一种少自由度并联五轴数控激光切割机。涉及一种具有少自由度并联五轴驱动机构的激光切割机。包括机体、X向导轨、横梁、激光切割头和控制器，在横梁的侧面设有Y向导轨，激光切割头通过少自由度并联机构与Y向导轨活动连接；少自由度并联机构包括Y轴溜板装置、Z轴溜板装置、十字架、激光头安装支座、四只等长的连杆和四只直线驱动装置。本发明专利技术通过少自由度并联装置实现常规激光切割头的五轴运动。其中横梁相对于机身的运动实现基本X向运动；四只驱动块各自运动能够通过其各自的连杆驱动激光头安装支座做平动和旋转运动，四个驱动块间的相互运动，实现Y、Z、A、C轴的联合运动；各零部件结构灵巧，刚性大，惯性小，使得运动精度能得到保障。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光切割机的驱动机构，尤其涉及一种具有少自由度并联五轴驱动机构的激光切割机。
技术介绍
激光切割工艺由于其速度快、切缝窄、热影响区小、切缝边缘垂直度好、切边光滑、 切割材料范围广等诸多优点，在很多领域应用越来越广。随着激光应用技术的发展，三维空间曲线的激光切割以其先进、灵活、适应性强等特点，在国外的汽车工业、航空航天工业等诸多领域都取得了广泛的应用。使用三维激光切割，不仅可以节省样板及工装设备，还大大缩短了生产准备周期。目前大多数三维激光切割机，主机传动机构均为串联方式。串联机构的切割头运动轨迹控制都是建立在笛卡尔坐标系中，动作控制过程的数学运算简单，但是机械结构复杂、笨重，设备动态响应速度差，零部件寿命低，无论光束以何种方式传输，都需要价格昂贵的三维激光切割头。
技术实现思路
本专利技术针对以上问题，提供了一种结构更加灵巧、刚性更大、惯性更小、精度更高的少自由度并联五轴数控激光切割机。本专利技术的技术方案是所述激光切割机包括机体1、设在机体1上的X向导轨la、 与X向导轨Ia活动连接的横梁2、激光切割头9和控制器，在所述横梁2的侧面设有Y向导轨2a，所述激光切割头9通过少自由度并联机构与所述横梁2侧面的Y向导轨加活动连接；所述少自由度并联机构包括与所述Y向导轨加活动连接的Y轴溜板3装置、Z轴溜板 4装置、十字架5、激光头安装支座8、四只等长的连杆7和四只直线驱动装置6 ；所述Y轴溜板3装置中Y轴溜板3的背面设有与所述Y向导轨加适配的导轨槽，并可以沿Y向导轨做直线往复运动、正面设有一对Z向导轨；所述Z轴溜板4装置中的Z轴溜板4的背面设有一对与所述一对Z向导轨适配的Z向导轨槽、正面设有与X轴平行的枢接套如；所述Z轴溜板4通过Z向导轨槽与所述Y轴溜板3上的Z向导轨活动连接，并可以沿Z向导轨作直线往复运动；所述十字架5呈叉形，其根部设有用于活动连接所述枢接套如的枢接轴fe，两叉叉尖部位设有一对同轴的转孔；所述激光头安装支座8包括板体和四只球窝，所述板体的一端设有用于活动连接所述转孔的转销8b、板体的另一端设有用于固定连接所述激光切割头的耳板8a ；所述四只球窝中两只处于板体上部，另两只处于板体下部，且四只球窝的开口朝向所述转销8b的方向；所述四只直线驱动装置6平均布设在所述Y轴溜板3的两侧，分别与所述Y向导轨加活动连接；所述直线驱动装置包括直线驱动块和直线驱动块电机，所述直线驱动块朝向所述Y轴溜板3的侧面设有球窝；所述直线驱动块电机设在直线驱动块上，并驱动其在Y向导轨加上作直线往复运动；所述连杆7的两端分别设有球头，连杆7两端的球头分别与所述直线驱动块6上的球窝和所述激光头安装支座8上的球窝相连； 所述四个直线驱动块电机分别连接控制器。所述激光头安装支座8上的四只球窝的中心高度具有落差； 所述的四个连杆7的长度相等。所述横梁2沿X向导轨Ia的X向运动为所述激光切割头的X轴向基本运动； 所述Y轴溜板3相对于所述横梁2的Y向运动为所述激光切割头的Y轴向运动； 所述Z轴溜板4相对于所述Y轴溜板3的Z向运动为所述激光切割头的Z轴向运动； 所述十字架5围绕所述Y轴溜板3上枢接轴fe的旋转运动为A轴向运动；所述激光头安装支座8围绕所述十字架5上转孔的旋转运动为C轴向运动； 所述激光切割头9的Y、Z、A、C轴向运动是由所述四个驱动块5通过各自连杆驱动激光头安装支座8实现的；所述Y、Z、A、C轴向运动构成所述激光切割头的并联运动；使得所述激光切割头9在所述X轴向基本运动与Y、Z、A、C轴向的并联运动共同构成的运动环境中实现少自由度并联五轴运动。本专利技术通过少自由度并联装置实现常规激光切割头的五轴运动。其中横梁相对于机身的运动实现基本X向运动；四只驱动块各自运动能够通过其各自的连杆驱动激光头安装支座做平动和旋转运动，四个驱动块间的相互运动，实现Y、Z、A、C轴的联合运动；进而实现五轴运动(少自由度并联五轴运动)。此外，专利技术人发现在激光头安装支座上四只球窝中心高度相同的情况下，在某些特定的位置机构可能会空间完全对称，一但机构在空间上对称就会使运动不确定。比如在两个转动副的转角均为“0”的情况下对其进行驱动，转动副有“顺时针”也有“逆时针”转动的可能。而采用四根连杆长度完全相同且激光头安装支座上四只球窝中心高度不同的方法(即将四只球窝的中心高度形成落差)则可有效地避免在切割头任意位置和姿态时的机构空间对称，进而彻底解决这个问题。本专利技术的构思精巧，各零部件结构灵巧，刚性大，惯性小，使得运动精度能得到保障。本专利技术是机床技术、机器人技术以及数控技术相结合的产物，与传统的串联机床相比，结构简单，数学运算复杂精准。它具有刚度大、响应快、精度高、适应性强、技术附加值高等突出优点。附图说明图1是本专利技术的结构示意图，图2是本专利技术中少自由度并联机构的立体图一， 图3是本专利技术中少自由度并联机构的立体图二， 图4是本专利技术中激光头安装支座的立体图， 图5是本专利技术中激光头安装支座的主视图， 图6是图5的左视图， 图7是本专利技术使用状态参考图一， 图8是本专利技术使用状态参考图二， 图9是本专利技术使用状态参考图三， 图10是本专利技术Z轴逆运动仿真示意图，图11是本专利技术A轴逆运动仿真示意图， 图12是本专利技术C轴逆运动仿真示意图1中标示了 X、Y、Z三直线运动方向示意，图3中标示了 A、C两旋转方向运动方向示辰、 图中1是机身，Ia是X向导轨，2是横梁，加是Y向导轨，3是Y轴溜板，4是Z轴溜板， 4a是枢接套，5是十字架，5a是枢接轴，6是直线驱动装置，6a是直线驱动块一，6b是直线驱动块二，6c直线驱动块三，6d直线驱动块四，7是连杆，7a是连杆一，7b是连杆二，7c是连杆三，7d是连杆四，8是激光头安装支座，8a是耳板，8b是转销，8c是连接孔，81是球窝一，82 是球窝二，83是球窝三，84是球窝四，9是激光切割头，10是工件，IOa是孔一，IOb是孔二， IOc是孔三。具体实施例方式首先对图1、图3中所示坐标系定义如下X轴——横梁2沿机身1上的X向导轨的运动方向； Y轴——Y轴溜板3沿横梁2上的Y向导轨的运动方向； Z轴——Z轴溜板4沿Y轴溜板3上的Z向导轨的运动方向；A轴——十字架5通过转动副与Z轴溜板4连接，并可在士90°的范围内进行旋转运动；C轴——激光头安装支座8通过转动副与十字架5连接，并可在士90°的范围内进行旋转运动；其中X轴运动控制与普通的龙门式二维激光切割机相同，而Y、Z、A、C四轴的运动是通过并联机构来实现的。活动连接于横梁2上且只能够沿Y向运动的四个可控的直线驱动装置6，并分别通过两端均为万向铰接的连杆一 6a、连杆二 6b、连杆三6c、连杆四6d与激光头安装支座8相连接，通过四个直线驱动装置间的同向、反向驱动来完成对激光头安装支座8 的位置与姿态的控制，进而实现切割头对空间曲线的切割。本专利技术如图1-6所示，所述激光切割机包括机体1、设在机体1上的X向导轨la、 与X向导轨Ia活动连接的横梁2、激光切割头9和控制器，在所述横梁2的侧面设有Y向导轨2a，所述激光切割头9通过少自由度并联机构与所述横梁2侧面的Y向导轨加活动连接；所述少自由度并联机构包括与所述Y向导轨加活动连接的Y轴溜板3装置、Z轴溜板 4装置、十字架5、激光头安装支本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种少自由度并联五轴数控激光切割机，所述激光切割机包括机体（１）、设在机体（１）上的Ｘ向导轨（１ａ）、与Ｘ向导轨（１ａ）活动连接的横梁（２）、激光切割头（９）和控制器，在所述横梁（２）的侧面设有Ｙ向导轨（２ａ），其特征在于，所述激光切割头（９）通过少自由度并联机构与所述横梁（２）侧面的Ｙ向导轨（２ａ）活动连接；所述少自由度并联机构包括与所述Ｙ向导轨（２ａ）活动连接的Ｙ轴溜板（３）装置、Ｚ轴溜板（４）装置、十字架（５）、激光头安装支座（８）、四只等长的连杆（７）和四只直线驱动装置（６）；所述Ｙ轴溜板（３）装置中Ｙ轴溜板（３）的背面设有与所述Ｙ向导轨（２ａ）适配的导轨槽，并可以沿Ｙ向导轨做直线往复运动、正面设有一对Ｚ向导轨；所述Ｚ轴溜板（４）装置中的Ｚ轴溜板（４）的背面设有一对与所述一对Ｚ向导轨适配的Ｚ向导轨槽、正面设有与Ｘ轴平行的枢接套（４ａ）；所述Ｚ轴溜板（４）通过Ｚ向导轨槽与所述Ｙ轴溜板（３）上的Ｚ向导轨活动连接，并可以沿Ｚ向导轨作直线往复运动；所述十字架（５）呈叉形，其根部设有用于活动连接所述枢接套（４ａ）的枢接轴（５ａ），两叉叉尖部位设有一对同轴的转孔；所述激光头安装支座（８）包括板体和四只球窝，所述板体的一端设有用于活动连接所述转孔的转销（８ｂ）、板体的另一端设有用于固定连接所述激光切割头的耳板（８ａ）；所述四只球窝中两只处于板体上部，另两只处于板体下部，且四只球窝的开口朝向所述转销（８ｂ）的方向；所述四只直线驱动装置（６）平均布设在所述Ｙ轴溜板（３）的两侧，分别与所述Ｙ向导轨（２ａ）活动连接；所述直线驱动装置包括直线驱动块和直线驱动块电机，所述直线驱动块朝向所述Ｙ轴溜板（３）的侧面设有球窝；所述直线驱动块电机设在直线驱动块上，并驱动其在Ｙ向导轨（２ａ）上作直线往复运动；所述连杆（７）的两端分别设有球头，连杆（７）两端的球头分别与所述直线驱动块（６）上的球窝和所述激光头安装支座（８）上的球窝相连；所述四个直线驱动块电机分别连接控制器。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：胡金龙，洪超，钟昇，
申请(专利权)人：江苏扬力数控机床有限公司，
类型：发明
国别省市：32
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