[实用新型]冗余驱动主动过约束三自由度的并联机床

说明书

本实用新型涉及一种冗余驱动主动过约束三自由度的并联机床，该并联机床包括动平台1、定平台2和连接动定平台的第一运动支链组3、第二运动支链组4、第三运动支链组5、第四运动支链组6，所述第一运动支链组和第二运动支链组结构完全相同，由伺服驱动单元通过转动副组件与支链体及虎克铰与动平台相连接，第三运动支链组由伺服电机单元通过虎克铰与支链体及虎克铰与动平台相连接，第四运动支链组由伺服驱动单元通过虎克铰与支链体及虎克铰或复合球铰与动平台相连。本实用新型综合出一种两转动一移动的三自由度并联机床，具有运动支链结构简单、可重组模块化程度高、负载能力强、综合性能优、可规避奇异位形等优点，具有较好的工程实际应用前景。

技术领域

本实用新型属于并联机床机械加工制造技术领域，具体涉及一种基于2PRU和2RPU为主驱动的过约束并联机床构型，特别适用于复杂异型曲面的高精加工。

背景技术

目前，传统的三坐标机床具有工作空间大，灵活性高等优点，但因其采用串联结构，机床体积大，传动链长，刚度性能差，存在误差累积；传统的五坐标机床是在三坐标机床动平台末端安装2-3自由度转头或增加2自由度回转工作台，但其结构形式均为开链，移动部件质量较大，导致运动惯量大，加工速度响应慢，动态性能差，难以达到理想的精度要求。与并联机床相比而言，后者具有结构简单，支链少，刚度高，运动特性好等优点，而且支链结构相似或相同，可以实现重组，模块化程度高，适用于复杂空间曲面的高精加工。

近年来，少自由度并联机构应用于并联机床最为成功的范例为是Tricept系列和Exechon系列机械手及其模块在并/混联机床上的应用，其机构构型分别为3UPS-UP和2UPR-SPR，虽在工业领域中得到了广泛的应用，但其非线性、耦合性强，控制复杂，为了克服以上缺点，通过构型演变，改变拓扑结构，综合出一种一移动两转动的冗余驱动主动过约束三自由度并联机构，其作为一种特殊的少自由度并联机构，具有耦合性弱、工作空间大，灵活性高，惯性低，刚度大，精度高，结构对称性好等优点，使其成为研究的热点和国内外研究的焦点。在并联机床中引入冗余驱动能够有效规避奇异位形，消除运动副间隙，提高机构的刚度和驱动平稳性，极大改善机床的运动学性能、静力学性能以及动力学性能，而过约束特性的引入，使得并联机床的负载能力强，精度高，刚度大，在重载应用场所下能发挥重要作用。因此，冗余驱动主动过约束三自由度的并联机床能为复杂异型结构件高速铣削加工提供较好的解决方案。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种冗余驱动主动过约束三自由度的并联机床，该种机床充分集结冗余驱动、过约束和少自由度并联机构的特点，具有综合性能优、刚度大、精度高、工作空间大、灵活性高等优点，配以X-Y高精密导轨，可实现大型结构空间复杂曲面的自由加工，特别适用于航空航天、国防军工等领域的重要结构部件的加工，具有较好的工程实际应用前景。

实现本实用新型目的所采用技术方案为，一种冗余驱动主动过约束三自由度的并联机床，其主要包括动平台、定平台和连接动定平台的第一运动支链组、第二运动支链组、第三运动支链组、第四运动支链组、主轴头，其特征在于：所述第一运动支链组和第二运动支链组结构完全相同，由伺服驱动单元通过转动副组件与支链体的一端相连，另一端通过虎克铰与动平台相连，第三运动支链组由伺服电机单元通过虎克铰连接支链体的一端，另一端通过虎克铰与动平台相连接，第四运动支链组由伺服驱动单元通过虎克铰与支链体的一端相连，另一端通过虎克铰或复合球铰与动平台相连，在动平台的中心安装用于铣削加工的主轴头。

所述第一运动支链组和第二运动支链组结构完全相同，为主驱动PRU分支，主要包括伺服驱动单元、转动副组件、支链体、虎克铰；虎克铰由两个互相垂直的回转轴构成，且为“T”型结构，转动副的回转轴线与移动导路垂直，与固定坐标系O-XYZ的Y轴平行，同时与虎克铰的第一回转轴线平行，虎克铰的第二回转轴与动平台的中心轴垂直，其通过连接法兰固定于动平台，所述第一运动支链组和第二运动支链组位于平面Ω内，第一运动支链组的转动副轴线与第二运动支链组的转动副轴线平行。