[发明专利]一种四分支燕形五轴加工设备

说明书

技术领域

本发明属于数控机械加工领域，特别涉及一种数控五轴加工设备。

背景技术

五轴加工中心，是一种科技含量高、精密度高专门用于加工复杂曲面的加工中心，这种加工中心系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业有着举足轻重的影响力。目前，五轴联动数控加工中心的机械结构主要是以串联和混联的形式组成，串联机床的五轴铣削加工中心多数靠X、Y、Z三个方向的直线运动加串联双摆头或者是两自由度工件装卡分度转台的方式来提供五个自由度，这造成了五轴加工中心具有刚度较低，承载力较小等一系列缺点。并联机构具有刚度重量比大，制造成本低等优点，近二十年来国内外已研发出多种机型样机，其中基于六自由度的Stewart平台机构设计开发样机较多，有些已经应用，但存在分支多，工作空间小等不足。串并混联机床应用少自由度并联机构分支少，工作空间大的优点，大多数通过在三自由度并联机构加串联双摆头的方式来提供五个自由度，双摆头运动空间大，但高精度双摆头体积大、成本高，影响了其应用推广。公开号为CN102490187 A的专利提出了一种新型五自由度并联机械手，此发明虽然全部利用并联机构来满足五自由度，但执行端灵活空间小。公开号为CN104029196 A的专利提出了一种三转动一移动四自由度并联机构，其四分支结构刚度较好，但加工中心并不需要三个转动自由度。公开号为CN1958229 A的专利提出了一种五自由度并串联数控机床，采用四个伸缩分支的并联机构串联摆动伺服轴实现了五轴联动；当固定平台上的万向铰位置和运动平台球铰、转动副为矩形且四个伸缩分支等长度时并联机构发生结构奇异；为了避免机构奇异，如该发明实施例附图中所示，其采用运动平台和固定平台铰座位置为反向梯形分布，运动平台上两个转动副相邻布置在梯形下底边，两个球铰相邻布置在梯形上底边，这种布置虽理论上离开奇异点，但由于仍然离奇异点相对较近，使运动平台各向刚度不一致，绕垂直于固定平台轴线扭转的刚度较低，球副相邻布置使得机床灵活空间较小，以上因素使得其难以满足并联机床工程实际上的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种工作空间大，各方向移动和扭转刚度大，节约成本，安装方便的四分支五轴加工设备。

本发明包括主轴、单摆头、动平台、四条直线驱动分支、机架、一个第一转动框和两个第二转动框；所述四条直线驱动分支均为直线模组驱动。

第一种连接方式：

所述机架由门字形前框和其后与其连为一体的弓形后框组成，所述第一转动框设在机架弓形后框的框内，该第一转动框通过转动副与机架相连，该转动副轴线位于机架左右对称面内且与工作台平面夹角为0°到45°，两条第一直线驱动分支的直线模组滑块的两端分别通过转动副与第一转动框的上下两端连接，该两条第一直线驱动分支的一端为驱动电机，其另一端分别通过转动副与动平台的上端和下部连接，上述两条第一直线驱动分支中的四个转动副轴线互相平行且垂直于第一转动框转动轴线；所述两个第二转动框设在机架弓形框架顶部两侧，所述两个第二转动框分别通过转动副与机架连接，两条第二直线驱动分支的直线模组滑块的两端分别通过转动副与第二转动框连接，该两条第二直线驱动分支的一端为驱动电机，其另一端分别通过球副与动平台的左右两侧连接，单摆头设在动平台上且转动轴线垂直于上述与动平台连接的两个转动副轴线，主轴固定在单摆头上。

第二种连接方式：

所述机架为弓形框架，所述第一转动框设在机架弓形框架顶部左右对称面内，该第一转动框通过转动副与机架相连，该转动副轴线位于机架左右对称面内且与工作台平面夹角为0°到45°，两条第一直线驱动分支的直线模组滑块的两端分别通过转动副与第一转动框的上下两端连接，该两条第二直线驱动分支的一端为驱动电机，其另一端分别通过转动副与动平台的上、下两端连接，上述两条第一直线驱动分支中的四个转动副轴线互相平行且垂直于第一转动框转动轴线；所述两个第二转动框位于机架下部两侧且分别通过转动副与机架相连，两条第二直线驱动分支的直线模组滑块的两端分别通过转动副与第二转动框连接，该两条第二直线驱动分支的一端为驱动电机，其另一端分别通过球副与动平台的左右两侧连接；单摆头设在动平台上且转动轴线垂直于上述与动平台连接的两转动副轴线，主轴固定在单摆头上。

本发明通过设置第一转动框将两个与动平台转动副连接的直线驱动分支装配成带有摆轴的平面机构主体，称之为燕身；另外两个直线驱动分支(燕翅)通过第二、第三转动框设置在平面机构主体(燕身)两侧、第一转动框的上部(燕翅向上)或下部(燕翅向下)，两个球铰安装在动平台两转动副中心连线两侧。