[发明专利]一种五自由度并联机床

说明书

本发明涉及一种五自由度并联机床，属于数控装置制造技术领域。包括安装电主轴的动平台、基座、立柱、顶板、以及连接所述顶板和动平台之间的第一、第二、第三、第四和第五支链。所述顶板、动平台、第一、第二、第三、第四和第五支链，形成一个空间并联闭环机构，通过驱动五条支链，实现动平台三自由度移动和两自由度转动，最终完成多轴联动加工。该结构形式结构简单，灵活性好，承载能力高，容易控制，在机器人和高端数控制造装备领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于机械制造技术领域，特别涉及一种五自由度并联机床。

背景技术

在现代机械制造领域，零部件结构设计和加工工艺日渐复杂，空间自由由面类零部件在很多重要的领域得到了广泛的应用，例如飞机、轿车、涡轮的叶片等。为了获得更好的转动灵活性和加工柔性，现代机床应该具有至少五轴联动的加工能力，因此，五自由度的机床在国民经济和国家安全中起着重要作用。传统机床的结构一般是串联形式的，存在运动部件质量大、误差积累等问题。并联机构是动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。它具有机构刚度大、惯性小、结构紧凑、单位质量承载能力强、末端部件质量轻、位置误差不积累、易于实现高速运动等特点，所以得到了广泛关注。

目前，三自由度和六自由度的并联机床在市面上相对广泛，但是五自由度的并联机床较少。与六自由度的并联机床或机器人相比，五自由度并联机床有着结构更简单、驱动部件更少、运动学简单、更易于控制、容易实现较大工作空间等优点，并且也能满足复杂曲面的加工要求。但是，具有实用价值并成功应用的五自由度并联机构案例很少，目前在工业中用于实际生产的只有德国Metrom公司的五轴并联机床产品。其他并联机床更多是三自由度并联模块与其他机构组成的混联机床。

发明内容

针对机械制造领域中多轴机床的发展情况，为了解决上述现有技术中全并联五自由度并联机构构型综合困难等问题，本发明的目的在于提供一种五自由度并联机床，能够实现五轴联动控制，实现复杂零件的曲面加工以及一次装夹完成五面加工，具有重要意义。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种五自由度并联机床，其特征在于，该机构包括电主轴、动平台、基座、立柱、顶板、第一支链、第二支链、第三支链、第四支链和第五支链；所述第一支链、第二支链、第三支链、第四支链和第五支链分别与顶板和动平台连接，进而形成一个空间并联闭环机构；所述的第一支链、第二支链、第三支链、第四支链和第五支链均包括上铰链座、上铰链连接件、伸缩杆缸体、伸缩杆节臂、旋转连接件、下铰链连接件和下铰链座；所述的顶板和上铰链座固连，所述的上铰链座和上铰链连接件通过第一转动副连接，所述的上铰链连接件和伸缩杆缸体通过第二转动副连接，所述的第一转动副的转动轴线和第二转动副的转动轴线相互垂直，所述的伸缩杆缸体和伸缩杆节臂通过移动副连接，所述的旋转连接件和下铰链连接件通过第三转动副连接，所述的下铰链连接件和下铰链座通过第四转动副连接，所述的第三转动副的转动轴线和第四转动副的转动轴线相互垂直，所述的下铰链座和动平台固连；所述的第一支链的伸缩杆节臂和旋转连接件通过第五转动副连接，所述的第一支链的第三转动副的转动轴线、第四转动副的转动轴线和第五转动副的转动轴线相互垂直；所述的第三支链和第四支链与第一支链结构相同；所述的第二支链的伸缩杆节臂和旋转连接件固连，所述的第五支链与第二支链结构相同，所述的第二支链的第一转动副轴线和第五支链的第一转动副轴线共线，所述的第二支链的第四转动副轴线和第五支链的第四转动副轴线共线；所述的第二支链的第二转动副的转动轴线和第三转动副的转动轴线与第五支链的第二转动副的转动轴线和第三转动副的转动轴线相互平行。

所述的一种五自由度并联机床，其特征在于，所述的第一支链、第三支链和第四支链的第一转动副、第二转动副可由一个虎克铰代替；所述的第一支链、第三支链和第四支链的第三转动副、第四转动副、第五转动副可由一个球铰代替。