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圓弧滑動(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(mén)銑床等一類(lèi)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(wèn)題，使得大型工件的加工成本高昂。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)，而大工作空間并聯(lián)機(jī)床案例并不多見(jiàn)。

中國(guó)專(zhuān)利CN105818137A公開(kāi)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(guó)專(zhuān)利CN103240729A公開(kāi)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(chēng)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(chēng)多連桿結(jié)構(gòu)，局限性在于剛度較差，工作空間較小。德國(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)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的大工作空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，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(guò)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(wèn)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?。欢?，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(guò)的路徑有限。張傳旭.C形龍門(mén)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(mén)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，果金龍.C形龍門(mén)機(jī)架并聯(lián)銑床剛度與動(dòng)態(tài)特性研究[D].南京：南京理工大學(xué)，2015中分別公開(kāi)的C形龍門(mén)并聯(lián)機(jī)床，是在非對(duì)稱(chēng)三平動(dòng)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，但由于冗余滑塊處于兩端位置時(shí)離工作臺(tái)核心區(qū)域較遠(yuǎn)，使得工作空間很不規(guī)整，造成了工作空間的浪費(fèi)，性能優(yōu)化受到限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種附加圓弧滑動(dòng)的大工作空間三平動(dòng)并聯(lián)機(jī)床。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：

一種附加冗余圓弧滑動(dòng)的大工作空間三平動(dòng)并聯(lián)機(jī)床，包括機(jī)架、圓弧模組、第一支鏈組、第二支鏈組、第三支鏈組、動(dòng)平臺(tái)、工作臺(tái)；所述機(jī)架包括上支座、主立柱、下支座；所述圓弧模組包括第一導(dǎo)軌、第二導(dǎo)軌、滑臺(tái)、滑塊和支座；

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；所述圓弧模組通過(guò)支座安裝在主立柱上；第一導(dǎo)軌和第二導(dǎo)軌安裝在支座上，滑塊在第一導(dǎo)軌、第二導(dǎo)軌上做圓弧滑動(dòng)，滑塊通過(guò)連桿與滑臺(tái)連接；

所述第一支鏈組、第二支鏈組、第三支鏈組的一端分別與上支座、圓弧模組的滑臺(tái)、下支座相連，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(kāi)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)機(jī)床動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行三個(gè)方向的平動(dòng)，不含轉(zhuǎn)動(dòng)，解耦簡(jiǎn)單，便于正解。

(4)采取附加冗余圓弧滑動(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；

(5)采用附加冗余的圓弧模組，擴(kuò)大動(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；

(6)本發(fā)明在三平動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)上附加的圓弧滑動(dòng)，在圓弧導(dǎo)軌的作用下，裝有滑塊的滑臺(tái)在向?qū)к墐啥诉\(yùn)動(dòng)的同時(shí)也向工作臺(tái)靠近，使機(jī)床的工作空間得到規(guī)整，因此較之附加冗余直線滑動(dòng)的并聯(lián)機(jī)床具有更大工作空間和更好的剛度。

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)明機(jī)架結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明圓弧模組結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明圓弧模組機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖5為本發(fā)明機(jī)床機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖6為本發(fā)明動(dòng)平臺(tái)立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明虎克鉸附加轉(zhuǎn)動(dòng)副式球鉸結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8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.機(jī)架，2.圓弧模組，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.工作臺(tái)，1-1.上支座，1-2.主立柱，1-3.下支座，2-1.第一導(dǎo)軌，2-2.第二導(dǎo)軌，2-3.滑臺(tái)，2-4.滑塊，2-5.支座，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8對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式做進(jìn)一步說(shuō)明：

結(jié)合圖1，本發(fā)明中的一種附加冗余圓弧滑動(dòng)的大工作空間三平動(dòng)并聯(lián)機(jī)床，包括機(jī)架1、圓弧模組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)7；

所述機(jī)架1包括上支座1-1、主立柱1-2、下支座1-3；所述圓弧模組2包括第一導(dǎo)軌2-1、第二導(dǎo)軌2-2、滑臺(tái)2-3、滑塊2-4和支座2-5，所述圓弧模組2通過(guò)支座2-5安裝在主立柱1-2上；第一導(dǎo)軌2-1和第二導(dǎo)軌2-2安裝在支座2-5上，滑塊2-4在第一導(dǎo)軌2-1、第二導(dǎo)軌2-2上做圓弧滑動(dòng)，滑塊2-4通過(guò)連桿與滑臺(tái)2-3連接；

所述第一支鏈組3、第二支鏈組4、第三支鏈組5的一端分別與上支座1-1、圓弧模組2的滑臺(tái)2-3、下支座1-3相連，另一端均與動(dòng)平臺(tái)6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)7一端為安裝圓弧模組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)7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，與主立柱1-2安裝板形成夾角的一端設(shè)有安裝第一支鏈組3的兩個(gè)鉸鏈孔；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(chēng)，對(duì)稱(chēng)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)7安裝為較小的矩形結(jié)構(gòu)；下支座1-3與主立柱1-2安裝板形成夾角的頂端設(shè)有安裝第三支鏈組5的兩個(gè)鉸鏈孔。

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°。

結(jié)合圖3，所述圓弧模組2為單自由度的移動(dòng)副，包括第一導(dǎo)軌2-1、第二導(dǎo)軌2-2、滑臺(tái)2-3、滑塊2-4和支座2-5，所述支座2-5安裝在主立柱1-2的安裝板中間，所述支座2-5包括與主立柱1-2安裝板平行固接的連接板和連接兩個(gè)第一導(dǎo)軌2-1和第二導(dǎo)軌2-2的安裝板，且連接第一導(dǎo)軌2-1、第二導(dǎo)軌2-2的三個(gè)安裝板均垂直于上述連接板；第一導(dǎo)軌2-1和第二導(dǎo)軌2-2為結(jié)構(gòu)相同的圓弧導(dǎo)軌，第二導(dǎo)軌2-2位于兩個(gè)第一導(dǎo)軌2-1的中部，且與第一導(dǎo)軌錯(cuò)開(kāi)安裝；三個(gè)圓弧結(jié)構(gòu)的導(dǎo)軌均相對(duì)支座2-5的安裝板外切，上下兩個(gè)第一導(dǎo)軌2-1的圓弧同心；三個(gè)導(dǎo)軌上的滑塊2-4均通過(guò)連桿與滑臺(tái)2-3連接，滑塊2-4通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與連桿相連，連接第一導(dǎo)軌2-1的上下兩個(gè)滑塊2-4的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線共軸，且均與連接第二導(dǎo)軌2-2中間滑塊2-4的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線平行；所述滑臺(tái)2-3為平板結(jié)構(gòu)，三個(gè)連桿均垂直于滑臺(tái)2-3連接，在平行于工作臺(tái)7方向上，上下兩個(gè)連桿與中間連桿錯(cuò)開(kāi)安裝，錯(cuò)開(kāi)的距離與第一導(dǎo)軌2-1相對(duì)第二導(dǎo)軌2-2錯(cuò)開(kāi)的距離相同；在垂直于工作臺(tái)7方向上，上下兩個(gè)連桿安裝位置相同；所述滑臺(tái)2-3上設(shè)有兩個(gè)連接第一支鏈組3的鉸鏈孔；

結(jié)合圖4，所述圓弧模組2的滑塊2-4沿著第一導(dǎo)軌2-1，第二導(dǎo)軌2-2平行于工作臺(tái)7水平滑動(dòng)，圓弧模組2使用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，連接第一導(dǎo)軌2-1的滑塊2-4的轉(zhuǎn)動(dòng)副中心、連接第二導(dǎo)軌2-2的滑塊2-4的轉(zhuǎn)動(dòng)副中心、第一導(dǎo)軌2-1圓心、第二導(dǎo)軌2-2圓心，四點(diǎn)始終構(gòu)成平行四邊形，則滑臺(tái)2-3保持固定姿態(tài)沿圓弧移動(dòng)，該移動(dòng)不影響動(dòng)平臺(tái)6的自由度，構(gòu)成冗余圓弧滑動(dòng)。冗余圓弧滑動(dòng)起規(guī)避奇異位形，裝有滑塊2-4的滑臺(tái)2-3在向?qū)к墐啥诉\(yùn)動(dòng)的同時(shí)也向工作臺(tái)7靠近，使機(jī)床的工作空間得到規(guī)整，具有更大工作空間且和更好剛度。

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，結(jié)合圖5、圖7、圖8，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；伸縮桿的中間采用的滾珠絲杠傳動(dòng)，每組支鏈的兩組伸縮桿在機(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；

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。

第一支鏈組3的兩個(gè)伸縮桿的一端均通過(guò)鉸鏈與上支座1-1相連，另一端均通過(guò)鉸鏈與動(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)鉸鏈與圓弧模組2的滑臺(tái)2-3相連，另一端均通過(guò)鉸鏈與動(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)鉸鏈與下支座1-3相連，另一端均通過(guò)鉸鏈與動(dòng)平臺(tái)6相連，從而組成空間并聯(lián)閉環(huán)結(jié)構(gòu)；

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，結(jié)合圖6，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相連端均為四邊形結(jié)構(gòu)，兩端面相交且?jiàn)A角為60°；動(dòng)平臺(tái)6與第一支鏈組3相連端上設(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上支座1-1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下支座1-3上的鉸鏈孔的兩孔孔心連線平行且孔距相等；

動(dòng)平臺(tái)6與第一支鏈組3和第三支鏈組5相連接處兩端均設(shè)有與第二支鏈組4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6-3和第四鉸鏈孔6-4，兩孔的兩孔孔心連線與滑臺(tái)2-3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)有安裝工作裝置電主軸的安裝孔；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；

所述主立柱1-2、下支座1-3、工作臺(tái)7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，以增加機(jī)床的整體穩(wěn)定性；且機(jī)架1與工作臺(tái)7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。

因此動(dòng)平臺(tái)6安裝第一支鏈組3的端面與上支座1-1安裝第一支鏈組3的端面保持平行，動(dòng)平臺(tái)6安裝第三支鏈組5的端面與下支座1-3安裝第三支鏈組5的端面保持平行，動(dòng)平臺(tái)6安裝第二支鏈組4的端面與主立柱1-2安裝第二支鏈組4的端面保持平行。

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)6與第一支鏈組3和第三支鏈組5相連接的兩個(gè)端面的夾角，在保證：動(dòng)平臺(tái)6安裝第一支鏈組3的端面與上支座1-1安裝第一支鏈組3的端面保持平行，動(dòng)平臺(tái)6安裝第三支鏈組5的端面與下支座1-3安裝第三支鏈組5的端面保持平行，動(dòng)平臺(tái)6安裝第二支鏈組4的端面與主立柱1-2安裝第二支鏈組4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)6無(wú)姿態(tài)變化，機(jī)床進(jìn)行三個(gè)方向的平動(dòng)，不含轉(zhuǎn)動(dòng)，解耦簡(jiǎn)單，故便于正解。

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。