[发明专利]三次谐波五轴混联摆头

说明书

本发明公开了一种三次谐波五轴混联摆头，包括：固定件；横向摆动件，所述横向摆动件包括第一三次谐波一体机和横向摆动座；纵向摆动件，所述纵向摆动件包括第二三次谐波一体机和纵向随动件；主轴件，所述主轴件包括电主轴，所述电主轴连接在所述纵向随动件上；其中：所述第一三次谐波一体机先后通过所述横向摆动座和所述纵向随动件带动所述电主轴向横向摆动，与此同时所述第二三次谐波一体机通过所述纵向随动件带动所述电主轴向纵向摆动，进而将所述电主轴上的刀头在空间内移动。本发明结构简单、刚度高、体积小、重量轻、输出的扭矩大、输出的精度高、承载能力大、惯量低、具备高速加工能力、制造成本和维护保养成本低。

技术领域

本发明涉及机床附件技术领域，更具体地说，本发明涉及一种三次谐波五轴混联摆头。

背景技术

五轴联动加工摆头是高端机床中的末端执行元件，它能带动末端的加工刀头实现比较复杂的运动轨迹，实现对某些有复杂表面特征的零件进行精密加工。目前五轴联动加工摆头从结构组成上来说主要有两种形式，即：使用2个旋转驱动源，且两驱动源轴线相互正交，两轴在结构上可以看成相互串联的CA摆头；使用3个直线驱动源，且3个直线驱动源结构上可以看成相互并联的联动摆头。其中使用2个旋转驱动源，且两驱动源轴线相互正交，两轴在结构上可以看成相互串联的CA摆头，其C轴固定在机床Z轴上，A轴与电主轴相连，C轴和A轴的运动相互独立，在加工时可以一个关节固定，一个关节运动，也可以两个关节一起联动，这种形式的摆头一般使用在立式机床上，具有结构紧凑，加工角度范围大且灵活，加工精度高，2个关节在控制上相互解耦，控制系统成熟，但是其缺点如下：其一，由于串联机构的运动误差是每个关节连接件的误差一一叠加的结果，其要达到末端输出的高精度则对各个关节位置的零件与驱动装置的精度要求极高，导致成本很大；其二，由于串联关节本身结构的特殊性，要保证整机的良好刚性，则对于单个关节的支撑件一般都采用高刚性的铸件，导致单关节的重量大，惯量大，这就导致了串联关节一般不能进行高速运动操作，限制了其高速加工性能；其三，其内部结构复杂，制造装配工艺要求高，一旦发生撞击或撞刀事故，维修起来很复杂，这就使得其整体的使用成本昂贵。使用3个直线驱动源，且3个直线驱动源结构上可以看成相互并联的联动摆头，其3个直线运动结构一端活动铰链固定在基座上，一端活动铰链固定在输出盘上，3个直线运动结构成圆周均布，通过控制3个杆的联动伸缩来实现末端运动盘的姿态变化，进而带动电主轴的末端刀头的姿态和空间位置变化进行对复杂加工要素的加工，其相对于串联结构的优点如下：其结构较串联机构简单，整机零件与部件较少，且其部件高度模块化，一般采用通用部件，易于组装和维修；其刚度质量比好于串联机构，在同等自身质量下，其结构支链共同且同时承载，可以承受比串联结构更大的载荷，且其采用并联闭环杆系结构，在静态平衡情况下，传统构件在理论上可以看成仅受拉压载荷的二力杆，因而有效利用了杆件的刚度，具有很高的承载能力；其运动部件惯性较低，适用于高速加工；其各支链可起到误差均化作用，提升加工精度；其相对于串联结构，其易磨损的被动关节位置是标准部件，易于更换，其使用和维修成本比串联机床要低的多。但是并联机构也有其缺点如下：其一，并联机构的轨迹分析复杂，工作空间小，且其理论和应用还远远不够成熟，在实际使用中，不能体现并联机构的优越性，不能推广生产；其二，并联机构加工头目前都是应用是实验研究，在市场上的并联结构加工头由于设计不当和刚度不足，机械产品缺乏市场；其三，传统的机械控制系统一般是针对串联机构设计的，而适用于并联结构加工头的控制器尚未完全成熟。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供一种三次谐波五轴混联摆头，具体采用如下的技术方案：

一种三次谐波五轴混联摆头，包括：

固定件；

横向摆动件，其设置在所述固定件上，所述横向摆动件包括第一三次谐波一体机和横向摆动座，所述第一三次谐波一体机连接在所述固定件上，所述横向摆动座连接在所述第一三次谐波一体机上；