CN104907877A - 一种直线电机直接驱动的数控立式车床 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直线电机直接驱动的数控立式车床包括床身，所述床身头部安装有弧形直线电机，所述弧形直线电机上固定有盘形直线电机，所述弧形直线电机与床身上端连接有推力向心球轴承，下端连接有双列短圆柱滚子轴承，所述弧形直线电机通过花键与工作台相连接，所述床身尾部设置有立柱，所述立柱上设有横梁，所述立柱与横梁之间安装有横梁直线电机，所述横梁上设有垂直刀架，所述横梁与垂直刀架之间安装有垂直刀架水平运动直线电机，所述刀架内安装有垂直刀架升降直线电机，所述立柱上还安装有侧刀架，所述立柱与侧刀架之间设有侧刀架升降直线电机，所述侧刀架内设有侧刀架进给直线电机。

Description

一种直线电机直接驱动的数控立式车床

技术领域

本发明涉及机床设备领域，具体涉及一种直线电机直接驱动的数控立式车床。

背景技术

机床是人类进行生产劳动的重要工具，也是社会生产力发展水平的重要标志，普通机床经历了近两百年的历史。1797年，英国机械发明家莫兹利创制了用丝杠传动刀架的现代车床，第一次世界大战后，由于军火、汽车和其他机械工业的需要，各种高效自动车床和专门化车床迅速发展。为了提高小批量工件的生产率，40年代末，带液压仿形装置的车床得到推广，与此同时，多刀车床也得到发展。50年代中，发展了带穿孔卡、插销板和拨码盘等的程序控制车床。数控技术于60年代开始用于车床，70年代后得到迅速发展。

随着电子技术、计算机技术及自动化，精密机械与测量等技术的发展与综合应用，生产了机电一体化的新型机床一一数控机床。数控机床一经使用就显示出了它独特的优越性和强大生命力，使原来不能解决的许多问题，找到了科学解决的途径。

目前，现有的立式车床，包括数控立车主电机都是通过多级齿轮传动减速，存在结构复杂、传动效率低、噪音大、能耗高、响应速度慢以及控制精度不高等缺点。因此，亟需设计一种新的直线电机直接驱动的数控立式车床，以解决现有技术存在的上述不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种直线电机直接驱动的数控立式车床，以克服目前现有技术存在的上述不足。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种直线电机直接驱动的数控立式车床，包括床身，所述床身头部安装有弧形直线电机，所述弧形直线电机上固定有盘形直线电机，所述弧形直线电机与床身上端连接有推力向心球轴承，下端连接有双列短圆柱滚子轴承，所述弧形直线电机通过花键与工作台相连接，所述床身尾部设置有立柱，所述立柱上设有横梁，所述立柱与横梁之间安装有横梁直线电机，所述横梁上设有垂直刀架，所述横梁与垂直刀架之间安装有垂直刀架水平运动直线电机，所述刀架内安装有垂直刀架升降直线电机，所述立柱上还安装有侧刀架，所述立柱与侧刀架之间设有侧刀架升降直线电机，所述侧刀架内设有侧刀架进给直线电机。

进一步的，所述弧形直线电机包括飞轮转子一和定子组件一，所述定子组件一位于飞轮转子一的外圆周侧面并固定在床身上。

进一步的，所述弧形直线电机的飞轮转子一包括导电外圈以及导磁内圈，所述导电外圈与导磁内圈固定相接并沿飞轮转子一的外圆周设置，所述导磁内圈设置在导电外圈与飞轮本体之间并固定在飞轮本体上，所述导磁内圈和飞轮本体结合缝的左右端面上分别设置有骑缝螺钉，所述弧形直线电机的定子组件一包括至少一个定子一以及对定子组件一进行固定的定子座一，所述定子座一固定在床身上，所述定子一包括定子铁芯一以及设置在定子铁芯一内的定子绕组一，所述定子组件一与飞轮转子一之间设有间隙，所述定子组件一相互对称并沿飞轮转子一的转动轴线设置于飞轮转子一的圆周外侧面。

进一步的，所述盘型直线电机包括飞轮转子二以及定子组件二，所述飞轮转子二通过花键固定在弧形直线电机的飞轮转子一上，所述定子组件二固定弧形电机的定子组件一上。

进一步的，所述盘形直线电机的飞轮转子二包括导电外环以及导磁内环，所述导电外环与导磁内环固定相接并呈圆环状设置于工作台下端面，所述导磁内环设置在导电外环与工作台之间并通过螺钉固定于工作台上，所述盘形直线电机的定子组件二包括至少一个定子二以及对定子组件二进行固定的定子座二，所述定子座二固定在弧形电机的定子组件一上，所述定子二包括定子铁芯二以及设置在定子铁芯二内的定子绕组二，所述定子组件二与飞轮转子二之间设有间隙，所述定子组件二相互对称并沿飞轮转子二的转动轴线设置于飞轮转子二的圆周外侧面。

进一步的，所述导电外圈和导电外环的材质为导电金属材料，所述导磁内圈和导磁内环的材质为导磁金属材料，所述导电外圈和导磁内圈、导电外环和导磁内环均是通过爆炸焊接方式结合而成。

进一步的，所述飞轮转子一为弧形直线电机次级，所述定子组件一为初级，所述飞轮转子二为盘形直线电机次级，定子组件二为初级。

进一步的，所述横梁直线电机、垂直刀架水平运动直线电机、垂直刀架升降直线电机、侧刀架升降直线电机、侧刀架进给直线电机分别包括各自的定子组件和转子组件，上述定子组件均包括至少一个相应的定子以及对所述定子进行固定的定子座，所述各定子座分别固定在立柱、横梁、垂直刀架、侧刀架上，所述各定子均设置在所述转子组件的正下方，所述各定子均包括相应的定子铁芯以及设置在所述定子铁芯内的定子绕组。

进一步的，所述直线电机直接驱动的数控立式车床还包括数控系统，所述数控系统包括速度位置编码器、旋转变压器以及PLC控制器，所述速度位置编码器分别安装在横梁直线电机、垂直刀架水平运动直线电机、垂直刀架升降直线电机、侧刀架升降直线电机、侧刀架进给直线电机的转子上，所述旋转变压器安装在弧形直线电机和盘形直线电机的飞轮转子一和飞轮转子二上。

本发明的有益效果为：设计合理，结构简单，故障率低，弧形直线电机和盘形直线电机直接驱动工作台转动，减少了主传动的减速传动链，提高了传动效率；程序数字化控制电机运转，工作台速度控制精确高；直线电机驱动，通过速度位置编码器控制，止动块自动锁紧，位置控制精度高；电量消耗低，噪音小，响应速度快，省时高效，维护方便。

附图说明

下面为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例所述的直线电机直接驱动的数控立式车床的结构示意图一；

图2是本发明实施例所述的直线电机直接驱动的数控立式车床的结构示意图二;

图3是本发明实施例所述的直线电机直接驱动的数控立式车床的结构示意图三;

图4是本发明实施例所述的直线电机直接驱动的数控立式车床的结构示意图四;

图5是本发明实施例所述的直线电机直接驱动的数控立式车床的结构局部放大示意图。

图中：

1、床身；2、立柱；3、横梁；4、垂直刀架；5、侧刀架、6、弧形直线电机；7、盘形直线电机；8、工作台；9、横梁直线电机；10、垂直刀架水平运动直线电机；11、垂直刀架升降直线电机；12、侧刀架升降直线电机；13、侧刀架进给直线电机；14花键；15、推力向心球轴承；16、双列短圆柱滚子轴承；61、飞轮转子一；62、定子组件一；611、导电外圈；612、导磁内圈；613、飞轮本体；614、骑缝螺钉；621、定子一；622、定子座一；6211、定子铁芯一；6212、定子绕组一；71、飞轮转子二；72、定子组件二；711、导电外环；712、导磁内环；713、螺钉；721、定子二；722、定子座二；7211、定子铁芯二；7212、定子绕组二。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-5所示的一种直线电机直接驱动的数控立式车床，包括床身1，所述床身1头部安装有弧形直线电机6，所述弧形直线电机6上固定有盘形直线电机7，所述弧形直线电机6与床身1上端连接有推力向心球轴承15，下端连接有双列短圆柱滚子轴承16，所述弧形直线电机6通过花键14与工作台8相连接，所述床身1尾部设置有立柱2，所述立柱2上设有横梁3，所述立柱2与横梁3之间安装有横梁直线电机9，所述横梁3上设有垂直刀架4，所述横梁3与垂直刀架4之间安装有垂直刀架水平运动直线电机10，所述刀架4内安装有垂直刀架升降直线电机11，所述立柱2上还安装有侧刀架5，所述立柱2与侧刀架5之间设有侧刀架升降直线电机12，所述侧刀架5内设有侧刀架进给直线电机13；

所述弧形直线电机6包括飞轮转子一61和定子组件一62，所述定子组件一62位于飞轮转子一61的外圆周侧面并固定在床身1上；

所述弧形直线电机6的飞轮转子一61包括导电外圈611以及导磁内圈612，所述导电外圈611与导磁内圈612固定相接并沿飞轮转子一61的外圆周设置，所述导磁内圈612设置在导电外圈611与飞轮本体613之间并固定在飞轮本体613上，所述导磁内圈612和飞轮本体613结合缝的左右端面上分别设置有骑缝螺钉614，所述弧形直线电机6的定子组件一62包括两个定子一621以及对定子组件一62进行固定的定子座一622，所述定子座一622固定在床身1上，所述定子一621包括定子铁芯一6211以及设置在定子铁芯一6211内的定子绕组一6212，所述定子组件一62与飞轮转子一61之间设有间隙，所述定子组件一62相互对称并沿飞轮转子一61的转动轴线设置于飞轮转子一61的圆周外侧面；

所述盘型直线电机7包括飞轮转子二71以及定子组件二72，所述飞轮转子二通过花键14固定在弧形直线电机6的飞轮转子一61上，所述定子组件二72固定弧形电机6的定子组件一62上；

所述盘形直线电机7的飞轮转子二71包括导电外环711以及导磁内环712，所述导电外环711与导磁内环712固定相接并呈圆环状设置于工作台8下端面，所述导磁内环712设置在导电外环711与工作台8之间并通过螺钉713固定于工作台8上，所述盘形直线电机7的定子组件二72包括两个定子二721以及对定子组件二72进行固定的定子座二722，所述定子座二722固定在弧形电机6的定子组件一62上，所述定子二721包括定子铁芯二7211以及设置在定子铁芯二7211内的定子绕组二7212，所述定子组件二72与飞轮转子二71之间设有间隙，所述定子组件二72相互对称并沿飞轮转子二71的转动轴线设置于飞轮转子二71的圆周外侧面；

所述导电外圈611和导电外环711的材质为导电金属材料，所述导磁内圈612和导磁内环712的材质为导磁金属材料，所述导电外圈611和导磁内圈612、导电外环711和导磁内环712均是通过爆炸焊接方式结合而成；所述导电外圈611和导电外环711是1-3mm的导电金属，可以为铜片，所述导磁内圈612和导磁内环712是5-10mm的导磁金属，可以为3钢片。

所述飞轮转子一61为弧形直线6电机次级，所述定子组件一62为初级，所述飞轮转子二71为盘形直线7电机次级，定子组件二72为初级；

所述横梁直线电机9、垂直刀架水平运动直线电机10、垂直刀架升降直线电机11、侧刀架升降直线电机12、侧刀架进给直线电机13分别包括各自的定子组件和转子组件，上述定子组件均包括两个相应的定子以及对所述定子进行固定的定子座，所述各定子座分别固定在立柱、横梁、垂直刀架、侧刀架上，所述各定子均设置在所述转子组件的正下方，所述各定子均包括相应的定子铁芯以及设置在所述定子铁芯内的定子绕组；

所述直线电机直接驱动的数控立式车床还包括数控系统，所述数控系统包括速度位置编码器、旋转变压器以及PLC控制器，所述速度位置编码器分别安装在横梁直线电机9、垂直刀架水平运动直线电机10、垂直刀架升降直线电机11、侧刀架升降直线电机12、侧刀架进给直线电机的转子上，所述旋转变压器安装在弧形直线电机6和盘形直线电机7的飞轮转子一61和飞轮转子二71上。

具体使用时，固定在床身1上的弧形直线电机6和固定在弧形直线电机6上的盘形直线电机7电磁力驱动飞轮转子一61和飞轮转子二71，所述飞轮转子一61和飞轮转子二71与飞轮本体613通过骑缝螺钉614和螺钉713固定连接，所述飞轮转子一61和飞轮转子二71与飞轮本体613旋转并通过花键14带动工作台8旋转，所述飞轮转子一61和飞轮转子二71上设置有旋转变压器，所述旋转变压器通过测定反馈所述飞轮转子一61和飞轮转子二71的速度从而精确控制工作台8的转速，所述弧形直线电机6和盘形直线电机7内部设置有电磁制动，能实现设备任意时候停车驱动横梁3、垂直刀架4、侧刀架5运动的均是直线电机驱动，通过速度位置编码器控制，止动块自动锁紧，位置控制精度高；

由于弧形直线电机6的定子组件一62和盘形直线电机7的定子组件二72通过电磁力直接驱动飞轮转子一61和飞轮转子二71，并通过花键带动工作台8旋转，从而减少了主传动的减速传动链，提高了传动效率，结构简单故障率低，并且弧形直线电机6和盘形直线电机7的散热性好，易于数控，采用频繁正反转启动，启动电流小，对电网无冲击，电量消耗低，节电约30%；

当弧形直线电机6的定子绕组一6212通入交变电流后，会产生沿圆周方向旋转的磁场，可驱动飞轮转子一61作旋转运动，而飞轮转子一61与飞轮本体613通过花键14带动工作台8旋转，分别改变两台弧形直线电机6的旋转磁场方向，可以轻易控制并实现对飞轮转子一61的旋转加速和减速制动。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种直线电机直接驱动的数控立式车床，其特征在于，包括床身（1），所述床身（1）头部安装有弧形直线电机（6），所述弧形直线电机（6）上固定有盘形直线电机（7），所述弧形直线电机（6）与床身（1）上端连接有推力向心球轴承（15），下端连接有双列短圆柱滚子轴承（16），所述弧形直线电机（6）通过花键（14）与工作台（8）相连接，所述床身（1）尾部设置有立柱（2），所述立柱（2）上设有横梁（3），所述立柱（2）与横梁（3）之间安装有横梁直线电机（9），所述横梁（3）上设有垂直刀架（4），所述横梁（3）与垂直刀架（4）之间安装有垂直刀架水平运动直线电机（10），所述刀架（4）内安装有垂直刀架升降直线电机（11），所述立柱（2）上还安装有侧刀架（5），所述立柱（2）与侧刀架（5）之间设有侧刀架升降直线电机（12），所述侧刀架（5）内设有侧刀架进给直线电机（13）。

2.根据权利要求1所述的直线电机直接驱动的数控立式车床，其特征在于，所述弧形直线电机（6）包括飞轮转子一（61）和定子组件一（62），所述定子组件一（62）位于飞轮转子一（61）的外圆周侧面并固定在床身（1）上。

3.根据权利要求2所述的直线电机直接驱动的数控立式车床，其特征在于，所述弧形直线电机（6）的飞轮转子一（61）包括导电外圈（611）以及导磁内圈（612），所述导电外圈（611）与导磁内圈（612）固定相接并沿飞轮转子一（61）的外圆周设置，所述导磁内圈（612）设置在导电外圈（611）与飞轮本体（613）之间并固定在飞轮本体（613）上，所述导磁内圈（612）和飞轮本体（613）结合缝的左右端面上分别设置有骑缝螺钉（614），所述弧形直线电机（6）的定子组件一（62）包括至少一个定子一（621）以及对定子组件一（62）进行固定的定子座一（622），所述定子座一（622）固定在床身（1）上，所述定子一（621）包括定子铁芯一（6211）以及设置在定子铁芯一（6211）内的定子绕组一（6212），所述定子组件一（62）与飞轮转子一（61）之间设有间隙，所述定子组件一（62）相互对称并沿飞轮转子一（61）的转动轴线设置于飞轮转子一（61）的圆周外侧面。

4.根据权利要求3所述的直线电机直接驱动的数控立式车床，其特征在于，所述盘型直线电机（7）包括飞轮转子二（71）以及定子组件二（72），所述飞轮转子二通过花键（14）固定在弧形直线电机（6）的飞轮转子一（61）上，所述定子组件二（72）固定弧形电机（6）的定子组件一（62）上。

5.根据权利要求4所述的直线电机直接驱动的数控立式车床，其特征在于，所述盘形直线电机（7）的飞轮转子二（71）包括导电外环（711）以及导磁内环（712），所述导电外环（711）与导磁内环（712）固定相接并呈圆环状设置于工作台（8）下端面，所述导磁内环（712）设置在导电外环（711）与工作台（8）之间并通过螺钉（713）固定于工作台（8）上，所述盘形直线电机（7）的定子组件二（72）包括至少一个定子二（721）以及对定子组件二（72）进行固定的定子座二（722），所述定子座二（722）固定在弧形电机（6）的定子组件一（62）上，所述定子二（721）包括定子铁芯二（7211）以及设置在定子铁芯二（7211）内的定子绕组二（7212），所述定子组件二（72）与飞轮转子二（71）之间设有间隙，所述定子组件二（72）相互对称并沿飞轮转子二（71）的转动轴线设置于飞轮转子二（71）的圆周外侧面。

6.根据权利要求5所述的直线电机直接驱动的数控立式车床，其特征在于，所述导电外圈（611）和导电外环（711）的材质为导电金属材料，所述导磁内圈（612）和导磁内环（712）的材质为导磁金属材料，所述导电外圈（611）和导磁内圈（612）、导电外环（711）和导磁内环（712）均是通过爆炸焊接方式结合而成。

7.根据权利要求6所述的直线电机直接驱动的数控立式车床，其特征在于，所述飞轮转子一（61）为弧形直线（6）电机次级，所述定子组件一（62）为初级，所述飞轮转子二（71）为盘形直线（7）电机次级，定子组件二（72）为初级。

8.根据权利要求7所述的直线电机直接驱动的数控立式车床，其特征在于，所述横梁直线电机（9）、垂直刀架水平运动直线电机（10）、垂直刀架升降直线电机（11）、侧刀架升降直线电机（12）、侧刀架进给直线电机（13）分别包括各自的定子组件和转子组件，上述定子组件均包括至少一个相应的定子以及对所述定子进行固定的定子座，所述各定子座分别固定在立柱（2）、横梁（3）、垂直刀架（4）、侧刀架（5）上，所述各定子均设置在所述转子组件的正下方，所述各定子均包括相应的定子铁芯以及设置在所述定子铁芯内的定子绕组。

9.根据权利要求8所述的直线电机直接驱动的数控立式车床，其特征在于，所述直线电机直接驱动的数控立式车床还包括数控系统，所述数控系统包括速度位置编码器、旋转变压器以及PLC控制器，所述速度位置编码器分别安装在横梁直线电机（9）、垂直刀架水平运动直线电机（10）、垂直刀架升降直线电机（11）、侧刀架升降直线电机（12）、侧刀架进给直线电机（13）的转子上，所述旋转变压器安装在弧形直线电机（6）和盘形直线电机（7）的飞轮转子一（61）和飞轮转子二（71）上。