大型數(shù)控臥式機床雙邊大跨距滑座的四電機驅(qū)動機構(gòu)的制作方法

本實用新型屬于數(shù)控機床制造領(lǐng)域，尤其是應(yīng)用在高精端的大型數(shù)控臥式機床的水平進給運動中的驅(qū)動機構(gòu)。

背景技術(shù)：

隨著科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)代大型飛機工業(yè)、大型輪船工業(yè)對加工設(shè)備的要求也越發(fā)提高。傳統(tǒng)臥式加工機床采用小滑座，單電機或雙電機驅(qū)動，受限于滑座寬度及電機驅(qū)動力，無法滿足大型飛機裝配中、大型船舶組合加工中機床高速高響應(yīng)進給、主軸在水平兩個軸向大行程移動的需求，由此，此類工作只能依靠工人手工及多臺小型機床不斷換位加工，消耗大量人力物力，且質(zhì)量精度難以保證。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種大型數(shù)控臥式機床雙邊大跨距滑座的四電機驅(qū)動機構(gòu)，使立柱能夠水平雙向移動，成倍增加主軸方向加工范圍。

大型數(shù)控臥式機床雙邊大跨距滑座的四電機驅(qū)動機構(gòu)，包括床身、滑座，電機、減速機、齒輪-齒條組，電氣與機床控制系統(tǒng)相連，其特征在于床身主體成倍加寬，床身上沿床身長向平行對稱布置四根床身線軌、兩列齒條及兩條光柵尺，滑座長度隨床身加寬而增加，滑座底部落在床身導(dǎo)軌上，滑座內(nèi)部對稱布置四組驅(qū)動機構(gòu)，各組電機、減速機、齒輪兩兩對稱布置在床身線軌之間的兩列齒條上，用“二主二從”的電氣控制形式協(xié)同控制，共同驅(qū)動滑座水平移動；滑座上平面安裝垂直于床身線軌的三根滑座導(dǎo)軌及進給機構(gòu)，立柱安裝于滑座導(dǎo)軌上方，可沿垂直于滑座移動方向水平移動；機床主軸箱側(cè)掛在立柱上，滑枕從主軸箱伸出，帶動機床主軸沿平行于滑座導(dǎo)軌方向水平移動，實現(xiàn)機床主軸增大加工范圍的目的。

本實用新型的優(yōu)勢在于：滑座在加寬的床身上沿床身線軌方向水平移動，立柱在滑座上沿垂直于床身線軌的另一水平軸移動，此結(jié)構(gòu)使立柱能夠沿兩個水平軸移動，擴大了整機的活動范圍，配合機床主軸箱滑枕的伸縮，能夠避開被加工工件在水平方向的突出點，且便于加工到工件的凹入點及角落，特別適用于飛機裝配加工等有外形突出的工業(yè)生產(chǎn)需求。滑座采用四電機齒輪齒條驅(qū)動系統(tǒng)，雙向?qū)ΨQ分布，有效消除側(cè)向分力，并提供更強動力，可實現(xiàn)機床水平移動中系統(tǒng)同步控制及重心驅(qū)動，在立柱移動，拖動重心變化時也能夠保證機床穩(wěn)定運行。

滑座的驅(qū)動采用了四驅(qū)動消隙結(jié)構(gòu)，即四電機、四減速機、四齒輪-齒條傳動，以“二主二從”的控制方式進行電氣控制。為滿足立柱水平雙向移動需求，滑座在加寬方向上尺寸較大。這種情況下，如果選擇傳統(tǒng)的雙電機單齒條驅(qū)動，滑座所受的X軸驅(qū)動力不對稱，在床身直線導(dǎo)軌處產(chǎn)生附加力矩，俗稱“別勁”，影響機床精度及導(dǎo)軌使用壽命。而采用四齒輪齒條驅(qū)動方案則消除了這一附加力矩，即“質(zhì)心驅(qū)動”，避免了“別勁”現(xiàn)象。并且四齒輪驅(qū)動技術(shù)在提高機床動態(tài)特性的同時可有效消除間隙，工作可靠，使用壽命長，終身免維護。四齒輪齒條驅(qū)動技術(shù)可以實現(xiàn)機床水平移動中系統(tǒng)同步控制及重心驅(qū)動，即使在立柱移動重心變化時也能夠保證機床運行穩(wěn)定，有效控制了振動，系統(tǒng)剛性及精度顯著提高。該技術(shù)主要應(yīng)用于數(shù)控機床領(lǐng)域，尤其是應(yīng)用在高精端的大型數(shù)控臥式機床的水平進給運動中的驅(qū)動機構(gòu)。在航空工業(yè)、船舶工業(yè)都有廣泛需求。該技術(shù)發(fā)明在國內(nèi)外尚未有應(yīng)用的案例。經(jīng)檢索，在國內(nèi)外相關(guān)論文、期刊、雜志上均沒有大跨距滑座的四齒輪齒條驅(qū)動的發(fā)表，更未有在數(shù)控臥式機床中的實際應(yīng)用。

雙邊大跨距滑座的四齒輪齒條驅(qū)動技術(shù)的成功研發(fā)與應(yīng)用，是對大型數(shù)控臥式機床的水平驅(qū)動方式的又一突破，不僅提高直線導(dǎo)軌、電機、減速機的使用壽命，降低因傳動系統(tǒng)產(chǎn)生的故障率，同時系統(tǒng)動態(tài)性能及定位精度也得到提高。應(yīng)用此技術(shù)的臥式機床已成功應(yīng)用于飛機裝配行業(yè)，此類機床相對于老產(chǎn)品加工范圍更廣，剛性及抗震性能更強，運行更加穩(wěn)定。

附圖說明

圖1是四電機驅(qū)動機構(gòu)應(yīng)用于臥式機床的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2a是滑座內(nèi)四電機的驅(qū)動機構(gòu)布置示意圖；

圖2b是滑座上三條滑座導(dǎo)軌布置示意圖；

圖3是四驅(qū)動消隙機構(gòu)的等軸測結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4a～4d是四驅(qū)動消隙控制原理圖。

具體實施方式

實施例

大型數(shù)控臥式機床雙邊大跨距滑座的四電機驅(qū)動機構(gòu)，其特征在于兩個床身8平行、水平排布并由地腳7穩(wěn)定固定在地面上，兩個床身8由鏈接架11固定為一體，在床身8的頂面布置兩組共四根滾柱線性導(dǎo)軌，稱為床身線軌6，對稱排布，床身線軌6采用圖2中的螺釘13與床身8進行豎直方向固定，由擠塊14 水平靠死，每根導(dǎo)軌上都布置四塊床身線軌滑塊5，床身線軌滑塊5可在導(dǎo)軌上自由的緊密的滑動。床身線軌滑塊5與滑座1使用螺釘13進行連接。床身線軌 6及床身線軌滑塊5采用對稱排布，滑座1也采用對稱結(jié)構(gòu)，見圖1，作為滑座的鑄件長度床身加寬而延長，重心與床身線軌6及床身線軌滑塊5的承重中心重合，保證床身線軌滑塊5可在導(dǎo)軌上自由的緊密的滑動。

如圖2所示床身8與滑座1水平布置。在滑座內(nèi)部對稱布置四組驅(qū)動機構(gòu)，各組有電機2、減速機3及齒輪10構(gòu)成，依靠法蘭過渡套4固定在滑座上；床身上對稱布置兩條齒條9及兩條光柵尺12。驅(qū)動機構(gòu)可沿齒條9方向水平運動，機床系統(tǒng)根據(jù)光柵尺12數(shù)據(jù)反饋調(diào)整電機2參數(shù)，如此，機床控制系統(tǒng)根據(jù)光柵尺12數(shù)據(jù)反饋調(diào)整電機2參數(shù)，分別控制四臺電機輸出不同大小的扭矩，實時補償，實現(xiàn)滑座1的水平運動。滑座1頂部平均分布三條滾柱線性導(dǎo)軌為滑座導(dǎo)軌15及滑塊16，立柱17落于上方做水平移動。主軸箱18側(cè)掛于立柱17上，滑枕19可從主軸箱18伸出縮回。

圖3是一個圖面，說明的是把所有其他四驅(qū)結(jié)構(gòu)外的機構(gòu)刪除掉后的四驅(qū)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，這是立體結(jié)構(gòu)的仰視角度等軸測視圖，齒條在同一平面上。四組電機齒輪齒條驅(qū)動系統(tǒng)的每一組驅(qū)動單元在結(jié)構(gòu)上均相同，2組齒條9對稱排列，四組驅(qū)動單元雙向?qū)ΨQ分布，在水平兩個方向都能夠有效消除側(cè)向分力。

如圖4所示，圖示為齒輪齒條的簡化模型，齒輪扭矩方向如圖中圓弧箭頭方向，齒輪輸出力方向如圖中直線箭頭F方向。在滑座停止時如圖4a，數(shù)控系統(tǒng)同步控制，驅(qū)動中的相鄰驅(qū)動單元均產(chǎn)生反向扭矩，主動軸1和從動軸1在齒條方向輸出相反方向的作用力，消除單齒條上的齒輪間隙；主動軸1和主動軸2 在垂直于齒條方向輸出相反方向的作用力，消除垂直于齒條方向上的齒輪間隙；四組齒輪同時輸出，消除水平兩方向上的齒輪間隙，保證機床在靜止時定位準(zhǔn)確。

在滑座加速、減速時如圖4b、4c，本齒條上的驅(qū)動單元與臨齒條上的驅(qū)動單元產(chǎn)生反向扭矩，軸垂直于齒條方向輸出相反方向的作用力，消除垂直于齒條方向上的齒輪間隙。

在滑座勻速運動時如圖4d，兩主動軸做主要輸出，帶動滑座移動，兩從動軸做輔助輸出，控制滑座運動定位準(zhǔn)確。此時本齒條上的驅(qū)動單元與臨齒條上的驅(qū)動單元產(chǎn)生反向扭矩，軸垂直于齒條方向輸出相反方向的作用力，消除垂直于齒條方向上的齒輪間隙。

當(dāng)立柱17在滑座1上移動時，系統(tǒng)重心發(fā)生偏移，機床系統(tǒng)控制四個驅(qū)動電機2輸出不同大小的扭矩，接近系統(tǒng)重心的兩組驅(qū)動單元的做主要動力輸出，帶動主機完成進給動作，遠離系統(tǒng)重心的兩組驅(qū)動單元的做輔助輸出，并對根據(jù)主軸位置進行補償，調(diào)整機床姿態(tài)，彌補重心偏離對主軸定位精度的影響。

本實施例對數(shù)控臥式機床的水平方向傳動系統(tǒng)采用了四齒輪齒條驅(qū)動方式，真正實現(xiàn)了同步控制、重心驅(qū)動，減少了大滑座拖動重心移動對水平軸精度的影響，提高了水平方向傳動系統(tǒng)的剛性、跟隨性，從而提高了整機的穩(wěn)定性、精度及精度保持性。