[发明专利]一种大摆角龙门式五轴联动混联机床

说明书

本发明属于机械制造技术领域，具体涉及一种大摆角龙门式五轴联动混联机床，解决了传统数控机床及现有并/混联机床刀具摆角受限、在加工细长类整体结构件方面存在的灵活性差、刚度及精度低等弊端。其包括长直导轨、并联加工模块；并联加工模块形成一个空间并联闭环机构；并联加工模块通过四个输入驱动实现动平台在XZ平面内的两维移动和转轴在动平台上平面内的两维转动，并联加工模块在Y轴方向添加有使并联加工模块沿Y轴方向滑动的输入驱动，使并联加工模块的动平台实现五轴联动运动。本发明具有结构简单、工作空间大、动平台灵活性好、刚度精度高、Y轴方向驱动负载变化小、动态性能好、可重构性强和模块化程度高等优点。

技术领域

本发明属于机械制造技术领域，具体涉及一种大摆角龙门式五轴联动混联机床，是一种能够应用于数控加工领域的可实现细长整体结构件大摆角精密加工的多轴联动装置。

背景技术

并联机构是由多个支链构成的闭环机构，相对于传统的串联机构具有以下优点：并联机床作为一种以并联机构为机械本体的制造装备，出现于上世纪90年代末。随着并联机构理论研究的不断深入及数控技术、自动化技术和计算机技术的不断发展，并联机床逐渐成为一种重要的新型制造装备而应用于现代制造业中。并联机床与传统串联机床相比，具有更高的刚度重量比、更快的响应速度、更高的加工精度。从而更适用于高速、精密、重载情况下的加工。并且其模块化程度高、易重构、柔性好，从而更易于降低加工成本。但是并联机床存在着相对工作空间小、加工范围有限等这样的缺点，从而限制了其应用领域。鉴于并联机构与串联机构在构型上面的对偶关系，人们想到了将并联机构和串联机构进行组合，从而提出了混联机构的构型，并将混联机构作为数控机床的机械本体生产新型混联机床。混联机床集并、串联机床的优势于一身，同时又避免了并、串联构型各自的缺点，在现代制造业中更具实用性。正因如此，这类基于并联机构或含有并联模块的五轴联动混联加工中心得到了广泛关注和研究，并逐步成为高速、高精度、高灵活度数控机床的发展趋势。

近年来，应用于航空航天、铁路运输、国防军工等领域的细长类整体结构件例如：飞机的机身、机翼、肋条、火车车厢等的整体设计原则越来越受到了重视。整体设计的基本概念是，从一块整体毛坯上将金属切除，从而获得性能优越的整体结构件。它的优点不仅是缩短了加工装配的周期和物流链，同时也减轻了结构件的重量。这种细长类整体结构件大都零件去除率高，且形状复杂、多孔、壁厚薄。为了完成这种复杂加工必须使用五轴联动的数控机床，且对机床性能要求较高。由于传统数控机床在复杂细长整体结构件加工方面存在弊端，寻找新型高效的加工机床成为一个迫切的任务。鉴于混联机床存在着适用于高速、高精、重载加工的优势，发展新型混联机床将成为一种有效的解决措施。

在2009 年初开始实施的“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项中，将并联机构功能附件以及装备有此类功能部件的五轴联动加工中心作为其中的课题之一。可见，并联模块是此类装备研发的关键。从加工灵活度和加工效率的角度讲，并联模块应具备很高的转动灵活度，以动平台转动能力达到90°为最佳(以期实现立卧转换、五面加工)，而这恰恰是传统并联机构的局限性所在，最具影响力的Sprint Z3 并联主轴头的转动能力也仅为40°(不能实现严格意义上的五面加工)。可见，在保证高刚度的前提下突破传统并联机构摆角受限是在此类装备的研发过程中亟待突破的瓶颈性问题。

本发明针对传统数控机床及现有并/混联机床在加工细长类整体结构件方面存在的弊端，提出一种以模块化四自由度并联机构为主体辅以长直导轨实现五轴联动加工的混联构型机床。此机床应用于细长类整体结构件加工具有结构简单、工作空间大、动平台灵活性好、刚度精度高、Y轴方向驱动负载变化小、动态性能好、可重构性强和模块化程度高等优点。能够实现对复杂细长整体结构件的五轴联动加工。

发明内容