本實用新型屬于數(shù)控制造裝備領(lǐng)域，特別是一種附加冗余直線滑動的三平動龍門并聯(lián)機床。

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床由于動態(tài)性能差、精度低、機身龐大以及造價高等問題，已難以滿足現(xiàn)今大型工件的加工要求；并聯(lián)機床作為一種新概念機床，與傳統(tǒng)數(shù)控機床相比有其獨特的優(yōu)勢。

中國專利CN105818137A公開了一種具有三維平動的并聯(lián)機構(gòu)，包括動平臺、定平臺與三組支鏈，該機構(gòu)使用三個伺服電機同步驅(qū)動一組可伸縮支鏈，但該機構(gòu)工作空間小，不適合大范圍作業(yè)的情形；中國專利CN103240729A公開了一種空間三平動并聯(lián)機械手，包括固定機架、動平臺以及對稱布置在固定機架與動平臺之間的三條支鏈組，每組支鏈分為近架桿和遠架桿，形成空間軸對稱多連桿結(jié)構(gòu)，局限性在于剛度較差，工作空間較??；德國Reichenbacher公司推出的Pegasus型木材加工中心，采用三組固定桿長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滑板和動平臺相連，作業(yè)限于狹長的工作空間且剛度低、加工精度無法滿足對金屬大工件加工的要求；德國斯圖加特大學(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)機構(gòu)，該機構(gòu)采用定桿長加三滑座的布局，第一個滑座有一組平行桿，第二個個滑座安裝三根桿組成兩個平行四邊形，第三個滑座上裝一根桿件，三條水平導(dǎo)軌固定在機架上，通過數(shù)控系統(tǒng)控制三滑座的運動使動平臺從左側(cè)空間轉(zhuǎn)換到右側(cè)空間，從而比其他并聯(lián)機構(gòu)有著較大的工作空間。但該機構(gòu)存在兩個問題：一，想要得到更大的工作空間就必須增加導(dǎo)軌的長度，而且該機構(gòu)的橫向工作范圍較小，二，動平臺在左右空間倒換的控制算法異常復(fù)雜，且可通過的路徑有限。清華大學(xué)與齊二機床、江東機床等公司合作研發(fā)的XNZ2430重型龍門式五軸混聯(lián)機床，主要是將傳統(tǒng)龍門機床的橫向和豎向的直線模組替換為并聯(lián)結(jié)構(gòu)，該機床是局部并聯(lián)機構(gòu)與傳統(tǒng)機床結(jié)構(gòu)的結(jié)合，但這種結(jié)構(gòu)并不能增大機床的工作空間，因此為了增大機床的工作空間，就必須要增加機床工作臺的尺寸，這就使得機床的整體尺寸大大增加。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所解決的技術(shù)問題在于提供一種運動靈活、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的三平動龍門并聯(lián)機床，包括龍門架、直線模組、第一支鏈組、第二支鏈組、第三支鏈組、動平臺、工作臺；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；

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

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點：

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

(2)少自由度并聯(lián)機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單緊湊，便于裝配且整機重量輕，易于控制。

(3)根據(jù)并聯(lián)機床的位姿描述及空間坐標變換理論，由于本機床在空間上只有三個平動的自由度，無轉(zhuǎn)動自由度，故其姿態(tài)矩陣為單位矩陣，運動學(xué)正解和反解都比較容易，因此該機床數(shù)控系統(tǒng)的控制算法相對簡單。

(4)采用附加冗余的直線模組，提高了動平臺的運動范圍，而龍門架和工作臺采用固定方式，進而減小了機床占用空間；

(5)采取附加冗余直線滑動的設(shè)計有利于規(guī)避奇異位形，提高并聯(lián)機床的運動性能與剛度，并且有利于增大并聯(lián)機床的工作空間，實現(xiàn)工作空間的成倍放大，能夠滿足對大工件加工的要求。

附圖說明

圖1為本實用新型機床立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實用新型的機床總體結(jié)構(gòu)的爆炸結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本實用新型機床機構(gòu)簡圖。

圖4為本實用新型動平臺立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本實用新型虎克鉸附加轉(zhuǎn)動副式球鉸結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本實用新型虎克鉸附加轉(zhuǎn)動副式球鉸機構(gòu)簡圖。

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.動平臺

1-1.第一側(cè)柱，1-2.頂座，1-3.第二側(cè)柱，1-4.工作臺，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

具體實施方式

下面結(jié)合圖1至圖6對本實用新型做進一步說明：

結(jié)合圖1，本實用新型中的一種附加冗余直線滑動的三平動龍門并聯(lián)機床，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、動平臺6、工作臺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由伺服電機驅(qū)動沿著導(dǎo)軌2-1平行于工作臺1-4水平滑動；所述滑塊2-2上設(shè)有兩個連接第一支鏈組3的鉸鏈孔；直線模組2使用伺服電機驅(qū)動，從而提供冗余直線滑動，該冗余直線滑動起規(guī)避奇異位形，增大機床工作空間的作用；

作為優(yōu)選的實施方式，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，每組支鏈的兩個伸縮桿在機床中始終保持平行且等長，每組支鏈采用一個伺服電機同步驅(qū)動兩根伸縮桿；

作為對上述實施方式的進一步改進，所述球鉸是一種經(jīng)過改進的虎克鉸，通過在傳統(tǒng)虎克鉸的底座上增加一個轉(zhuǎn)動副來代替普通球鉸，轉(zhuǎn)動范圍可達-70°—70°。

在一些實施方式中，每組支鏈采用兩個伺服電機同步驅(qū)動兩根伸縮桿。

所述第一支鏈組3的兩個伸縮桿的一端均通過鉸連接與頂座1-2相連，另一端均通過鉸連接與動平臺6相連；所述第二支鏈組4的兩個伸縮桿的一端均通過鉸連接與直線模組2的滑塊2-2相連，另一端均通過鉸連接與動平臺6相連；所述第三支鏈組5的兩個伸縮桿的一端均通過鉸連接與頂座1-2相連，另一端均通過鉸連接與動平臺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對稱的安裝在頂座1-2內(nèi)圓弧底部兩端；

作為優(yōu)選的實施方式，結(jié)合圖4，所述動平臺6為五面體腔體結(jié)構(gòu)，動平臺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)；動平臺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；

動平臺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；

動平臺6與第一支鏈組和第三支鏈組5相連的兩個端面相交，且在兩個端面上分別設(shè)有一個與第二支鏈組4相連的凸臺面，兩個凸臺面在同一平面，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上的兩個鉸鏈孔的孔心連線平行且孔距相等；與凸臺面平行相對的另一端為長方形平面結(jié)構(gòu)，且中間設(shè)有用于安裝電主軸的安裝孔；動平臺6另外兩個端面為等腰梯形結(jié)構(gòu)，均分別與凸臺面和長方形結(jié)構(gòu)相交；

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

作為優(yōu)選的實施方式，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°；動平臺6與第一支鏈組3和第三支鏈組5相連接的兩個端面相交且夾角為60°；上述角度在滿足三個支鏈組自由轉(zhuǎn)動的前提下，均可做適當?shù)恼{(diào)整；

由于本實用新型中并聯(lián)機床動平臺6無姿態(tài)變化，機床在空間上只有三個平動的自由度，無轉(zhuǎn)動自由度，故其姿態(tài)矩陣為單位矩陣，運動學(xué)正解和反解都比較容易，因此該機床數(shù)控系統(tǒng)的控制算法相對簡單。