一种基于3rrrs机构的并联机床构型的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于并联机床技术领域，具体涉及一种基于3RRRS机构的并联机床构型。
【背景技术】
[0002]并联机床以空间并联机构为基础，集中了机械工程、计算机科学、电子工程、以及自动控制等多种学科的研究成果，它是数控机床工业中，空间多环多自由度机构创造性的应用。
[0003]并联机床是基于并联机构的新型机床。当前，随着各个领域对并联机床的需求不断增加，使得并联机床得到广泛的应用。
[0004]从国际上看，1965年J.Tindale最早提出了开发并联构型机床的设想。G&L公司在1991年研究开发出了六条腿并联机床的原型，进而将VARIAX(变异型)并联机床在1994年于美国芝加哥MTS’ 94国际制造技术展览会上进行了展示。随着并联机床的开发和研究，出现了一系列的并联机床，法国RA公司URANE S、Dyna-M型卧式加工中心、德国的ZFS的 Paralix 等。德国 D5rries Scharmann Technologie (DST)公司于 2005 年开发了卧式加工头SprintZ3。该加工头成为标准模块。
[0005]国内科研部门与众多高校将并联机床列为重要课题进行了开发研究。在1991年，燕山大学研制了具有六自由度的并联机器人样机。在1998年的北京机床展上，展示出了由清华大学和天津大学联合开发的VAMTIY并联机床，这是我国第一台并联机床的样机。在2001年的中国国际机床展览会上，推出了昆明机床股份有限公司等单位开发的XNZ63数控镗铣类虚拟轴机床，江东机床有限公司等开发的XNZ2010数控龙门式虚拟轴机床。2002年的中国国际机床展览会上，展示了大连机床集团等开发的DCB510五轴联动并联机床。哈量集团数控机床公司于2008年在第九届中国国际机床工具展览会上，展出了新型并联机床LINKS-EXE700R。这种机床运用艾克斯康(EXECH0N)公司新一代的并联机床技术研发，技术已经达到国际领先水。世界首台新型重型龙门式五轴混联机床XNZ2415，由清华大学与齐齐哈尔第二机床厂于2009年初合作研制。
[0006]近年来，各高校与科研院所推出了许多新的并联机床构型。
[0007]大连创达技术交易市场有限公司2010年研制了一种专用六自由度并联机构(公开号，CN 102476288 A)，由动平台、静平台及其二条结构相同的混合链与二条结构相同的简单开链组成。该机构可作为并联结构的测量机、虚拟轴数控机床及各种运动平台的执行机构。
[0008]燕山大学2010研究了新型六自由度正交并联机床(公开号，CN 201833184 U)。该并联机床包括固定台、运动台、联接固定台与运动台的六根直线移动驱动支路和装在运动台上的电主轴及切削刀具。
[0009]浙江工业大学2010年研究了一种两自由并联机床(公开号，CN 102069394 A)，包括由底板和垂直于底板的支撑柱组成的基座，架设于基座上的并联机构；并联机构包括固定于基座支撑柱上的横梁，固定于横梁上的电机和导轨，与电机连动、沿导轨上下滑动的滑块，与滑块连动的连接杆和与连接杆连动的平台等。
[0010]天津理工大学2009年公开了一种大工作空间三维移动并联机器人机构(公开号，CN 101704244 A)。该机构由运动平台、固定平台和联接上述两平台的三条结构相同的支链组成；所说的每一个支链自下而上分别由三个转动副、一个虎克铰和它们之间的连杆组成。
[0011]东北大学2010年开发了一种三杆并联机床(公开号，CN 101774128 A)，包括床身、虎克铰轴、伸缩杆、平行机构、平动台、双十字轴和工作台。
[0012]浙江大学2010年研制了的空间五自由度并联机床(公开号，CN 101850519 A)，包括五边形的机架、静平台、动平台、五条滚珠丝杠副、五条非约束支链和一条约束支链，五条滚珠丝杠副的两端分别通过轴承固定于机架和静平台的五个角点上，机架和静平台平行，每条非约束支链由连杆和连杆两端的球铰构成，其中一个球铰与丝杠螺母相连，另一个球铰与五边形动平台的五个角点相连，约束支链由移动副和移动副两端的虎克铰构成，两个虎克铰分别与静平台和动平台的中心相连。
[0013]北京胜为弘技数控装备有限公司2012年研制了一种四回转一平动的五轴联动机床(公开号，CN 102615543 A)，包括床身，床身的顶面固定有工作台，工作台上设有两个第一回转装置等。
[0014]清华大学2012年研制了一种平面两自由度冗余驱动并联机构及采用该机构的机床(公开号，CN 102615514 A)，它包括底座，底座上垂直设置两个带有滑动导轨的立柱，其中一立柱上设置有一伺服电机、一滑块、一滚珠丝杠和一丝杠支撑座，该滑块上设置有第一连杆和第四连杆，两个连杆等长，构成平行四边形机构；另一立柱上设置有两伺服电机、两滑块、两滚珠丝杠和两丝杠支撑座，该两个滑块上对应设置有第二连杆和第三连杆；四个连杆均连接同一动平台，该结构可减小工作空间的奇异性，改善力传递性能和动态特性。
[0015]沈阳建筑大学2012年设计了一种有约束链的少自由度的并联机构(公开号，CN102941772 A)，能够实现安装于动平台的切削刀具沿Z轴方向平动和沿X轴和Y轴方向的转动，主要结构包括动平台、静平台、电主轴式切削刀具、三条主动链以及一条约束链。主动链的一端通过虎克铰与静平台相连，另一端通过球铰链与动平台相连，通过1个或者2个主动链的伸长，另外2个或者1个主动链的缩短来使动平台发生转动；约束链一端通过虎克铰与静平台相连，另一端通过法兰固定在动平台上，伸缩杆的内轴装有对称的键保证整个并联机构不发生沿Z轴方向的转动。该发明通过简单的并联构型，能实现复杂机床才能实现的两个自由度的转动和一个自由度的平动，结构简单实用。
[0016]江西省机械科学研究所2013年公开了一种五支链五自由度并联机床机构(CN103465252 A)，包括机架、五个主动支链及动平台。五个主动约束支链共同驱动动平台做空间五自由度运动，实现机床的空间五自由度运动。
[0017]万新光学集团有限公司于2013年研制成功一种三自由度并联机床(CN203245874 U)，包括动平台、定平台以及连接动平台和定平台的三条分支运动链，其特征在于每条分支运动链均由一个螺旋副，一个转动副和一个圆柱副组成，螺旋副的轴线垂直于转动副的轴线，转动副与圆柱副的轴线相互平行，可实现空间的三维移动。
[0018]天津大学于2014年研制成功能实现五轴加工的并联机床(公开号，203900978U)。该并联机床包括床身、前后两套并联机构、串联连杆组、两自由度工作台和末端执行器。其前后两套并联机构具有基本相同的结构，均包括对称布置的两根立柱、一动平台以及连接立柱与动平台之间的两条支链，其中两条支链具有相同的结构形式，每条支链均具有一个直线驱动单元；前后两套并联机构的动平台通过两个平行的铰链与串联连杆组连接，组成了一个空间并联闭环机构。该机构通过四个驱动单元实现末端执行器的两个移动自由度和两个转动自由度，而两自由度工作台包括一个直线滑台和安装在滑台上的转台。
[0019]杭州沪清科技有限公司2014年公开了一种五自由度并联机床(公开号，CN203945178 U)，包括:悬吊装置、工作台、支架、四条相同的运动支链以及约束支链；工作台通过四条运动支链与约束支链与支架连接；在工作台的四周分别通过球铰连接方式连接有四条运动支链，四条运动支链的另一端分别连接于支架的四个端点上，约束支链的另一端连接于支架的中心位置，悬吊装置固定支架。
[0020]纵观现有的国内外相关文献，目前设计的并联机床，还没有基于3RRRS机构构型的。
【发明内容】
[0021]本发明的目的是，为进一步扩大并联机床动力滑头的工作位姿，设计一种基于3RRRS机构的并联机床构型。该构型可以实现动平面的六维运动，由于具有冗余驱动机构的特征，其动平面的工作空间更大，在动平面上安装动力滑头，则其能够加工的范围与可以达到位姿更多，以此设计数控钻镗铣类机床，可使机床具有更好的工作性能。
[0022]本发明的技术方案是这样实现的:
一种基于3RRRS机构的并联机床构型，包括下平台、上平台，上平台与下平台之间设有支柱，所述的下平台与上平台呈平形状布置，支柱与上平台、下平台垂直固接，在下平台的上平面的一侧设置安装平台，在安装平台的对应的另一侧设置动平台，在动平台的下部安装有动力滑头，所述动平台与上平台之间设置三个RRRS联接支链，所述的RRRS联接支链包括上节单元、中间单元、下节单元和三个驱动电机，上节单元与