本發(fā)明涉及機(jī)床與機(jī)構(gòu)領(lǐng)域，具體涉及一種少自由度混聯(lián)立式加工裝置。

背景技術(shù)：

隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，對(duì)機(jī)床的效率和柔性要求越來(lái)越高，要提高加工效率，可以從降低換刀輔助時(shí)間，提高加工時(shí)間入手，現(xiàn)有換刀過(guò)程大部分為刀庫(kù)只有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，主軸運(yùn)動(dòng)的距離和時(shí)間都比較長(zhǎng)。專利205394002U公布了一種復(fù)合連桿機(jī)構(gòu)的立式加工中心，但是這種加工中心換刀機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自由度太高難以精確控制，換刀機(jī)構(gòu)的可靠性低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)目前的大部分并聯(lián)機(jī)床沒有自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)，而且已提出的換刀機(jī)構(gòu)大都換刀時(shí)間長(zhǎng)，換刀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以控制的問(wèn)題，提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，易于控制，工作可靠的換刀機(jī)構(gòu)，減小整個(gè)加工中心的尺寸，加工穩(wěn)定性提高。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種少自由度混聯(lián)立式加工裝置，包括支撐結(jié)構(gòu)部分，換刀機(jī)構(gòu)部分，五桿機(jī)構(gòu)部分和可升降工作平臺(tái)結(jié)構(gòu)部分；

所述的換刀機(jī)構(gòu)部分包括步進(jìn)電機(jī)、3個(gè)小液壓缸、傳動(dòng)軸、刀柄、刀盤；步進(jìn)電機(jī)安裝在電機(jī)安裝板上，電機(jī)安裝板由3個(gè)小液壓缸支撐，步進(jìn)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與傳動(dòng)軸相連，3個(gè)小液壓缸安裝在支撐板上，支撐板上安裝有軸承座，軸承座內(nèi)安裝有推力球軸承，推力球軸承與傳動(dòng)軸的階梯面相重合，刀盤上放有刀柄用以?shī)A持刀具，刀盤用螺母緊固在傳動(dòng)軸上；

所述的支撐結(jié)構(gòu)部分包括底座，角連接件，角鋼、橫梁；角連接件和角鋼用于固定換刀結(jié)構(gòu)部分的支撐板，橫梁上用于放置五桿機(jī)構(gòu)部分的滾珠絲杠滑臺(tái)以及安裝伺服電機(jī)掛板；

所述的五桿機(jī)構(gòu)部分包括電主軸，伺服電機(jī)、承重連桿，非承重連桿，左搖桿，右搖桿，傳動(dòng)軸，擰緊端蓋，滾珠絲杠滑臺(tái)；承重連桿與電主軸固連；非承重連桿的一端套在電主軸上，另外一端與右搖桿相連，承重連桿與左搖桿相連；非承重連桿與右搖桿相連；左、右搖桿通過(guò)連接軸、聯(lián)軸器與伺服電機(jī)的軸相連，伺服電機(jī)安裝在電機(jī)掛板上，電機(jī)掛板通過(guò)螺釘與滾珠絲桿滑臺(tái)上的滑塊相固連。

所述刀柄被刀盤上的擋塊定位，防止刀柄脫離刀盤。

所述非承重連桿由小頭部、連板、大頭部裝配而成，其大頭部套在電主軸上，小頭部與右搖桿軸接；右搖桿通過(guò)擰緊端蓋壓緊脹套與連接軸緊固。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列有益效果：

1本發(fā)明的換刀機(jī)構(gòu)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占用空間少，使整機(jī)結(jié)構(gòu)更加緊湊。換刀機(jī)構(gòu)通過(guò)PLC與上位機(jī)控制，其工作可靠性很高。

2本發(fā)明的裝配工藝簡(jiǎn)單，均為模塊化結(jié)構(gòu)，易重構(gòu)，組裝拆卸方便。

3本發(fā)明由立柱與橫梁組成龍門框架結(jié)構(gòu)，其受力情況更合理，整機(jī)剛度更高。

4本發(fā)明采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)與串聯(lián)機(jī)構(gòu)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式，既具有并聯(lián)機(jī)構(gòu)高速運(yùn)動(dòng)性能好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊的特點(diǎn)，也具有串聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間大，控制簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種少自由度混聯(lián)立式加工中心實(shí)驗(yàn)裝置的等軸測(cè)三維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2(a)為本發(fā)明一種少自由度混聯(lián)立式加工中心實(shí)驗(yàn)裝置的換刀結(jié)構(gòu)部分示意圖，圖2(b)為Ⅰ的放大示意圖，圖2(c)為刀盤一個(gè)放刀位置的局部放大圖；

圖3為本發(fā)明一種少自由度混聯(lián)立式加工中心實(shí)驗(yàn)裝置的框架結(jié)構(gòu)部分示意圖；

圖4(a)為本發(fā)明一種少自由度混聯(lián)立式加工中心實(shí)驗(yàn)裝置的五桿結(jié)構(gòu)部分示意圖，圖4(b)為Ⅱ的放大示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)例一種少自由度混聯(lián)立式加工中心實(shí)驗(yàn)裝置，其中由框架結(jié)構(gòu)部分3，換刀機(jī)構(gòu)部分4，五桿機(jī)構(gòu)部分1和可升降工作平臺(tái)結(jié)構(gòu)部分2組成。

如圖2(a)、(b)、(c)所示，所述的換刀機(jī)構(gòu)部分4包括步進(jìn)電機(jī)201，電機(jī)安裝板202，3個(gè)小液壓缸210，傳動(dòng)軸207，刀柄204，刀盤205，推力球軸承203，軸承座208，螺母206，聯(lián)軸器211，支撐板209，擋塊212。步進(jìn)電機(jī)201安裝在電機(jī)安裝板202上，電機(jī)安裝板202由3個(gè)小液壓缸210支撐，步進(jìn)電機(jī)201通過(guò)聯(lián)軸器211與傳動(dòng)軸207相連，3個(gè)小液壓缸210安裝在支撐板209上，支撐板209上安裝有軸承座208，軸承座208內(nèi)安裝有推力球軸承203，推力球軸承203與傳動(dòng)軸207的階梯面相重合，刀盤205上放有刀柄204用以?shī)A持刀具，刀柄204被刀盤上的擋塊212定位，防止刀柄204脫離刀盤205，刀盤205用螺母206緊固在傳動(dòng)軸207上，依靠摩擦力與傳動(dòng)軸207實(shí)現(xiàn)同步旋轉(zhuǎn)。

如圖3所示，所述的支撐結(jié)構(gòu)部分3包括底座301，連接立板302，立柱303，橫梁304，頂蓋308，加強(qiáng)筋305，角連接件306，角鋼307。底座301上有階梯孔，可用地腳螺栓安裝緊固保證加工過(guò)程的穩(wěn)定性，兩根立柱303用角連接件和連接立板302緊固在底座上，橫梁304用角連接件306安裝在兩根立柱303上，橫梁304上安裝有頂蓋308，并用加強(qiáng)筋305加強(qiáng)剛度。角連接件306和角鋼307用于固定換刀結(jié)構(gòu)部分4的支撐板209，橫梁304上用于放置五桿機(jī)構(gòu)部分1的滾珠絲杠滑臺(tái)404以及安裝伺服電機(jī)掛板407。

如圖4所示，所述的五桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)部分1，包括電主軸401，伺服電機(jī)406、承重連桿403，非承重連桿小頭部414、連板413、大頭部402，左搖桿415，右搖桿410，伺服電機(jī)安裝掛板407，連接板408、掛筒409，傳動(dòng)軸412，擰緊端蓋411，滾珠絲杠滑臺(tái)404。承重連桿403與電主軸401固連，非承重連桿由小頭部414、連板413、大頭部402裝配而成，其大頭部402空套在電主軸401上，承重連桿403與左搖桿415相連，非承重連桿的小頭部414與右搖桿410相連，右搖桿410通過(guò)擰緊端蓋411壓緊脹套與連接軸412依靠摩擦力緊固，以克服重力并提供扭矩，掛筒409內(nèi)安裝有角接觸球軸承，連接軸412依為階梯軸，其階梯面與角接觸球軸承上端面重合，連接軸412依通過(guò)聯(lián)軸器與伺服電機(jī)406的軸相連，伺服電機(jī)406安裝在電機(jī)掛板407上，掛筒409安裝在連接板408上，連接板408通過(guò)螺栓與電機(jī)掛板407固連，電機(jī)掛板407通過(guò)螺釘與滾珠絲桿滑臺(tái)404上的滑塊相固連。

其換刀過(guò)程如下所述：

當(dāng)該實(shí)驗(yàn)裝置的控制系統(tǒng)接收到換刀指令后，上位機(jī)對(duì)PLC通信，刀盤205下降到換刀位置，PLC向上位機(jī)通信，表示刀盤205就位，然后上位機(jī)向伺服電機(jī)406發(fā)出指令，控制五桿機(jī)構(gòu)部分1運(yùn)動(dòng)，將刀柄204放入刀盤205中，并松開刀柄204，刀盤205下降到下限位，執(zhí)行換刀指令，經(jīng)上位機(jī)計(jì)算后控制步進(jìn)電機(jī)201旋轉(zhuǎn)，從而使刀盤205旋轉(zhuǎn)指定角度后電主軸401下方正對(duì)著加工所需刀具，然后刀盤205上升到換刀位置，刀柄204放入電主軸401中，電主軸401自動(dòng)夾緊刀柄204，PLC向上位機(jī)通信，報(bào)告已夾緊刀柄204，然后上位機(jī)向伺服電機(jī)406發(fā)出控制信號(hào)，伺服電機(jī)406控制五桿機(jī)構(gòu)部分1帶動(dòng)刀具回到初始加工位置，同時(shí)，上位機(jī)可以對(duì)PLC通信，控制刀盤205開始上升，當(dāng)?shù)侗P205上升至上限位后，PLC對(duì)上位機(jī)通信，換刀過(guò)程結(jié)束。

本發(fā)明的電主軸的結(jié)構(gòu)、刀柄結(jié)構(gòu)均采用通用的結(jié)構(gòu)。