆动件还包括第一主动件和第一从动件；所述第一三次谐波一体机固定嵌装在所述固定基座上；所述第一主动件包括第一主动法兰和第一主动轴，所述第一主动法兰设置在所述第一三次谐波一体机输出端上，所述第一主动轴一端垂直固定设置在所述第一主动法兰中心处。

4.根据权利要求3所述的三次谐波五轴混联摆头，其特征在于，所述第一从动件包括第一从动座和第一随动件，所述第一从动座设置在所述固定基座上，所述第一随动件设置在所述第一从动座上，并且所述第一从动座轴线与所述第一三次谐波一体机轴线重合；所述第一随动件包括第一随动轴承和第一随动轴，所述第一随动轴承嵌装在所述第一从动座的轴承室内，所述第一随动轴一端嵌装在所述第一随动轴承内；所述横向摆动座侧壁分别连接在所述第一主动轴另一端和所述第一随动轴另一端上。

5.根据权利要求2-4任一项所述的三次谐波五轴混联摆头，其特征在于，所述第二三次谐波一体机固定嵌装在所述固定基座上。

6.根据权利要求5所述的三次谐波五轴混联摆头，其特征在于，所述第二随动件包括第二随动轴和第二随动轴承，所述第二随动轴一端连接在所述第一纵向传动杆另一端上；所述第二随动轴承套装在所述第二随动轴另一端上；所述第二纵向传动杆呈矩形槽状，所述第二纵向传动杆通过中心位置设置的第一纵向轴承室套装在所述第二随动轴承上。

7.根据权利要求5所述的三次谐波五轴混联摆头，其特征在于，所述纵向随动件包括第三随动件和活动基座，所述第三随动件设置在所述横向摆动座和所述第二纵向传动杆上，所述活动基座设置在所述第三随动件上；所述第三随动件设置有四套，所述第三随动件包括第三随动轴和第三随动轴承，其中两个所述第三随动轴一端对称连接在所述横向摆动座上，另外两个所述第三随动轴一端分别连接在所述第二纵向传动杆两端上；所述第三随动轴承设置有四个，四个所述第三随动轴承逐一对应套装在四个所述第三随动轴另一端上。

8.根据权利要求7所述的三次谐波五轴混联摆头，其特征在于，所述活动基座中心处设置有安装贯穿孔；所述活动基座一端面上设置有吊耳，所述吊耳上设置有第二纵向轴承室；所述吊耳设置有四个，四个所述吊耳围绕所述活动基座轴线均匀分布；所述活动基座通过四个所述第二纵向轴承室逐一对应套装在四个所述第三随动轴承上。

9.根据权利要求8所述的三次谐波五轴混联摆头，其特征在于，所述主轴件还包括第一防护罩和第二防护罩，所述第一防护罩设置在所述活动基座上，所述第二防护罩设置在所述固定基座上；所述电主轴安装在所述安装贯穿孔内；所述第一防护罩中心处设置有第一主轴贯穿孔，所述第一防护罩紧固在所述活动基座上，并且所述第一主轴贯穿孔套在所述电主轴外，同时所述第一防护罩圆心与所述横向摆动座圆心重合；所述第二防护罩中心部设置有小半球面，所述小半球面内径不小于所述第一防护罩半径，所述小半球面中心处设置有第二主轴贯穿孔，所述第二防护罩紧固在所述固定基座另一端上，并且所述第二主轴贯穿孔套在所述电主轴外，同时所述小半球面圆心与所述横向摆动座圆心重合。

10.根据权利要求9所述的三次谐波五轴混联摆头，其特征在于，所述第一防护罩与所述活动基座之间设置有第一密封圈，所述第二防护罩与所述固定基座之间设置有第二密封圈；所述小半球面与所述第一防护罩之前设置有第一星型圈和第二星型圈。

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