CN102528568A - 数控设备 - Google Patents

Abstract

数控设备，包括Z向导向装置，安装Z向导向装置的滑座，滑座固定装置，滑座驱动装置，装夹工件装置，主加工头，电控装置；滑座包括滑座底板，设置在滑座底板上的U型件；Z向导向装置包括Z向导杆、Z向导杆驱动装置；在Y向滑座上固定有两条第一Z向直线导轨轨道，在Z向导杆上设有第二Z向直线导轨轨道；Z向导杆仅可上下运动地与Y向滑座安装在一起；主加工头设置Z向导杆下方；通过第一Z向直线导轨轨道和第二Z向直线导轨轨道配合Z向导向，导向效果好，Z向导杆不需要再设计止转结构；当第一Z向直线导轨轨道和第二Z向直线导轨轨道磨损后，只需更换第一Z向直线导轨轨道和第二Z向直线导轨轨道即可，不需更换Z向导杆。

Description

数控设备

技术领域

本发明涉及一种数控设备，特别是涉及一种主加工头数控机床、数控喷漆设备、数控焊接设备、数控激光切割设备、数控激光焊接设备、数控等离子切割设备、数控装螺丝设备、数控气割设备等。 

背景技术

现有的龙门架结构的数控设备，如申请号为201010284237.9的发明专利中，公开了一种数控龙门立式复合机床，包括底座、工作台、立柱，立柱通过立柱导轨活动连接或者通过紧固件固定连接有复合横梁，复合横梁通过横梁导轨活动连接或者通过紧固件固定连接有2个以上的滑鞍，滑鞍通过滑枕导轨活动连接有主轴装置；底座、立柱、复合横梁、主轴装置上设有丝杆驱动装置，丝杆驱动装置都连接电气数控装置。主轴装置包括有滑鞍，滑鞍上设有平衡缸，平衡缸上端连接在平衡缸支架上，滑鞍上还连接有立式压板。滑鞍内设有丝杆，丝杆连接有驱动电机，驱动电机通过驱动电机座固定在滑鞍上，滑鞍内设有轴承座，轴承座与丝杆之间设有轴承，丝杆活动连接有滑枕，滑枕上通过打刀缸支架固定有打刀缸，打刀缸下方设有高速主轴，高速主轴通过同步带连接有同步带轮，同步带轮连接在主电机上，主电机通过主电机座固定在滑枕上。使用时，通过伺服电机驱动工作台丝杆旋转，从而调整工作台的位置，使得工件加工部位对准立式主轴装置，通过左滑鞍驱动电机，右滑鞍驱动电机驱动左滑鞍丝杆，右滑鞍丝杆旋转，从而调整立式主轴装置的横向位置。再由丝杆调整立式主轴头的的位置，主电机启动后，通过同步带轮，同步带的传动，高速主轴开始转动，高速主轴安装上刀具，连接在其上的刀具即可对工件进行加工。该发明中，主轴装置结构非常复杂，大大增加设备成本；传动环节多，增加装配难度和降低加工精度。 

申请号为201010155118.3的发明专利中，公开了一种数控加工中心，包括用于装卡工件的工作台，工作台上设置有横向立柱，横向立柱上安装有十字滑座，十字滑座的上端连接有Y轴丝杆，十字滑座的下端连接有X轴丝杆，Y轴丝杆的上部设有可延垂直滑枕上下运动的纵向立柱，纵向立柱上连接有Z轴丝杆，垂直滑枕活动连接在Z轴丝杆的一侧，垂直滑枕下端连接带有刀具的主轴。 

上述现有技术，安装主轴的滑枕置于丝杆的一侧，与丝杆活动连接，主电机置于滑枕背离丝杆的一侧，这样滑枕、主轴、主电机等重量全部靠与滑枕与丝杆的连接处来承受，重心偏离丝杆的轴线，主轴上下运动时运动不平衡产生扭力、使主轴偏移丝杆轴线方向运动，导致主轴运动时稳定性不好、定位不准、运动不畅、运动惯性大、运动件磨损快的问题，进一步影响加工精度。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种主加工头上下运动时稳定性好、不易产生不平衡扭力的数控设备。 

数控设备，包括Z向导向装置，安装Z向导向装置的滑座，滑座固定装置，滑座驱动装置，装夹工件装置，主加工头，电控装置，在滑座固定装置和滑座间设有相互配合的滑座导轨；滑座包括滑座底板，设置在滑座底板上的U型件；Z向导向装置包括可上下运动的Z向导杆、驱动Z向导杆上下运动的Z向导杆驱动装置；在Y向滑座上固定有两条第一Z向直线导轨轨道，在Z向导杆上设有与Z向导杆固定、并与相应的第一Z向直线导轨轨道配合的第二Z向直线导轨轨道；Z向导杆、第一Z向直线导轨轨道、第二Z向直线导轨轨道穿过Y向滑座；Z向导杆仅可上下运动地与Y向滑座安装在一起；主加工头置于Z向导杆的下方。 

作为方案一的改进，Z向导杆为圆导杆，在Z向导杆的两侧对称凸设有Z向导向固定部，第二Z向直线导轨轨道固定在Z向导向固定部，便于第二Z向直线导轨轨道的安装，且第一Z向直线导轨轨道、第二Z向直线导轨轨道可以采用标准的滑轨。 

作为方案一至三的共同改进，第一Z向直线导轨轨道固定在U型件的底部平面上，便于第一Z向直线导轨轨道的安装。 

作为方案一至三的共同改进，U型件包括从滑座底板垂直向上凸设的U形上凸部和从滑座底部垂直向上凸设的U形下凸部；U型上凸部上设有电机支撑板；Z向导杆驱动装置包括一个驱动电机，驱动Z向导杆上下运动、与驱动电机的电机轴连接的一根Z向丝杆，与Z向丝杆配合的丝母；丝母与Z向导杆安装在一起且与Z向导杆的轴线位置固定；驱动电机固定在电机支撑板上，Z向丝杆远离驱动电机的一端穿过电机支撑板、丝母伸入Z向导杆内与Z向导杆避空。主加工头设置在Z向导杆下方，Z向导杆的轴线与Z向丝杆位置固定，主加工头位于Z向丝杆的正下方，主轴装置结构简单，设备制 造成本低；传动环节少，装配简单，加工精度高；主加工头的重心与丝杆的轴线基本在同一直线上，主轴上下运动时运动平衡，基本不会产生扭力使主轴偏移丝杆轴线方向运动，主轴运动时稳定性好、定位准、运动畅、运运动件不易磨损，从而进一步提高设备加工精度。 

作为方案四的改进，在Z向导杆内设有仅可相对Z向导杆转动地转轴或主轴；第三丝母与Z向导杆固定，在转轴或主轴的外周安装有驱动转轴或主轴旋转的第一转子，在Z向导杆内安装有与第一转子配合的第一定子，转轴或主轴仅可相对Z向导杆转动。采用第一定子和第一转子配合来驱动转轴或主轴，结构简单，安装方便。 

作为方案四的改进，还设有与Z向导杆固定的第一摆座；在第一摆座内安装有第二定子，安装在第二定子内与第二定子配合的第二转子，安装在第二转子内的水平方向的第一摆轴，所述的主加工头的主加工头座固定在第一摆轴上或与第一摆轴一体成型。第一摆轴的驱动通过第二定子和第二转子的配合来实现，结构简单，安装方便，减少安装空间。 

作为方案一至三的共同改进，安装Z向导向装置的滑座为Y向滑座；滑座固定装置为X向滑座，滑座导轨为安装在Y向滑座和X向滑座间的Y向座导轨、Y向右导轨；还包括底座、设置在底座上的主支撑柱、设置在主支撑柱上的主支撑架；所述的主支撑架为开口朝向竖直方向的闭环结构；在主支撑架和X向滑座间设有相互配合的X向前导轨、X向后导轨，在X向前导轨、X向后导轨上安装有可沿X向前导轨、X向后导轨来回滑动的X向滑座；还包括驱动X向滑座来回运动的第一驱动装置，驱动X向滑座来回运动的第一驱动装置；滑座驱动装置为第二驱动装置，Z向导杆驱动装置为第三驱动装置。主支撑架为闭环结构，一方面可以将支撑X向滑座的支撑力较均匀的传递到底座上，因此对X向滑座有很好的承载作用，刚性好，非常有利于加工头从上方朝下对工件进行加工，另一方面可以实现X向丝杆或X向同步带位于X向前导轨、X向后导轨之间，从而可以实现只需一根X向丝杆或X向同步带和一个动力源驱动X向滑座运动，还有导轨位的加工基准一致，保证了导轨的形位精度。驱动X向滑座来回运动只需一根X向丝杆或X向同步带和一个动力源，可以克服在X向前导轨、X向后导轨的位置安装两个同步运动的电机驱动X向滑座、因两个同步运动的电机很难实现完全同步运动、或其中一个电机出现速度变慢或变快造成X向滑座运动不平衡产生扭力、使X向滑座偏移X方向运动、导致X向滑座运动时稳定性不好、定位不准、运动 不畅的问题。X向丝杆或X向同步带位于X向前导轨、X向后导轨之间，还可以克服仅在X向前导轨或X向后导轨的位置安装一个驱动装置驱动X向滑座、因驱动力完全偏向一边造成X向滑座运动不平衡产生扭力使X向滑座偏移X方向运动、导致X向滑座运动时稳定性不好、定位不准、运动不畅、运动不能太快，不能适应X向前导轨、X向后导轨大间距的大机床。由于主加工头可以实现X向、Y向、Z向的运动，因此装夹工件装置如装夹工件的工作台可不再需要X向、Y向、Z向的运动，一方面由于主加工头及其承载装置X和Y滑座的重量相对于传统的需要运动的装夹工件的工作台和工件的重量总和会轻很多，因此可以大大节省加工工件时的能源，减少设备运动件的惯性，从而可大大提高运动件的位移灵敏度和工件加工精度、提高X向、Y向的移动速度、提高加工效率、大大减少设备运动件和导轨之间的磨损；另一方面可实现多个装夹工件的工作台来回往复运动或回转运动实现工件在不同位置之间传送，实现流水线作业。由于X向前导轨、X向后导轨、Y向左导轨、Y向右导轨、Z向导杆均安装在装夹工件装置的上方，这样从工件上加工下来的铁屑等基本上不需特别防护也不会进入到加工头上方的导轨内，一方面简化导轨结构，另一方面大大提高导轨寿命。 

作为方案七的改进，第一驱动装置包括一个第一驱动电机，驱动X向滑座来回运动、与X向前导轨、X向后导轨平行的一根与第一驱动电机的电机轴连接的X向丝杆，与X向丝杆配合的第一丝母；X向丝杆位于X向前导轨、X向后导轨之间；第一驱动电机安装在主支撑架上，第一丝母固定在X向滑座上，X向丝杆与第一丝母配合；所述的X向滑座为方形闭环结构。X向滑座采用丝杆驱动，结构简单，位移精度高。 

作为方案八的改进，X向滑座包括开口朝向竖直方向的方框，在方框的前后侧面上分别凸设有X向导轨滑座固定块，在方框的左右两侧的底面上均设有下凸块；X向前导轨、X向后导轨包括安装在主支撑架上的设有滚珠的X向直线滑动轨道，固定在X向导轨滑座固定块底面与X向直线滑动轨道配合的X向导轨滑座。 

作为方案七的改进，主支撑架还包括安装在靠近主支撑架的左右两侧的X向丝杆安装座，第一驱动电机安装在一个X向丝杆安装座的外侧面上，X向丝杆远离第一驱动电机的一端穿过安装第一驱动电机的X向丝杆安装座、第一丝母安装在远离第一驱动电机的X向丝杆安装座上。X向丝杆安装座容易保证与X向丝杆配合的安装孔同轴心，不管支撑X向丝杆的两端安装座距 离非常远或非常近，都一样，尤其X向丝杆安装座为万向自定心安装座时，可以进一步保证X向丝杆非常顺畅地转动。 

本发明的有益效果是：通过第一Z向直线导轨轨道和第二Z向直线导轨轨道配合Z向导向，导向效果好，Z向导杆不需要再设计止转结构。特别是当第一Z向直线导轨轨道和第二Z向直线导轨轨道磨损后，只需更换第一Z向直线导轨轨道和第二Z向直线导轨轨道即可，不需更换Z向导杆。 

附图说明

图1是本发明实施例1的立体示意图。 

图2是本发明实施例1的Y向滑座、Z向导向装置、主加工头的立体分解示意图。 

图3是本发明实施例1的Y向滑座、Z向导向装置、主加工头沿Z向导杆的轴线位置剖切的示意图。 

图4是沿图3的A-A位置剖切的示意图。 

图5是本发明实施例2的Y向滑座、Z向导向装置、主加工头的立体分解示意图。 

具体实施方式

实施例1 

如图1至图4所示，一种数控机床，包括一体成型的主体框架1，工作台2。主体框架1包括方形的底座3，与底座3一体成型设置在底座3四个转角位置和分别设置在底座的左侧、右侧和后侧的中间位置的主支撑柱4，连接主支撑柱4间的横向连接柱5。与主支撑柱4一体成型设置在主支撑柱4上的主支撑架6。主支撑架6为开口朝向竖直方向的方形闭环结构。 

还包括X向滑座7。在主支撑架6和X向滑座7间设有相互配合的X向前导轨、X向后导轨。X向滑座7可沿X向前导轨、X向后导轨来回滑动。 

X向滑座7包括开口朝向竖直方向的方框，在方框的前后侧面上分别凸设有X向导轨滑座固定块13，在方框的底面上设有下凸部14。 

X向前导轨、X向后导轨包括安装在主支撑架6上的设有滚珠的X向直线滑动轨道15，固定在X向导轨滑座固定块13底面与X向直线滑动轨道15配合的X向导轨滑座16。 

还包括驱动X向滑座7来回运动的第一驱动装置；第一驱动装置包括一个第一驱动电机10，驱动X向滑座7来回运动、与X向直线滑动轨道15平行的一根与第一驱动电机10的电机轴连接的X向丝杆11，与X向丝杆11 配合的第一丝母(未示出)，第一丝母固定在下凸块部14与X向滑座7结合的位置。 

还包括安装在靠近主支撑架6的左右两侧的X向丝杆安装座17，第一驱动电机10安装在X向丝杆安装座17的外侧面上，X向丝杆11远离第一驱动电机10的一端穿过X向丝杆安装座17、第一丝母(未示出)安装在远离第一驱动电机10的X向丝杆安装座17上；X向丝杆11位于两根X向直线滑动轨道15之间。 

还包括Y向滑座18，在X向滑座7和Y向滑座18间设有相互配合的Y向左导轨、Y向右导轨。 

还包括驱动Y向滑座18来回运动的第二驱动装置；第二驱动装置包括一个第二驱动电机21，驱动Y向滑座18来回运动、与Y向左导轨、Y向右导轨平行的一根与第二驱动电机21的电机轴连接的Y向丝杆22，与Y向丝杆22配合的第二丝母(未示出)。 

Y向滑座18包括Y向滑座底板24，从Y向滑座底板24垂直向上凸设的U型上凸部25，从Y向滑座底板24垂直向下凸设的U型下凸部26。在Y向滑座底板24在左右方向均凸出U型上凸部25、U型下凸部26。第二丝母固定在U型下凸部26与Y向滑座底板24结合的位置。 

Y向左导轨、Y向右导轨为滑轨；包括直接固定在X向滑座7上的设有滚珠的Y向直线滑动轨道27，固定在Y向滑座底板24的底面与Y向直线滑动轨道27配合的Y向导轨滑座29。 

还包括安装在靠近X向滑座7的前后两侧的Y向丝杆安装座28，第二驱动电机21安装在Y向丝杆安装座28的外侧面上，Y向丝杆22远离第二驱动电机21的一端穿过Y向丝杆安装座28、第二丝母(未示出)安装在远离第二驱动电机21的Y向丝杆安装座28上。Y向丝杆22位于两根Y向直线滑动轨道27之间。 

还设有安装在Y向滑座18上的Z向导向装置。Z向导向装置包括可上下运动的圆形Z向导杆30，盖板31，仅可相对Z向导杆30转动的转轴32，驱动转轴32旋转的第一转子33和第一定子34，轴承35，两条安装在Y向滑座18的U型上凸部25、U型下凸部26的底面并贯穿Y向滑座18的第一Z向直线硬轨轨道36，驱动Z向导杆30上下运动的第三驱动装置。在Z向导杆30的两侧对称凸设有Z向导向固定部37，在Z向导向固定部37上固定有第二Z向直线硬轨轨道38，在第二Z向直线硬轨轨道38上设有与第一Z向 直线硬轨轨道36配合的导槽39。在U型上凸部25上固定有电机固定板40。第一Z向直线硬轨轨道36、第二Z向直线硬轨轨道38穿过Y向滑座18。 

第三驱动装置包括一个第三驱动电机41、驱动Z向导杆30上下运动的一根Z向丝杆42。转轴32包括与Z向导杆30内孔配合的大轴44和从大轴的顶部延伸设有小轴45，轴承35套在小轴45上并支撑在大轴44上，第一转子33套在小轴45上并支撑在轴承35上，第一定子34安装在Z向导杆30内与第一转子33配合。盖板31固定在Z向导杆30的顶部。第三丝母46固定在盖板31的中心并伸入转轴32内与转轴32避空。第三驱动电机41安装在电机固定板40上，Z向丝杆30的一端通过轴联接器47与第三驱动电机41连接，Z向丝杆30的另一端穿过电机固定板40与第三丝母46配合，并伸入转轴32内与转轴32避空。Z向导杆30穿过Y向滑座18。转轴32的下端穿过Z向导杆30并凸出Z向导杆30，主加工头48安装在转轴32上。 

实施例2 

如图5所示，一种数控机床，与实施例1不同的是，在Z向导杆60内安装有主轴61，主加工头的刀具装夹头62直接固定在主轴60上。 

在本发明中，在主加工头上可设有刀具装夹头、或主加工头为喷漆头或焊枪或激光枪或等离子切割枪或螺丝枪或气割枪。当在刀具装夹头上安装有铣刀时，可以实现铣削的功能；当在刀具装夹头上安装有砂轮时，可以实现磨削的功能；当在刀具装夹头上安装有镗刀时，可以实现镗孔的功能；当在刀具装夹头上安装有钻头时，可以实现钻孔的功能；当主加工头为喷漆头时，可以实现喷涂的功能；当主加工头为焊枪时，可以实现焊接的功能；当主加工头为激光枪时，可以实现激光切割和或激光焊接的功能；当主加工头为等离子切割枪时，可以实现等离子切割的功能；当主加工头为螺丝枪，可以实现装螺丝的功能。由于主加工头的结构均可采用现有结构，故在本发明中不再一一描述。 

Claims (10)

1.数控设备，包括Z向导向装置，安装Z向导向装置的滑座，滑座固定装置，滑座驱动装置，装夹工件装置，电控装置，其特征在于：在滑座固定装置和滑座间设有相互配合的滑座导轨；滑座包括滑座底板，设置在滑座底板上的U型件；Z向导向装置包括可上下运动的Z向导杆、驱动Z向导杆上下运动的Z向导杆驱动装置；在Y向滑座上固定有两条第一Z向直线导轨轨道，在Z向导杆上设有与Z向导杆固定、并与相应的第一Z向直线导轨轨道配合的第二Z向直线导轨轨道；Z向导杆、第一Z向直线导轨轨道、第二Z向直线导轨轨道穿过Y向滑座；Z向导杆仅可上下运动地与Y向滑座安装在一起；主加工头置于Z向导杆的下方。

2.如权利要求1所述的数控设备，其特征在于：Z向导杆为圆导杆，在Z向导杆的两侧对称凸设有Z向导向固定部，第二Z向直线导轨轨道固定在Z向导向固定部。

3.如权利要求2所述的数控设备，其特征在于：第一Z向直线导轨轨道固定在U型件的底部平面上。

4.如权利要求1至3任意一项所述的数控设备，其特征在于：U型件包括从滑座底板垂直向上凸设的U形上凸部和从滑座底部垂直向上凸设的U形下凸部；U型上凸部上设有电机支撑板；Z向导杆驱动装置包括一个驱动电机，驱动Z向导杆上下运动、与驱动电机的电机轴连接的一根Z向丝杆，与Z向丝杆配合的丝母；丝母与Z向导杆安装在一起且与Z向导杆的轴线位置固定；驱动电机固定在电机支撑板上，Z向丝杆远离驱动电机的一端穿过电机支撑板、丝母伸入Z向导杆内与Z向导杆避空；

5.如权利要求4所述的数控设备，其特征在于：在Z向导杆内设有仅可相对Z向导杆转动地转轴或主轴；第三丝母与Z向导杆固定，在转轴或主轴的外周安装有驱动转轴或主轴旋转的第一转子，在Z向导杆内安装有与第一转子配合的第一定子，转轴或主轴仅可相对Z向导杆转动。

6.如权利要求4所述的数控设备，其特征在于：还设有与Z向导杆固定的第一摆座；在第一摆座内安装有第二定子，安装在第二定子内与第二定子配合的第二转子，安装在第二转子内的水平方向的第一摆轴，所述的主加工头的主加工头座固定在第一摆轴上或与第一摆轴一体成型。

7.如权利要求1至3任意一项所述的数控设备，其特征在于：安装Z向导向装置的滑座为Y向滑座；滑座固定装置为X向滑座，滑座导轨为安装在Y向 滑座和X向滑座间的Y向座导轨、Y向右导轨；还包括底座、设置在底座上的主支撑柱、设置在主支撑柱上的主支撑架；所述的主支撑架为开口朝向竖直方向的闭环结构；在主支撑架和X向滑座间设有相互配合的X向前导轨、X向后导轨，在X向前导轨、X向后导轨上安装有可沿X向前导轨、X向后导轨来回滑动的X向滑座；还包括驱动X向滑座来回运动的第一驱动装置，驱动X向滑座来回运动的第一驱动装置；滑座驱动装置为第二驱动装置，Z向导杆驱动装置为第三驱动装置。

8.如权利要求7所述的数控设备，其特征在于：第一驱动装置包括一个第一驱动电机，驱动X向滑座来回运动、与X向前导轨、X向后导轨平行的一根与第一驱动电机的电机轴连接的X向丝杆，与X向丝杆配合的第一丝母；X向丝杆位于X向前导轨、X向后导轨之间；第一驱动电机安装在主支撑架上，第一丝母固定在X向滑座上，X向丝杆与第一丝母配合；所述的X向滑座为方形闭环结构。

9.如权利要求8所述的数控设备，其特征在于：X向滑座包括开口朝向竖直方向的方框，在方框的前后侧面上分别凸设有X向导轨滑座固定块，在方框的左右两侧的底面上均设有下凸块；X向前导轨、X向后导轨包括安装在主支撑架上的设有滚珠的X向直线滑动轨道，固定在X向导轨滑座固定块底面与X向直线滑动轨道配合的X向导轨滑座。

10.如权利要求7所述的数控设备，其特征在于：主支撑架还包括安装在靠近主支撑架的左右两侧的X向丝杆安装座，第一驱动电机安装在一个X向丝杆安装座的外侧面上，X向丝杆远离第一驱动电机的一端穿过安装第一驱动电机的X向丝杆安装座、第一丝母安装在远离第一驱动电机的X向丝杆安装座上。 

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