专利名称：两维移动两维转动并联运动平台的制作方法
技术领域：
本实用新型属于数控机床技术领域，特别是涉及一类两维移动两维转动并联运动平台结构。
背景技术：
传统的数控机床采用串联式结构，造成机床体积大、零部件多、结构复杂，由于各传动链串联而成，因而存在误差累积，加工精度难以提高。并联机器人机构由于具有刚度重量比大、承载能力强、误差累积小、动态性能好、结构紧凑等特点，近年来被广泛应用于数控机床、微动操作台、模拟器及航天器对接等技术领域。在并联机床应用方面，目前，三自由度和六自由度并联机床的应用已经非常广泛，能够提供五自由度的并联机床机构也已经得到重视。具有两维移动两维转动的四自由度并联机构，由于需要附加一维平动才可实现五坐标加工运动，因此一直没有得到重视。
无论是串联式结构机床还是并联式结构机床，绝大多数机床的加工原理都是刀具驱动完成加工，即通过在动平台上安装主轴电机，从而带动刀具运动来实现对工件的加工。而工件驱动加工型并联机床则是将工件放置到动平台上，通过动平台作加工主运动再配合刀具的辅助运动来实现对复杂曲面工件的加工，这类机床是并联机床结构技术的新发展，目前用于工件驱动加工型并联机床的少自由度并联运动平台还比较少。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种两维移动两维转动并联运动平台结构，该平台具有结构简单、刚性好、易于控制以及动态性能好等特点。
为达到上述目的，本实用新型是通过下述方案加以实现的。并联运动平台包括固定平台、可放置加工工件的动平台和连接于固定平台和动平台之间的五个分支组成。固定平台通过四个结构完全相同的分支以及一个约束分支与动平台相连，构成空间并联闭环结构，其中四个结构完全相同的分支位于动平台周围，每个分支的结构均为固定平台通过球铰或虎克铰与一根连杆相连接，这根连杆通过移动副与另一连杆相连接，该连杆再通过球铰与动平台相连；约束分支位于动平台中央，其结构为连杆一端通过虎克铰与动平台相连，另一端固连到一个移动副或转动副上，而该移动副或转动副又串联到与固定平台固联的另一个移动副上。四个对称布置的分支可由电机加丝杠螺母传动副驱动或由液压缸传动装置驱动或直接由直线电机驱动，该四个分支长度可伸缩变化。
位于动平台中央的约束分支上端通过虎克铰与动平台相连，下端可由两个方案来实现，方案一是由两个移动方向相互垂直的移动副实现，位于下方的移动副与固定平台相连，而位于上方的移动副则与约束分支固连，约束分支与动平台相连的虎克铰的第一个转动副的轴线与其中一个移动副的移动方向平行。两个移动方向相互垂直的移动副均可由导轨和丝杠组成的移动平台来实现。方案二是通过一个转动副和与固定平台固联的一个移动副来实现，转动副轴线方向与移动副移动方向平行，约束分支与动平台相连的虎克铰的第一个转动副的轴线与移动副的移动方向平行。其中移动副可由导轨和丝杠组成的平台来实现，转动副可通过与丝杠相配的螺母上安装转动副来实现。
本实用新型的有益效果是克服了具有约束分支的刀具驱动加工型并联机床主轴电机与约束分支发生干涉的可能性。在本实用新型并联运动平台上放置加工工件，可使工件作四坐标运动，加上刀具可沿z向移动，这样可以实现五坐标的加工功能。利用该平台结构可实现对现有普通三坐标数控铣床向高性能的五坐标并联机床的技术改造，使技术改造后的机床具有五坐标加工空间复杂曲面的能力。而且由于并联运动平台提供的高刚度，使机床加工的动态性能得到改善，从而使工件获得高的加工精度。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的结构原理示意图。
图2是本实用新型第一个实施例的结构示意图。
图3是本实用新型第二个实施例的结构示意图。
图中1.固定平台，2.虎克铰(或球铰)，3.连杆，4.连杆，5.球铰，6.动平台，7.虎克铰，8.连杆，9.移动副(或转动副)，10.移动副，11.导轨，12.丝杠，13.固定端约束，14.螺母。
具体实施方式
附图2为本实用新型第一个两维移动两维转动并联运动平台结构实施例，其结构原理图见附
图1。由图2所示，该并联运动平台结构包括固定平台1、可放置加工工件的动平台6和连接于固定平台1和动平台6之间的五个分支组成。固定平台1通过四个结构完全相同的分支以及一个约束分支与动平台6相连，构成空间并联闭环结构，其中四个结构完全相同的分支位于动平台周围，每个分支的结构均为固定平台1通过球铰或虎克铰2与连杆3相连，连杆3通过移动副与连杆4相连，连杆4通过球铰5与动平台6相连；约束分支位于动平台中央，其结构为连杆8一端通过虎克铰7与动平台6相连，另一端通过固定端约束13与移动副9相连，移动副9串联到另一个移动副10上，两移动副移动方向相互垂直，移动副10与固定平台固联，约束分支与动平台相连的虎克铰的第一个转动副的轴线与移动副10的移动方向平行。
附图3为本实用新型第二个两维移动两维转动并联运动平台结构实施例，其结构原理图见附
图1。由图3所示，该并联运动平台结构包括固定平台、可放置加工工件的动平台和连接于固定平台和动平台之间的五个分支组成。固定平台通过四个结构完全相同的分支以及一个约束分支与动平台相连，构成空间并联闭环结构，其中四个结构完全相同的分支位于动平台周围，每个分支的结构均为固定平台1通过球铰或虎克铰2与连杆3相连接，连杆3通过移动副与另一连杆4相连接，该连杆通过球铰5与动平台6相连；约束分支位于动平台中央，其结构为连杆8一端通过虎克铰7与动平台6相连，另一端与一个转动副14相连，转动副14位于一个移动副10上，该移动副10与固定平台1固联，其移动方向与转动副轴线方向平行，约束分支与动平台相连的虎克铰的第一个转动副的轴线与移动副10的移动方向平行。
本实用新型作为工件驱动加工型并联机床的工作台，可提供两维移动x、y和两维转动α、β，在辅以加工刀具沿z向的移动，可以实现空间五坐标加工运动。本实用新型的结构型式不限于实施例中描述的型式。
权利要求1.一种两维移动两维转动并联运动平台，包括固定平台(1)、可放置加工工件的动平台(6)和连接于固定平台(1)和动平台(6)之间的五个分支组成，其特征在于，固定平台(1)通过四个结构完全相同的分支以及一个约束分支与动平台(6)相连，构成空间并联闭环结构，其中四个结构完全相同的分支位于动平台周围，每个分支的结构均为固定平台(1)通过球铰或虎克铰(2)与连杆(3)相连接，连杆(3)通过移动副与连杆(4)相连接，连杆(4)通过球铰(5)与动平台(6)相连接；约束分支位于动平台中央，其结构为连杆(8)一端通过虎克铰(7)与动平台(6)相连接，另一端固联到一个移动副或转动副上，而该移动副或转动副又串联到与固定平台(1)固联的另一个移动副(10)上。
2.根据权利要求1所述的并联运动平台，其特征在于，位于动平台中央的约束分支，通过固定端约束(13)与移动副(9)相连接，移动副(9)又串联到另一个移动副(10)上，移动副(10)与固定平台固联，两移动副的移动方向相互垂直，约束分支与动平台(6)相连的虎克铰的第一个转动副的轴线与移动副(10)的移动方向平行。
3.根据权利要求1所述的并联运动平台，其特征在于，位于动平台中央的约束分支与一个转动副相连接，转动副位于移动副(10)上，移动副(10)与固定平台固联，其移动方向与转动副轴线方向平行，约束分支与动平台(6)相连的虎克铰的第一个转动副的轴线与移动副(10)的移动方向平行。
4.根据权利要求1所述的并联运动平台，其特征在于，四个对称布置的分支可由电机加丝杠螺母传动副驱动或由液压缸传动装置驱动或直接由直线电机驱动，该四个分支长度可伸缩变化。
5.根据权利要求2所述的并联运动平台，其特征在于，两个移动方向相互垂直的移动副(9)和(10)均可由导轨(11)和丝杠(12)组成的移动平台来实现。
6.根据权利要求3所述的并联运动平台，其特征在于，与固定平台固联的移动副(10)可由一个导轨(11)和丝杠(12)组成的平台来实现，转动副可安装在与丝杠相配的螺母(14)上。
专利摘要本实用新型涉及一种两维移动两维转动四轴联动并联运动平台机构。其基本结构由固定平台、动平台和五个分支组成。可放置加工工件的动平台通过四个结构完全相同的分支以及一个约束分支与固定平台连接，四个结构完全相同的分支位于动平台的周围呈对称布置，约束分支位于动平台的中央位置具有两维移动和两维转动自由度，该平台机构具有五个分支四个自由度。本实用新型具有结构简单、刚性好、易于控制以及动态性能好等特点。
文档编号B23Q1/25GK2745690SQ20042010272
公开日2005年12月14日 申请日期2004年12月7日 优先权日2004年12月7日
发明者李兵 申请人:李兵