本發明屬于數控制造裝備領域，特別是一種附加兩個冗余滑動的大工作空間三平動并聯機床。

背景技術：

在宏大制造領域，傳統的單柱式鏜銑床、大型龍門銑床等一類機床由于動態性能差、精度低、機身龐大以及造價高等問題，已難以滿足現今大型工件的加工要求。并聯機床作為一種新概念機床，與傳統數控機床相比有其獨特的優勢，如剛度高、承載能力大、響應速度快、環境適應能力強等。

中國專利CN105818137A公開了一種具有三維平動的并聯機構，包括動平臺、定平臺與三組支鏈，該機構使用三個伺服電機同步驅動一組可伸縮支鏈，缺點在于該機構工作空間小，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并聯機械手，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構，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，缺點在于工作空間狹長和剛度、精度無法滿足對金屬大工件加工的要求；德國斯圖加特大學與澳大利亞的昆士蘭大學、挪威的阿格德學院和瑞典ABB公司聯合研究的Gantry-Tau并聯機器人，該機構采用定長桿加三滑座的布局，在一個滑座有一組平行桿、一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，三條水平導軌固定在機架上，通過規劃三滑座的運動使動平臺從左側空間轉換到右側空間，從而比其他并聯機構有著較大的工作空間。但該機構存在兩個問題：一，想要得到更大的工作空間就必須增加導軌的長度，而且該機構的橫向工作范圍較小，二，動平臺在左右空間倒換的軌跡規劃異常復雜，且可通過的路徑有限。張傳旭.C形龍門并聯機床總體技術研究[D].南京：南京理工大學，2013，沈曉健.并聯式C形龍門銑床機架結構設計與優化[D].南京：南京理工大學，2015分別公開了一種C形龍門并聯機床，是在非對稱三平動3-(2SPS)并聯機構上附加冗余直線滑動形成大空間并聯機床，雖然該機床的可加工的范圍較常規并聯機床增大，但由于上支鏈座和下支鏈座是固定的，動平臺不能到達支鏈座的附近，即工作空間頂部和底部狹小，整個工作空間很不規整，影響機床對高工件或低工件的加工適應性，機床性能優化亦受到限制。

技術實現要素：

本發明所解決的技術問題在于提供一種運動靈活、結構緊湊、可規避奇異位形、工作空間大而且規整的三平動并聯機床，特別適合大型工件的加工作業。

實現本發明目的的技術解決方案為：

一種附加兩個冗余滑動的大工作空間三平動并聯機床，包括機架、縱向線性模組、橫向兩聯動直線模組、第一支鏈組、第二支鏈組、第三支鏈組、動平臺和工作臺；所述機架包括上支座、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連接；縱向線性模組安裝在主立柱上，第五滑塊沿著第五導軌滑動；所述橫向兩聯動直線模組包括第三滑塊、第四滑塊、第三導軌、第四導軌；所述第三導軌與下支座固聯，第三滑塊沿第三導軌滑動；第四導軌與上支座固聯，第四滑塊沿第四導軌滑動；

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，另一端均與動平臺相連。

本發明與現有技術相比，其顯著優點：

(1)采用開式機架的設計有利于并聯機床實現較大的工作空間；

(2)少自由度并聯機構結構簡單緊湊，便于裝配，且整機重量輕，易于控制；

(3)根據并聯機床的位姿描述及空間坐標變換理論，由于機床進行三個方向平動，無轉動自由度，故姿態矩陣為單位陣，運動學正解也相對容易；

(4)采用附加的冗余直線模組，擴大了動平臺的運動范圍，而機架與工作臺采用固定方式，進而減小了機床占用空間；

(5)采取附加兩個冗余滑動的設計有利于規避奇異位形，提高并聯機床的運動性能與剛度，并且有利于增大并聯機床的工作空間，使工作空間規整，能夠滿足對大工件加工的要求。

附圖說明

圖1為本發明機床立體結構示意圖。

圖2為本發明機架結構示意圖。

圖3為本發明橫向兩聯動直線模組示意圖。

圖4為本發明機床機構簡圖。

圖5為本發明動平臺立體結構示意圖。

圖6為本發明虎克鉸附加轉動副式球鉸結構示意圖。

圖7為本發明虎克鉸附加轉動副式球鉸機構簡圖。

具體實施方式

下面結合圖1至圖7對本發明做進一步說明：

結合圖1，本發明中的一種附加兩個冗余滑動的大工作空間三平動并聯機床，包括機架1、縱向線性模組2、橫向兩聯動直線模組3、第一支鏈組4、第二支鏈組5、第三支鏈組6、動平臺7和工作臺8；

所述機架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為單自由度的移動副，包括第五導軌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沿著第五導軌2-1平行于工作臺8水平滑動；第五滑塊2-2上設置兩個安裝第二支鏈組5的鉸鏈孔；

所述縱向線性模組2使用伺服電機驅動，從而提供冗余直線滑動，該冗余直線滑動起規避奇異位形，增大機床工作空間的作用；

所述橫向兩聯動直線模組3包括第三滑塊3-3、第四滑塊3-4、第三導軌3-7、第四導軌3-8；

所述第三導軌3-7與下支座1-3固聯，第三滑塊3-3沿第三導軌3-7滑動；第四導軌3-8與上支座1-1固聯，第四滑塊3-4沿第四導軌3-8滑動；第三滑塊3-3和第四滑塊3-4在相應導軌上的滑動；

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，另一端均與動平臺7相連；

作為優選的實施方式，結合圖2，所述主立柱1-2為長方體腔體結構；上端安裝上支座1-1，主立柱1-2正對工作臺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8連接；上支座1-1、主立柱1-2和下支座1-3一起構成C形結構；上支座1-1為六面體腔體結構，下端與主立柱1-2的上端相連；下支座1-3為六面體腔體結構，且相對主立柱1-2中間對稱，對稱的兩端為直角梯形結構；與主立柱1-2安裝板連接的為較大的矩形結構，與工作臺8安裝為較小的矩形結構；

作為優選的實施方式，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°；使得第三導軌3-7、第四導軌3-8與主立柱1-2豎直方向夾角均為120°；

在一些實施方式中，結合圖3，所述橫向兩聯動直線模組3還包括第一滑塊3-1、第二滑塊3-2、第一導軌3-5、第二導軌3-6、推桿3-9、第一連桿3-10、第二連桿3-11、導軌連接件3-12；

所述第一導軌3-5與第二導軌3-6均垂直于工作臺8且在同一垂直方向上，第一導軌3-5與主立柱1-2固連，下端伸入下支座1-3；第二導軌3-6固定在導軌連接件3-12上，導軌連接件3-12與上支座1-1內部固連；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；當第一滑塊3-1沿第一導軌3-5滑動時，第一滑塊3-1通過第一連桿3-10帶動第三滑塊3-3沿第三導軌3-7滑動；第二滑塊3-2、第四滑塊3-4上均設置有耳軸座，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；當第二滑塊3-2沿第二導軌3-6滑動時，第二滑塊3-2通過第二連桿3-11帶動第四滑塊3-4沿第四導軌3-8滑動；在推桿3-9的傳遞作用下，上滑塊組與下滑塊組形成聯動關系，驅動第一滑塊3-1，其它各滑塊就有相應的運動。第四滑塊3-4設有兩個連接第一支鏈組4的鉸鏈孔，第三滑塊3-3設有兩個連接第三支鏈組6的鉸鏈孔；

所述橫向兩聯動直線模組3使用伺服電機-絲杠螺母驅動，絲杠螺母帶動第一滑塊3-1滑動，推桿3-9推動第二滑塊3-2運動，使得第三滑塊3-3、第四滑塊3-4隨之運動；在所述各導軌角度關系下，設置第一滑塊3-1上的耳軸處于第三導軌3-7與第一導軌3-5交匯點為初始位置，當第一滑塊3-1連帶第二滑塊3-2從初始位置向上滑動時，第三滑塊3-3移動距離顯著，而第四滑塊3-4移動距離很小，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時，第四滑塊3-4移動距離顯著，而第三滑塊3-3移動距離很小，正因為驅動第一滑塊3-1引起第三滑塊3-3、第四滑塊3-4的差別化兩聯動，該運動特性用于填補機床的作業盲區，有利于增大并聯機床的工作空間，使工作空間規整，能夠滿足對大工件加工的要求；

縱向線性模組2的第五導軌2-1與橫向兩聯動直線模組3的第一導軌3-5垂直安裝在主立柱1-2上；所述縱向線性模組2、橫向兩聯動直線模組3，其中機床的縱向和橫向是以其坐標系來定義的，在水平方向，機床加工范圍大，定義其為縱向，豎直方向相應定義為橫向；

作為優選的實施方式，結合圖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結構相同，每組支鏈組均由兩根結構相同的伸縮桿組成；伸縮桿的兩端均為球鉸；伸縮桿的內部采用的滾珠絲杠傳動，每組支鏈的兩根伸縮桿在機床工作狀態下始終保持平行且等長，每組支鏈采用一個伺服電機同步驅動兩根伸縮桿；

在一些是實施方式中，每組支鏈采用兩個伺服電機分別驅動兩根伸縮桿；

作為對上述實施方式的進一步改進，所述球鉸是一種經過改進的虎克鉸，通過在傳統虎克鉸的底座上增加一個轉動副來代替普通球鉸，轉動范圍可達-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平臺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平臺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平臺7相連，從而組成空間并聯閉環結構；

作為優選的實施方式，結合圖5，所述動平臺7為五面體腔體結構，動平臺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構，兩端面相交且夾角為60°；動平臺7與第一支鏈組4相連端上設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；

動平臺7與第三支鏈組6相連端上設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；

動平臺7與第一支鏈組4和第三支鏈組6相連接處的兩端均設有與第二支鏈組5相連的凸臺面，兩個凸臺面同平面，且分別設有第三鉸鏈孔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；與凸臺面平行相對的另一端為長方形平面結構，且中間設有安裝工作裝置電主軸的安裝孔；動平臺7另外兩個端面為等腰梯形結構，均分別與凸臺面和長方形結構相交；

所述動平臺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，動平臺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，動平臺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；

機架1的主立柱1-2、下支座1-3、工作臺8均設有地腳螺栓安裝孔，安裝機床時，通過地腳螺栓固定，以增加機床的整體穩定性；且機架1與工作臺8不會像傳統機床做大范圍的相對運動，節約了機床的占用空間，也減輕了機床的整體重量；

在本發明中，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調整；動平臺7與第一支鏈組4和第三支鏈組6相連接的兩個端面的夾角，在保證：動平臺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，動平臺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，動平臺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，可做角度的調整；

由于本發明中并聯機床動平臺7無姿態變化，根據并聯機床的位姿描述及空間坐標變換理論，由于機床進行三個方向平動，無轉動自由度，故姿態矩陣為單位陣，運動學正解也相對容易；

本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾。在不脫離本發明宗旨的情況下，做出的相關變形，均屬于發明保護范圍。