专利名称：实现多方位立卧加工的三轴并联主轴头机构的制作方法
技术领域：
本实用新型属于机械领域，涉及一种并联机构，特别涉及一种并联机床和串联与并联相结合的混联机床的多方位立卧加工的三轴并联主轴头机构。
背景技术：
近年来美国率先推出了六轴完全并联机床，各国先后相继推出了一些完全并联机床或串联与并联相结合的混联机床。完全并联机床的突出优点是运动质量小，速度快，比刚度高；运动误差不累加，精度高。其表现突出的缺点之一是回转运动的作业范围小，完全并联的六轴并联机构的回转范围只有30°～60°左右；由德国DST公司设计，美国辛辛那提公司生产的称为“Z3主轴头”的主轴机构是采用的三轴并联机构，其回转范围扩大了，可以达到±40°，但仍不能实现立式和卧式加工功能。
研究开发转动范围大于90°，可实现立、卧加工的并联主轴头机构，对发挥并联机构原理的优点，推动并联机床及混联机床的创新研究开发具有重要意义。
发明内容
本实用新型的目的在于，提供一种多方位立卧加工的三轴并联主轴头机构，该主轴头机构兼有并联机构原理的优点，同时两个回转轴的回转范围又都大于90°，以实现多方位立卧加工。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是，一种实现多方位立卧加工的三轴并联主轴头机构，由三个分支组成，具体由定平台，三个回转副组件，三个移动副组件，三个杆组件，三个球面副组件，动平台组件及主轴部件构成；其特点是，三个回转副组件呈120°分布并与定平台连接，三个回转副组件分别与三个移动副组件连接，三个移动副组件分别和三个杆组件连接，三个杆组件分别与三个球面副组件连接，三个球面副组件呈120°分布并与动平台组件连接，主轴部件安装在动平台组件上；动平台组件6带动主轴部件7可相对定平台1作Z轴纵向移动和进行A轴及B轴的转动。
本实用新型的其他一些特点是，三轴并联主轴头机构的A轴和B轴的转动范围大于90°。
三个移动副采用伺服电机驱动，亦可采用液压驱动。
主轴部件可采用交流伺服电主轴，也可采用交流变频电主轴。
所述伺服电机驱动为交流伺服或直流伺服或步进电机。
回转副和移动副的位置可以对调。
该三轴并联主轴头机构既有并联机构进给速度高、比刚度高、精度高的优点，避免了并联机构的转动范围小的缺点，同时还具有A轴和B轴转动范围大的优点，均大于90°，可实现多方位立卧加工。其原理可适用于3-RPS和3-PRS原理的三轴并联主轴头机构。
图1(a)(b)(c)是本实用新型的原理图；图2是本实用新型用于3位3-RPS原理的三轴并联主轴头机构的结构图。
图3是本实用新型用于3位3-PRS原理的三轴并联主轴头机构结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
依照本实用新型的技术方案，一种实现多方位立卧加工的三轴并联主轴头机构，由三个分支组成，具体由定平台1，三个回转副组件2，三个移动副组件3，三个杆组件4，三个球面副组件5，动平台组件6及主轴部件7构成；回转副组件2呈120°分布并与定平台1连接，三个回转副组件2分别与三个移动副组件3连接，三个移动副组件3分别和三个杆组件4连接，三个杆组件4分别与三个球面副组件5连接，三个球面副组件5呈120°分布并与动平台组件6连接，主轴部件7安装在动平台组件6上；动平台组件6带动主轴部件7可相对定平台1作Z轴纵向移动和进行A轴及B轴的转动。
本实用新型的技术原理如下主轴头并联机构为3-RPS原理，参见图1(a)，共有成120°分布的三个分支，每个分支由回转副R，直线移动副P，杆L，球面副S组成，三个分支的上端与定平台相连，下端与动平台相连，主轴部件安装在动平台上。P为主动关节，有动力源驱动，R及S为被动关节。动力源驱动三个P关节运动，则可使动平台带动主轴部件沿Z轴直线移动和作A轴(绕X轴)转动及B轴(绕Y轴)转动的回转运动。
取其中一个分支第i个分支，参见图1(b)，其回转关节为Ri，球关节为Si。三个R关节的轴线所决定的平面称虚拟定平台，安装R关节的实体零件成为实体定平台，三个球关节球心点所决定的平面称为虚拟动平台，连接三个球关节的实体零件称为实体动平台。令回转关节Ri与实体定平台的倾角为αiR，杆Li与虚拟动平台的倾角为αiL，球关节Si与实体动平台的倾角为αiS，主轴部件与实体动平台的倾角为αm，其中倾角αiR在机构的作业过程中是变化的。通过配置和优化匹配αiR，αiL，αiS和αm，即可使该并联主轴头机构的A轴和B轴的转动范围大于90°，由于二个回转轴转动范围都大于90°，故可实现多方位的立式和卧式加工。
以上技术同样适用于图1(c)的3-PRS三轴并联主轴头机构。
参见图2，三轴并联头机构由定平台1、三个回转运动副组件2、三个直线移动副组件3、三个杆组件4、三个球面副组件5、动平台组件6、主轴部件7构成，其中三个分支呈120°分布，每个分支的回转运动副组件2与定平台1连接，直线移动副组件3与回转副组件2连接，杆组件4和移动副组件3连接，每个杆相对定平台可作纵向移动和一个单自由度的回转运动；球面副组件5与杆组件4连接，动平台组件6和三个分支的三个球面副组件5连接，动平台相对定平台可实现一个纵向直线移动和两个转动；主轴部件7安装在动平台6上，与动平台一起运动，可实现多方位立卧加工。
实施例1图2为3-RPS型三轴并联主轴机构的结构图，图中的定平台1与三个成120°分布的回转副组件2连接，三个回转副组件2分别与三个移动副组件3连接，三个移动副组件3分别与三个杆组件4连接，三个杆组件4分别与三个球面副组件5连接，三个球面副组件5成120°分布与动平台6连接，动平台6与主轴部件7连接。三个移动副为主动运动副，分别由伺服电机驱动，亦可采用液压驱动，主轴部件采用交流伺服电主轴，亦可采用变频电主轴。
实施例2图3为3-PRS型三轴并联主轴机构的结构图，其实施方法与图2相似，不同的是该并联主轴头机构的直线移动副在前，回转副在后，该机构的A轴及B轴同样也超过了90°，可以实现立卧加工。
权利要求1.一种实现多方位立卧加工的三轴并联主轴头机构，由三个分支组成，具体由定平台1，三个回转副组件2，三个移动副组件3，三个杆组件4，三个球面副组件5，动平台组件6及主轴部件7构成；其特征在于，回转副组件2呈120°分布并与定平台1连接，三个回转副组件2分别与三个移动副组件3连接，三个移动副组件3分别和三个杆组件4连接，三个杆组件4分别与三个球面副组件5连接，三个球面副组件5呈120°分布并与动平台组件6连接，主轴部件7安装在动平台组件6上；动平台组件6带动主轴部件7可相对定平台1作Z轴纵向移动和进行A轴及B轴的转动。
2.根据权利要求1所述的实现多方位立卧加工的三轴并联主轴头机构，其特征在于，三轴并联主轴头机构的A轴和B轴的转动范围大于90°。
3.根据权利要求1所述的实现多方位立卧加工的三轴并联主轴头机构，其特征在于，三个移动副3采用伺服电机驱动，亦可采用液压驱动。
4.根据权利要求1所述的实现多方位立卧加工的三轴并联主轴头机构，其特征在于，主轴部件7可采用交流伺服电主轴，也可采用交流变频电主轴。
5.根据权利要求3所述的实现多方位立卧加工的三轴并联主轴头机构，其特征在于，所述伺服电机驱动为交流伺服或直流伺服或步进电机。
6.根据权利要求1所述的实现多方位立卧加工的三轴并联主轴头机构，其特征在于，所述回转副2和移动副3的位置可以对调。
专利摘要本实用新型公开了一种可实现多方位立卧加工的三轴并联主轴头机构，由定平台，三个回转副组件、三个移动副组件、三个杆组件、三个球面副组件、动平台组件及主轴部件组成。三个呈120°分布的回转副组件与定平台连接，三个移动副组件分别与三个回转副组件连接，三个杆组件分别与三个移动副组件连接，三个球面副组件分别与三个杆组件连接，动平台组件与呈120°分布的三个球面副组件连接，主轴部件安装在动平台组件上。动平台组件带动主轴部件可相对定平台作Z轴纵向移动和进行A轴及B轴的转动。该机构并联机构进给速度高、比刚度高、精度高的优点，A轴和B轴转动范围均大于90°，可实现多方位立卧加工。适用于3－RPS和3－PRS原理的三轴并联主轴头机构。
文档编号B23Q41/00GK2691776SQ20042004160
公开日2005年4月13日 申请日期2004年3月1日 优先权日2004年3月1日
发明者黄玉美, 程祥, 樊泽明, 高峰 申请人:西安理工大学