六自由度位置姿態全解耦可調夾具制造技術

本實用新型專利技術涉及一種六自由度位置姿態全解耦可調夾具，從相對運動角度，通過增強工件及其夾具的姿態變動范圍以補償動平臺姿態，解決了并聯機床動平臺姿態實現能力不足的問題。本夾具包括x軸移轉動總成、y軸移轉動總成和z軸移轉動總成三部分，以螺旋傳動和凹、凸燕尾結構形成移動運動，以蝸桿傳動和軸、孔間隙配合結構形成轉動運動，通過移動導路方向和轉動軸平行以及移動導路方向和轉動軸垂直這兩類移、轉動雙副構件的結構創新和配套安裝，實現本夾具沿x，y，z三軸和繞x，y，z三軸的移、轉動。本夾具空間布局合理緊湊，驅動具有逆行程自鎖特性，定位精確且夾緊牢靠；既可手動調整亦可采用伺服電機驅動其主動件再輔以軟件編程實現其精確調整。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及并聯機床工藝系統，尤其涉及一種六自由度位置姿態可調夾具。
技術介紹
將動平臺和靜平臺通過至少兩個獨立的運動鏈并聯連接即可構成并聯機構(Parallel Mechanism)，一般并聯機構具有至少兩個自由度。由于并聯機構與串聯開鏈機構(或串聯機器人)在結構和性能上的對偶關系，使它們在應用上不是替代作用而是互補關系。串聯開鏈機構(或串聯機器人)因其執行頭具有靈活的姿態在工業界已獲得廣泛應用，而并聯機構則以其累積誤差小輸出精度高、結構剛度大承載能力強以及動態慣量低等優點，始終吸引著世界各國學術界和工業界的研究和重視。現有研究發現，并聯機構動平臺姿態實現能力不及串聯開鏈機構，也使其作為并聯機床應用時實現空間曲面等的加工能力受到限制，迄今也沒有找到解決這一瓶頸問題的有效辦法。按照相對運動原理，當并聯機床動平臺(刀具)姿態實現能力有限時，若增強被加工工件的姿態實現能力，同樣可以達到擴展動平臺(刀具)姿態實現能力的目的。目前有關可調夾具設計，尚沒有完全解決被加工工件在空間3位置參數和3姿態參數(亦即全部位姿參數)可調功能實現問題。如，中國專利CN201036834Y公開了一種“三維可調焊接夾具”，通過多節組塊構成的安裝支架組成互相垂直的X、Y、Z方向獨立調整機構，其中Z方向調整通過升降螺桿實現；Y方向調整通過L-連接板沿Y方向長槽移動實現；X方向調整通過L-連接板沿X方向長槽移動實現；其設計結構上保證了夾具的定位點和夾緊面在X、Y、Z三個方向上都可以做相應的位置調整。又如，中國專利CN201960314U公開了一種“車身焊接夾具柔性三維可調支座”，可實現X、Y、Z三方向直線調整和二方向旋轉調難iF. O
技術實現思路
為了解決并聯機床動平臺姿態實現能力多有限制的問題，可在由機床、刀具、夾具和工件構成的機械加工工藝系統中，通過夾具和工件子系統相對于機床坐標系的三坐標方向的移動和繞三坐標軸的轉動調整使并聯機床動平臺(刀具)位置姿態獲得補償。為此，本技術提供一種六自由度位置姿態全解耦可調夾具。為了解決上述技術問題，本技術所采用的技術方案是一種六自由度位置姿態全解耦可調夾具，該夾具具有六個自由度，被加工工件固定在夾具上，夾具包括相連接的實現沿X、I、z三軸移動和繞X、I、z三軸轉動的三個分總成，分別為X軸移轉動總成、y軸移轉動總成和z軸移轉動總成。X軸移轉動總成可實現工件沿X軸、y軸移動和繞X軸轉動；y軸移轉動總成可實現工件沿I軸、Z軸移動和繞y軸轉動；z軸移轉動總成可實現工件沿Z軸移動和繞Z軸轉動。所述夾具與并聯機床配套使用，構成并聯機床工藝系統，夾具的三個分總成依次相連接，所述X軸移轉動總成支撐連接在所述I軸移轉動總成上，所述I軸移轉動總成支撐連接在所述Z軸移轉動總成上。所述X軸移轉動總成包括用于放置所述被加工工件的且能沿X軸移動的工件工作臺、與該工件工作臺連接的且能繞X軸轉動的X軸移轉動雙副構件和與所述I軸移轉動總成連接的且能沿I軸移動的X軸轉動I軸移 動雙副構件，X軸移轉動雙副構件支撐在X軸轉動I軸移動雙副構件上。所述X軸移轉動雙副構件上設有驅動所述工件工作臺沿X軸移動的螺旋傳動機構，該螺旋傳動機構的螺桿沿X軸方向支撐在X軸移轉動雙副構件上，在工件工作臺的內部設有與該螺桿配合的內螺紋，工件工作臺且與X軸移轉動雙副構件通過燕尾槽滑動配合。所述X軸移轉動雙副構件通過其上設置的兩根圓柱形軸支撐在固定設在所述X軸轉動y軸移動雙副構件上的兩個支承凸塊上，X軸移轉動雙副構件由蝸桿傳動機構驅動繞X軸轉動，該蝸桿傳動機構的蝸桿沿I軸方向支撐在X軸轉動I軸移動雙副構件上，該蝸桿傳動機構的蝸輪連接在其中一根圓柱形軸的端部。所述y軸移轉動總成包括繞y軸轉動的y軸移轉動雙副構件和與所述z軸移轉動總成連接的且能沿z軸移動的y軸轉動z軸移動雙副構件,y軸移轉動雙副構件支撐在y軸轉動z軸移動雙副構件上。所述y軸移轉動雙副構件上設有驅動所述X軸轉動I軸移動雙副構件沿I軸移動的螺旋傳動機構，該螺旋傳動機構的螺桿沿I軸方向支撐在I軸移轉動雙副構件上，在X軸轉動y軸移動雙副構件的內部設有與該螺桿配合的內螺紋，X軸轉動y軸移動雙副構件且與y軸移轉動雙副構件通過燕尾槽滑動配合。所述y軸移轉動雙副構件通過其上設置的兩根圓柱形軸支撐在固定設在所述y軸轉動z軸移動雙副構件上的兩個支承凸塊上，y軸移轉動雙副構件由蝸桿傳動機構驅動繞y軸轉動，該蝸桿傳動機構的蝸桿沿X軸方向支撐在 軸轉動z軸移動雙副構件上，該蝸桿傳動機構的蝸輪連接在其中一根圓柱形軸的端部。所述z軸移轉動總成包括機座和豎直設置在機座上的且繞z軸轉動的z軸移轉動雙副構件，z軸移轉動雙副構件上設有驅動所述y軸轉動z軸移動雙副構件沿z軸移動的螺旋傳動機構，該螺旋傳動機構的螺桿沿z軸方向支撐在在z軸移轉動雙副構件上，在y軸轉動z軸移動雙副構件的內部設有與該螺桿配合的內螺紋，y軸轉動z軸移動雙副構件且與z軸移轉動雙副構件通過燕尾槽滑動配合。所述z軸移轉動雙副構件由蝸桿傳動機構驅動繞z軸轉動，該蝸桿傳動機構的蝸桿沿水平方向支撐在所述機座上，該蝸桿傳動機構的蝸輪與z軸移轉動雙副構件固定連接。本技術利用機構學選型理論，通過3組螺旋傳動將轉動變為移動，以實現夾具和工件子系統相對靜平臺笛卡爾坐標系(亦即并聯機床固定坐標系)沿X，1，Z三軸的移動；通過3組蝸桿傳動將輸入轉動變為輸出轉動，以實現夾具和工件子系統繞該坐標系X，1，z三軸的轉動；利用螺旋傳動和蝸桿傳動的自鎖特性，實現六自由度位置姿態全解耦可調夾具裝置的精確定位和夾緊；通過燕尾結構構成移動運動副，通過軸與孔間隙配合結構構成轉動運動副，結合移動導路方向和轉動軸平行以及移動導路方向和轉動軸垂直這兩類移轉動雙副構件的結構創新設計(前者如所述的X軸移轉動雙副構件，y軸移轉動雙副構件和Z軸移轉動雙副構件；后者如所述的X軸轉動y軸移動雙副構件和y軸轉動Z軸移動雙副構件)，將六自由度位置姿態全解耦可調夾具裝置的傳動原理方案予以工程實現。本技術將并聯機床置于由機床、刀具、夾具和工件構成的機械加工工藝系統中，從夾具和工件子系統相對于靜平臺位置姿態可調整性這一角度，通過可調夾具設計對并聯機床動平臺(刀具)進行位置和姿態補償，以期打破并聯機構(或并聯機床)姿態能力有限這一僵局。本技術的優點在于(I)六自由度位置姿態全解耦可調夾具裝置可實現沿X，y, z三軸的移動，和繞X，y，z三軸的轉動，在位置姿態調整時具有運動參數全解耦特點，即其沿x，y，z三軸的位置移動參數相互獨立，其繞X，1，z三軸的轉動姿態角參數相互獨立而且其位置參數和姿態參數之間亦相互獨立；(2)將移動導路方向和轉動軸平行以及移動導路方向和轉動軸垂直的兩類雙副構·件配套安裝，結構簡單，空間布局合理緊湊；(3)移動采用自鎖螺旋實現、轉動采用自鎖蝸桿蝸輪機構，重復定位精度高，鎖止牢靠；(4)六自由度位置姿態全解耦可調夾具裝置的6個主動件均為轉動構件，且自鎖螺旋和自鎖蝸桿蝸輪機構具有減速增力特性，既可采用伺服電機驅動其主動件通過軟件編程實現其精確調整和運動，也可手動實現其六自由度位置姿態的精確調整；(5)按照相對運動原理，當并聯機床動平臺(刀具)姿態實現能力有限時，若增強被加工工件的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
六自由度位置姿態全解耦可調夾具，其特征在于：所述夾具具有六個自由度，被加工工件固定在夾具上，夾具包括相連接的實現沿x、y、z三軸移動和繞x、y、z三軸轉動的三個分總成，分別為x軸移轉動總成、y軸移轉動總成和z軸移轉動總成。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：高洪，肖平，許德章，張海濤，蔣璇，吳忠義，王治平，胡靜麗，
申請(專利權)人：安徽工程大學，
類型：實用新型
國別省市：