本發(fā)明屬于數(shù)控制造裝備領(lǐng)域，特別是一種附加兩個(gè)冗余滑動(dòng)的大工作空間三平動(dòng)并聯(lián)機(jī)床。

背景技術(shù)：

在宏大制造領(lǐng)域，傳統(tǒng)的單柱式鏜銑床、大型龍門銑床等一類機(jī)床由于動(dòng)態(tài)性能差、精度低、機(jī)身龐大以及造價(jià)高等問題，已難以滿足現(xiàn)今大型工件的加工要求。并聯(lián)機(jī)床作為一種新概念機(jī)床，與傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床相比有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如剛度高、承載能力大、響應(yīng)速度快、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等。

中國專利CN105818137A公開了一種具有三維平動(dòng)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括動(dòng)平臺(tái)、定平臺(tái)與三組支鏈，該機(jī)構(gòu)使用三個(gè)伺服電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)一組可伸縮支鏈，缺點(diǎn)在于該機(jī)構(gòu)工作空間小，不適合大范圍工作的情形；中國專利CN103240729A公開了一種空間三平動(dòng)并聯(lián)機(jī)械手，包括固定機(jī)架、動(dòng)平臺(tái)以及對(duì)稱布置在固定機(jī)架與動(dòng)平臺(tái)之間的三條支鏈組，每組支鏈分為近架桿和遠(yuǎn)架桿，形成空間軸對(duì)稱多連桿結(jié)構(gòu)，局限性在于剛度較差，工作空間較小；德國Reichenbacher公司推出的Pegasus型木材加工中心，采用三組固定桿長(zhǎng)且兩端裝有萬向鉸鏈的桿系，借助鉸鏈將桿系分別與三塊移動(dòng)滑板和動(dòng)平臺(tái)相連，缺點(diǎn)在于工作空間狹長(zhǎng)和剛度、精度無法滿足對(duì)金屬大工件加工的要求；德國斯圖加特大學(xué)與澳大利亞的昆士蘭大學(xué)、挪威的阿格德學(xué)院和瑞典ABB公司聯(lián)合研究的Gantry-Tau并聯(lián)機(jī)器人，該機(jī)構(gòu)采用定長(zhǎng)桿加三滑座的布局，在一個(gè)滑座有一組平行桿、一個(gè)滑座安裝三根桿組成兩個(gè)平行四邊形、第三個(gè)滑座上裝一根桿件，三條水平導(dǎo)軌固定在機(jī)架上，通過規(guī)劃三滑座的運(yùn)動(dòng)使動(dòng)平臺(tái)從左側(cè)空間轉(zhuǎn)換到右側(cè)空間，從而比其他并聯(lián)機(jī)構(gòu)有著較大的工作空間。但該機(jī)構(gòu)存在兩個(gè)問題：一，想要得到更大的工作空間就必須增加導(dǎo)軌的長(zhǎng)度，而且該機(jī)構(gòu)的橫向工作范圍較小，二，動(dòng)平臺(tái)在左右空間倒換的軌跡規(guī)劃異常復(fù)雜，且可通過的路徑有限。張傳旭.C形龍門并聯(lián)機(jī)床總體技術(shù)研究[D].南京：南京理工大學(xué)，2013，沈曉健.并聯(lián)式C形龍門銑床機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化[D].南京：南京理工大學(xué)，2015分別公開了一種C形龍門并聯(lián)機(jī)床，是在非對(duì)稱三平動(dòng)3-(2SPS)并聯(lián)機(jī)構(gòu)上附加冗余直線滑動(dòng)形成大空間并聯(lián)機(jī)床，雖然該機(jī)床的可加工的范圍較常規(guī)并聯(lián)機(jī)床增大，但由于上支鏈座和下支鏈座是固定的，動(dòng)平臺(tái)不能到達(dá)支鏈座的附近，即工作空間頂部和底部狹小，整個(gè)工作空間很不規(guī)整，影響機(jī)床對(duì)高工件或低工件的加工適應(yīng)性，機(jī)床性能優(yōu)化亦受到限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種運(yùn)動(dòng)靈活、結(jié)構(gòu)緊湊、可規(guī)避奇異位形、工作空間大而且規(guī)整的三平動(dòng)并聯(lián)機(jī)床，特別適合大型工件的加工作業(yè)。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：

一種附加兩個(gè)冗余滑動(dòng)的大工作空間三平動(dòng)并聯(lián)機(jī)床，包括機(jī)架、縱向線性模組、橫向兩聯(lián)動(dòng)直線模組、第一支鏈組、第二支鏈組、第三支鏈組、動(dòng)平臺(tái)和工作臺(tái)；所述機(jī)架包括上支座、主立柱、下支座；所述縱向線性模組包括第五導(dǎo)軌和第五滑塊；

所述主立柱上端安裝上支座，主立柱的安裝板下端安裝有下支座，下支座的另一端與工作臺(tái)連接；縱向線性模組安裝在主立柱上，第五滑塊沿著第五導(dǎo)軌滑動(dòng)；所述橫向兩聯(lián)動(dòng)直線模組包括第三滑塊、第四滑塊、第三導(dǎo)軌、第四導(dǎo)軌；所述第三導(dǎo)軌與下支座固聯(lián)，第三滑塊沿第三導(dǎo)軌滑動(dòng)；第四導(dǎo)軌與上支座固聯(lián)，第四滑塊沿第四導(dǎo)軌滑動(dòng)；

所述第一支鏈組、第二支鏈組、第三支鏈組的一端分別與第四滑塊、第五滑塊、第三滑塊相連，另一端均與動(dòng)平臺(tái)相連。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)：

(1)采用開式機(jī)架的設(shè)計(jì)有利于并聯(lián)機(jī)床實(shí)現(xiàn)較大的工作空間；

(2)少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，便于裝配，且整機(jī)重量輕，易于控制；

(3)根據(jù)并聯(lián)機(jī)床的位姿描述及空間坐標(biāo)變換理論，由于機(jī)床進(jìn)行三個(gè)方向平動(dòng)，無轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，故姿態(tài)矩陣為單位陣，運(yùn)動(dòng)學(xué)正解也相對(duì)容易；

(4)采用附加的冗余直線模組，擴(kuò)大了動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)范圍，而機(jī)架與工作臺(tái)采用固定方式，進(jìn)而減小了機(jī)床占用空間；

(5)采取附加兩個(gè)冗余滑動(dòng)的設(shè)計(jì)有利于規(guī)避奇異位形，提高并聯(lián)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)性能與剛度，并且有利于增大并聯(lián)機(jī)床的工作空間，使工作空間規(guī)整，能夠滿足對(duì)大工件加工的要求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明機(jī)床立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明機(jī)架結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明橫向兩聯(lián)動(dòng)直線模組示意圖。

圖4為本發(fā)明機(jī)床機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖5為本發(fā)明動(dòng)平臺(tái)立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明虎克鉸附加轉(zhuǎn)動(dòng)副式球鉸結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明虎克鉸附加轉(zhuǎn)動(dòng)副式球鉸機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合圖1至圖7對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明：

結(jié)合圖1，本發(fā)明中的一種附加兩個(gè)冗余滑動(dòng)的大工作空間三平動(dòng)并聯(lián)機(jī)床，包括機(jī)架1、縱向線性模組2、橫向兩聯(lián)動(dòng)直線模組3、第一支鏈組4、第二支鏈組5、第三支鏈組6、動(dòng)平臺(tái)7和工作臺(tái)8；

所述機(jī)架1包括上支座1-1、主立柱1-2、下支座1-3；所述縱向線性模組2為單自由度的移動(dòng)副，包括第五導(dǎo)軌2-1和第五滑塊2-2；所述主立柱1-2上端安裝上支座1-1，主立柱1-2的安裝板下端安裝有下支座1-3，下支座1-3的另一端與工作臺(tái)8連接；縱向線性模組2安裝在主立柱1-2中間，第五滑塊2-2沿著第五導(dǎo)軌2-1平行于工作臺(tái)8水平滑動(dòng)；第五滑塊2-2上設(shè)置兩個(gè)安裝第二支鏈組5的鉸鏈孔；

所述縱向線性模組2使用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，從而提供冗余直線滑動(dòng)，該冗余直線滑動(dòng)起規(guī)避奇異位形，增大機(jī)床工作空間的作用；

所述橫向兩聯(lián)動(dòng)直線模組3包括第三滑塊3-3、第四滑塊3-4、第三導(dǎo)軌3-7、第四導(dǎo)軌3-8；

所述第三導(dǎo)軌3-7與下支座1-3固聯(lián)，第三滑塊3-3沿第三導(dǎo)軌3-7滑動(dòng)；第四導(dǎo)軌3-8與上支座1-1固聯(lián)，第四滑塊3-4沿第四導(dǎo)軌3-8滑動(dòng)；第三滑塊3-3和第四滑塊3-4在相應(yīng)導(dǎo)軌上的滑動(dòng)；

所述第一支鏈組4、第二支鏈組5、第三支鏈組6的一端分別與第四滑塊3-4、第五滑塊2-2、第三滑塊3-3相連，另一端均與動(dòng)平臺(tái)7相連；

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，結(jié)合圖2，所述主立柱1-2為長(zhǎng)方體腔體結(jié)構(gòu)；上端安裝上支座1-1，主立柱1-2正對(duì)工作臺(tái)8一端為安裝縱向線性模組2和下支座1-3的安裝板，安裝板下端安裝有下支座1-3，下支座1-3的另一端與工作臺(tái)8連接；上支座1-1、主立柱1-2和下支座1-3一起構(gòu)成C形結(jié)構(gòu)；上支座1-1為六面體腔體結(jié)構(gòu)，下端與主立柱1-2的上端相連；下支座1-3為六面體腔體結(jié)構(gòu)，且相對(duì)主立柱1-2中間對(duì)稱，對(duì)稱的兩端為直角梯形結(jié)構(gòu)；與主立柱1-2安裝板連接的為較大的矩形結(jié)構(gòu)，與工作臺(tái)8安裝為較小的矩形結(jié)構(gòu)；

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述上支座1-1、下支座1-3與主立柱1-2在工作空間的夾角均為120°；使得第三導(dǎo)軌3-7、第四導(dǎo)軌3-8與主立柱1-2豎直方向夾角均為120°；

在一些實(shí)施方式中，結(jié)合圖3，所述橫向兩聯(lián)動(dòng)直線模組3還包括第一滑塊3-1、第二滑塊3-2、第一導(dǎo)軌3-5、第二導(dǎo)軌3-6、推桿3-9、第一連桿3-10、第二連桿3-11、導(dǎo)軌連接件3-12；

所述第一導(dǎo)軌3-5與第二導(dǎo)軌3-6均垂直于工作臺(tái)8且在同一垂直方向上，第一導(dǎo)軌3-5與主立柱1-2固連，下端伸入下支座1-3；第二導(dǎo)軌3-6固定在導(dǎo)軌連接件3-12上，導(dǎo)軌連接件3-12與上支座1-1內(nèi)部固連；第一滑塊3-1和第二滑塊3-2通過兩根推桿3-9連接；第一滑塊3-1、第三滑塊3-3上均設(shè)置有耳軸座，用于鉸接第一連桿3-10，第一滑塊3-1、第三滑塊3-3通過第一連桿3-10連接，形成下滑塊組；當(dāng)?shù)谝换瑝K3-1沿第一導(dǎo)軌3-5滑動(dòng)時(shí)，第一滑塊3-1通過第一連桿3-10帶動(dòng)第三滑塊3-3沿第三導(dǎo)軌3-7滑動(dòng)；第二滑塊3-2、第四滑塊3-4上均設(shè)置有耳軸座，用于鉸接第二連桿3-11，第二滑塊3-2、第四滑塊3-4通過第二連桿3-11連接，形成上滑塊組；當(dāng)?shù)诙瑝K3-2沿第二導(dǎo)軌3-6滑動(dòng)時(shí)，第二滑塊3-2通過第二連桿3-11帶動(dòng)第四滑塊3-4沿第四導(dǎo)軌3-8滑動(dòng)；在推桿3-9的傳遞作用下，上滑塊組與下滑塊組形成聯(lián)動(dòng)關(guān)系，驅(qū)動(dòng)第一滑塊3-1，其它各滑塊就有相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。第四滑塊3-4設(shè)有兩個(gè)連接第一支鏈組4的鉸鏈孔，第三滑塊3-3設(shè)有兩個(gè)連接第三支鏈組6的鉸鏈孔；

所述橫向兩聯(lián)動(dòng)直線模組3使用伺服電機(jī)-絲杠螺母驅(qū)動(dòng)，絲杠螺母帶動(dòng)第一滑塊3-1滑動(dòng)，推桿3-9推動(dòng)第二滑塊3-2運(yùn)動(dòng)，使得第三滑塊3-3、第四滑塊3-4隨之運(yùn)動(dòng)；在所述各導(dǎo)軌角度關(guān)系下，設(shè)置第一滑塊3-1上的耳軸處于第三導(dǎo)軌3-7與第一導(dǎo)軌3-5交匯點(diǎn)為初始位置，當(dāng)?shù)谝换瑝K3-1連帶第二滑塊3-2從初始位置向上滑動(dòng)時(shí)，第三滑塊3-3移動(dòng)距離顯著，而第四滑塊3-4移動(dòng)距離很小，反之，第一滑塊3-1連帶第二滑塊3-2從初始位置向下滑動(dòng)時(shí)，第四滑塊3-4移動(dòng)距離顯著，而第三滑塊3-3移動(dòng)距離很小，正因?yàn)轵?qū)動(dòng)第一滑塊3-1引起第三滑塊3-3、第四滑塊3-4的差別化兩聯(lián)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)特性用于填補(bǔ)機(jī)床的作業(yè)盲區(qū)，有利于增大并聯(lián)機(jī)床的工作空間，使工作空間規(guī)整，能夠滿足對(duì)大工件加工的要求；

縱向線性模組2的第五導(dǎo)軌2-1與橫向兩聯(lián)動(dòng)直線模組3的第一導(dǎo)軌3-5垂直安裝在主立柱1-2上；所述縱向線性模組2、橫向兩聯(lián)動(dòng)直線模組3，其中機(jī)床的縱向和橫向是以其坐標(biāo)系來定義的，在水平方向，機(jī)床加工范圍大，定義其為縱向，豎直方向相應(yīng)定義為橫向；

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，結(jié)合圖4、圖6、圖7，所述第一支鏈組4、第二支鏈組5、第三支鏈組6結(jié)構(gòu)相同，每組支鏈組均由兩根結(jié)構(gòu)相同的伸縮桿組成；伸縮桿的兩端均為球鉸；伸縮桿的內(nèi)部采用的滾珠絲杠傳動(dòng)，每組支鏈的兩根伸縮桿在機(jī)床工作狀態(tài)下始終保持平行且等長(zhǎng)，每組支鏈采用一個(gè)伺服電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)兩根伸縮桿；

在一些是實(shí)施方式中，每組支鏈采用兩個(gè)伺服電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)兩根伸縮桿；

作為對(duì)上述實(shí)施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，所述球鉸是一種經(jīng)過改進(jìn)的虎克鉸，通過在傳統(tǒng)虎克鉸的底座上增加一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副來代替普通球鉸，轉(zhuǎn)動(dòng)范圍可達(dá)-70°—70°；

第一支鏈組4的兩根伸縮桿的一端均通過球鉸與第四滑塊3-4相連，另一端均通過球鉸與動(dòng)平臺(tái)7相連；所述第二支鏈組5的兩根伸縮桿的一端均通過球鉸與第五滑塊2-2相連，另一端均通過球鉸與動(dòng)平臺(tái)7相連；所述第三支鏈組6的兩根伸縮桿的一端均通過球鉸與第三滑塊3-3相連，另一端均通過球鉸與動(dòng)平臺(tái)7相連，從而組成空間并聯(lián)閉環(huán)結(jié)構(gòu)；

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，結(jié)合圖5，所述動(dòng)平臺(tái)7為五面體腔體結(jié)構(gòu)，動(dòng)平臺(tái)7與第一支鏈組4和第三支鏈組6相連接端均為四邊形結(jié)構(gòu)，兩端面相交且夾角為60°；動(dòng)平臺(tái)7與第一支鏈組4相連端上設(shè)有用于連接第一支鏈組4兩根伸縮桿的第一鉸鏈孔7-1和第二鉸鏈孔7-2，兩孔的孔心連線與第四滑塊3-4上連接第一支鏈組4的兩鉸鏈孔的孔心連線平行且孔距相等；

動(dòng)平臺(tái)7與第三支鏈組6相連端上設(shè)有用于連接第三支鏈組6兩根伸縮桿的第五鉸鏈孔7-5和第六鉸鏈孔7-6，兩孔的孔心連線與第三滑塊3-3上兩鉸鏈孔的孔心連線平行且孔距相等；

動(dòng)平臺(tái)7與第一支鏈組4和第三支鏈組6相連接處的兩端均設(shè)有與第二支鏈組5相連的凸臺(tái)面，兩個(gè)凸臺(tái)面同平面，且分別設(shè)有第三鉸鏈孔7-3和第四鉸鏈孔7-4，兩孔的孔心連線與第五滑塊2-2上兩鉸鏈孔的孔心連線平行且孔距相等；與凸臺(tái)面平行相對(duì)的另一端為長(zhǎng)方形平面結(jié)構(gòu)，且中間設(shè)有安裝工作裝置電主軸的安裝孔；動(dòng)平臺(tái)7另外兩個(gè)端面為等腰梯形結(jié)構(gòu)，均分別與凸臺(tái)面和長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)相交；

所述動(dòng)平臺(tái)7上安裝第一支鏈組4的端面與第四滑塊3-4的端面保持平行，動(dòng)平臺(tái)7安裝第三支鏈組6的端面與第三滑塊3-3的端面保持平行，動(dòng)平臺(tái)7安裝第二支鏈組5的端面與第五滑塊2-2的端面保持平行；

機(jī)架1的主立柱1-2、下支座1-3、工作臺(tái)8均設(shè)有地腳螺栓安裝孔，安裝機(jī)床時(shí)，通過地腳螺栓固定，以增加機(jī)床的整體穩(wěn)定性；且機(jī)架1與工作臺(tái)8不會(huì)像傳統(tǒng)機(jī)床做大范圍的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，節(jié)約了機(jī)床的占用空間，也減輕了機(jī)床的整體重量；

在本發(fā)明中，上述上支座1-1、下支座1-3與主立柱1-2在工作空間的夾角可做適當(dāng)調(diào)整；動(dòng)平臺(tái)7與第一支鏈組4和第三支鏈組6相連接的兩個(gè)端面的夾角，在保證：動(dòng)平臺(tái)7上安裝第一支鏈組4的端面與第四滑塊3-4的端面保持平行，動(dòng)平臺(tái)7安裝第三支鏈組6的端面與第三滑塊3-3的端面保持平行，動(dòng)平臺(tái)7安裝第二支鏈組5的端面與第五滑塊2-2的端面保持平行的情況下，可做角度的調(diào)整；

由于本發(fā)明中并聯(lián)機(jī)床動(dòng)平臺(tái)7無姿態(tài)變化，根據(jù)并聯(lián)機(jī)床的位姿描述及空間坐標(biāo)變換理論，由于機(jī)床進(jìn)行三個(gè)方向平動(dòng)，無轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，故姿態(tài)矩陣為單位陣，運(yùn)動(dòng)學(xué)正解也相對(duì)容易；

本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾。在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，做出的相關(guān)變形，均屬于發(fā)明保護(hù)范圍。