專利名稱：直線電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的兩自由度主軸進(jìn)給功能模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種直線電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的兩自由度主軸進(jìn)給功能模±央，它涉及一種用于數(shù)控 立式銑床的主軸進(jìn)給功能模塊，該模塊由直線電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床主軸的"平動(dòng)+轉(zhuǎn)動(dòng)" 兩自由度進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，屬于數(shù)控機(jī)床技術(shù)領(lǐng)域。
(二) 背景技術(shù)-
機(jī)床是制造業(yè)的工作母機(jī)，是裝備制造業(yè)的核心設(shè)備。所有的數(shù)控機(jī)床都是由各種功能 模塊(如主軸單元及主軸頭、滾動(dòng)直線導(dǎo)軌、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、數(shù)控伺服系統(tǒng)以及測量反饋元件 等)在床身、立柱等基礎(chǔ)機(jī)架上集裝而成的，因此沒有高水平、高質(zhì)量的功能部件，就很難 有高水平、高性能的各種數(shù)控機(jī)床。直線電機(jī)就是利用電磁作用原理，將電能直接轉(zhuǎn)換成直 線運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的設(shè)備。直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)與傳統(tǒng)的傳動(dòng)方式相比直線電機(jī)所產(chǎn)生的力直接作用于 移動(dòng)部件，中間沒有通過任何具有柔度的機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，這就是所謂的"直接驅(qū)動(dòng)"或"零 傳動(dòng)"；因此，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)可以簡化機(jī)床結(jié)構(gòu)、減少機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的慣性矩，大大提高機(jī)床 的運(yùn)動(dòng)速度、加速度和精度，滿足高速精密加工的要求。當(dāng)前，絕大多數(shù)立式銑床的主軸都 是采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)+滾珠絲杠傳動(dòng)的單自由度進(jìn)給方式。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種直線電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的兩自由度主軸進(jìn)給功能模塊，具體是指由 由直線電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的"平動(dòng)+轉(zhuǎn)動(dòng)"兩自由度數(shù)控立式銑床主軸進(jìn)給功能模塊，該功能模塊 兼有并聯(lián)機(jī)構(gòu)的諸多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)電主軸轉(zhuǎn)動(dòng)偏擺角可達(dá)90。，且在偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過程中無運(yùn)動(dòng)干 涉和運(yùn)動(dòng)奇異產(chǎn)生。因此，該功能模塊不僅可以實(shí)現(xiàn)機(jī)床主軸兩自由度聯(lián)動(dòng)加工，而且還可 以實(shí)現(xiàn)立式和臥式轉(zhuǎn)換加工功能。
本發(fā)明一種直線電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的兩自由度主軸進(jìn)給功能模塊，技術(shù)方案如下 該直線電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的兩自由度主軸進(jìn)給功能模塊由基座1、直線運(yùn)動(dòng)模塊、非對稱式 并聯(lián)機(jī)構(gòu)模塊和電主軸16組成，其中該基座1是一個(gè)整體式U型槽狀中空鑄件，其上表面上有定位面和螺紋孔，便于安裝直
線運(yùn)動(dòng)模塊。
該直線運(yùn)動(dòng)模塊由直線導(dǎo)軌2、導(dǎo)軌滑塊3、自鎖滑塊4、直線電機(jī)定子5、直線電機(jī)動(dòng) 子6、直線光柵尺7和動(dòng)子座8組成。
各部件間的結(jié)構(gòu)連接關(guān)系是 一組(兩根)直線導(dǎo)軌2平行固定安裝在基座1上， 一個(gè) 直線電機(jī)定子5安裝在兩直線導(dǎo)軌2之間，與基座l的U型槽上表面固定連接； 一組(四個(gè)) 導(dǎo)軌滑塊3對稱與動(dòng)子座8固定連接，同時(shí)一組(兩個(gè))自鎖滑塊4對稱安裝在導(dǎo)軌滑塊3 之間并與動(dòng)子座8固定連接，直線電機(jī)動(dòng)子5固定安裝在動(dòng)子座8的幾何中心位置；直線導(dǎo) 軌2與導(dǎo)軌滑塊3配合，故可保證直線電機(jī)定子5和直線電機(jī)動(dòng)子6的安裝要求；直線光柵 尺7固定安裝在基座1的側(cè)面，從而構(gòu)成一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)模塊。
該非對稱式并聯(lián)機(jī)構(gòu)模塊由旋轉(zhuǎn)副組件安裝座9、旋轉(zhuǎn)副組件AIO、連桿ll、旋轉(zhuǎn)副組 件B 12、擺動(dòng)平臺(tái)13、旋轉(zhuǎn)副組件C 14、 U型座15組成。
各部件間的結(jié)構(gòu)連接關(guān)系是安裝座9與動(dòng)子座8固定連接， 一組(兩個(gè))旋轉(zhuǎn)副組件 A10與安裝座9固定連接， 一組旋轉(zhuǎn)副組件B12固定安裝在擺動(dòng)平臺(tái)13的上安裝面，連桿11 兩端分別與旋轉(zhuǎn)副組件A10和旋轉(zhuǎn)副組件B12過盈配合連接， 一組(兩個(gè))旋轉(zhuǎn)副組件C14 分別與擺動(dòng)平臺(tái)13和U型座15內(nèi)側(cè)配合相連，U型座15固定安裝在另一個(gè)動(dòng)子座8上，從 而構(gòu)成P3RP (P-移動(dòng)副，R-旋轉(zhuǎn)副)型非對稱式并聯(lián)機(jī)構(gòu)模塊。
其中，該旋轉(zhuǎn)副組件A 10、旋轉(zhuǎn)副組件B 12和旋轉(zhuǎn)副組件C 14分別是一對回轉(zhuǎn)部件， 能繞其自身軸線進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)；該旋轉(zhuǎn)副組件A 10、旋轉(zhuǎn)副組件B 12和旋轉(zhuǎn)副組件C14 結(jié)構(gòu)相同，區(qū)別就是各自回轉(zhuǎn)半徑大小不同。
其中，該安裝座9是一個(gè)直角U型整體部件，在其頂部和底部有安裝固定孔，分別用于 同旋轉(zhuǎn)副組件A 10和動(dòng)子座8固定連接。
其中，該連桿11是一個(gè)整體鏤空的長方體部件，其兩端過盈配合安裝有與旋轉(zhuǎn)副組件 A10和旋轉(zhuǎn)副組件B12相配合的回轉(zhuǎn)軸。
其中，該U型座15是一個(gè)整體部件，其U型口處有對稱的定位孔，用于配合連接；底部 有安裝孔，通過螺釘與動(dòng)子座8固定連接。
其中，該擺動(dòng)平臺(tái)13是一個(gè)方形的型腔結(jié)構(gòu)，其兩側(cè)有圓柱形凸臺(tái)，用于配合連接旋轉(zhuǎn) 副組件C 14;其底部有安裝定位孔，用于安裝固定電主軸16。
其中，該直線電機(jī)定子釆用一整體式單條永磁體。
其中，該電主軸16采用交流變頻電主軸。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)及功效在于該直線電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的兩自由度主軸進(jìn)給功能模塊既有并聯(lián)機(jī) 構(gòu)剛性好、結(jié)構(gòu)緊湊靈活、承載能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還具有轉(zhuǎn)動(dòng)范圍大的優(yōu)點(diǎn)，即可實(shí)現(xiàn)機(jī) 床主軸的立臥轉(zhuǎn)換加工。另外，基于直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)，采用單定子+雙動(dòng)子驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)， 使得該功能模塊具有較高的機(jī)械裝配精度；同時(shí)，也能獲得較高的運(yùn)動(dòng)速度、加速度和精度。


圖1為本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的前視圖。
圖3為本發(fā)明的右視圖。
圖4為本發(fā)明的B向視圖。
圖5為本發(fā)明工作狀態(tài)示意圖。
圖中標(biāo)號及符號說明如下: 1基座 4自鎖滑塊 7直線光柵尺 10旋轉(zhuǎn)副組件A 13擺動(dòng)平臺(tái) 16電主軸
2直線導(dǎo)軌 5直線電機(jī)定子 8動(dòng)子座 11連桿
14旋轉(zhuǎn)副組件C
3導(dǎo)軌滑塊 6直線電機(jī)動(dòng)子 9安裝座 12旋轉(zhuǎn)副組件B 15 U型座
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明一種直線電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的兩自由度主軸功能模塊，包括有基座l、兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng) 模塊、非對稱式并聯(lián)機(jī)構(gòu)模塊、電主軸16;其中直線運(yùn)動(dòng)模塊包括有直線導(dǎo)軌2、導(dǎo)軌滑
塊3、自鎖滑塊4、直線電機(jī)定子5、直線電機(jī)動(dòng)子6、直線光柵尺7和動(dòng)子座8;其中非對 稱式并聯(lián)機(jī)構(gòu)模塊包括有安裝座9、旋轉(zhuǎn)副組件AIO、連桿ll、旋轉(zhuǎn)副組件B12、擺動(dòng)平 臺(tái)13、旋轉(zhuǎn)副組件C 14和U型座15。
下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。
本發(fā)明一種直線電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的兩自由度主軸進(jìn)給功能模塊，如圖1和圖2所示， 一組 (兩根)直線導(dǎo)軌2平行對稱用螺釘固定安裝在基座1的上表面， 一個(gè)直線電機(jī)定子5用螺 釘固定安裝在基座1的U型底面中心位置； 一組(四個(gè))導(dǎo)軌滑塊3對稱分布，用螺釘固定 安裝在動(dòng)子座8的底面， 一組(兩個(gè))自鎖滑塊4用螺釘對稱安裝在導(dǎo)軌滑塊3的中間位置，一個(gè)直線電機(jī)動(dòng)子6用螺釘固定安裝在動(dòng)子座8的幾何中心位置；兩組(八個(gè))導(dǎo)軌滑塊3 和兩組(四個(gè))自鎖滑塊4分別與直線導(dǎo)軌2配合；同時(shí)，兩個(gè)直線光柵尺7與導(dǎo)軌面平行 甩螺釘分別固定安裝在基座1左右側(cè)面的上下端部位置，從而構(gòu)成兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)模塊。
如圖1和3所示，自鎖滑塊4為通過螺釘與動(dòng)子座8固定連接，并與直線導(dǎo)軌2相配合。 在自由狀態(tài)或未工作狀態(tài)下，自鎖滑塊4在其內(nèi)部彈簧預(yù)壓作用下，緊緊抱死直線導(dǎo)軌2， 此時(shí)產(chǎn)生垂直向上的靜摩擦力，從而鎖住直線電機(jī)動(dòng)子6避免因自重而下滑；在工作狀態(tài)下， 給自鎖滑塊4通氣，在氣壓作用下克服內(nèi)部彈簧作用力，此時(shí)自鎖滑塊4和直線導(dǎo)軌2之間 的靜摩擦力消失，從而解鎖讓直線電機(jī)動(dòng)子6驅(qū)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)模塊可沿直線導(dǎo)軌2左上下自由 往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
如圖1、 3和4所示，旋轉(zhuǎn)副組件安裝座9通過螺釘與運(yùn)動(dòng)基座8固定連接， 一組(兩個(gè)) 旋轉(zhuǎn)副組件A10用螺釘與與旋轉(zhuǎn)副組件安裝座9固定連接， 一組旋轉(zhuǎn)副組件B12用螺釘固定 安裝在擺動(dòng)平臺(tái)13的上安裝面，連桿11兩端分別與旋轉(zhuǎn)副組件A10和旋轉(zhuǎn)副組件B12過盈 配合連接， 一組(兩個(gè))旋轉(zhuǎn)副組件C14分別與擺動(dòng)平臺(tái)13和U型座15內(nèi)側(cè)配合相連，U 型座15通過螺釘固定安裝在另一個(gè)動(dòng)子座8上，從而構(gòu)成P3RP (P-移動(dòng)副，R-旋轉(zhuǎn)副)型 并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。電主軸16固定安裝在擺動(dòng)平臺(tái)13上，擺動(dòng)平臺(tái)13帶動(dòng)電主軸16作"平動(dòng)+ 轉(zhuǎn)動(dòng)"兩自由度運(yùn)動(dòng)，且偏轉(zhuǎn)最大可達(dá)90度，即可實(shí)現(xiàn)立式銑床主軸模塊的立臥轉(zhuǎn)換加工。
如圖l、 3和5所示，當(dāng)直線電機(jī)動(dòng)子6同步驅(qū)動(dòng)動(dòng)子座8時(shí)，安裝在擺動(dòng)平臺(tái)13上的 電主軸16沿直線導(dǎo)軌2方向作上下平移運(yùn)動(dòng)；當(dāng)只有上面一個(gè)直線電機(jī)動(dòng)子6驅(qū)動(dòng)動(dòng)子座8 時(shí)，電主軸16將會(huì)產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且最大偏轉(zhuǎn)能達(dá)90° ，即可實(shí)現(xiàn)立式到臥式的轉(zhuǎn)換；當(dāng) 兩直線電機(jī)動(dòng)子6同時(shí)驅(qū)動(dòng)動(dòng)子座8，但兩者運(yùn)動(dòng)速度不同時(shí)，電主軸16將會(huì)同時(shí)產(chǎn)生平動(dòng) 和偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)直線電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的"平動(dòng)+轉(zhuǎn)動(dòng)"兩自由度主軸進(jìn)給的功能。
權(quán)利要求
1、一種直線電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的兩自由度主軸進(jìn)給功能模塊，由基座、直線運(yùn)動(dòng)模塊、非對稱式并聯(lián)機(jī)構(gòu)模塊和電主軸組成，其特征在于該基座是一個(gè)整體式U型槽狀中空鑄件，其上表面上有定位面和螺紋孔，便于安裝直線運(yùn)動(dòng)模塊；該直線運(yùn)動(dòng)模塊由直線導(dǎo)軌、導(dǎo)軌滑塊、自鎖滑塊、直線電機(jī)定子、直線電機(jī)動(dòng)子、直線光柵尺和動(dòng)子座組成；其中，各部件間的結(jié)構(gòu)連接關(guān)系是一組直線導(dǎo)軌平行固定安裝在基座上，一個(gè)直線電機(jī)定子安裝在兩直線導(dǎo)軌之間，與基座的U型槽上表面固定連接；一組導(dǎo)軌滑塊對稱與動(dòng)子座固定連接，同時(shí)一組自鎖滑塊對稱安裝在導(dǎo)軌滑塊之間并與動(dòng)子座固定連接，直線電機(jī)動(dòng)子固定安裝在動(dòng)子座的幾何中心位置；直線導(dǎo)軌與導(dǎo)軌滑塊配合，直線光柵尺固定安裝在基座的側(cè)面，從而構(gòu)成直線運(yùn)動(dòng)模塊；該非對稱式并聯(lián)機(jī)構(gòu)模塊由旋轉(zhuǎn)副組件安裝座、旋轉(zhuǎn)副組件A、連桿、旋轉(zhuǎn)副組件B、擺動(dòng)平臺(tái)、旋轉(zhuǎn)副組件C、U型座組成；其中，各部件間的結(jié)構(gòu)連接關(guān)系是安裝座與動(dòng)子座固定連接，旋轉(zhuǎn)副組件A與安裝座固定連接，一組旋轉(zhuǎn)副組件B固定安裝在擺動(dòng)平臺(tái)的上安裝面，連桿兩端分別與旋轉(zhuǎn)副組件A和旋轉(zhuǎn)副組件B過盈配合連接，一組旋轉(zhuǎn)副組件C分別與擺動(dòng)平臺(tái)和U型座內(nèi)側(cè)配合相連，U型座固定安裝在另一個(gè)動(dòng)子座上，從而構(gòu)成非對稱式并聯(lián)機(jī)構(gòu)模塊；
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的兩自由度主軸進(jìn)給功能模塊，其特征在 于該旋轉(zhuǎn)副組件A、旋轉(zhuǎn)副組件B和旋轉(zhuǎn)副組件C分別是一對回轉(zhuǎn)部件，能繞其自身軸 線進(jìn)行36(T旋轉(zhuǎn)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的兩自由度主軸進(jìn)給功能模塊，其特征在 于該安裝座是一個(gè)直角U型整體部件，在其頂部和底部有安裝固定孔，分別用于同旋轉(zhuǎn)副 組件A和動(dòng)子座固定連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的兩自由度主軸進(jìn)給功能模塊，其特征在 于該連桿是一個(gè)整體鏤空的長方體部件，其兩端過盈配合安裝有與旋轉(zhuǎn)副組件A和旋轉(zhuǎn)副 組件B相配合的回轉(zhuǎn)軸。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的兩自由度主軸進(jìn)給功能模塊，其特征在 于該U型座是一個(gè)整體部件，其U型口處有對稱的定位 L,用于配合連接，底部有安裝孔， 通過螺釘與動(dòng)子座固定連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的兩自由度主軸進(jìn)給功能模塊，其特征在于該擺動(dòng)平臺(tái)是一個(gè)方形的型腔結(jié)構(gòu)，其兩側(cè)有圓柱形凸臺(tái)，用于配合連接旋轉(zhuǎn)副組件C ， 其底部有安裝定位孔，用于安裝固定電主軸。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的兩自由度主軸進(jìn)給功能模塊，其特征在于該直線電機(jī)定子采用一整體式單條永磁體。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的兩自由度主軸進(jìn)給功能模塊，其特征在于該電主軸16采用交流變頻電主軸。
全文摘要
一種直線電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的兩自由度主軸進(jìn)給功能模塊，由基座、直線運(yùn)動(dòng)模塊、非對稱式并聯(lián)機(jī)構(gòu)模塊和電主軸組成。基座是一個(gè)整體式U型槽狀中空鑄件；直線導(dǎo)軌平行固定安裝在基座上，一個(gè)直線電機(jī)定子安裝在兩直線導(dǎo)軌之間；導(dǎo)軌滑塊對稱與動(dòng)子座固定連接，直線電機(jī)動(dòng)子固定安裝在動(dòng)子座的幾何中心位置；直線導(dǎo)軌與導(dǎo)軌滑塊配合，直線光柵尺固定安裝在基座的側(cè)面，安裝座與動(dòng)子座固定連接，旋轉(zhuǎn)副組件A與安裝座固定連接，旋轉(zhuǎn)副組件B固定安裝在擺動(dòng)平臺(tái)的上安裝面，連桿兩端分別與旋轉(zhuǎn)副組件A和旋轉(zhuǎn)副組件B過盈配合連接，旋轉(zhuǎn)副組件C分別與擺動(dòng)平臺(tái)和U型座內(nèi)側(cè)配合相連，U型座固定安裝在另一個(gè)動(dòng)子座上。
文檔編號B23Q5/22GK101318296SQ20081011576
公開日2008年12月10日 申請日期2008年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月27日
發(fā)明者強(qiáng) 劉, 袁松梅, 靜 陳 申請人:北京航空航天大學(xué)