專利名稱：直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的制作方法
直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床
(一) 技術(shù)領(lǐng)域-
本發(fā)明涉及一種完全由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床，尤其是指一種能實(shí)現(xiàn)四軸聯(lián)動(dòng)加工的 數(shù)控機(jī)床，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。傳統(tǒng)機(jī)床布局的基本特點(diǎn)是以床 身、立柱、橫梁等作為支承部件，主軸部件和工作臺(tái)由旋轉(zhuǎn)電機(jī)(滾珠絲杠)驅(qū)動(dòng)沿支承部 件上的直線導(dǎo)軌移動(dòng)，按照坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)疊加的串聯(lián)運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，形成刀頭點(diǎn)的加工表面軌跡。 傳統(tǒng)的"旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)+滾珠絲杠"驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所能達(dá)到的最高進(jìn)給速度為90~120米/分鐘，最 大加速度只有1.5g;同時(shí)，由于從電機(jī)到工作臺(tái)之間存在聯(lián)軸器、絲杠、螺母、軸承等一系 列中間環(huán)節(jié)，這些機(jī)械元件產(chǎn)生的彈性變形、摩擦、反向間隙等會(huì)造成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的滯后和其 它非線性誤差，這些中間環(huán)節(jié)也加大了系統(tǒng)的慣性質(zhì)量；另外，絲杠是細(xì)長桿，在力和熱作 用下，會(huì)產(chǎn)生變形而影響加工精度。
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)直 接驅(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。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是利用直線電機(jī)"零傳動(dòng)"的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種完全由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu) 簡單緊湊，剛性較好，能滿足高速精密加工的四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，該數(shù)控機(jī)床基于模塊化設(shè) 計(jì)思想，主要由"平動(dòng)+轉(zhuǎn)動(dòng)"兩自由度并聯(lián)主軸模塊和XY工作臺(tái)兩大功能模塊組成。并聯(lián) 主軸功能模塊能實(shí)現(xiàn)平動(dòng)(沿Z軸移動(dòng))和轉(zhuǎn)動(dòng)(繞A軸轉(zhuǎn)動(dòng))兩自由度運(yùn)動(dòng)，且A軸偏轉(zhuǎn) 最大能達(dá)9(T ,即能實(shí)現(xiàn)主軸的立臥轉(zhuǎn)換加工功能。
本發(fā)明所述的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，它由床身立柱(1)、床身底座(2)、工作臺(tái)安裝座(3)、 XY工作臺(tái)模塊(4)和非對(duì)稱式并聯(lián)主軸模塊(5)組成；
該床身立柱(1)是一個(gè)整體式鑄件，在其下端面有安裝孔，用螺栓同床身底座2固定連
接；在側(cè)面有安裝孔，用于安裝并聯(lián)主軸頭模塊(5)。
該床身底座(2)也是一個(gè)整體式鑄件，其上有凸臺(tái)和安裝孔，用于安裝固定床身立柱(l)
和工作臺(tái)安裝座(3)。
該工作臺(tái)安裝座(3)是一個(gè)長方體形中間連接部件，主要是支承XY工作臺(tái)模塊(4)與 床身底座(2)間的連接。
該XY工作臺(tái)模塊(4),由Y軸底座(6)、 Y軸直線導(dǎo)軌(7)、 Y軸導(dǎo)軌滑塊(8)、 Y軸直線 電機(jī)定子(9)、 Y軸直線電機(jī)動(dòng)子(IO)、 Y軸側(cè)擋板(ll)、 X軸與Y軸連接座(12)、 X軸直線導(dǎo) 軌(13)、 X軸導(dǎo)軌滑塊(14)、 X軸直線電機(jī)定子(15)、 X軸直線電機(jī)動(dòng)子(16)、 X軸底座(17) 和T型槽工作臺(tái)(18)組成。各部件間的結(jié)構(gòu)連接關(guān)系是 一組Y軸直線導(dǎo)軌(7)對(duì)稱平行安 裝在Y軸底座(6)上，Y軸直線電機(jī)定子(9)安裝在兩Y軸導(dǎo)軌(7)中間， 一組Y軸導(dǎo)軌滑塊(8) 對(duì)稱固定安裝在連接座(12)的下表面上，同時(shí)Y軸直線電機(jī)動(dòng)子(10)也固定安裝在連接座 (12)下表面的中心，Y軸側(cè)擋板(11)固定安裝在Y軸底座(6)的兩側(cè)，從而構(gòu)成工作臺(tái) 的Y軸向移動(dòng)組件； 一組X軸直線導(dǎo)軌(13)對(duì)稱平行安裝在X軸底座(17)上，X軸直線 電機(jī)定子(15)安裝在兩X軸導(dǎo)軌(13)中間， 一組(四個(gè))X軸導(dǎo)軌滑塊(14)對(duì)稱固定 安裝在連接座(12)的上表面上，同時(shí)X軸直線電機(jī)動(dòng)子(16)也固定安裝在連接座(12) 上表面的中心，從而構(gòu)成工作臺(tái)的X軸向移動(dòng)組件；通過連接座(12)的過渡連接作用，將 X軸向移動(dòng)組件和Y軸向移動(dòng)組件垂直疊加在一起，從而構(gòu)成串聯(lián)運(yùn)動(dòng)的XY工作臺(tái)。Y軸側(cè) 擋板(11)固定安裝在Y軸底座(6)的兩側(cè)，T型槽工作臺(tái)(18)通過螺釘與X軸座固定連 接。
其中，該XY工作臺(tái)模塊(4)中的一組Y軸直線導(dǎo)軌(7)可采用兩根， 一組Y軸導(dǎo)軌滑 塊(8)可采用四個(gè)， 一組X軸直線導(dǎo)軌(13)可釆用兩根， 一組X軸導(dǎo)軌滑塊(14)可采用 四個(gè)。
其中，該XY工作臺(tái)模塊(4)中的Y軸由直線電機(jī)動(dòng)子(10)驅(qū)動(dòng)；該XY工作臺(tái)模塊 (4)中的X軸由直線電機(jī)動(dòng)子(16)驅(qū)動(dòng)。
該非對(duì)稱式并聯(lián)主軸模塊(5)，已另外提出發(fā)明申請(qǐng)，下面只對(duì)其作一些簡要說明該 由基座(19)、直線導(dǎo)軌(20)、導(dǎo)軌滑塊(21)、自鎖滑塊(22)、直線電機(jī)定子(23)、直線電機(jī)動(dòng)子(24)、動(dòng)子座(25)、直線光柵尺(26)、安裝座(27)、旋轉(zhuǎn)副組件A(28)、連桿 (29)、旋轉(zhuǎn)副組件B (30)、擺動(dòng)平臺(tái)(31)、旋轉(zhuǎn)副組件C( 32)、 U型座(33)和電主軸(34)組 成。
各部件間的結(jié)構(gòu)連接關(guān)系是 一組直線導(dǎo)軌(20)平行固定安裝在基座(19)上，直線電 機(jī)定子(23)安裝在兩直線導(dǎo)軌(20)之間，并與基座(19)固定連接。 一組導(dǎo)軌滑塊(21) 對(duì)稱固定安裝在動(dòng)子座(25)上，同時(shí)一組自鎖滑塊(22)對(duì)稱安裝在導(dǎo)軌滑塊(21)之間 并與動(dòng)子座(25)固定連接，直線電機(jī)動(dòng)子(24)固定安裝在動(dòng)子座(25)的幾何中心位置， 直線光柵尺(26)與導(dǎo)軌平行并固定安裝在基座(19)的左右側(cè)面，固定安裝在兩個(gè)動(dòng)子座(25) 上的兩組導(dǎo)軌滑塊(21)和兩組自鎖滑塊(22)與直線導(dǎo)軌(20)相配合，從而構(gòu)成Z軸兩個(gè)直線 運(yùn)動(dòng)模塊(或稱為移動(dòng)副組件)；安裝座(27)與上面一個(gè)動(dòng)子座(25)用螺釘固定連接， 一組旋 轉(zhuǎn)副組件A ( 28)與安裝座(27)固定連接，旋轉(zhuǎn)副組件B (30)固定安裝在擺動(dòng)平臺(tái)(31) 上側(cè)面，連桿(29)兩端分別與旋轉(zhuǎn)副組件A ( 28)和旋轉(zhuǎn)副組件B (30)過盈配合，兩個(gè) 旋轉(zhuǎn)副組件C (32)分別與擺動(dòng)平臺(tái)(31)和U型座(33)內(nèi)側(cè)相配合，U型座(33)固定 安裝在下面一個(gè)動(dòng)子座(25)上，從而構(gòu)成非對(duì)稱式P3RP型(P-移動(dòng)副，R-旋轉(zhuǎn)副)并聯(lián)運(yùn) 動(dòng)機(jī)構(gòu)；電主軸(34)通過螺釘固定安裝在擺動(dòng)平臺(tái)(31)上。
其中，該非對(duì)稱式并聯(lián)主軸模塊(5)中的一組直線導(dǎo)軌(20)可采用兩根， 一組導(dǎo)軌滑塊 (21)可采用四個(gè)， 一組自鎖滑塊(22)可采用兩個(gè)。
其中，該非對(duì)稱式并聯(lián)主軸模塊(5)中的直線電機(jī)定子(23)采用整體式單條永磁體, 該非對(duì)稱式并聯(lián)主軸模塊(5)中的直線電機(jī)動(dòng)子(24)采用兩個(gè)。
該基座(19)是一個(gè)整體式U型槽狀中空鑄件，底面兩側(cè)有安裝孔用于同床身立柱(1) 的固定連接；
該旋轉(zhuǎn)副組件A ( 28)、旋轉(zhuǎn)副組件B (30)和旋轉(zhuǎn)副組件C (32)分別是一對(duì)回轉(zhuǎn)部件， 能繞其自身軸線進(jìn)行36(T旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)副組件結(jié)構(gòu)相同，區(qū)別就是各自回轉(zhuǎn)半徑大小不同；
該連桿(29)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 (28) 和旋轉(zhuǎn)副組件B (30)相配合的回轉(zhuǎn)軸；
該U型座(33)是一個(gè)整體式構(gòu)件，其上部有對(duì)稱的定位孔，用于配合連接旋轉(zhuǎn)副組件 C (32);底部有安裝孔，通過螺釘與動(dòng)子座(25)固定連接。
該擺動(dòng)平臺(tái)(31)是一個(gè)方形的型腔結(jié)構(gòu)，其底部有安裝定位孔，用于安裝固定電主軸 (34)。其中，該電主軸(34)可采用交流變頻電主軸。
本發(fā)明一種直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，其優(yōu)點(diǎn)是基于模塊化設(shè)計(jì)思想，將機(jī) 床分為并聯(lián)主軸進(jìn)給模塊和XY工作臺(tái)兩大功能模塊:因此整個(gè)機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單緊湊,設(shè)計(jì)靈活, 同時(shí)也具有較好的結(jié)構(gòu)剛性和一定的動(dòng)剛度。由于采用了直線電機(jī)直接進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，避免了中 間機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，XY工作臺(tái)功能模塊具有進(jìn)給速度快，精度高和承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；Z-A兩 自由度并聯(lián)主軸功能模塊既有并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)給速度快、剛度高、承載能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還具 有A軸偏轉(zhuǎn)范圍大的優(yōu)點(diǎn)，最大可達(dá)90° ，即能實(shí)現(xiàn)主軸的立臥轉(zhuǎn)換加工。


圖1為本發(fā)明的L型結(jié)構(gòu)機(jī)床立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的L型結(jié)構(gòu)機(jī)床左視圖。
圖3為本發(fā)明的XY工作臺(tái)模塊立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明的XY工作臺(tái)模塊俯視圖。
圖5為本發(fā)明的XY工作臺(tái)模塊左視圖。
圖6為本發(fā)明的XY工作臺(tái)模塊A-A向剖視圖。
圖7為本發(fā)明的非對(duì)稱式并聯(lián)主軸模塊立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8為本發(fā)明的非對(duì)稱式并聯(lián)主軸模塊右視圖。
圖9為本發(fā)明的非對(duì)稱式并聯(lián)主軸模塊B向視圖。
圖中標(biāo)號(hào)及符號(hào)說明如下 1床身立柱 2床身底座 3工作臺(tái)安裝座
4XY工作臺(tái)模塊5非對(duì)稱式并聯(lián)主軸模塊6Y軸底座 7 Y軸直線導(dǎo)軌 8 Y軸導(dǎo)軌滑塊 9 Y軸直線電機(jī)定子
10 Y軸直線電機(jī)動(dòng)子11 Y軸側(cè)擋板 12 X軸與Y軸連接座
13X軸直線導(dǎo)軌 14X軸導(dǎo)軌滑塊 15X軸直線電機(jī)定子
16Y軸直線電機(jī)動(dòng)子17X軸底座 18T型槽工作臺(tái) 19基座 20直線導(dǎo)軌 21導(dǎo)軌滑塊
22自鎖滑塊 23直線電機(jī)定子 24直線電機(jī)動(dòng)子
25動(dòng)子座 26直線光柵尺 27安裝座28旋轉(zhuǎn)副組件A 29連桿 30旋轉(zhuǎn)副組件B
31擺動(dòng)平臺(tái) 32旋轉(zhuǎn)副組件C 33U型座
34電主軸
具體實(shí)施方式
.-
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
如圖1和2所示，本發(fā)明所述的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，它由床身立柱1、 床身底座2、工作臺(tái)安裝座3、 XY工作臺(tái)模塊4和非對(duì)稱式并聯(lián)主軸模塊5組成。
該床身立柱1是一個(gè)整體式鑄件，在其下端面有安裝孔；該床身底座2也是一個(gè)整體式 鑄件，其上有凸臺(tái)和安裝孔；床身立柱1通過螺栓固定安裝在床身底座2上，端面平齊放置， 呈L型結(jié)構(gòu)；并聯(lián)主軸頭模塊5通過床身立柱1側(cè)面的安裝孔垂直安裝在床身立柱1上。該 工作臺(tái)安裝座3是一個(gè)長方體形中間連接部件，通過螺釘固定安裝在床身底座2的凸臺(tái)上，XY 工作臺(tái)模塊4也通過螺釘與其固定連接。XY工作臺(tái)模塊4提供X軸和Y軸運(yùn)動(dòng)，非對(duì)稱式并 聯(lián)主軸模塊5提供Z軸和A軸運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)床的四軸聯(lián)動(dòng)，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)立臥轉(zhuǎn)換加工 功能。
如圖3、 4、 5和6所示，該XY工作臺(tái)模塊4，由Y軸底座6、 Y軸直線導(dǎo)軌7、 Y軸導(dǎo)軌 滑塊8、 Y軸直線電機(jī)定子9、 Y軸直線電機(jī)動(dòng)子IO、 Y軸側(cè)擋板ll、 X軸與Y軸連接座12、 X軸直線導(dǎo)軌13、 X軸導(dǎo)軌滑塊14、 X軸直線電機(jī)定子15、 X軸直線電機(jī)動(dòng)子16、 X軸底座 17和T型槽工作臺(tái)18組成。各部件間的結(jié)構(gòu)連接關(guān)系是 一組(兩根)Y軸直線導(dǎo)軌7對(duì)稱 平行安裝在Y軸底座6上，Y軸直線電機(jī)定子9安裝在兩Y軸導(dǎo)軌7中間，一組(四個(gè))Y軸 導(dǎo)軌滑塊8對(duì)稱固定安裝在連接座12的下表面上，同時(shí)Y軸直線電機(jī)動(dòng)子10也固定安裝在 連接座12下表面的中心，Y軸側(cè)擋板11固定安裝在Y軸底座6的兩側(cè)，從而構(gòu)成工作臺(tái)的Y 軸向移動(dòng)組件； 一組(兩根)X軸直線導(dǎo)軌13對(duì)稱平行安裝在X軸底座17上，X軸直線電機(jī) 定子15安裝在兩X軸導(dǎo)軌13中間， 一組(四個(gè))X軸導(dǎo)軌滑塊14對(duì)稱固定安裝在連接座12 的上表面上，同時(shí)X軸直線電機(jī)動(dòng)子16也固定安裝在連接座12上表面的中心，從而構(gòu)成工 作臺(tái)的X軸向移動(dòng)組件；通過連接座12的過渡連接作用，將X軸向移動(dòng)組件和Y軸向移動(dòng)組 件垂直疊加在一起，從而構(gòu)成串聯(lián)運(yùn)動(dòng)的XY工作臺(tái)。Y軸側(cè)擋板11固定安裝在Y軸底座6 的兩側(cè)，T型槽工作臺(tái)18通過螺釘與X軸座固定連接；X軸垂直放置在Y軸上方，X軸直線 電機(jī)動(dòng)子16驅(qū)動(dòng)T型槽工作臺(tái)18沿X軸作直線運(yùn)動(dòng)，Y軸直線電機(jī)動(dòng)子10驅(qū)動(dòng)X軸和T型槽工作臺(tái)18沿Y軸作直線運(yùn)動(dòng)，從而形成工作臺(tái)的X軸和Y軸聯(lián)動(dòng)。
該非對(duì)稱式并聯(lián)主軸模塊5該由基座19、直線導(dǎo)軌20、導(dǎo)軌滑塊21、自鎖滑塊22、直 線電機(jī)定子23、直線電機(jī)動(dòng)子24、動(dòng)子座25、直線光柵尺26、安裝座27、旋轉(zhuǎn)副組件A28、 連桿29、旋轉(zhuǎn)副組件B 30、擺動(dòng)平臺(tái)31、旋轉(zhuǎn)副組件C 32、 U型座33和電主軸34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20平行固定安裝在基座19上，直 線電機(jī)定子23安裝在兩直線導(dǎo)軌20之間，并與基座19固定連接。 一組(四個(gè))導(dǎo)軌滑塊 21對(duì)稱固定安裝在動(dòng)子座25上，同時(shí)一組(兩個(gè))自鎖滑塊22對(duì)稱安裝在導(dǎo)軌滑塊21之 間并與動(dòng)子座25固定連接，直線電機(jī)動(dòng)子24固定安裝在動(dòng)子座25的幾何中心位置，直線光 柵尺26與導(dǎo)軌平行并固定安裝在基座19的左右側(cè)面，固定安裝在兩個(gè)動(dòng)子座25上的兩組(八 個(gè))導(dǎo)軌滑塊21和兩組(四個(gè))自鎖滑塊22與直線導(dǎo)軌20相配合，從而構(gòu)成Z軸兩個(gè)直線 運(yùn)動(dòng)模塊(或稱為移動(dòng)副組件)；安裝座27與上面一個(gè)動(dòng)子座25用螺釘固定連接， 一組(兩 個(gè))旋轉(zhuǎn)副組件A 28與安裝座27固定連接，旋轉(zhuǎn)副組件B 30固定安裝在擺動(dòng)平臺(tái)31上側(cè) 面，連桿29兩端分別與旋轉(zhuǎn)副組件A28和旋轉(zhuǎn)副組件B30過盈配合，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)副組件C32 分別與擺動(dòng)平臺(tái)31和U型座33內(nèi)側(cè)相配合，U型座33固定安裝在下面一個(gè)動(dòng)子座25上， 從而構(gòu)成非對(duì)稱式P3RP型(P-移動(dòng)副，R-旋轉(zhuǎn)副)并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)；電主軸34通過螺釘固定 安裝在擺動(dòng)平臺(tái)31上。平臺(tái)31帶動(dòng)電主軸34作Z軸移動(dòng)和A軸偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且A軸偏轉(zhuǎn)可達(dá) 90° ,即可實(shí)現(xiàn)立臥轉(zhuǎn)換加工。
其中，該基座19是一個(gè)整體式U型槽狀型中空鑄件，底面兩側(cè)有安裝孔用于同床身立柱 1的固定連接；
該旋轉(zhuǎn)副組件A 28、旋轉(zhuǎn)副組件B 30和旋轉(zhuǎn)副組件C 32分別是一對(duì)回轉(zhuǎn)部件，能繞其 自身軸線進(jìn)行36(T旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)副組件結(jié)構(gòu)相同，區(qū)別就是各自回轉(zhuǎn)半徑大小不同；
該連桿29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 28和 旋轉(zhuǎn)副組件B 30相配合的回轉(zhuǎn)軸；
該U型座33是一個(gè)整體式構(gòu)件,其上部有對(duì)稱的定位孔,用于配合連接旋轉(zhuǎn)副組件C 32; 底部有安裝孔，通過螺釘與動(dòng)子座(25)固定連接。
該擺動(dòng)平臺(tái)31是一個(gè)方形的型腔結(jié)構(gòu)，其底部有安裝定位孔，用于安裝固定電主軸34。
該電主軸34采用交流變頻電主軸。
如圖7和8所示，自鎖滑塊22通過螺釘與動(dòng)子座25固定連接，并與直線導(dǎo)軌20相配合。 在自由狀態(tài)或未工作狀態(tài)，自鎖滑塊22在內(nèi)部彈簧預(yù)壓作用下，緊緊抱死直線導(dǎo)軌20，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24和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)因自重而下滑；在工作狀
態(tài)下，給自鎖滑塊22通氣，在氣壓作用下克服內(nèi)彈簧作用力，此時(shí)自鎖滑塊22和直線導(dǎo)軌 20之間的靜摩擦力消失，從而解鎖讓直線電機(jī)動(dòng)子24和移動(dòng)副組件可在Z軸上自由往復(fù)運(yùn) 動(dòng)。
如圖7、 8所示，當(dāng)Z軸兩直線電機(jī)動(dòng)子24同步驅(qū)動(dòng)動(dòng)子座25時(shí)，安裝在擺動(dòng)平臺(tái)31 上的電主軸34沿Z軸只作平移運(yùn)動(dòng)；當(dāng)只有上面的直線電機(jī)動(dòng)子24驅(qū)動(dòng)動(dòng)子座25時(shí)，電主 軸34將會(huì)產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即A軸偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)只有下面的直線電機(jī)動(dòng)子24驅(qū)動(dòng)動(dòng)子座25時(shí), 電主軸34既會(huì)產(chǎn)生平動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，即Z軸的上下移動(dòng)和A軸的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)Z軸兩直線 電機(jī)動(dòng)子24同時(shí)驅(qū)動(dòng)動(dòng)子座25,但速度不同時(shí)，電主軸34將會(huì)同時(shí)產(chǎn)生平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)兩軸聯(lián) 動(dòng)，即Z軸的上下移動(dòng)和A軸的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。該電主軸34采用交流變頻電主軸。
本發(fā)明的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，如果在XY工作臺(tái)模塊4上配以一個(gè)數(shù)控回轉(zhuǎn) 工作臺(tái)，便可實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)加工和立式車削加工。
權(quán)利要求
1、一種直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，其特征在于它是由床身立柱(1)、床身底座(2)、工作臺(tái)安裝座(3)、XY工作臺(tái)模塊(4)和非對(duì)稱式并聯(lián)主軸模塊(5)組成；該床身立柱(1)是一個(gè)整體式鑄件，在其下端面有安裝孔，用螺栓同床身底座(2)固定連接；在側(cè)面有安裝孔，用于安裝并聯(lián)主軸頭模塊(5)；該床身底座(2)也是一個(gè)整體式鑄件，其上有凸臺(tái)和安裝孔，用于安裝固定床身立柱(1)和工作臺(tái)安裝座(3)；該工作臺(tái)安裝座(3)是一個(gè)長方體形中間連接部件，主要是支承XY工作臺(tái)模塊(4)與床身底座2間的連接；該XY工作臺(tái)模塊(4)，由Y軸底座(6)、Y軸直線導(dǎo)軌(7)、Y軸導(dǎo)軌滑塊(8)、Y軸直線電機(jī)定子(9)、Y軸直線電機(jī)動(dòng)子(10)、Y軸側(cè)擋板(11)、X軸與Y軸連接座(12)、X軸直線導(dǎo)軌(13)、X軸導(dǎo)軌滑塊(14)、X軸直線電機(jī)定子(15)、X軸直線電機(jī)動(dòng)子(16)、X軸底座(17)和T型槽工作臺(tái)(18)組成；各部件間的結(jié)構(gòu)連接關(guān)系是一組Y軸直線導(dǎo)軌(7)對(duì)稱平行安裝在Y軸底座(6)上，Y軸直線電機(jī)定子(9)安裝在兩Y軸導(dǎo)軌(7)中間，一組Y軸導(dǎo)軌滑塊(8)對(duì)稱固定安裝在連接座(12)的下表面上，同時(shí)Y軸直線電機(jī)動(dòng)子(10)也固定安裝在連接座(12)下表面的中心，Y軸側(cè)擋板(11)固定安裝在Y軸底座(6)的兩側(cè)，從而構(gòu)成工作臺(tái)的Y軸向移動(dòng)組件；一組X軸直線導(dǎo)軌(13)對(duì)稱平行安裝在X軸底座(17)上，X軸直線電機(jī)定子(15)安裝在兩X軸導(dǎo)軌(13)中間，一組(四個(gè))X軸導(dǎo)軌滑塊(14)對(duì)稱固定安裝在連接座(12)的上表面上，同時(shí)X軸直線電機(jī)動(dòng)子(16)也固定安裝在連接座(12)上表面的中心，從而構(gòu)成工作臺(tái)的X軸向移動(dòng)組件；通過連接座(12)的過渡連接作用，將X軸向移動(dòng)組件和Y軸向移動(dòng)組件垂直疊加在一起，從而構(gòu)成串聯(lián)運(yùn)動(dòng)的XY工作臺(tái)；Y軸側(cè)擋板(11)固定安裝在Y軸底座(6)的兩側(cè)，T型槽工作臺(tái)(18)通過螺釘與X軸座固定連接；該非對(duì)稱式并聯(lián)主軸模塊(5)，是由基座(19)、直線導(dǎo)軌(20)、導(dǎo)軌滑塊(21)、自鎖滑塊(22)、直線電機(jī)定子(23)、直線電機(jī)動(dòng)子(24)、動(dòng)子座(25)、直線光柵尺(26)、安裝座(27)、旋轉(zhuǎn)副組件A(28)、連桿(29)、旋轉(zhuǎn)副組件B(30)、擺動(dòng)平臺(tái)(31)、旋轉(zhuǎn)副組件C(32)、U型座(33)和電主軸(34)組成；各部件間的結(jié)構(gòu)連接關(guān)系是一組直線導(dǎo)軌(20)平行固定安裝在基座(19)上，直線電機(jī)定子(23)安裝在兩直線導(dǎo)軌(20)之間，并與基座(19)固定連接；一組導(dǎo)軌滑塊(21)對(duì)稱固定安裝在動(dòng)子座(25)上，同時(shí)一組自鎖滑塊(22)對(duì)稱安裝在導(dǎo)軌滑塊(21)之間并與動(dòng)子座(25)固定連接，直線電機(jī)動(dòng)子(24)固定安裝在動(dòng)子座(25)的幾何中心位置，直線光柵尺(26)與導(dǎo)軌平行并固定安裝在基座(19)的左右側(cè)面，固定安裝在兩個(gè)動(dòng)子座(25)上的兩組導(dǎo)軌滑塊(21)和兩組自鎖滑塊(22)與直線導(dǎo)軌(20)相配合，從而構(gòu)成Z軸兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)模塊(或稱為移動(dòng)副組件)；安裝座(27)與上面一個(gè)動(dòng)子座(25)用螺釘固定連接，一組旋轉(zhuǎn)副組件A(28)與安裝座(27)固定連接，旋轉(zhuǎn)副組件B(30)固定安裝在擺動(dòng)平臺(tái)(31)上側(cè)面，連桿(29)兩端分別與旋轉(zhuǎn)副組件A(28)和旋轉(zhuǎn)副組件B(30)過盈配合，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)副組件C(32)分別與擺動(dòng)平臺(tái)(31)和U型座(33)內(nèi)側(cè)相配合，U型座(33)固定安裝在下面一個(gè)動(dòng)子座(25)上，從而構(gòu)成非對(duì)稱式P3RP型(P-移動(dòng)副，R-旋轉(zhuǎn)副)并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)；電主軸(34)通過螺釘固定安裝在擺動(dòng)平臺(tái)(31)上；該基座(19)是一個(gè)整體式U型槽狀型構(gòu)件，底面兩側(cè)有安裝孔用于同床身立柱(1)的固定連接；其中，基座(19)是一個(gè)整體式U型槽狀中空鑄件；該旋轉(zhuǎn)副組件A(28)、旋轉(zhuǎn)副組件B(30)和旋轉(zhuǎn)副組件C(32)分別是一對(duì)回轉(zhuǎn)部件，能繞其自身軸線進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)副組件結(jié)構(gòu)相同，區(qū)別就是各自回轉(zhuǎn)半徑大小不同；該連桿(29)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(28)和旋轉(zhuǎn)副組件B(30)相配合的回轉(zhuǎn)軸；該U型座(33)是一個(gè)整體式構(gòu)件，其上部有對(duì)稱的定位孔，用于配合連接旋轉(zhuǎn)副組件C(32)；底部有安裝孔，通過螺釘與動(dòng)子座(25)固定連接；該擺動(dòng)平臺(tái)(31)是一個(gè)方形的型腔結(jié)構(gòu)，其底部有安裝定位孔，用于安裝固定電主軸(34)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，其特征在于該XY工 作臺(tái)模塊(4)中的Y軸由直線電機(jī)動(dòng)子(10)驅(qū)動(dòng)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，其特征在于該XY工 作臺(tái)模塊(4)中的X軸由直線電機(jī)動(dòng)子(16)驅(qū)動(dòng)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，其特征在于該非對(duì) 稱式并聯(lián)主軸模塊(5)中的一組直線導(dǎo)軌(20)為兩根。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，其特征在于該非對(duì)稱式并聯(lián)主軸模塊(5)中一組導(dǎo)軌滑塊(21)為四個(gè)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，其特征在于該非對(duì) 稱式并聯(lián)主軸模塊(5)中一組自鎖滑塊(22)為兩個(gè)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，其特征在于該非對(duì) 稱式并聯(lián)主軸模塊(5)中的直線電機(jī)定子(23)采用整體式單條永磁體。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，其特征在于該非對(duì) 稱式并聯(lián)主軸模塊(5)中的直線電機(jī)動(dòng)子(24)采用兩個(gè)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，其特征在于該非對(duì) 稱式并聯(lián)主軸模塊(5)中的電主軸(34)采用交流變頻電主軸。
全文摘要
本發(fā)明一種直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床提供一種完全由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，剛性較好，能滿足高速精密加工的四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床。它由床身立柱、床身底座、工作臺(tái)安裝座、XY工作臺(tái)模塊和非對(duì)稱式并聯(lián)主軸模塊組成；該發(fā)明基于模塊化設(shè)計(jì)思想，將機(jī)床分為并聯(lián)主軸進(jìn)給模塊和XY工作臺(tái)兩大功能模塊；其優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單緊湊，設(shè)計(jì)靈活，同時(shí)也具有較好的結(jié)構(gòu)剛性和一定的動(dòng)剛度。XY工作臺(tái)功能模塊具有進(jìn)給速度快，精度高和承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；Z-A兩自由度并聯(lián)主軸功能模塊既有并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)給速度快、剛度高、承載能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)A軸偏轉(zhuǎn)范圍大，最大可達(dá)90°，能實(shí)現(xiàn)主軸的立臥轉(zhuǎn)換加工。
文檔編號(hào)B23Q1/30GK101318292SQ200810116050
公開日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2008年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月2日
發(fā)明者強(qiáng) 劉, 袁松梅, 極 郇, 靜 陳 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)