高速卧式三轴混联机床结构

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技术领域\n本发明属机械制造技术领域，特别涉及一种具有综合功能、基于滑块驱动的混联机床结 构设计。\n背景技术\n在机械制造领域中，传统的机械结构例如切削机床，都具有固定的导轨，它们的基本运 动方式是使刀具或工件沿着固定的导轨运动。传统设备共有的这种运动模式带来了许多固有 的缺陷，如传统机床必须具有高刚度的粗笨沉重的床身、立柱等支撑构件和高精度的固定于 支撑构件的导轨系统，致使机床重量大、价格高、搬动移动困难。另外，传统机床串联式的 机械机构设计使空间运动需靠每个方向运动的相互迭加来实现，易产生误差积累，降低了终 端精度。\n近十年来，国际上出现了一种新概念机床——并联机床(Parallel Machine Tool)。并联 机床是国际上数控研究领域非常关注的热点课题，国内外学者作大量的研究工作。并联机床 是知识密集、智力密集、技术密集的机电一体化高技术产品，是并联机器人、数控机械、计 算机控制、精密测量、数控加工等多学科应用技术的交叉。并联机床采用并联结构，可以实 现多坐标联动数控加工、装配和测量等多种功能，具有模块化程度高、运动部件质量轻、精 度高，响应快，制造成本低等优点。与传统机床相比，并联机床因采用了刀具运动的形式， 从而改善了其速度、加速度、精度和刚度等性能。\n然而，与传统机床相比较，基于纯并联结构的并联机床作业空间与机床总体积比小，且 机床加工刀具的可实现姿态能力也相对较小。因此，如何保证并联机床作业空间和刀具的可 实现姿态能力成为了研制并联机床首先需要解决的问题。另外，若能从构型上保证机床的高 速特性，对并联机床最终实现高的加工速度也具有重要作用。\n发明内容\n本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，借鉴并联机床和传统机床的优点，提出 一种基于串并联结构的混联机床，使其既具有切削、磨削、移载、装配等多种功能，又具有 简单的结构、良好的加工工艺性、更大的作业空间、更快的进给速度，优先的加工方向等优 点。\n本发明设计的一种高速三轴混联机床结构，包括1条水平导轨，2个安装在该导轨上的 滑块，驱动该滑块在导轨中运动的2个直线驱动单元，2个定长杆，1个安装在定长杆上的 主轴机构。所说的2个定长杆的一端被铰链连接在一起，另一端分别与所说的一个滑块相连 接，形成并联闭链结构。所说的主轴机构可以进行伸缩运动，但在驱动上与该并联闭链结构 互相独立，机构最终可实现三个方向的平动运动。\n本发明的特征之一在于：两定长杆和导轨形成三角形，根据三角形的稳定性原理，此并 联闭链结构具有很高的刚度。由于主轴机构安装在其中一个定长杆上，从而充分利用了此并 联闭链结构所具有的高刚度特性。\n特征之二在于：机构滑块的安装方式保证了滑动方向是加工的优先方向，特别适合加工 一些特殊工件，如长形复杂工件。\n特征之三在于：两定长杆由与之相连的滑块驱动，也称为外副驱动。可知定长杆的伸长 方向容易进行热影响校准。\n特征之四在于：此机构的主运动机构为一平面机构。由于结构简单，可以对机构进行深 入的理论分析，取得最优的设计参数，也为机构的实时控制提供了条件。\n本发明的内容主要体现在平面并联闭链结构，安装在其中一个定长杆上的主轴机构。\n附图说明\n图1为本发明的总体结构示意图。\n图2为主轴机构示意图。\n具体实施方式\n下面结合附图，详细介绍本发明的一种高速卧式三轴混联机床的结构及工作原理。\n如图1所示，本实施例由定长杆4、6，主轴机构5，滑块3、7，导轨1构成平面并联闭 链结构。由于采用框架结构，整个结构的重量很轻。\n定长杆4、6，与之相铰接的滑块3、7，加上导轨1组成的一个三角形平动结构，根据三 角形所固有的稳定性，可知结构具有很好的刚性。当滑块3、7改变位置时，杆4、6的铰接 点也随着相应改变，同时杆4、6的位置和姿势也相应改变，进而带动固定在杆6上的主轴机 构5位置和姿势的变化。\n直线驱动单元2、8分别驱动滑块3、7在水平导轨1上滑动。可知滑块滑动方向是机床 的优势运动方向，该方向与其它运动方向充分的解耦，特别适于长形工件的加工。由于是滑 块驱动，可以对定长杆4、6进行长度方向上方便的热校准。\n主轴机构5固定在杆6上，充分利用了三角形平动结构的高稳定性和高刚度特性。\n如图2所示，具有移动功能的主轴机构5由主轴电机10和主轴箱体9组成，其中主轴箱 体9包括驱动主轴伸缩运动的部件。主轴电机的运动方向与并联闭链结构所在平面的法线方 向一致，有效扩大了机床的加工范围。另外，主轴电机的运动在驱动上与并联闭链结构相互 独立。\n本实施例中定长杆4、6均为950mm，导轨1的有效滑动行程为2350mm，主轴电机中心点 的可达域为500*500*300mm(X×Y×Z)，其中Z方向为主轴电机的伸缩方向。