變輸入可重構牛頭刨床主運動機構的制作方法
【技術領域】
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[0001]本發明屬于機構學與機械制造領域，特別涉及一種變輸入可重構牛頭刨床主運動機構。
【背景技術】
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[0002]牛頭刨床可應用于水平面、垂直面、斜面、直槽、V型槽、燕尾槽及直母線成型面等面的刨削加工，因此在機械制造領域有著極為廣泛的應用。為了提高加工表面的質量，要求滑枕應為勻速運動，但機械式牛頭刨床的主運動機構一般采用擺動導桿機構和擺桿滑塊機構串聯而成的組合機構，刨刀刨削加工時的主運動為非勻速運動，為進一步提高加工質量帶來了困難。
[0003]隨著科學技術的發展，人們越來越希望現代機器能夠根據不同的工作任務需求具有不同的工作方式，即希望機器能“一機多用”，希望機器具有柔性、可控性和智能性。機械式牛頭刨床主要用于加工中、小零件，在加工中型零件和加工小型零件時，所需要的工作功率和工作行程是不同的。顯然，在加工小型零件時，所需要的加工作業功率和工作行程都是相對較小的，而如果刨床不具備“柔性”，依然采用加工中型零件的工作模式來完成加工小型零件的作業任務，顯然是不經濟的。
[0004]因此人們希望刨床能夠具有可控性、使作業速度滿足勻速要求；希望刨床能夠具有柔性、能根據加工作業任務的不同，變換工作模式，實現可重構；希望刨床具有智能，能根據不同加工工藝和參數要求，編程控制。
【發明內容】
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[0005]本發明針對現有技術中的不足，提出一種變輸入可重構牛頭刨床主運動機構，其具有可控性、柔性化、智能化的優點。
[0006]本發明解決其技術問題所采用的方案是:一種變輸入可重構牛頭刨床主運動機構，其具有兩種可選的工作模式，即根據不同加工作業任務具有兩種不同的機構構型，且可在兩種工作模式間方便的自動切換，具有可重構性。
[0007]第一種工作模式，可以滿足中等零件的加工作業任務，第一種機構構型為:牛頭刨床的滑枕通過一個連桿與一個平面二自由度5R (R為轉動副)并聯機構相連接。平面二自由度5R并聯機構含二個相同運動支鏈，為對稱機構，每一支鏈均含有兩個連桿，各連桿間通過轉動副相連接，兩個相同的支鏈也通過轉動副相并聯。每一個支鏈由一個伺服電機驅動，伺服電機位于機架處，利用平面二自由度5R并聯機構將二個伺服電機的輸入傳遞、合成并轉化為末端滑枕的單一大功率輸出，可滿足中型零件的刨削加工作業需要。由于平面二自由度5R并聯機構本身具有機械協調功能，可消除二組伺服電機輸入誤差引起的運動干涉，降低控制難度。
[0008]第二種工作模式，可以滿足小型零件的加工作業任務，第二種機構構型為:變輸入可重構牛頭刨床主運動機構自動切換為第二種工作模式，這時滑枕通過一個連桿與一個單自由度平面四桿機構相連接，即平面二自由度5R并聯機構切換為單自由度平面四桿機構。平面四桿機構含有四個桿和四個轉動副，各桿之間通過轉動副相連接。這時機構整體為單自由度機構，其中一個伺服電機被鎖死，只有一臺伺服電機工作，用于完成小功率的加工作業任務。
[0009]以上兩種工作模式均采用伺服電機驅動，因伺服電機具有可控性，通過合理的控制可以滿足滑枕的勻速運動作業需求；因伺服電機具有可控性，通過編程控制，可以滿足不同加工工藝和加工參數要求；因平面二自由度5R并聯機構具有機械協調功能，可將兩組伺服電機的輸入進行合成，將小功率輸入合成為大功率輸出，且可避免輸入誤差引起的運動干涉；因平面二自由度5R并聯機構具有可重構特性，可實現牛頭刨床主運動機構根據不同刨削加工作業需求，在不同工作模式間自動切換，具有柔性。
[0010]綜上，所述變輸入可重構牛頭刨床主運動機構通過采用伺服電機控制、通過采用可重構平面二自由度5R并聯機構，滿足了滑枕勻速運動作業需求、使機械式牛頭刨床的主運動機構具有了柔性、可控性和智能性。
【附圖說明】
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[0011]圖1為變輸入可重構牛頭刨床主運動機構第一種工作模式的機構簡圖。
[0012]圖2為變輸入可重構牛頭刨床主運動機構第二種工作模式的機構簡圖。
[0013]圖1和圖2中，I為機架，2-7為桿，8-13為轉動副。
【具體實施方式】
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[0014]以下結合附圖1和附圖2所示之實施例對本發明作進一步詳述:
[0015]如圖1所示實施例中:變輸入可重構牛頭刨床主運動機構工作在第一種工作模式，刨床主運動機構的滑枕(桿7)通過桿6與一平面二自由度5R并聯機構的相連，所述滑枕(桿7)為機構整體的末端輸出構件。所述平面二自由度5R并聯機構含有二條相同的運動支鏈，桿2和桿3組成第一運動支鏈，桿2與機架I通過轉動副8相連接，桿2和桿3通過轉動副11相連接；桿4和桿5組成第二運動支鏈，桿5與機架I通過轉動副9相連接，桿5與桿4通過轉動副10相連接。所述兩條相同的運動支鏈通過轉動副12相并聯，所述桿2和桿5桿長相等、桿3和桿4桿長相同，平面二自由度5R并聯機構兩運動支鏈相同，為對稱結構。平面二自由度5R并聯機構通過轉動副12與桿6相連接，桿6通過轉動副13與桿7 (滑枕)相連接，桿7 (滑枕)與機架I為移動副連接。所述平面二自由度5R并聯機構每一支鏈均為伺服電機驅動，每一支鏈的伺服電機分別安裝在轉動副8和轉動副9處。所述平面二自由度5R并聯機構將所述二條運動支鏈的伺服電機的輸入傳遞、合成并轉化為滑枕7的大功率單一輸出，實現大功率刨削加工作業任務，可用于刨削加工中型零件。所述平面二自由度5R并聯機構本身具有機械協調功能，可消除二組伺服電機輸入誤差引起的運動干涉，降低控制難度。
[0016]如圖2所示實施例中:變輸入可重構牛頭刨床主運動機構工作在第二種工作模式，這時通過轉動驅動桿5的伺服電機，使得桿5旋轉至與機架I相重合的位置處，并將驅動桿5的伺服電機鎖死，則變輸入可重構牛頭刨床主運動機構自動切換為第二種工作模式，可見此時平面二自由度5R并聯機構自動切換為平面單自由度四桿機構。這時，刨床的滑枕(桿7)通過桿6與一單自由度平面四桿機構相連接。此時桿5與機架I重合并鎖死，桿5與桿I共同作為單自由度平面四桿機構的機架。桿6與單自由度平面四桿機構通過轉動副12相連接，桿6與桿7 (滑枕)通過轉動副13相連接，桿7 (滑枕)與機架I為移動副連接。這時機構整體為單自由度機構，機構整體以驅動桿2的伺服電機作為原動機，提供刨削加工作業的動力，可實現小型零件的加工作業需要。
【主權項】
1.一種變輸入可重構牛頭刨床主運動機構，其特征是:該牛頭刨床主運動機構具有兩種不同的工作模式，可根據不同加工作業任務要求在兩種工作模式間自動切換； 工作模式一為:通過一個連桿連接牛頭刨床滑枕和一個平面二自由度5R(R為轉動副)并聯機構；所述平面二自由度5R并聯機構由二條相同的運動支鏈構成，所述平面二自由度5R并聯機構的有兩條相同的運動支鏈，為對稱結構，所述每一支鏈均由伺服電機驅動；所述牛頭刨床主運動機構的滑枕與機架為移動副連接，其余各桿之間均為轉動副連接；所述平面二自由度5R并聯機構將二組伺服電機的輸入傳遞、合成并轉化為滑枕的單一大功率輸出，實現刨床的刨削作業任務；所述平面二自由度5R并聯機構具有機械協調功能，可消除二組伺服電機輸入誤差引起的運動干涉，降低控制難度；工作模式一適合完成中型零件的刨削加工作業任務； 工作模式二為:變輸入可重構牛頭刨床主運動機構自動切換為第二種工作模式，這時滑枕通過一個連桿與一個單自由度平面四桿機構相連接，即平面二自由度5R并聯機構切換為單自由度平面四桿機構；這時機構整體為單自由度機構，其中一個伺服電機被鎖死，只有一臺伺服電機工作，用于完成小功率的加工作業任務，可以滿足小型零件的刨削加工作業任務； 以上兩種工作模式均采用伺服電機驅動，因伺服電機具有可控性，通過合理的控制可以滿足滑枕的勻速運動作業需求；因伺服電機具有可控性，通過編程控制，可以滿足不同加工工藝和加工參數要求；因平面二自由度5R并聯機構具有機械協調功能，可將兩組伺服電機的輸入進行合成，將小功率輸入合成為大功率輸出，且可避免輸入誤差引起的運動干涉；因平面二自由度5R并聯機構具有可重構特性，可實現牛頭刨床主運動機構根據不同刨削加工作業需求，在不同工作模式間自動切換，具有柔性； 綜上，所述變輸入可重構牛頭刨床主運動機構通過采用伺服電機控制、通過采用可重構平面二自由度5R并聯機構，滿足了滑枕勻速運動作業需求、使牛頭刨床的主運動機構具有了柔性、可控性和智能性。
【專利摘要】本發明屬于機構學和機械制造領域，特別涉及一種變輸入可重構牛頭刨床主運動機構。其特征是：刨床主運動機構具有兩種工作模式，可根據不同作業任務需求，進行自動切換。工作模式一適合完成中型零件加工的作業任務，其通過一個連桿將刨床主運動機構的滑枕與一個由兩組伺服電機驅動的平面二自由度5R并聯機構相連接；所述平面二自由度5R并聯機構將二組伺服電機的輸入傳遞、合成并轉化為刨床主運動機構滑枕的單一大功率輸出。工作模式二適合于完成小型零件的加工作業任務，其將所述的平面二自由度5R并聯機構自動切換為平面單自由度四桿機構，為單伺服電機驅動。本發明具有可控性、柔性化和智能化的優點。
【IPC分類】B23Q5/027
【公開號】CN105171497
【申請號】
【發明人】王冰, 韓偉娜, 楊墨
【申請人】北華航天工業學院
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年10月27日