[发明专利]一种具有可重构特性的大行程、高刚度串并混联机床

说明书

本发明涉及一种具有可重构特性的大行程、高刚度串并混联机床，包括固定工作台、X向移动单元、Y向移动单元、举升调节装置、三条结构相同的驱动支链、动平台以及主轴头。其中固定工作台上装有专用夹具，X向移动单元和Y向移动单元由机架和伺服驱动单元组成。其中举升调整装置包括三个结构相同的被动分支和中间主动分支，能够调节并联机构的结构倾角，使得并联机构具有可重构特性。三条结构相同的驱动支链连接举升调节装置和动平台，该空间闭环并联机构能够实现一维移动和两维转动。本发明具有结构对称性好、刚度高、工作空间大、姿态能力强、动态性能好等优点，同时兼顾串联机床和并联机床的优点，可用于大型异构件复杂曲面的五轴加工。

技术领域

本发明属于数控机床领域，具体涉及一种能够满足航空航天领域大型异型结构复杂曲面自由加工的新型具有可重构特性的串并混联机床。

背景技术

针对航空航天领域大型异构复杂空间自由曲面的等厚加工问题，目前仍采用手工铣削的方式，这样势必存在成本高，周期长，加工质量依赖于工人技术的熟练程度，致使难以达到精度的加工要求；传统的三坐标串联机床具有灵活性好，工作空间大等优点，虽在工业中得到广泛的应用，但终究因其机械结构为串联开链，使其执行器输出端容易产生误差累积、精度差，整体刚度也不高，而且任一关节的动作都会带动其它关节的运动，考虑其各级电机的负载，使得输出端的动态响应速度很慢，难以满足高端智能制造装备领域所要求的理想效果；传统的五轴联动机床，在三坐标串联机床的基础上串接两自由度的摆头或配合两自由度旋转工作台加工零件，但其适合于加工结构尺寸小的零件，无法满足大型异型构件的加工。在此背景下，鉴于以并联机构作为主机构的并联机床恰恰具有精度高，累计误差小，刚度大、易于实现高速加工以及具有较好的动态响应特性等优点，在一定程度上克服了传统机床的不足，利用串联机构和并联机构的互补关系，使得五自由度混联机床成为空间复杂异型曲面加工的重要发展趋势。

鉴于航空航天空间复杂异型结构件的整体尺寸较大，选择刚度高、姿态能力强的少自由度并联机构作为串并混联机床的主机构，辅以实现X-Y轴的大行程直线导轨来构成五坐标联动加工的一种混联机床来完成空间复杂多变的零部件的任务作业需求。因此，为了高效率、高精度的完成曲面的加工，获得高刚度、大工作空间、高姿态能力的新型少自由度并联机构具有十分重要的意义。冗余驱动并联机构作为一种特殊的少自由度并联机构，能够提高机床的运动学性能和动力学性能，尤其是刚度特性和动态响应特性。因此，发明一种具有可重构特性的冗余驱动混联机床为大型航空航天异型结构件高速铣削加工提供较好的解决方案。

发明内容

为了满足航空航天领域大型异构空间复杂自由曲面的五轴联动数控加工的任务需求，本发明提出了一种具有可重构特性的冗余驱动串并混联机床，该混联机床具有X向、Y向大的移动行程，Z向运动由举升机构和冗余驱动并联机构两级叠加，具有较大的Z向行程，而且该冗余驱动并联机构具有双重驱动的特性，具有较强的姿态能力，能够通过举升调节机构的运动，不断改变并联机构的结构倾角，使得并联机构具有可重构特性。冗余驱动特性的引入，使得该机床具有较好的运动学性能和动力学性能，能够满足航空航天领域中大型空间复杂异型曲面自由加工所需的精度要求。

本发明提出的一种具有可重构特性的大行程、高刚度串并混联机床，其包括固定工作台、X向移动单元组件、Y向移动单元组件、举升调节装置、三条相同的驱动支链、动平台以及主轴头，其特征在于：所述固定工作台上装有专用夹具，在固定平台侧面设有X向“回”型移动单元组件，在“回”型移动单元组件的机架上安装两个相同的滚珠丝杠驱动单元组件，将滚珠丝杠驱动单元组件的滑块和螺母连接块与Y向“回”型移动单元组件相连接，在Y向“回”型移动单元组件的机架上双侧装有滚珠丝杠驱动单元组件，将其上的螺母连接块和滑块与连接板相连接，连接板的另一端与举升调节装置的固定平台相连接，三条结构相同的驱动分支一端连接举升装置，另一端连接动平台，在动平台末端安装主轴头；