本發(fā)明屬于數(shù)控制造裝備領(lǐng)域，特別是一種附加冗余直線滑動(dòng)的三平動(dòng)龍門并聯(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)。

中國(guó)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，但該機(jī)構(gòu)工作空間小，不適合大范圍作業(yè)的情形；中國(guó)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?。坏聡?guó)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(wàn)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，作業(yè)限于狹長(zhǎng)的工作空間且剛度低、加工精度無(wú)法滿足對(duì)金屬大工件加工的要求；德國(guó)斯圖加特大學(xué)的S.Johannesson于2003年提出、并與澳大利亞的昆士蘭大學(xué)、挪威的阿格德學(xué)院和瑞典的ABB公司聯(lián)合研究一種名為Gantry-Tau的三自由度大工作空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)采用定桿長(zhǎng)加三滑座的布局，第一個(gè)滑座有一組平行桿，第二個(gè)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(guò)數(shù)控系統(tǒng)控制三滑座的運(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)在左右空間倒換的控制算法異常復(fù)雜，且可通過(guò)的路徑有限。清華大學(xué)與齊二機(jī)床、江東機(jī)床等公司合作研發(fā)的XNZ2430重型龍門式五軸混聯(lián)機(jī)床，主要是將傳統(tǒng)龍門機(jī)床的橫向和豎向的直線模組替換為并聯(lián)結(jié)構(gòu)，該機(jī)床是局部并聯(lián)機(jī)構(gòu)與傳統(tǒng)機(jī)床結(jié)構(gòu)的結(jié)合，但這種結(jié)構(gòu)并不能增大機(jī)床的工作空間，因此為了增大機(jī)床的工作空間，就必須要增加機(jī)床工作臺(tái)的尺寸，這就使得機(jī)床的整體尺寸大大增加。

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、具備大工作空間的并聯(lián)機(jī)床，特別適合大型工件的加工作業(yè)。

一種附加冗余直線滑動(dòng)的三平動(dòng)龍門并聯(lián)機(jī)床，包括龍門架、直線模組、第一支鏈組、第二支鏈組、第三支鏈組、動(dòng)平臺(tái)、工作臺(tái)；所述龍門架包括第一側(cè)柱、第二側(cè)柱和頂座；所述第一側(cè)柱、第二側(cè)柱安裝在工作臺(tái)的兩端，頂座安裝在第一側(cè)柱與第二側(cè)柱的頂端；所述直線模組包括導(dǎo)軌和滑塊，直線模組安裝在頂座上，滑塊沿導(dǎo)軌滑動(dòng)；

所述第一支鏈組、第三支鏈組的一端均安裝在頂座上，另一端均與動(dòng)平臺(tái)相連；所述第二支鏈組的一端安裝在直線模組上，另一端與動(dòng)平臺(tái)相連，組成空間并聯(lián)閉環(huán)結(jié)構(gòu)。

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

(1)采用封閉式龍門架的設(shè)計(jì)有利于提高并聯(lián)機(jī)床的剛度和精度。

(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，由于本機(jī)床在空間上只有三個(gè)平動(dòng)的自由度，無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，故其姿態(tài)矩陣為單位矩陣，運(yùn)動(dòng)學(xué)正解和反解都比較容易，因此該機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的控制算法相對(duì)簡(jiǎn)單。

(4)采用附加冗余的直線模組，提高了動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)范圍，而龍門架和工作臺(tái)采用固定方式，進(jìn)而減小了機(jī)床占用空間；

(5)采取附加冗余直線滑動(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，實(shí)現(xiàn)工作空間的成倍放大，能夠滿足對(duì)大工件加工的要求。

附圖說(shuō)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)明的機(jī)床總體結(jié)構(gòu)的爆炸結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明機(jī)床機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖4為本發(fā)明動(dòng)平臺(tái)立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5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6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。

1.龍門架，2.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)

1-1.第一側(cè)柱，1-2.頂座，1-3.第二側(cè)柱，1-4.工作臺(tái)，2-1.導(dǎo)軌，2-2.滑塊

6-1.第一鉸鏈孔，6-2.第二鉸鏈孔，6-3.第三鉸鏈孔，6-4.第四鉸鏈孔，6-5.第五鉸鏈孔，6-6.第六鉸鏈孔

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合圖1至圖6對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明：

結(jié)合圖1，本發(fā)明中的一種附加冗余直線滑動(dòng)的三平動(dòng)龍門并聯(lián)機(jī)床，包括龍門架1、直線模組2、第一支鏈組3、第二支鏈組4、第三支鏈組5、動(dòng)平臺(tái)6、工作臺(tái)1-4；

結(jié)合圖2，所述龍門架1包括第一側(cè)柱1-1、第二側(cè)柱1-3和頂座1-2；所述第一側(cè)柱、第二側(cè)柱安裝在工作臺(tái)的兩端，頂座安裝在第一側(cè)柱與第二側(cè)柱的頂端；

作為優(yōu)選的實(shí)施方案，所述第一側(cè)柱1-1與第二側(cè)柱1-3結(jié)構(gòu)相同，所述第一側(cè)柱1-1為立方體框架結(jié)構(gòu)，中間設(shè)有槽孔，以減輕整體重量，底端設(shè)有固定的安裝座；所述頂座1-2為C形圓弧框架結(jié)構(gòu)，與第一側(cè)柱1-1、第二側(cè)柱1-3和頂座1-2整體構(gòu)成拱形結(jié)構(gòu)；

所述工作臺(tái)與第一側(cè)柱1-1與第二側(cè)柱1-3下端均固連；

所述直線模組2為單自由度的移動(dòng)副，包括導(dǎo)軌2-1和滑塊2-2；所述直線模組2安裝在頂座1-2內(nèi)圓弧頂端中部；滑塊2-2由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)沿著導(dǎo)軌2-1平行于工作臺(tái)1-4水平滑動(dòng)；所述滑塊2-2上設(shè)有兩個(gè)連接第一支鏈組3的鉸鏈孔；直線模組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；

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，結(jié)合圖3，圖5，圖6，所述第一支鏈組3、第二支鏈組4、第三支鏈組5結(jié)構(gòu)相同，每組支鏈組均由兩個(gè)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)，每組支鏈的兩個(gè)伸縮桿在機(jī)床中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；

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(guò)改進(jìn)的虎克鉸，通過(guò)在傳統(tǒng)虎克鉸的底座上增加一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副來(lái)代替普通球鉸，轉(zhuǎn)動(dòng)范圍可達(dá)-70°—70°。

在一些實(shí)施方式中，每組支鏈采用兩個(gè)伺服電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)兩根伸縮桿。

所述第一支鏈組3的兩個(gè)伸縮桿的一端均通過(guò)鉸連接與頂座1-2相連，另一端均通過(guò)鉸連接與動(dòng)平臺(tái)6相連；所述第二支鏈組4的兩個(gè)伸縮桿的一端均通過(guò)鉸連接與直線模組2的滑塊2-2相連，另一端均通過(guò)鉸連接與動(dòng)平臺(tái)6相連；所述第三支鏈組5的兩個(gè)伸縮桿的一端均通過(guò)鉸連接與頂座1-2相連，另一端均通過(guò)鉸連接與動(dòng)平臺(tái)6相連，從而組成空間并聯(lián)閉環(huán)結(jié)構(gòu)；所述第一支鏈組3與第三支鏈組5對(duì)稱的安裝在頂座1-2內(nèi)圓弧底部?jī)啥耍?/p>

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

動(dòng)平臺(tái)6與第三支鏈組5相連端上設(shè)有用于連接第三支鏈組5兩根伸縮桿的第五鉸鏈孔6-5和第六鉸鏈孔6-6，兩孔的孔心連線與頂座1-2上連接第三支鏈組5的兩鉸鏈孔的孔心連線平行且孔距相等；

動(dòng)平臺(tái)6與第一支鏈組和第三支鏈組5相連的兩個(gè)端面相交，且在兩個(gè)端面上分別設(shè)有一個(gè)與第二支鏈組4相連的凸臺(tái)面，兩個(gè)凸臺(tái)面在同一平面，且分別設(shè)有第三鉸鏈孔6-3和第四鉸鏈孔6-4，兩孔的孔心連線與滑塊2-2上的兩個(gè)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)有用于安裝電主軸的安裝孔；動(dòng)平臺(tái)6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；

所述第一側(cè)柱1-1、第二側(cè)柱1-3、工作臺(tái)1-4均設(shè)有地腳螺栓安裝孔，安裝機(jī)床時(shí)，通過(guò)地腳螺栓固定機(jī)床，以增加機(jī)床的整體穩(wěn)定性；且龍門架1與工作臺(tái)1-4不會(huì)像傳統(tǒng)機(jī)床那樣有大范圍的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，節(jié)約了機(jī)床的占地空間，也減輕了機(jī)床的整體重量。

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，頂座1-2內(nèi)圓弧底部連接第一支鏈組3與第三支鏈組5的兩端均為平面，兩平面與導(dǎo)軌所在平面的夾角均為120°；動(dòng)平臺(tái)6與第一支鏈組3和第三支鏈組5相連接的兩個(gè)端面相交且夾角為60°；上述角度在滿足三個(gè)支鏈組自由轉(zhuǎn)動(dòng)的前提下，均可做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整；

由于本發(fā)明中并聯(lián)機(jī)床動(dòng)平臺(tái)6無(wú)姿態(tài)變化，機(jī)床在空間上只有三個(gè)平動(dòng)的自由度，無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，故其姿態(tài)矩陣為單位矩陣，運(yùn)動(dòng)學(xué)正解和反解都比較容易，因此該機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的控制算法相對(duì)簡(jiǎn)單。