专利名称：空间五自由度并联机床的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种并联机床结构，尤其是一种可以实现空间3个方向移动和2个方 向转动的五自由度并联机床。
背景技术：
并联机床相对于传统的串联机床具有许多优异的特性，如灵敏度高、刚度大、承载 能力强、无误差积累等。对于串联机床而言，五轴联动结构已经能够满足绝大部分工业加工 与生产的要求，但是往往由于其加工精度及受力特性等一系列问题给生产带来极大不便， 机床研究者为满足企业生产需要在机床结构研发过程中投入了大量的技术和资本，但收获 甚微。并联机床可以解决上述问题，能与传统串联机床形成优势互补，因此研究并联机床的 结构研发是非常关键的问题。
发明内容
针对上述不足，本发明的目的是提供一种可以满足工业上绝大部分生产与加工需 求的具有空间3个方向移动和2个方向转动的五自由度并联机床。本发明的空间五自由度并联机床，包括五边形机架、五边形静平台、界于机架和静 平台之间的五边形动平台、五条滚珠丝杠副、五条非约束支链和一条约束支链，每条滚珠丝 杠副具有滚珠丝杠和丝杠螺母，五条滚珠丝杠副的两端分别通过轴承固定于机架和静平台 的五个角点上，机架和静平台平行，五条滚珠丝杠副分别由电机驱动旋转，每条非约束支链 由连杆和安装在连杆两端的第一球铰及第二球铰构成，五条非约束支链的第一球铰分别与 五条滚珠丝杠副上的丝杠螺母相连，第二球铰分别与五边形动平台的五个角点相连，约束 支链由移动副和安装在移动副两端的第一虎克铰及第二虎克铰构成，第一虎克铰和静平台 中心位置相连，第二虎克铰和动平台中心位置相连，第一、第二两个虎克铰的旋转轴线相互 平行，第一虎克铰旋转轴线所在面与静平台平面重合，第二虎克铰旋转轴线所在面与动平 台平面重合，动平台的边长小于静平台的边长及机架的边长。工作原理五自由度并联机床的机架固定不动，静平台由于滚珠丝杠副的作用静 止在机架上方，滚珠丝杠副在电机的带动下发生运动使得丝杠螺母能上下移动。丝杠螺母 会带动五条非约束支链进行运动，由于非约束支链与动平台相连，从而带动动平台发生空 间运动。约束支链连接于静平台和动平台之间，其约束了动平台的一个空间转动自由度，动 平台在五条非约束支链和一条约束支链的影响下可以发生3个方向上的移动及2个方向上 的转动。与现有的串联机床相比较，本发明具有的优点是1.并联机床结构简单、承载能力强、无积累误差、动作灵敏。2.并联机床适用领域广泛，可应用精密传感器、手术机器人以及微动工作台等领 域，有很好的应用前景。3.并联机床由电机驱动滚珠丝杠副，滚珠丝杠副的传动精度可进一步提高机床的
3加工精度。
图1为本发明的空间五自由度并联机床示意图。图中1.机架，2.静平台，3.动平台，4.电机，5.滚珠丝杠副，6.非约束支链，7.约 束支链，5-1.滚珠丝杠，5-2.丝杠螺母，6-1.第一球铰，6-
2.第二球铰，7-1.第一虎克铰， 7-2.第二虎克铰，7-3.移动副。
具体实施例方式以下结合附图对本发明作进一步详细描述。参照图1，本发明的空间五自由度并联机床，包括五边形机架1、五边形静平台2、 界于机架1和静平台2之间的五边形动平台3、五条滚珠丝杠副5、五条非约束支链6和一 条约束支链7，每条滚珠丝杠副5具有滚珠丝杠5-1和丝杠螺母5-2，五条滚珠丝杠副5的 两端分别通过轴承固定于机架1和静平台2的五个角点上，机架1和静平台2平行，五条滚 珠丝杠副5分别由电机4驱动旋转，电机4可以安装在机架上，或者也可以如图所示安装在 静平台上，每条非约束支链6由连杆和安装在连杆两端的第一球铰6-1及第二球铰6-2构 成，五条非约束支链6的第一球铰6-1分别与五条滚珠丝杠副5上的丝杠螺母5-2相连，第 二球铰6-2分别与五边形动平台3的五个角点相连，约束支链7由移动副7-3和安装在移 动副7-3两端的第一虎克铰7-1及第二虎克铰7-2构成，第一虎克铰7-1和静平台2中心 位置相连，第二虎克铰7-2和动平台3中心位置相连，第一、第二两个虎克铰7-1、7-2的旋 转轴线相互平行，第一虎克铰7-1旋转轴线所在面与静平台2平面重合，第二虎克铰7-2旋 转轴线所在面与动平台3平面重合，动平台的边长小于静平台的边长及机架的边长。
权利要求
空间五自由度并联机床，其特征在于包括五边形机架(1)、五边形静平台(2)、界于机架(1)和静平台(2)之间的五边形动平台(3)、五条滚珠丝杠副(5)、五条非约束支链(6)和一条约束支链(7)，每条滚珠丝杠副(5)具有滚珠丝杠(5-1)和丝杠螺母(5-2)，五条滚珠丝杠副(5)的两端分别通过轴承固定于机架(1)和静平台(2)的五个角点上，机架(1)和静平台(2)平行，五条滚珠丝杠副(5)分别由电机(4)驱动旋转，每条非约束支链(6)由连杆和安装在连杆两端的第一球铰(6-1)及第二球铰(6-2)构成，五条非约束支链(6)的第一球铰(6-1)分别与五条滚珠丝杠副(5)上的丝杠螺母(5-2)相连，第二球铰(6-2)分别与五边形动平台(3)的五个角点相连，约束支链(7)由移动副(7-3)和安装在移动副(7-3)两端的第一虎克铰(7-1)及第二虎克铰(7-2)构成，第一虎克铰(7-1)和静平台(2)中心位置相连，第二虎克铰(7-2)和动平台(3)中心位置相连，第一、第二两个虎克铰(7-1、7-2)的旋转轴线相互平行，第一虎克铰(7-1)旋转轴线所在面与静平台(2)平面重合，第二虎克铰(7-2)旋转轴线所在面与动平台(3)平面重合，动平台的边长小于静平台的边长及机架的边长。
全文摘要
本发明的空间五自由度并联机床包括五边形的机架、静平台、动平台、五条滚珠丝杠副、五条非约束支链和一条约束支链，五条滚珠丝杠副的两端分别通过轴承固定于机架和静平台的五个角点上，机架和静平台平行，每条非约束支链由连杆和连杆两端的球铰构成，其中一个球铰与丝杠螺母相连，另一个球铰与五边形动平台的五个角点相连，约束支链由移动副和移动副两端的虎克铰构成，两个虎克铰分别与静平台和动平台的中心相连，动平台的边长小于静平台的边长及机架的边长。该并联机床不仅具有空间3个方向移动和2个方向转动的特点，而且承载能力强，运动精度高，无积累误差，在精密传感器，微动工作台，虚拟轴机床等领域有很好的应用前景。
文档编号B23Q1/48GK101850519SQ20101018584
公开日2010年10月6日 申请日期2010年5月28日 优先权日2010年5月28日
发明者刘际轩, 彭铁柱, 李凌丰 申请人:浙江大学