CN200945556Y - 一种基于三坐标动力头的五坐标数控机床加工中心 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于三坐标动力头的五坐标数控机床加工中心，由底座、支撑板、辅助横梁和运动单元构成，所述的运动单元包括立柱、滑鞍和加工工具，所述的加工工具由固定架、动平台以及空间轴对称均布设置在所述的固定架与动平台之间的三条结构相同的支链构成，所述的加工工具的固定架固定在所述的滑鞍上，所述每一支链由连接杆、第一直线导轨、驱动装置和拖板构成，所述的运动单元至少为两个。本实用新型的加工中心的加工工具为一种空间两转动一平动并联机构，可减少整个模块的质量。同时，该加工中心包含至少两个能够独立运动的运动单元，具有运动质量低、结构紧凑的优点。

Description

一种基于三坐标动力头的五坐标数控机床加工中心

技术领域

本实用新型涉及一种数控机床，特别是涉及一种用于大尺寸工件加工的一种基于三坐标动力头的五坐标数控机床加工中心。

背景技术

根据专利US5183374(或EP0420735、FR2652291)和专利WO9819819(或EP0935510、DE19645324、EP0935510)可知，现有的用于大尺寸工件加工的加工中心，包括底座、支撑板、辅助横梁、立柱、滑鞍和加工工具六部分。此类加工中心的底座、支撑板和辅助横梁三者固定连接，底座上固定设置的至少一条直线导轨作直线运动，为提高加工中心的整体刚度辅助横梁上固定设置有至少一条与底座上导轨平行的直线导轨，立柱能够沿底座及辅助横梁上的直线导轨作相对直线滑移运动；滑鞍上固定设置有加工工具，且能够沿着立柱上固定设置的至少一条直线导轨作相对直线滑移运动，该运动方向与立柱运动方向正交；加工工具可为一固定电主轴或具有一个与立柱和滑鞍运动方向正交的移动自由度的电主轴，通过控制系统对多个运动坐标的联动控制实现对大尺寸工件的加工。为进一步提高此类加工中心的刚度、精度及加速性能，专利US2004194569(或EP1378315、WO02072308、EP1378315)提出了一种以模块化的并联机构为加工工具的龙门式加工中心。

上述加工中心仅具有一个可以沿底座滑移的立柱，其存在的不足是：当加工对象较长时，立柱相对于底座及辅助横梁运动范围较大，使得整个机床非常庞大，且不利于提高机械加工效率。

根据专利US6431802(或WO0025976、EP1123175、CA2349579、DE19850708)可知，现有的加工工具，包括固定架、动平台及三条结构相同的支链，每条支链包括驱动装置、第一直线导轨、拖板、铰链和连接杆五部分。这种并联机构的结构在空间呈轴对称分布，末端执行器与动平台固定连接，导轨方向平行于对称轴，拖板与第一直线导轨通过移动副连接；连接杆一端通过具有三个回转自由度的铰链与动平台连接，另一端通过具有一个回转自由度的铰链与拖板连接，驱动装置和直线导轨固定设置在固定架上，拖板用与伺服电机滚珠丝杠螺母副或其它直线驱动装置驱动。在采用这种结构形式的并联机构中，每个拖板可独立地在伺服电机滚珠丝杠螺母副的驱动下沿直线导轨移动，从而使动平台相对于固定架产生沿对称轴轴线的一个移动和绕垂直于该轴线的两个正交轴线的转动。

由于在上述机构中第一直线导轨与固定架固定连接，其存在的不足是：固定架沿导轨方向上的尺寸较大，当其与其它运动部件连接后一起做高速运动时，将产生较大的惯性负载。

发明内容

本实用新型的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种具有良好刚度、精度和运动性能，能够有效提高机械加工效率、可有效减少固定架沿第一直线导轨方向的尺寸的一种基于三坐标动力头的五坐标数控机床加工中心。

本实用新型的一种基于三坐标动力头的五坐标数控机床加工中心，由底座、支撑板、辅助横梁和运动单元构成，所述的运动单元包括立柱、滑鞍和加工工具，所述支撑板固定连接在所述底座上，所述辅助横梁固定在所述支撑板上，所述底座上固定设置有至少一条直线导轨，所述辅助横梁上固定设置有至少一条直线导轨，且该导轨与所述底座上的导轨相互平行；所述立柱分别与所述底座及辅助横梁上的直线导轨彼此相滑动连接；所述立柱上固定设置有至少一条直线导轨，所述滑鞍与所述立柱上的直线导轨彼此相滑动连接，所述的加工工具由固定架、动平台以及空间轴对称均布设置在所述的固定架与动平台之间的三条结构相同的支链构成，所述的加工工具的固定架固定在所述的滑鞍上，所述每一支链由连接杆、第一直线导轨、驱动装置和拖板构成，所述的运动单元至少为两个，所述第一直线导轨和驱动装置分别固定设置在连接杆上；所述连接杆一端通过具有三个回转自由度的铰链与所述动平台连接，所述拖板与所述第一直线导轨以移动副连接，且通过具有一个回转自由度的铰链与固定架连接，所述具有一个回转自由度的铰链其轴线方向与所述支链对称轴轴线垂直，且与以所述对称轴为轴线的圆柱的径向垂直。

本实用新型的加工中心的加工工具由于将连接杆与驱动装置及直线导轨集成使其成为主动部件，拖板通过仅具有一个回转自由度的铰链与固定架连接，从而构成一种空间两转动一平动并联机构，该机构由于将第一直线导轨与连接杆做成一体，可有效减小固定架沿第一直线导轨方向的尺寸，因而在实现相同自由度和保证相同刚度的情况下，可减少整个模块的质量。同时，该加工中心包含至少两个能够独立运动的运动单元，根据加工需要多个运动单元可以采取串联、平行相对或者其他任意一种布置形式，通过多轴数控系统对多个运动单元各运动坐标的联动控制来实现大尺寸工件加工效率的目的，由于采用多自由度并联机构作为加工工具，本实用新型的加工中心与目前工业应用中的其他采用单纯串联结构的加工中心相比，具有运动质量低、结构紧凑的优点，并且本实用新型的加工中心采用模块化设计，有利于降低其制造成本。

附图说明

图1为本实用新型的实施例中多个运动单元串联布置的结构示意图。

图2为本实用新型的实施例中多个运动单元平行相对布置的结构示意图；

图3为本实用新型的实施例中加工工具的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1-3和具体实施例对本发明作以详细描述。

如附图1所示，X(11)、Y(12)、Z(13)为三个相互正交的笛卡尔坐标轴。本实用新型的加工中心，由底座1、支撑板3、辅助横梁8和至少两个结构相同的运动单元构成，所述的每个运动单元包括立柱4、滑鞍6和加工工具7三部分。所述支撑板3固定连接在所述底座1上，所述辅助横梁8固定在所述支撑板3上，所述底座1上固定设置有至少一条直线导轨2，所述辅助横梁8上固定设置有至少一条直线导轨10，且该所述导轨10与所述底座上的导轨2相互平行；所述立柱4可沿所述底座1及辅助横梁8上的直线导轨2和10作相对于所述底座1及所述辅助横梁8的沿X(11)方向的水平直线滑移运动；所述立柱4两侧固定设置有直线导轨5，所述滑鞍6可沿所述立柱4上的直线导轨5作相对于所述立柱4的沿Y(12)方向的竖直直线滑移运动，且该运动方向与所述立柱相对于所述底座及所述辅助横梁的运动方向正交；所述滑鞍6上固定设置有加工工具7。加工工具7由固定架15、动平台23以及以Z轴为对称轴均布设置在所述的固定架15与动平台23之间的三条结构相同的支链构成。所述的加工工具的固定架15固定在所述的滑鞍6上。所述的三条支链分别由连接杆16、第一直线导轨17、驱动装置18，和拖板20构成，所述的第一直线导轨17和驱动装置18分别固定设置在所述的连接杆16上。所述支链与所述的固定架15和动平台23的连接方式是：所述连接杆16一端通过仅具有三个回转自由度的铰链21与所述动平台23连接，铰链21可以为球铰链；所述拖板20与所述的第一直线导轨17以移动副连接，并通过仅具有一个回转自由度的铰链19与固定架15连接，铰链19的结构形式为在拖板20两端有两个轴19，这两个轴再通过轴承与固定架15连接，这样就构成了一个回转副铰链，所述仅具有一个回转自由度的铰链19其轴线方向与对称轴轴线Z垂直，且与以对称轴Z为轴线的圆柱体的径向垂直。所述动平台23上还固定设置有电主轴22。

所述的每条支链中，连接杆16与动平台23之间仅具有三个回转自由度，连接杆16与拖板20之间仅具有一个相对移动的自由度，拖板20相对于固定架仅具有一个绕铰链19的回转自由度。如图3所示，轴线A、C、Z相互正交，当所述的三条支链同步运动时，动平台23及其上固定的电主轴22可实现沿对称轴Z的移动；当只有位于底部的支链单独运动时，动平台23及其上固定的电主轴22可实现绕轴线C的回转运动；当底部支链静止且上部的两条支链相互反向运动时，动平台23及其上固定的电主轴22可实现绕轴线A的回转运动。

本实施例的加工工具中，驱动装置18采用了伺服电机-滚珠丝杠的结构形式，为连接杆16与拖板20之间提供一个移动自由度，为了达到同样目的，还可以采用直线电机驱动方式，为连接杆16与拖板20之间提供一个移动自由度。当然，在具体实施时，采用其它任意一种可实现相同运动功能的结构形式作为驱动方式都是可以的。

本实用新型的加工工具利用每条支链中连接杆16与动平台23之间的三自由度转动、连接杆16与拖板20之间的相对移动以及拖板20与固定架15之间的单自由度转动，使动平台23实现相对于固定架15的空间两转动一平动运动。

本实施例中，所述立柱4分别与所述底座1及辅助横梁8上的直线导轨彼此相滑动连接；所述的立柱4相对于所述的底座1及辅助横梁8的直线运动由对称固定设置在所述立柱4两侧的驱动装置14提供，所述的驱动装置14采用了伺服电机-减速器-齿轮-齿条的结构形式；所述滑鞍6与所述立柱4上的直线导轨彼此相滑动连接，所述的滑鞍6相对于所述立柱4的直线运动由对称固定设置在所述立柱4两侧的驱动装置9提供，所述的驱动装置9采用了伺服电机-滚珠丝杠的结构形式。为了达到同样目的，所述的驱动装置14和9还可以采用直线电机的驱动方式。当然，在具体实施时，采用其它任意一种可实现相同运动功能的结构形式作为驱动方式都是可以的。

本实施例中，所述的加工中心包含至少两个所述的运动单元，根据加工需要多个运动单元可以采取串联、平行相对或者其他任意一种布置形式，通过控制系统对多个运动单元各运动坐标的联动控制实现对大尺寸工件的加工。

本实用新型的加工中心，与现有技术的加工中心的布置形式相比，其不同点在于：

(1)具有两个以上的运动单元；

(2)多个运动单元采取串联、平行相对或者其他任意一种布置形式。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，采用其它形式的运动单元布置形式、驱动装置以及其他可以作为加工工具的多自由度并联机构不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于三坐标动力头的五坐标数控机床加工中心，由底座、支撑板、辅助横梁和运动单元构成，所述的运动单元包括立柱、滑鞍和加工工具，所述支撑板固定连接在所述底座上，所述辅助横梁固定在所述支撑板上，所述底座上固定设置有至少一条直线导轨，所述辅助横梁上固定设置有至少一条直线导轨，且该导轨与所述底座上的导轨相互平行；所述立柱分别与所述底座及辅助横梁上的直线导轨彼此相滑动连接；所述立柱上固定设置有至少一条直线导轨，所述滑鞍与所述立柱上的直线导轨彼此相滑动连接，所述的加工工具由固定架、动平台以及空间轴对称均布设置在所述的固定架与动平台之间的三条结构相同的支链构成，所述的加工工具的固定架固定在所述的滑鞍上，所述每一支链由连接杆、第一直线导轨、驱动装置和拖板构成，其特征在于：所述的运动单元至少为两个，所述第一直线导轨和驱动装置分别固定设置在连接杆上；所述连接杆一端通过具有三个回转自由度的铰链与所述动平台连接，所述拖板与所述第一直线导轨以移动副连接，且通过具有一个回转自由度的铰链与固定架连接，所述具有一个回转自由度的铰链其轴线方向与所述支链对称轴轴线垂直，且与以所述对称轴为轴线的圆柱的径向垂直。

2.根据权利要求1所述的加工中心，其特征在于：所述的多个运动单元彼此串连设置。

3.根据权利要求1所述的加工中心，其特征在于：所述的多个运动单元彼此平行相对设置。

4.根据权利要求1所述的加工中心，其特征在于：所述立柱与所述底座及所述辅助横梁的滑动连接结构为直线电机结构、齿轮-齿条结构或滚珠丝杠结构。

5.根据权利要求1所述的加工中心，其特征在于：所述滑鞍与所述立柱的滑动连接结构为直线电机结构、齿轮-齿条结构或滚珠丝杠结构。

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