五轴并联机床结构设计【含全套CAD图纸及三维图纸】
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五轴并联机床结构设计 姓名：张辉伦 学号： 2010071317 导师：王威远 讲师 一、是课题背景 工业现代化的日益发展，对机床的技术指标提出了更高的要求，如何减小 机床重量，提高机床精度、刚度，扩大机床加工范围己成为工业发展的重要课题。传统机床依靠增加质量来提高刚度，减轻重量和增加刚度发生矛盾 ;另外传统机床为串联机构，其主体结构为开链结构，存在悬臂部件，承受很大的弯矩和扭矩，不容易获得很高的结构刚度。它的组成环节多，各环节变形量和连接处变形量叠加，总体刚度下降，限制了机床速度的提高。并且串联结构会使各组成环节的制造误差、传动误差、热变形误差、受力变形误差益加，不易保证加工精度。而且传统的四坐标加工机床加工范围较窄，要实现加工任意曲面非常困难，五坐标加工机床又价格昂贵。综上所述，愈欲改进机床性能，应当从结构设计思想上寻求突破。 二、课题研究目的及意义 近年来空间并联机构在工业中的应用正是为满足此发展方向的要求应运而生，它以其所具有的承载能力强、精度高、刚度重量比大、结构简单、动力性能好等一系列优点，与目前广泛应用的串联式机构在应用上构成互补关系。因此，国内外机构学与机械制造行业对它的研究与开发给予了高度重视。 但是并联机床仍有占地面积与加工空间比值较大，回转轴运动范围小，控制复杂等缺点没有根本解决，以致并联机床的很多优势不能发挥 : 并联机床要真正走出实验室，跨上商品化道路，需要有更好的构型作支撑，来克服并联机床现存的缺点，因此，新一代并联机床的研制与开发具有重要的理论意义和应用价值。 本并联机床为 新型 5 自由度 (5联机构， 克铰一移动副一球副 )动副一转动副一移动副一虎克铰 ),其结构简图如 : 结构组成：定平台、动平台、五个驱动支链，中间约束支链，虎克铰，球铰 中间约束支链上面的移动副与定平台固定 ,通过球铰与动平台相连；五个驱动支链通过虎克铰与定平台相连，由球铰与动平台相连。通过五个驱动支链的伸缩来控制动平台的运动。 五、总体结构方案 在这种构型中，德国 五个可任意 360度转动的转环替代固定安装的约束球铰链，从而实现主轴部件的偏转角大于 90度，能够真正实现五轴联动、五面加工。这种构型在并联运动机构理论上有所突破，可以从根本上解除固定约束铰链对并联机构动平台活动范围的制约。由空间机构自由度的公式，可算得自由度为六，将其中的一个环与动平台固结，恰好约束了一个 由度变为五。 而本次设计将以 五、总体结构方案 本设计将采用五杆五环并联机构进行设计 由五个运动分支同时将运动平台联到固定平台（机架）上，这五个分支一端通过万向铰与机架相连，另一端通过转环与动平台（主轴）相连，其中一个转环与主轴固定来约束 个分支通过伸缩变化实现五自由度运动，在主轴上安装刀具以实现不同的加工要求。 五、总体结构方案 机构的五个分支为丝杠组件，由滚珠丝杠，滚动导轨机构，外套和电机等组成，运动方式是通过电机转动带动丝杆螺母转动，从而带动丝杆的移动，实现伸缩运动 五个转环分布在主轴的五个层面上，环的中心线重合，上面四个环与电主轴之间有相对转动，而最下面一个环与电主轴的电机外壳固联。 环型铰是连接杆件和主轴的铰链，其功能为提供三个旋转自由度和传递实现运动所需的力。 五、总体结构方案 万向铰链是用来连接机床外壳和杆之间的铰链。它是机床的活动关节，对并联运动机床的工作精度有很大的影响。另外它要承受杆自身的重力和主轴的作用反力。 机床外壳的结构决定了整个并联运动机床的结构。从受力均匀方面考虑，五根杆应该均匀的分布在机床外壳上。因为五个环型铰链成上下五个层面，所以考虑到杆与杆之间的干涉问题，把杆分布在两个平面上，上面的平面上均匀分布三根杆，下面的平面分布两根杆。 由于杆件之间以及杆件与框架之间的干涉， 5杆并联运动机构不能够在空间的任意位置实现运动平台 (主轴部件 )的 90度偏转。为了提高机床的动态工作性能和保证整个工作空间的有效性，引入冗余的数控回转工作台，使机床成为 5轴并联加1轴串联的 6轴混联结构。 五、总体结构方案 1)主轴驱动电机为铣削用电主轴，额定转速为1500r/定功率为 500W； 2)机床的加工范围（工作空间）为 400 400 300工工艺为 3 5坐标铣削和钻削； 3)机床宽度小于或等于 1500 六、目前进展情况 通过在图书馆和网上查阅相关文献资料，了解到并联机床的国内外研究现状，掌握了并联机床的组成、分类及主要工作原理。在此基础上，对并联机床结构进行了总体方案的分析，并确定了总体设计方案，还有各机构构件的设计，以及确定了主要的技术指标。 七、目前存在问题及解决措施 并联机床运动学分析，包括正解和逆解问题，这部分算法比较复杂，是本设计目前需要解决的难点问题。 打算通过查阅相关书籍和文献，和找导师答疑，学习并联机床运动学的正逆解算法。 八、工作进度安排 第 12周：查阅相关文献资料，了解课题内容 第 34周：并联机床总体结构设计 第 56周：运动机床台体结构、分支结构设计 第 78周：机床运动分析，连接机构设计 第 910周：机床控制方式分析，驱动系统设计 第 1112周：完善设计，绘制图纸 第 1314周：撰写论文，准备答辩 参考文献 1卢强 . 基于 D. 南京理工大学 . 2002 2 鹿玲、陈修龙 D. 燕山大学 . 2008. 3朱煜等 . 并联机床设计理论、技术与设计环境 J. 中国矿业大学学报 (
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