CN105479337A - 一种数控立式平面成型磨床 - Google Patents

Abstract

一种数控立式平面成型磨床，包括Y轴底座、Z轴立柱、X轴底座和直线电机，在X轴底座的一侧固定有X轴光栅、在Y轴底座的一侧固定有Y轴光栅、在Z轴立柱的一侧固定有Z轴光栅，所述X轴底座上设置有X轴工作台，所述X轴工作台上设置有X轴直线导轨滑块和X轴直线电机动子，有益效果为：简化磨床的整体结构、提高了磨床的寿命，减小了维护成本，更提高了加工精度。

Description

一种数控立式平面成型磨床

技术领域

本发明涉及一种磨床，具体涉及一种数控立式平面成型磨床。

背景技术

所谓数控机床，即数字控制机床(Computernumericalcontrolmachinetools)，是一种安装了自动化控制系统的机床。与普通机床相比较，数控机床带有数控系统(程序控制系统)，它可以按照事先编制的程序实现自动化加工过程，而普通机床却没有该特性。数控的机床的全面使用，可以降低工人的劳动强度，减少工装和用工成本，能够缩短新产品试制周期和生产周期，有利于企业对市场需求做出快速反应。除此之外，随着科技的进步，信息化技术不断完善，FMC(柔性制造单元)、FMS(柔性制造系统)以及CIMS(计算机集成制造系统)技术得到越来越广泛的应用。机床数控化是运用上述技术实现企业信息化改造的基础，数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。

在电子技术快速而广泛运用的背景下,数控机床得到了广泛的应用这大大提高了加工的效率对于机械制造行业自动化程度的提升有着巨大的推动作用。

直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需任何中间转换机构的传动装置，由于直线电机驱动不需要任何中间机械传动转换机构，消除了机械传动机构的损耗与限制，实现了电机到工作台的“零传动”，现有技术中的传统机床的驱动装置依赖丝杆驱动，丝杆驱动本身具有一系列问题，如：长度限制、机械间隙、磨擦、扭曲等等。直线电机以一种直接驱动的方式避免了丝杠传动中的反向间隙、惯性、磨擦力和刚性不足等缺点，带来了原旋转电动机驱动方式无法达到的性能指标和优点。

直线电机驱动是目前高档数控机床的一个重要方向，与传统数控机床的驱动系统相比，这种驱动系统具有直接驱动、结构简单、刚度高、摩擦小、效率高、行程不受限制等显著优点，可实现高速度、高加速度及精密位移控制。

直线电机在一般平面磨床、齿轮磨床和坐标磨床上得到了一些应用，因此，需要一种应用直线电机驱动无心磨床的数控机床，以提高零件的加工精度。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种数控立式平面成型磨床，其采用直线电机作为动力驱动，能够有效地提高数控立式平面成型磨床的加工精度。

为实现上述技术目的，采用如下技术方案：

一种数控立式平面成型磨床，包括Y轴底座、Z轴立柱、X轴底座和直线电机，在X轴底座的一侧固定有X轴光栅、在Y轴底座的一侧固定有Y轴光栅、在Z轴立柱的一侧固定有Z轴光栅，所述X轴底座上设置有X轴工作台，所述X轴工作台上设置有X轴直线导轨滑块和X轴直线电机动子；在X轴底座上面设置有X轴直线导轨、X轴直线电机定子，在X轴底座下面设置有Y轴直线导轨滑块、Y轴直线电机定子，X轴直线导轨滑块嵌在X轴直线导轨上；所述Y轴底座上固定有两条Y轴直线导轨和Y轴直线电机定子，Y轴直线电机动子固定于X轴底座下方，在所述Y轴直线电机动子的两侧为Y轴直线导轨滑块，所述Y轴直线导轨滑块嵌在Y轴直线导轨上；Z轴立柱纵向上安装有Z轴直线导轨和Z轴直线电机定子7，所述Z轴滑台固定有Z轴直线电机动子和Z轴直线导轨滑块，所述Z轴直线导轨滑块嵌在Z轴直线导轨上。

优选地，所述Z轴滑台上安装电主轴。

优选地，所述直线电机定子和动子之间靠固定板保持气隙的间隙，所述气隙的间隙在1㎜±0.1㎜之间。

优选地，所述直线电机的动子中的含有冷却管路，所述冷却管路的一端为进口，另一端为出口。

优选地，所述直线电机动子上连接有电源线。

本发明的有益效果为：本发明通过直线电机直接驱动X轴、Y轴、Z轴三个方向的运动，通过设置导轨和导轨滑块相配合的方式实现了负载的精确移动，取代了传统方式中旋转电机加丝杆的驱动方式，从而不仅有效地提高了加工精度与加工速度，而且简化磨床的整体结构、提高了磨床的寿命，减小了维护成本，使其更适用于高精度的加工的场合。

附图说明

图1为本发明的立体结构总体示意图；

图2为本发明的Y轴底座的结构示意图；

图3为本发明的Z轴立柱的结构示意图；

图4为本发明的X轴底座的结构示意图；

图5为本发明的X轴工作台的俯视结构示意图；

图6为本发明的X轴工作台的侧视结构示意图；

图7为本发明的Z轴滑台的侧视结构示意图；

图8为本发明的Z轴滑台的俯视视结构示意图；

图9为本发明的直线电机的结构示意图；

图10为本发明的直线电机的侧面截面剖视示意图；

图11为本发明的直线电机的立体部分结构示意图；

图12为传统滚珠丝杠式直线电机示意图；

图13为本发明直线电机立体整体结构示意图。

图中：

1、Y轴底座；2、Z轴立柱；3、X轴底座；4、X轴工作台；5、Z轴滑台；6、Y轴直线电机动子；7、Y轴直线电机定子；8、Y轴直线导轨；9、Y轴直线导轨滑块；10、Y轴光栅；11、X轴直线电机定子；12、X轴直线电机动子：13、X轴直线导轨；14、X轴直线导轨滑块；15、Z轴直线电机定子；16、Z轴直线电机动子；17、Z轴光栅；18、X轴光栅；20、Z轴直线导轨；21、Z轴直线导轨滑块；61、固定板；62、直线电机；63、冷却系统进出口；64、电源线；71、磁极；111、丝杠；112、螺母；113、伺服座；114、联轴器；115、减速器；116、伺服电机；121、直线电机定子；122、直线电机动子；123、光栅。

具体实施方式

如图13所示，为本发明的直线电机立体结构，其包括，直线电机定子121、直线电机动子122、光栅123。

传统的电机的结构，如图12所示，其包括，丝杠111、螺母112、伺服座113、联轴器114、减速器115、伺服电机116，伺服电机116提供动力，依靠丝杠111和螺母112的配合传递进给，由于丝杆111和丝杆轴承之间存在着间隙，导致传统的丝杠电机的精确度不高。

如图1至图11所示，本发明的X轴、Y轴、Z轴都采用永磁直线进给系统直接驱动负载，其中Y轴方向上水平安装的永磁直线进给系统安装于X轴底座1下方，实现X轴底座3与X轴工作台4的Y轴运动；

X轴方向上水平安装的永磁直线进给系统安装于X轴工作台4下方，实现X轴工作台4的X轴运动；

Z轴方向上垂直安装的永磁直线进给系统安装于Z轴滑台5下方，实现Z轴滑台5上电主轴垂直上下运动。

永磁直线进给系统包括光栅、动子、定子、导轨、导轨滑块、磁极等。

如图9所示和如图10所示，是永磁直线进给系统的直线电机62的结构示意图，其包括固定板61、冷却系统进出口63、电源线64、动子、定子。

X、Y、Z轴永磁直线进给系统的直线电机动子，如Y轴直线电机动子6一样，都包括固定板61，直线电机电枢62，冷却系统进出口63，电源线64。

永磁直线电机定子和动子之间靠固定板61保持要求的气隙的间隙，气隙的间隙在1㎜左右。

光栅尺是最常用的直线位置检测装置。光栅尺也叫直线光栅，是一种高精度的位置传感器，数控机床中用的光栅是计量光栅。

光栅尺的安装位置为工作台与平台之间直线电机旁，为了防止超过量程，尺身安装电机安装平台上，读数头安装在工作台下表面随工作台的运动而动。由于光栅尺属于精密设备，需注意其密封问题。

由于直线电机的定子、动子等发热部件一般需要安装在机床工作台和导轨之间，这里正是机床的中间部分，散热条件差。过大的热量不仅会影响机床的加工精度，而且还限制了直线电动机的推力发挥，影响高速机床的工作性能。

在工作时，直线电机动子中含有冷却管路，冷却管路进口和出口为冷却系统进出口63，在进口通入冷却水或冷却油，用水冷或油冷的方式，通过冷却液循环带走热量，进行强制散热，吸完热量后冷却水或冷却油在出口流出，具有良好的效果。

X轴直线导轨13、Y轴直线导轨8、Z轴直线导轨20的一侧分别安装有X轴光栅18、Y轴光栅10、Z轴光栅17，光栅的作用是保证进给精度。

如图11所示，磁极71选用高性能钕铁硼稀土永磁材料作为永磁体，其磁密度强，退磁曲线在一定范围内呈直线，价格低廉，永磁体材料按磁极交替排列在底板上，用树脂粘贴牢固。

如图5所示和如图6所示，X轴直线导轨滑块14和X轴直线电机动子12设置在X轴工作台4上，X轴直线电机动子12上连接有电源线64。

如图7所示和如图8所示，在Z轴滑台5上设置有Z轴直线电机动子16和Z轴直线导轨滑块21，在Z轴直线电机动子16上连接有电源线64。

在图1中包括Y轴底座1、Z轴立柱2、X轴底座3、X轴工作台4、Z轴滑台5。Z轴滑台5上安装电主轴。Z轴直线电机动子16与Z轴滑台5固定在一起，Z轴滑台5上安装电主轴，从而实现电主轴Z轴方向的上下移动。

在图2中包括Y轴底座1、Y轴直线电机定子7、Y轴直线导轨8、Y轴光栅10。

在Y轴底座1上固定有Y轴直线导轨8，在两个Y轴直线导轨8之间设置有Y轴直线电机定子7，Y轴直线电机定子7同样固定在Y轴底座1上，在Y轴直线导轨8的一侧设置有Y轴光栅10，Y轴光栅10同样固定在Y轴底座1上。

安装时Y轴直线电机定子7安装于Y轴底座1上，直线电机动子6固定于X轴底座3下方，其两侧为Y轴直线导轨滑块9。

在图3中包括Z轴立柱2、Z轴直线电机定子7、Z轴光栅17、Z轴直线导轨20。

Z轴立柱2纵向上安装有Z轴直线导轨20，Z轴直线导轨20与Z轴立柱2通过固定孔固定连接，在两个Z轴直线导轨20之间设置有Z轴直线电机定子7，Z轴直线电机定子7通过固定孔固定安装在Z轴立柱2上。

如图4所示，图中包括X轴底座3、直线电机动子6、Y轴直线导轨滑块9、X轴直线电机定子11、X轴直线导轨13、X轴光栅18。

X轴底座3上固定安装有X轴直线导轨13，其二者可通过固定孔安装连接，在X轴直线导轨13的一侧设置有X轴光栅18，X轴光栅18固定安装在X轴底座3，在两个X轴直线导轨13之间设置有X轴直线电机定子11。

在X轴底座3的下面安装有Y轴直线导轨滑块9，Y轴直线导轨滑块9与Y轴直线导轨8相配合，Y轴直线导轨滑块9上的凹槽可以嵌在Y轴直线导轨8上，可实现Y轴直线导轨滑块9在Y轴直线导轨8上滑动，在Y轴直线导轨滑块9与Y轴直线导轨8配合的中间空隙处，在Y轴直线导轨滑块9中心处安装有直线电机定子6。

Z轴滑台5借助Z轴直线导轨20和Z轴直线导轨滑块21可实现在Z轴立柱2上来回滑动，

X轴底座3借助Y轴直线导轨滑块9和Y轴直线导轨8可以实现在Y轴底座1上来回滑动。

X轴工作台4借助于X轴直线导轨滑块14和X轴直线导轨13可以实现在X轴底座3上来回滑动。

本发明的动子为短电枢。

当本发明发出运动指令，X轴、Y轴与Z轴永磁直线进给系统便开始工作。

所述X轴、Y轴与Z轴上安装的直线电机的电枢绕组中(定子)通入相应的电流，产生电枢行波磁场，与磁极永磁体磁场相互作用，推动电枢运动。

Y轴直线电机动子9与X轴底座3固定在一起，便实现X轴底座3及X轴工作台4在Y轴方向上的运动。

X轴直线电机动子12与X轴工作台4固定在一起，便实现X轴工作台4在X轴方向上的运动。

Z轴直线电机动子16与Z轴滑台5固定在一起，Z轴滑台5上安装电主轴，从而实现电主轴在Z轴方向的上下移动。

通过三个轴方向上的永磁直线进给系统的运动，对加工件进行快速加工。

本发明采用永磁直线进给系统直接驱动工作台，取代了传统方式中旋转电机加丝杆的驱动方式，从而不仅有效地提高了加工精度与加工速度，而且简化磨床的整体结构、提高了磨床的寿命，减小了维护成本，使其更适用于高精度的加工的场合。

Claims (5)

1.一种数控立式平面成型磨床，包括Y轴底座、Z轴立柱、X轴底座和直线电机，在X轴底座的一侧固定有X轴光栅、在Y轴底座的一侧固定有Y轴光栅、在Z轴立柱的一侧固定有Z轴光栅，其特征在于：

所述X轴底座上设置有X轴工作台，所述X轴工作台上设置有X轴直线导轨滑块和X轴直线电机动子；

在X轴底座上面设置有X轴直线导轨、X轴直线电机定子，在X轴底座下面设置有Y轴直线导轨滑块、Y轴直线电机定子，X轴直线导轨滑块嵌在X轴直线导轨上；

所述Y轴底座上固定有两条Y轴直线导轨和Y轴直线电机定子，Y轴直线电机动子固定于X轴底座下方，在所述Y轴直线电机动子的两侧为Y轴直线导轨滑块，所述Y轴直线导轨滑块嵌在Y轴直线轨上；

Z轴立柱纵向上安装有Z轴直线导轨和Z轴直线电机定子7，所述Z轴滑台固定有Z轴直线电机动子和Z轴直线导轨滑块，所述Z轴直线导轨滑块嵌在Z轴直线导轨上。

2.如权利要求1所述的一种数控立式平面成型磨床，其特征在于：所述Z轴滑台上安装电主轴。

3.如权利要求1所述的一种数控立式平面成型磨床，其特征在于：所述直线电机定子和动子之间靠固定板保持气隙的间隙，所述气隙的间隙在1㎜±0.1㎜之间。

4.如权利要求1所述的一种数控立式平面成型磨床，其特征在于：所述直线电机的动子中的含有冷却管路，所述冷却管路的一端为进口，另一端为出口。

5.如权利要求1所述的一种数控立式平面成型磨床，其特征在于：所述直线电机动子上连接有电源线。