CN103350351B - 桌面三轴龙门式微细加工机床 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种桌面三轴龙门式微细加工机床，包括床身、龙门架、安装在龙门架横梁上的X轴运动组件、安装在床身上的Y轴运动组件、安装在Y轴运动组件上的Z轴运动组件、夹具、主轴和壳体，特征是：X轴运动组件安装在龙门架的横梁上端面上，Z轴运动组件安装在Y轴运动组件上，对应于Z轴运动组件的运动轨迹，床身上设有沿Y轴运动组件运动方向向下贯通的Y方向长槽，龙门架的横梁上设有X方向长槽，主轴垂直固定安装在X轴运动组件上；增设了平衡气缸，其中平衡气缸的缸体安装在Y轴运动组件上，活塞杆安装在Z轴运动组件上。采用本发明，桌面机床的结构配置方案具有高刚度、高动态性能的特点，保证高加工精度、高加工效率桌面机床的成功开发。

Description

桌面三轴龙门式微细加工机床
技术领域
本发明涉及一种桌面三轴龙门式微细加工机床，属于机械加工装备领域。
背景技术
小型化产品的体积小、材料与能耗低、空间利用率高，符合人们对节能、环保日益增长的要求。在2005年，微小型零件的产值已经达到380亿美元，是2000年的两倍。尤其是近年来，随着现代医学、航空航天、国防工业等技术的快速发展，对精密/超精密三维微小零件(尺寸从微米级到毫米级)的需求日益迫切。针对小型化产品的微细切削加工，在传统型工厂中仍然在使用体积相对很庞大的精密/超精密机床进行加工。这些设备占用了大量的空间，同时造成能源的极大消耗。国内国外的研究现状表明，许多小型机床及桌面工厂已被成功研制，这些机床在资源、空间及能源等方面已表现出显著地节约，小型桌面机床加工同样的小型零件并且达到同等的加工精度所消耗的功率仅为常规尺寸车床的2‰。因此，近年来，生产系统中对小型化高速超精密机械加工装备的需求越来越迫切。虽然世界各国已经开发出了一系列桌面机床，但是，桌面机床的结构配置方案还处于初级阶段，主要是依赖于将中、大型机床的结构小型化来获得，所具有的缺陷如下：中、大型机床由于本身质量大、惯性阻尼大，高的加减速对其动态性能影响不大，而小型化获得的桌面机床质量小、惯性阻尼小，在较大的加减速惯性力作用下使得其动态性能极差，从而影响到桌面机床的加工效率；小型化得来的桌面机床由于支撑部件尺寸小，使得整体刚度差，难于获得较高的加工精度。
研究开发适合于机械微细铣削加工的具有高刚度、高精度和高效率的桌面加工机床，对于推动微细加工装备的创新开发，特别是对于推动微细铣削技术的发展具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能克服上述缺陷、加工精度高的桌面三轴龙门式微细加工机床。其技术方案为：
一种桌面三轴龙门式微细加工机床，包括床身、龙门架、X轴运动组件、Y轴运动组件、Z轴运动组件、夹具、主轴和支撑主轴的壳体，其中龙门架垂直固定安装在床身上，X轴运动组件安装在龙门架的横梁上，Y轴运动组件安装在床身上、且位于龙门架内侧，其特征在于：X轴运动组件安装在龙门架的横梁上端面上，Z轴运动组件安装在Y轴运动组件上，对应于Z轴运动组件的运动轨迹，床身上设有沿Y轴运动组件运动方向向下贯通的Y方向长槽，龙门架的横梁上设有沿横梁方向向下贯通的X方向长槽，主轴经穿过X方向长槽的壳体垂直固定安装在X轴运动组件上；增设了平衡气缸，其中平衡气缸的缸体安装在Y轴运动组件上，活塞杆安装在Z轴运动组件上。
所述的桌面三轴龙门式微细加工机床，X轴运动组件、Y轴运动组件和Z轴运动组件均包括运动滑台、2个驱动装置、2个滚动直线导轨和位置反馈用光栅尺；X轴运动组件中，光栅尺安装在横梁上，运动滑台支撑在2个滚动直线导轨上，由驱动装置拖动沿X轴方向作直线移动，且运动滑台、2个驱动装置和2个滚动直线导轨以横梁沿X方向的中心面对称；主轴经壳体垂直固定安装在运动滑台上，主轴随运动滑台同步沿X轴方向作直线移动；Y轴运动组件中，光栅尺安装在床身上，运动滑台支撑在2个滚动直线导轨上，由驱动装置拖动沿Y轴方向作直线移动，且运动滑台、2个驱动装置和2个滚动直线导轨以龙门架沿Y方向的中心面对称,运动滑台同步沿Y轴方向作直线移动；Z轴运动组件中，运动滑台支撑在2个滚动直线导轨上，由驱动装置拖动沿Z轴方向作直线移动，且运动滑台和2个驱动装置以龙门架沿Y方向的中心面对称,2个滚动直线导轨以运动滑台沿X方向的中心面对称，运动滑台同步沿Z轴方向作直线移动，光栅尺安装在Y轴运动组件中的运动滑台上。
所述的桌面三轴龙门式微细加工机床，平衡气缸为2个，2个缸体对称安装在Y轴运动组件的运动滑台上，2个活塞杆对称安装在Z轴运动组件的运动滑台上。
所述的桌面三轴龙门式微细加工机床，驱动装置采用直线伺服电机，直线伺服电机包括线圈和永磁体，其中线圈固定安装在运动滑台上。
所述的桌面三轴龙门式微细加工机床，驱动装置采用旋转伺服电机、联轴器及滚珠丝杠组成的运动单元。
本发明与现有技术相比，其优点是：
1、由于X轴运动组件放置在龙门架的对称中心上，使得传统侧面放置的结构布局引起的颠覆力矩不复存在，有利于提高机床的刚度；
2、由于Z轴的布置接近于机床的重心，使得该桌面机床动态性能好，易于获得较高的加工精度及效率；
3、机床尺寸小，可以放置到桌面上应用，使本发明节能降耗、占用空间小，更适合于具有微细特征的零件加工。
附图说明
图1是本发明实施例的三维结构示意图；
图2是图1所示实施例的主视图；
图3是图2所示实施例的A-A剖面图；
图4是图1所示实施例的右视图。
图中：1、床身2、龙门架3、夹具4、主轴5、壳体6、横梁7、Y方向长槽8、X方向长槽9、缸体10、活塞杆11、运动滑台12、驱动装置13、滚动直线导轨14、光栅尺15、螺钉
具体实施方式
在图1-4所示的实施例中：包括床身1、龙门架2、X轴运动组件、Y轴运动组件、Z轴运动组件、夹具3、主轴4和支撑主轴4的壳体5，其中龙门架2垂直固定安装在床身1上，X轴运动组件安装在龙门架2的横梁6上，Y轴运动组件安装在床身1上、且位于龙门架2内侧；X轴运动组件、Y轴运动组件和Z轴运动组件均包括运动滑台11、2个驱动装置12、2个滚动直线导轨13和位置反馈用光栅尺14；X轴运动组件中，光栅尺14安装在横梁6上，运动滑台11支撑在2个滚动直线导轨13上，由驱动装置12拖动沿X轴方向作直线移动，且运动滑台11、2个驱动装置12和2个滚动直线导轨13以横梁6沿X方向的中心面对称；主轴4经壳体5垂直固定安装在运动滑台11上，主轴4随运动滑台11同步沿X轴方向作直线移动；Y轴运动组件中，光栅尺14安装在床身1上，运动滑台11支撑在2个滚动直线导轨13上，由驱动装置12拖动沿Y轴方向作直线移动，且运动滑台11、2个驱动装置12和2个滚动直线导轨13以龙门架2沿Y方向的中心面对称,运动滑台11同步沿Y轴方向作直线移动；Z轴运动组件中，运动滑台11支撑在2个滚动直线导轨13上，由驱动装置12拖动沿Z轴方向作直线移动，且运动滑台11和2个驱动装置12以龙门架2沿Y方向的中心面对称,2个滚动直线导轨13以运动滑台11沿X方向的中心面对称，运动滑台11同步沿Z轴方向作直线移动，光栅尺14安装在Y轴运动组件中的运动滑台11上。X轴运动组件安装在龙门架2的横梁6上端面上，Z轴运动组件安装在Y轴运动组件上，对应于Z轴运动组件的运动轨迹，床身1上设有沿Y轴运动组件运动方向向下贯通的Y方向长槽7，龙门架2的横梁6上设有沿横梁6方向向下贯通的X方向长槽8，主轴4经穿过X方向长槽8的壳体5垂直固定安装在X轴运动组件上；增设了2个平衡气缸，其中的2个缸体9对称安装在Y轴运动组件的运动滑台11上，2个活塞杆10对称安装在Z轴运动组件的运动滑台11上。驱动装置12采用直线伺服电机，直线伺服电机包括线圈和永磁体，其中线圈固定安装在运动滑台11上。

Claims (5)

1.一种桌面三轴龙门式微细加工机床，包括床身(1)、龙门架(2)、X轴运动组件、Y轴运动组件、Z轴运动组件、夹具(3)、主轴(4)和支撑主轴(4)的壳体(5)，其中龙门架(2)垂直固定安装在床身(1)上，X轴运动组件安装在龙门架(2)的横梁(6)上端面上，Y轴运动组件安装在床身(1)上、且位于龙门架(2)内侧，其特征在于：Z轴运动组件安装在Y轴运动组件上，对应于Z轴运动组件的运动轨迹，床身(1)上设有沿Y轴运动组件运动方向向下贯通的Y方向长槽(7)，龙门架(2)的横梁(6)上设有沿横梁(6)方向向下贯通的X方向长槽(8)，主轴(4)经穿过X方向长槽(8)的壳体(5)垂直固定安装在X轴运动组件上；增设了平衡气缸，其中平衡气缸的缸体(9)安装在Y轴运动组件上，活塞杆(10)安装在Z轴运动组件上。
2.根据权利要求1所述的桌面三轴龙门式微细加工机床，其特征在于：X轴运动组件、Y轴运动组件和Z轴运动组件均包括运动滑台(11)、2个驱动装置(12)、2个滚动直线导轨(13)和位置反馈用光栅尺(14)；X轴运动组件中，光栅尺(14)安装在横梁(6)上，运动滑台(11)支撑在2个滚动直线导轨(13)上，由驱动装置(12)拖动沿X轴方向作直线移动，且运动滑台(11)、2个驱动装置(12)和2个滚动直线导轨(13)以横梁(6)沿X方向的中心面对称；主轴(4)经壳体(5)垂直固定安装在运动滑台(11)上，主轴(4)随运动滑台(11)同步沿X轴方向作直线移动；Y轴运动组件中，光栅尺(14)安装在床身(1)上，运动滑台(11)支撑在2个滚动直线导轨(13)上，由驱动装置(12)拖动沿Y轴方向作直线移动，且运动滑台(11)、2个驱动装置(12)和2个滚动直线导轨(13)以龙门架(2)沿Y方向的中心面对称,运动滑台(11)同步沿Y轴方向作直线移动；Z轴运动组件中，运动滑台(11)支撑在2个滚动直线导轨(13)上，由驱动装置(12)拖动沿Z轴方向作直线移动，且运动滑台(11)和2个驱动装置(12)以龙门架(2)沿Y方向的中心面对称,2个滚动直线导轨(13)以运动滑台(11)沿X方向的中心面对称，运动滑台(11)同步沿Z轴方向作直线移动，光栅尺(14)安装在Y轴运动组件中的运动滑台(11)上。
3.根据权利要求1所述的桌面三轴龙门式微细加工机床，其特征在于：平衡气缸为2个，2个缸体(9)对称安装在Y轴运动组件的运动滑台(11)上，2个活塞杆(10)对称安装在Z轴运动组件的运动滑台(11)上。
4.根据权利要求2所述的桌面三轴龙门式微细加工机床，其特征在于：驱动装置(12)采用直线伺服电机，直线伺服电机包括线圈和永磁体，其中线圈固定安装在运动滑台(11)上。
5.根据权利要求2所述的桌面三轴龙门式微细加工机床，其特征在于：驱动装置(12)采用旋转伺服电机、联轴器及滚珠丝杠组成的运动单元。
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