一種基于3rrrs機(jī)構(gòu)的并聯(lián)機(jī)床構(gòu)型的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于并聯(lián)機(jī)床技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于3RRRS機(jī)構(gòu)的并聯(lián)機(jī)床構(gòu)型。
【背景技術(shù)】
[0002]并聯(lián)機(jī)床以空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)，集中了機(jī)械工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)、電子工程、以及自動(dòng)控制等多種學(xué)科的研究成果，它是數(shù)控機(jī)床工業(yè)中，空間多環(huán)多自由度機(jī)構(gòu)創(chuàng)造性的應(yīng)用。
[0003]并聯(lián)機(jī)床是基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的新型機(jī)床。當(dāng)前，隨著各個(gè)領(lǐng)域?qū)Σ⒙?lián)機(jī)床的需求不斷增加，使得并聯(lián)機(jī)床得到廣泛的應(yīng)用。
[0004]從國(guó)際上看，1965年J.Tindale最早提出了開(kāi)發(fā)并聯(lián)構(gòu)型機(jī)床的設(shè)想。G&L公司在1991年研究開(kāi)發(fā)出了六條腿并聯(lián)機(jī)床的原型，進(jìn)而將VARIAX(變異型)并聯(lián)機(jī)床在1994年于美國(guó)芝加哥MTS’ 94國(guó)際制造技術(shù)展覽會(huì)上進(jìn)行了展示。隨著并聯(lián)機(jī)床的開(kāi)發(fā)和研究，出現(xiàn)了一系列的并聯(lián)機(jī)床，法國(guó)RA公司URANE S、Dyna-M型臥式加工中心、德國(guó)的ZFS的 Paralix 等。德國(guó) D5rries Scharmann Technologie (DST)公司于 2005 年開(kāi)發(fā)了臥式加工頭SprintZ3。該加工頭成為標(biāo)準(zhǔn)模塊。
[0005]國(guó)內(nèi)科研部門(mén)與眾多高校將并聯(lián)機(jī)床列為重要課題進(jìn)行了開(kāi)發(fā)研究。在1991年，燕山大學(xué)研制了具有六自由度的并聯(lián)機(jī)器人樣機(jī)。在1998年的北京機(jī)床展上，展示出了由清華大學(xué)和天津大學(xué)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的VAMTIY并聯(lián)機(jī)床，這是我國(guó)第一臺(tái)并聯(lián)機(jī)床的樣機(jī)。在2001年的中國(guó)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上，推出了昆明機(jī)床股份有限公司等單位開(kāi)發(fā)的XNZ63數(shù)控鏜銑類(lèi)虛擬軸機(jī)床，江東機(jī)床有限公司等開(kāi)發(fā)的XNZ2010數(shù)控龍門(mén)式虛擬軸機(jī)床。2002年的中國(guó)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上，展示了大連機(jī)床集團(tuán)等開(kāi)發(fā)的DCB510五軸聯(lián)動(dòng)并聯(lián)機(jī)床。哈量集團(tuán)數(shù)控機(jī)床公司于2008年在第九屆中國(guó)國(guó)際機(jī)床工具展覽會(huì)上，展出了新型并聯(lián)機(jī)床LINKS-EXE700R。這種機(jī)床運(yùn)用艾克斯康(EXECH0N)公司新一代的并聯(lián)機(jī)床技術(shù)研發(fā)，技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水。世界首臺(tái)新型重型龍門(mén)式五軸混聯(lián)機(jī)床XNZ2415，由清華大學(xué)與齊齊哈爾第二機(jī)床廠于2009年初合作研制。
[0006]近年來(lái)，各高校與科研院所推出了許多新的并聯(lián)機(jī)床構(gòu)型。
[0007]大連創(chuàng)達(dá)技術(shù)交易市場(chǎng)有限公司2010年研制了一種專(zhuān)用六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)(公開(kāi)號(hào)，CN 102476288 A)，由動(dòng)平臺(tái)、靜平臺(tái)及其二條結(jié)構(gòu)相同的混合鏈與二條結(jié)構(gòu)相同的簡(jiǎn)單開(kāi)鏈組成。該機(jī)構(gòu)可作為并聯(lián)結(jié)構(gòu)的測(cè)量機(jī)、虛擬軸數(shù)控機(jī)床及各種運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
[0008]燕山大學(xué)2010研究了新型六自由度正交并聯(lián)機(jī)床(公開(kāi)號(hào)，CN 201833184 U)。該并聯(lián)機(jī)床包括固定臺(tái)、運(yùn)動(dòng)臺(tái)、聯(lián)接固定臺(tái)與運(yùn)動(dòng)臺(tái)的六根直線(xiàn)移動(dòng)驅(qū)動(dòng)支路和裝在運(yùn)動(dòng)臺(tái)上的電主軸及切削刀具。
[0009]浙江工業(yè)大學(xué)2010年研究了一種兩自由并聯(lián)機(jī)床(公開(kāi)號(hào)，CN 102069394 A)，包括由底板和垂直于底板的支撐柱組成的基座，架設(shè)于基座上的并聯(lián)機(jī)構(gòu)；并聯(lián)機(jī)構(gòu)包括固定于基座支撐柱上的橫梁，固定于橫梁上的電機(jī)和導(dǎo)軌，與電機(jī)連動(dòng)、沿導(dǎo)軌上下滑動(dòng)的滑塊，與滑塊連動(dòng)的連接桿和與連接桿連動(dòng)的平臺(tái)等。
[0010]天津理工大學(xué)2009年公開(kāi)了一種大工作空間三維移動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)(公開(kāi)號(hào)，CN 101704244 A)。該機(jī)構(gòu)由運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、固定平臺(tái)和聯(lián)接上述兩平臺(tái)的三條結(jié)構(gòu)相同的支鏈組成；所說(shuō)的每一個(gè)支鏈自下而上分別由三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副、一個(gè)虎克鉸和它們之間的連桿組成。
[0011]東北大學(xué)2010年開(kāi)發(fā)了一種三桿并聯(lián)機(jī)床(公開(kāi)號(hào)，CN 101774128 A)，包括床身、虎克鉸軸、伸縮桿、平行機(jī)構(gòu)、平動(dòng)臺(tái)、雙十字軸和工作臺(tái)。
[0012]浙江大學(xué)2010年研制了的空間五自由度并聯(lián)機(jī)床(公開(kāi)號(hào)，CN 101850519 A)，包括五邊形的機(jī)架、靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)、五條滾珠絲杠副、五條非約束支鏈和一條約束支鏈，五條滾珠絲杠副的兩端分別通過(guò)軸承固定于機(jī)架和靜平臺(tái)的五個(gè)角點(diǎn)上，機(jī)架和靜平臺(tái)平行，每條非約束支鏈由連桿和連桿兩端的球鉸構(gòu)成，其中一個(gè)球鉸與絲杠螺母相連，另一個(gè)球鉸與五邊形動(dòng)平臺(tái)的五個(gè)角點(diǎn)相連，約束支鏈由移動(dòng)副和移動(dòng)副兩端的虎克鉸構(gòu)成，兩個(gè)虎克鉸分別與靜平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)的中心相連。
[0013]北京勝為弘技數(shù)控裝備有限公司2012年研制了一種四回轉(zhuǎn)一平動(dòng)的五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床(公開(kāi)號(hào)，CN 102615543 A)，包括床身，床身的頂面固定有工作臺(tái)，工作臺(tái)上設(shè)有兩個(gè)第一回轉(zhuǎn)裝置等。
[0014]清華大學(xué)2012年研制了一種平面兩自由度冗余驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)及采用該機(jī)構(gòu)的機(jī)床(公開(kāi)號(hào)，CN 102615514 A)，它包括底座，底座上垂直設(shè)置兩個(gè)帶有滑動(dòng)導(dǎo)軌的立柱，其中一立柱上設(shè)置有一伺服電機(jī)、一滑塊、一滾珠絲杠和一絲杠支撐座，該滑塊上設(shè)置有第一連桿和第四連桿，兩個(gè)連桿等長(zhǎng)，構(gòu)成平行四邊形機(jī)構(gòu)；另一立柱上設(shè)置有兩伺服電機(jī)、兩滑塊、兩滾珠絲杠和兩絲杠支撐座，該兩個(gè)滑塊上對(duì)應(yīng)設(shè)置有第二連桿和第三連桿；四個(gè)連桿均連接同一動(dòng)平臺(tái)，該結(jié)構(gòu)可減小工作空間的奇異性，改善力傳遞性能和動(dòng)態(tài)特性。
[0015]沈陽(yáng)建筑大學(xué)2012年設(shè)計(jì)了一種有約束鏈的少自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)(公開(kāi)號(hào)，CN102941772 A)，能夠?qū)崿F(xiàn)安裝于動(dòng)平臺(tái)的切削刀具沿Z軸方向平動(dòng)和沿X軸和Y軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，主要結(jié)構(gòu)包括動(dòng)平臺(tái)、靜平臺(tái)、電主軸式切削刀具、三條主動(dòng)鏈以及一條約束鏈。主動(dòng)鏈的一端通過(guò)虎克鉸與靜平臺(tái)相連，另一端通過(guò)球鉸鏈與動(dòng)平臺(tái)相連，通過(guò)1個(gè)或者2個(gè)主動(dòng)鏈的伸長(zhǎng)，另外2個(gè)或者1個(gè)主動(dòng)鏈的縮短來(lái)使動(dòng)平臺(tái)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)；約束鏈一端通過(guò)虎克鉸與靜平臺(tái)相連，另一端通過(guò)法蘭固定在動(dòng)平臺(tái)上，伸縮桿的內(nèi)軸裝有對(duì)稱(chēng)的鍵保證整個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)不發(fā)生沿Z軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。該發(fā)明通過(guò)簡(jiǎn)單的并聯(lián)構(gòu)型，能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜機(jī)床才能實(shí)現(xiàn)的兩個(gè)自由度的轉(zhuǎn)動(dòng)和一個(gè)自由度的平動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用。
[0016]江西省機(jī)械科學(xué)研究所2013年公開(kāi)了一種五支鏈五自由度并聯(lián)機(jī)床機(jī)構(gòu)(CN103465252 A)，包括機(jī)架、五個(gè)主動(dòng)支鏈及動(dòng)平臺(tái)。五個(gè)主動(dòng)約束支鏈共同驅(qū)動(dòng)動(dòng)平臺(tái)做空間五自由度運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的空間五自由度運(yùn)動(dòng)。
[0017]萬(wàn)新光學(xué)集團(tuán)有限公司于2013年研制成功一種三自由度并聯(lián)機(jī)床(CN203245874 U)，包括動(dòng)平臺(tái)、定平臺(tái)以及連接動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)的三條分支運(yùn)動(dòng)鏈，其特征在于每條分支運(yùn)動(dòng)鏈均由一個(gè)螺旋副，一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)圓柱副組成，螺旋副的軸線(xiàn)垂直于轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線(xiàn)，轉(zhuǎn)動(dòng)副與圓柱副的軸線(xiàn)相互平行，可實(shí)現(xiàn)空間的三維移動(dòng)。
[0018]天津大學(xué)于2014年研制成功能實(shí)現(xiàn)五軸加工的并聯(lián)機(jī)床(公開(kāi)號(hào)，203900978U)。該并聯(lián)機(jī)床包括床身、前后兩套并聯(lián)機(jī)構(gòu)、串聯(lián)連桿組、兩自由度工作臺(tái)和末端執(zhí)行器。其前后兩套并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有基本相同的結(jié)構(gòu)，均包括對(duì)稱(chēng)布置的兩根立柱、一動(dòng)平臺(tái)以及連接立柱與動(dòng)平臺(tái)之間的兩條支鏈，其中兩條支鏈具有相同的結(jié)構(gòu)形式，每條支鏈均具有一個(gè)直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)單元；前后兩套并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動(dòng)平臺(tái)通過(guò)兩個(gè)平行的鉸鏈與串聯(lián)連桿組連接，組成了一個(gè)空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)通過(guò)四個(gè)驅(qū)動(dòng)單元實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器的兩個(gè)移動(dòng)自由度和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，而兩自由度工作臺(tái)包括一個(gè)直線(xiàn)滑臺(tái)和安裝在滑臺(tái)上的轉(zhuǎn)臺(tái)。
[0019]杭州滬清科技有限公司2014年公開(kāi)了一種五自由度并聯(lián)機(jī)床(公開(kāi)號(hào)，CN203945178 U)，包括:懸吊裝置、工作臺(tái)、支架、四條相同的運(yùn)動(dòng)支鏈以及約束支鏈；工作臺(tái)通過(guò)四條運(yùn)動(dòng)支鏈與約束支鏈與支架連接；在工作臺(tái)的四周分別通過(guò)球鉸連接方式連接有四條運(yùn)動(dòng)支鏈，四條運(yùn)動(dòng)支鏈的另一端分別連接于支架的四個(gè)端點(diǎn)上，約束支鏈的另一端連接于支架的中心位置，懸吊裝置固定支架。
[0020]縱觀現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，目前設(shè)計(jì)的并聯(lián)機(jī)床，還沒(méi)有基于3RRRS機(jī)構(gòu)構(gòu)型的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]本發(fā)明的目的是，為進(jìn)一步擴(kuò)大并聯(lián)機(jī)床動(dòng)力滑頭的工作位姿，設(shè)計(jì)一種基于3RRRS機(jī)構(gòu)的并聯(lián)機(jī)床構(gòu)型。該構(gòu)型可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)平面的六維運(yùn)動(dòng)，由于具有冗余驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的特征，其動(dòng)平面的工作空間更大，在動(dòng)平面上安裝動(dòng)力滑頭，則其能夠加工的范圍與可以達(dá)到位姿更多，以此設(shè)計(jì)數(shù)控鉆鏜銑類(lèi)機(jī)床，可使機(jī)床具有更好的工作性能。
[0022]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種基于3RRRS機(jī)構(gòu)的并聯(lián)機(jī)床構(gòu)型，包括下平臺(tái)、上平臺(tái)，上平臺(tái)與下平臺(tái)之間設(shè)有支柱，所述的下平臺(tái)與上平臺(tái)呈平形狀布置，支柱與上平臺(tái)、下平臺(tái)垂直固接，在下平臺(tái)的上平面的一側(cè)設(shè)置安裝平臺(tái)，在安裝平臺(tái)的對(duì)應(yīng)的另一側(cè)設(shè)置動(dòng)平臺(tái)，在動(dòng)平臺(tái)的下部安裝有動(dòng)力滑頭，所述動(dòng)平臺(tái)與上平臺(tái)之間設(shè)置三個(gè)RRRS聯(lián)接支鏈，所述的RRRS聯(lián)接支鏈包括上節(jié)單元、中間單元、下節(jié)單元和三個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，上節(jié)單元與