一种串并联混联垂直度自调整五轴联动数控机床结构的制作方法

本发明创造涉及一种串并联混联垂直度自调整五轴联动数控机床结构，属于数控机床技术领域。

背景技术：

传统上，数控机床为串联结构；近些年来，并联机床以其刚性和稳定性好的优点成为国内外数控机床研究领域非常关注的热点。并联机床又称虚拟轴机床，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。国内外的学者对其投入了大量的研究工作。

从国内外串、并联机床产品与技术发展的概况来看，前些年大多集中在多自由度并联机构的研究上。近些年来，少自由度并联机构得到了人们越来越多的重视，但大多集中在三自由度并联机构的研究上，而对于四、五自由度并联机构的研究则较少，致使可用做并联机床的四、五自由度并联机构的构形很少。并联机构的运动轨迹算法非常复杂，对数控系统提出了控制难题。根本原因是这些结构本身所固有的问题造成控制的复杂性，因此对并联机构简化，保留其优点，降低其复杂性是一个具有很重要工程现实意义的工作。

技术实现要素：

本发明创造要解决的技术问题是提供一种串并联混联垂直度自调整五轴联动数控机床结构，该结构完全可以替代传统的串联式多轴机床和六自由度并联机床来实现对空间复杂曲面零件的加工，不仅丰富了五轴联动机床的结构形式，而且该机床机构为实现完全中心驱动提供了机械结构支持，可以实现通过此结构来完成对xyz轴之间垂直度的数控系统在线调整功能，利于推广应用。

为解决以上问题，本发明创造的具体技术方案如下：一种串并联混联垂直度自调整五轴联动数控机床结构，在机床的工作台上方主体上设有两两异面垂直的三组导向装置，且分别代表x向、y向和z向；每组导向装置包含四个导轨，每个导轨上设有独立驱动的滑台；其中，竖直设置的z向导轨的两端与对应位置的x向滑台转动副连接；水平设置的y向导轨两端与对应位置的z向滑台铰接；主轴箱位于三组导向装置的中间位置，且主轴箱的上下分别与y向滑台旋转副连接。

x向、y向和z向的各个滑台适用于采用直线电机直接驱动的机床运动形式，也包括采用滚珠丝杠加伺服电机或齿轮齿条加伺服电机的驱动形式。

所述的主轴箱的外部设有主轴箱尾支撑环，在主轴箱尾支撑环两侧通过设置转轴与y向滑台销轴结构连接。

一种串并联混联垂直度自调整五轴联动数控机床结构在工件相对地面固定或主轴相对地面固定的机床结构的应用。

串并联混联垂直度自调整五轴联动数控机床的控制方法，包括以下步骤：

1）沿x向运动：四个x向滑台同步沿x轴导轨移动，y向滑台和z向滑台不移动，实现主轴的x向移动；

2）沿y向运动：四个y向滑台同步沿y向导轨移动，x向滑台和z向滑台不移动，实现主轴的y向移动；

3）沿z向运动：四个z向滑台同步沿z向导轨移动，x向滑台和y向滑台不移动，实现主轴的z向移动；

4）a轴转动：上方两个y向滑台与下方两个y向滑台差动，实现主轴的a轴旋转；

5）b轴转动：上方的两个x向滑台与下方的两个x向滑台向相反方向差动，实现主轴的b轴旋转。

该串并联混联垂直度自调整五轴联动数控机床结构具有以下优点：

1、产品出厂后可以由数控系统调整x、y轴上面进给驱动电机的同步位置来实现俯仰偏摆误差的在线调整提供了机械结构上的可能性，而不需要拆卸相关的任何部件。另外，同时兼顾了x、y轴之间轴线的垂直度也可以通过系统调节x、y轴上面进给驱动电机的同步位置，以实现在机械结构方面对垂直度的在线调整可能性。消除了现有五自由串联机床的机构误差不能在线调整，只能人工拆卸调整的问题；

2、直线运动轴之间的垂直度是可以通过数控系统对各滑块的相对位置的设置调整的；

3、本发明的五轴联动并串混联机床结构的运动平台可实现主轴轴线在空间内的三维移动（x、y、z轴）和两维（a、b轴）转动，由4根导轨组成的x、y、z轴，各自有4个直线伺服电机可以两两差动，以形成五轴运动所需的a、b两个方向的回转运动，完全可以替代传统的串联式多轴机床和六自由度并联机床来实现对空间复杂曲面零件的加工。

附图说明

图1为

本技术：
机床结构的三维示意图。

图2为本申请机床结构的侧视图。

图3为本申请的y向滑台差动，a轴旋转示意图。

图4为本申请的x向滑台差动，b轴旋转示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，一种串并联混联垂直度自调整五轴联动数控机床结构，在机床主体上设有两两异面垂直的三组导向装置，且分别代表x向、y向和z向；每组导向装置包含四个导轨，每个导轨上设有独立驱动的滑台；其中，竖直设置的z向导轨3的两端与对应位置的x向滑台2转动副连接；水平设置的y向导轨10两端与对应位置的z向滑台5铰接；主轴箱6位于三组导向装置的中间位置，且主轴箱6的上下分别与y向滑台7旋转副连接。

x向、y向和z向的各个滑台适用于采用直线电机直接驱动的机床运动形式，也包括采用滚珠丝杠加伺服电机或齿轮齿条加伺服电机的驱动形式。

所述的主轴箱6的外部设有主轴箱尾支撑环8，在主轴箱尾支撑环8两侧通过设置转轴与y向滑台销轴结构连接，便于主轴的拆卸维修。

一种串并联混联垂直度自调整五轴联动数控机床结构在工件相对地面固定或主轴相对地面固定的机床结构的应用。

串并联混联垂直度自调整五轴联动数控机床的控制方法，包括以下步骤：

1）沿x向运动：四个x向滑台2同步沿x轴导轨1移动，y向滑台7和z向滑台5不移动，实现主轴的x向移动；

2）沿y向运动：四个y向滑台7同步沿y向导轨10移动，x向滑台2和z向滑台5不移动，实现主轴的y向移动；

3）沿z向运动：四个z向滑台5同步沿z向导轨3移动，x向滑台2和y向滑台7不移动，实现主轴的z向移动；

上述步骤1～步骤3可实现主轴轴线在空间内的x、y、z轴的三维移动；

4）a轴转动：如图3所示，上方两个y向滑台7与下方两个y向滑台7差动，实现主轴的a轴旋转；

5）b轴转动：如图4所示，上方的两个x向滑台2与下方的两个x向滑台2向相反方向差动，实现主轴的b轴旋转；

步骤4）和步骤5）滑块的差动，实现了主轴a、b两个方向的回转运动。

与传统的串联式多轴机床相比，本发明机床结构具有较好精度和动态性能，x、y、z轴被驱动部件重心都被包围在4个直线伺服电机所围成的矩形平面内，且与传统的并联式多轴机床相比，具有结构简单、运动精度补偿算法简便的优点。本发明不仅丰富了五轴联动机床的结构形式，而且该机床机构为实现完全中心驱动提供了机械结构支持，可以实现通过此结构来完成对xyz轴之间垂直度的数控系统在线调整功能，利于推广应用。

技术特征：

1.一种串并联混联垂直度自调整五轴联动数控机床结构，其特征在于：在机床的工作台（9）上方主体上设有两两异面垂直的三组导向装置，且分别代表x向、y向和z向；每组导向装置包含四个导轨，每个导轨上设有独立驱动的滑台；其中，竖直设置的z向导轨（3）的两端与对应位置的x向滑台（2）转动副连接；水平设置的y向导轨（10）两端与对应位置的z向滑台（5）铰接；主轴箱（6）位于三组导向装置的中间位置，且主轴箱（6）的上下分别与y向滑台（7）旋转副连接。

2.如权利要求1所述的串并联混联垂直度自调整五轴联动数控机床结构，其特征在于：x向、y向和z向的各个滑台适用于采用直线电机直接驱动的机床运动形式，也包括采用滚珠丝杠加伺服电机或齿轮齿条加伺服电机的驱动形式。

3.如权利要求1所述的串并联混联垂直度自调整五轴联动数控机床结构，其特征在于：所述的主轴箱（6）的外部设有主轴箱尾支撑环（8），在主轴箱尾支撑环（8）两侧通过设置转轴与y向滑台销轴结构连接。

技术总结
本实用新型涉及一种串并联混联垂直度自调整五轴联动数控机床结构，在机床的工作台上方主体上设有两两异面垂直的三组导向装置，且分别代表X向、Y向和Z向；每组导向装置包含四个导轨，每个导轨上设有独立驱动的滑台；其中，竖直设置的Z向导轨的两端与对应位置的X向滑台转动副连接；水平设置的Y向导轨两端与对应位置的Z向滑台铰接；主轴箱位于三组导向装置的中间位置，且主轴箱的上下分别与Y向滑台旋转副连接。该结构完全可以替代传统的串联式多轴机床和六自由度并联机床来实现对空间复杂曲面零件的加工，不仅丰富了五轴联动机床的结构形式，而且该机床机构为实现完全中心驱动提供了机械结构支持。

技术研发人员：王冠明;陈耀龙;赵万华;刘妍;赵金宇;邱岩;孙龙;谭鑫;白雅静;吕心如;李贺;徐永利
受保护的技术使用者：沈阳优尼斯智能装备有限公司
技术研发日：2019.09.11
技术公布日：2020.05.22