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一种新型并联数控工作台设计

2013/4/9    来源:万方数据    作者:马晓丽  张庆功  陈晓英  张雪莲      
关键字:并联机器人  并联运动机床  虚拟轴数控工作台  CAD  CAXA  
在数控工作台应用分析的基础上,提出虚拟轴数控工作台的设计要求,构造一种新型3平移1转动的4自由度并联机器人机构,并将其作为虚拟轴工作台本体机构。简介机构各支链的连杆、运动副组成,确定和选择工作台样机的各运动副部件。在CAXA实体设计软件中创建样机的三堆CAD模型。该并联机构的设计、样机模型及理论研究结果为虚拟轴数控工作台的开发打下了基础。

    虚拟轴数控工作台是将并联机器人的功能特性与结构形式赋予工作台,使这种新型的虚拟轴数控工作台比串联型数控工作台,具有多自由度运动、刚度重量比大、精度高、速度快、可模块化制造及成本低等优势,能适应目前先进制造技术对精密和复杂曲面零件的高速加工需求,使之成为激光切削、特殊焊接、数控铣、钻、加工中心等先进制造装备中的并联运动数控工作台。

    本文分析了串联型数控工作台的特点和国外并联平台的研究进展,对虚拟轴数控工作台的使用要求和设计要求作了详尽的分析与综合,设计了一种新型4自由度虚拟轴工作台样机,为样机的制造创建了基于CAXA的三维CAD模型。

1 虚拟轴数控工作台应用分析

    串联型数控工作台是目前先进制造装备中的主流产品(见图1和图2)。其特点是采用电机一滚珠丝杠一导轨的串联型结构。这种结构设计简单,控制技术成熟,满足笛卡尔坐标形式,符合人们操作加工的习惯。但是,要满足高速切削、复杂空间曲面零件的加工还存在困难;在高速、复杂曲面加工中,由于串联型工作台是由螺母丝杠副传动,效率较低。要使工作台同时具有定位定向多自由度运动功能,势必造成传动链复杂,整个部件系统庞大,制造费用大大提高等不利因素。表1列出几种加工设备所需数控工作台的自由度要求。

表1
图1、图2

    将并联机器人机构用于数控工作台,从理论分析看,并联机构具有刚度重量比大、小惯量、高速和高精度等优点,特别是其具有的多维自由度功能,在应用到不同先进制造加工设备方面具有独特优势。

    并联可定位定向平台装置在国外已有比较广泛的研究,也有多台样机在研究机构和大学实验窒研制,如图3所示的3自由度平面并联平台。而研究较多的并联机构类型是Stewan并联平台及基于此机型的并联平台,如图4所示是旋转式六足并联平台心。目前这些并联平台基本上处于样机研制阶段,而美国的并联机器人系统有限公司(PRSCO)在实用化商品化方面做得较好,如该公司生产基于Hexap('d系统的R系列Roto.pod和P1000、P2000和P3000 Hexapod并联平台,用于加工人工关节、钻铣焊除毛刺装置和仿真平台。

图3、图4

责任编辑:陈浩
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