CN106514282A - 直线电机驱动的数控机床 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种直线电机驱动的数控机床，包括Y轴横梁，X轴横梁，固定架，Y轴直线电机，X轴直线电机和Z轴直线电机；Y轴横梁包括底板，前支撑板，后支撑板，第一斜板；X轴横梁包括竖直板，第二斜板，以及若干三角形加强板，第二斜板与第一斜板平行；Y轴直线电机包括Y轴定子和Y轴动子，Y轴定子固定于底座上表面，Y轴动子固定于底板下表面；X轴直线电机包括X轴定子和X轴动子，X轴定子固定于第一斜板上表面，X轴动子固定于第二斜板下表面；Z轴直线电机包括Z轴定子和Z轴动子，Z轴定子与竖直板固定连接，Z轴动子与固定架固定连接。它的优点是结构简单，加工精度高，运动部件重心偏低，运行平稳。

Description

直线电机驱动的数控机床

技术领域

本发明涉及数控机床，尤其是一种直线电机驱动的数控机床。

背景技术

现有数控机床采用旋转伺服电机加滚珠丝杆的传动方式，这种方式需要通过电机、联轴器、丝杠、螺母等一系列机构完成动力传递，因此存在以下不足之处：这种传动方式加速度小，速度较小，浪费加工时间；结构复杂，维护复杂，传递刚性不足；丝杆，螺母传动的反向间隙，在工件表面会留下换向痕迹，影响加工表面质量；由于丝杆的制造过程存在节距误差，从而导致在传动过程中产生误差，影响精度；丝杆在传动过程中具有弹性变形，在推动工作台时受挤压，而拉动工作台时受拉伸，从而导致定位精度的误差；丝杆传动存在较多传动环节，所以机床的响应速度缓慢；难以获得较大的加速度；机床质量比较重，重心偏高，减少了机床稳定性；同时现有机床扩展性不足，难以由三轴扩展成四轴、五轴。难以实现车削、曲面加工等功能。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种直线电机驱动的数控机床。

本发明的一种技术方案：

一种直线电机驱动的数控机床，包括底座，其特征在于，还包括Y轴横梁，X轴横梁，带动刀具旋转的主轴电机，用于固定主轴电机的固定架，驱动Y轴横梁沿Y轴方向移动的Y轴直线电机，驱动X轴横梁沿X轴方向移动的X轴直线电机，驱动固定架沿Z轴方向移动的Z轴直线电机；Y轴横梁包括底板，由底板前端向上延伸的前支撑板，由底板后端向上延伸的后支撑板，连接前支撑板和后支撑板的第一斜板，前支撑板的高度高于后支撑板的高度使得第一斜板与底板的夹角为20度～70度；X轴横梁包括竖直板，第二斜板，以及若干三角形加强板，若干三角形加强板平行固定于竖直板的侧面，第二斜板固定于若干三角形加强板的斜边使得第二斜板与第一斜板平行；Y轴直线电机包括Y轴定子和Y轴动子，Y轴定子固定于底座上表面，Y轴动子固定于底板下表面，Y轴定子与Y轴动子具有一间隙；X轴直线电机包括X轴定子和X轴动子，X轴定子固定于第一斜板上表面，X轴动子固定于第二斜板下表面，X轴定子与X轴动子具有一间隙；Z轴直线电机包括Z轴定子和Z轴动子，Z轴定子与竖直板固定连接，Z轴动子与固定架的竖直面固定连接，Z轴定子与Z轴动子具有一间隙。

一种优选方案是底座的上表面固定有两平行的第一滑轨和两平行的第二滑轨，第二滑轨位于第一滑轨外侧，Y轴定子固定于两平行的第一滑轨之间，底板下表面固定有沿第一滑轨滑动的第一滑块以及沿第二滑轨滑动的第二滑块。

一种优选方案是直线电机驱动的数控机床还包括直驱四轴工作台或摇篮式五轴工作台，直驱四轴工作台或摇篮式五轴工作台与底座形成可拆卸连接，第二滑轨的长度大于第一滑轨的长度，直驱四轴工作台或摇篮式五轴工作台位于两平行的第二滑轨之间。

一种优选方案是第一斜板的上表面固定有两平行的第三滑轨，X轴定子固定于两平行的第三滑轨之间，第二斜板下表面固定有沿第三滑轨滑动的第三滑块。

一种优选方案是竖直板的另一侧面固定有两平行的第四滑轨，Z轴定子固定于两平行的第四滑轨之间，固定架的竖直面固定有沿第四滑轨滑动的第四滑块。

一种优选方案是Y轴定子和Y轴动子之间的间隙为0.7-1.0mm，X轴定子和X轴动子之间的间隙为0.7-1.0mm，Z轴定子和Z轴动子之间的间隙为0.7-1.0mm。

一种优选方案是三角形加强板的外侧边为内凹的弧形边。

一种优选方案是Y轴横梁和X轴横梁内部分别设有加强筋。

一种优选方案是第一斜板与底板的夹角为30度。

一种优选方案是底座上设有用于固定刀库的支撑架。

综合上述技术方案，本发明的有益效果：Y轴直线电机驱动Y轴横梁沿Y轴方向移动，使得Y轴横梁与底座除了第一滑块与第一滑轨接触外没有其他机械接触，减少了两者之间的摩擦力；X轴直线电机驱动X轴横梁沿X轴方向移动，使得X轴横梁与Y轴横梁除了第二滑块与第二滑轨接触外没有其他机械接触，减少了两者之间的摩擦力；Z轴直线电机驱动固定架沿Z轴方向移动，使得固定架与X轴横梁除第三滑块与第三滑轨接触外没有其他机械接触，减少了两者之间的摩擦力；结构简单，体积小，以最少的零部件实现直线驱动：行程在理论上不受限制，而且性能不会因为行程的改变而受到影响：可以提供很宽的速度范围，从每秒几微米到数米；加速度很大，最大可达10g：运动平稳，精度高，因为消除了影响精度的中间环节：维护简单，由于部件少，运动时无机械接触，从而大大降低了零部件的磨损，只需很少甚至无需维护，使用寿命更长；Y轴横梁与X轴横梁之间配合面采用倾斜布置，降低了Y轴横梁与X轴横梁的重心，增加了系统刚度；Y轴横梁类似四边形结构，X轴横梁类似三角结构，其内部分别穿插有加强筋结构，增加了Y轴横梁与X轴横梁的刚度和强度，减轻数控机床运动部件的质量，提高了数控机床运行速度，提高系统稳定性；同时由于Y轴横梁，X轴横梁和固定架均移动，底座是固定的，故本发明可以扩展成直驱四轴，赋予数控机床车削的功能，还可以扩展成摇篮式五轴，可以加工复杂曲面。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明的立体图；

图2是本发明的爆炸图一；

图3是本发明的爆炸图二；

图4是本发明中底座的立体图；

图5是本发明中Y轴横梁的立体图；

图6是本发明中X轴横梁的立体图；

图7是本发明中直驱四轴工作台的立体图；

图8是本发明中摇篮式五轴工作台的立体图。

具体实施方式

如图1至图6所示，一种直线电机驱动的数控机床，包括底座10，还包括Y轴横梁20，X轴横梁30，带动刀具旋转的主轴电机80，用于固定主轴电机80的固定架40，驱动Y轴横梁20沿Y轴方向移动的Y轴直线电机50，驱动X轴横梁30沿X轴方向移动的X轴直线电机60，驱动固定架40沿Z轴方向移动的Z轴直线电机70；Y轴横梁20包括底板201，由底板201前端向上延伸的前支撑板207，由底板201后端向上延伸的后支撑板202，连接前支撑板207和后支撑板202的第一斜板203，前支撑板207的高度高于后支撑板202的高度使得第一斜板203与底板201的夹角为20度～70度；X轴横梁30包括竖直板302，第二斜板301，以及若干三角形加强板303，若干三角形加强板303平行固定于竖直板302的一侧面，第二斜板301固定于若干三角形加强板303的斜边使得第二斜板301与第一斜板203平行。Y轴直线电机50包括Y轴定子501和Y轴动子502，Y轴定子501固定于底座10上表面，Y轴动子502固定于底板201下表面，Y轴定子501与Y轴动子502具有一间隙；X轴直线电机60包括X轴定子601和X轴动子602，X轴定子601固定于第一斜板203上表面，X轴动子602固定于第二斜板301下表面，X轴定子601与X轴动子602具有一间隙；Z轴直线电机70包括Z轴定子701和Z轴动子702，Z轴定子701与竖直板302固定连接，Z轴动子702与固定架40的竖直面固定连接，Z轴定子701与Z轴动子702具有一间隙。

如图2和图3所示，Y轴直线电机50驱动Y轴横梁20沿Y轴方向移动，使得Y轴横梁20与底座10之间没有机械接触，减少了两者之间的摩擦力；X轴直线电机60驱动X轴横梁30沿X轴方向移动，使得X轴横梁30与Y轴横梁20没有机械接触，减少了两者之间的摩擦力；Z轴直线电机70驱动固定架40沿Z轴方向移动，使得固定架40与X轴横梁20之间没有机械接触，减少了两者之间的摩擦力。Y轴横梁20与X轴横梁30之间配合面采用倾斜布置，降低了Y轴横梁20与X轴横梁30的重心，增加了系统刚度，提高了数控机床运行速度，提高系统稳定性。

具体地，如图2和图3所示，底座10的上表面固定有两平行的第一滑轨101和两平行的第二滑轨102，第二滑轨102位于第一滑轨101外侧，Y轴定子501固定于两平行的第一滑轨101之间，底板201下表面固定有沿第一滑轨101滑动的第一滑块103以及沿第二滑轨102滑动的第二滑块104。每一第一滑块103上滑设有2个第一滑块103，每一第二滑块104上滑设有1个第二滑块104，第一滑块103固定于底板201运动方向的前侧，第二滑块104固定于底板201运动方向的后侧。Y轴直线电机50驱动Y轴横梁20沿着第一滑轨101和第二滑轨102滑动。

如图4、图7和图8所示，直线电机驱动的数控机床还包括直驱四轴工作台106或摇篮式五轴工作台107，直驱四轴工作台106或摇篮式五轴工作台107与底座10形成可拆卸连接，第二滑轨102的长度大于第一滑轨101的长度，直驱四轴工作台106或摇篮式五轴工作台107位于两平行的第二滑轨之间。由于底座10是固定的，故发明可以扩展成直驱四轴，赋予数控机床车削的功能，还可以扩展成摇篮式五轴，可以加工复杂曲面。

如图2和图3所示，第一斜板203的上表面固定有两平行的第三滑轨204，X轴定子601固定于两平行的第三滑轨204之间，第二斜板301下表面固定有沿第三滑轨204滑动的第三滑块205。X轴直线电机60驱动X轴横梁30沿着第三滑轨204滑动。

如图2和图3所示，竖直板302的另一侧面固定有两平行的第四滑轨304，Z轴定子701固定于两平行的第四滑轨304之间，固定架40的竖直面固定有沿第四滑轨304滑动的第四滑块305。Z轴直线电机70驱动固定架40沿着第四滑轨304滑动。

如图2和图3所示，Y轴定子501和Y轴动子502之间的间隙为0.7-1.0mm，X轴定子601和X轴动子602之间的间隙为0.7-1.0mm，Z轴定子701和Z轴动子702之间的间隙为0.7-1.0mm。

如图5和图6所示，本发明中，第一斜板与底板的夹角为45度。三角形加强板303的一边为内凹的弧形边。Y轴横梁和X轴横梁内部分别设有加强筋。Y轴横梁20类似四边形结构，X轴横梁30类似三角结构，其内部分别穿插有加强筋，增加了Y轴横梁20与X轴横梁30的刚度和强度，同时减轻数控机床运动部件的质量，提高了数控机床运行速度，提高系统稳定性。

如图2和图3所示，底座10上设有用于固定刀具的刀架105。刀架105用于固定刀具，方便更换刀具。

本发明还具有结构简单，体积小，以最少的零部件实现直线驱动：行程在理论上不受限制，而且性能不会因为行程的改变而受到影响：可以提供很宽的速度范围，从每秒几微米到数米；加速度很大，最大可达10g：运动平稳，精度高，因为消除了影响精度的中间环节：维护简单，由于部件少，运动时无机械接触，从而大大降低了零部件的磨损，只需很少甚至无需维护，使用寿命更长。

以上是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种直线电机驱动的数控机床，包括底座，其特征在于，还包括Y轴横梁，X轴横梁，带动刀具旋转的主轴电机，用于固定主轴电机的固定架，驱动Y轴横梁沿Y轴方向移动的Y轴直线电机，驱动X轴横梁沿X轴方向移动的X轴直线电机，驱动固定架沿Z轴方向移动的Z轴直线电机；所述Y轴横梁包括底板，由底板前端向上延伸的前支撑板，由底板后端向上延伸的后支撑板，连接前支撑板和后支撑板的第一斜板，所述前支撑板的高度高于后支撑板的高度使得第一斜板与底板的夹角为20度～70度；所述X轴横梁包括竖直板，第二斜板，以及若干三角形加强板，若干三角形加强板平行固定于竖直板的一侧面，第二斜板固定于若干三角形加强板的斜边使得第二斜板与第一斜板平行；所述Y轴直线电机包括Y轴定子和Y轴动子，所述Y轴定子固定于底座上表面，Y轴动子固定于底板下表面，Y轴定子与Y轴动子具有一间隙；所述X轴直线电机包括X轴定子和X轴动子，所述X轴定子固定于第一斜板上表面，X轴动子固定于第二斜板下表面，X轴定子与X轴动子具有一间隙；Z轴直线电机包括Z轴定子和Z轴动子，所述Z轴定子与竖直板固定连接，Z轴动子与固定架的竖直面固定连接，Z轴定子与Z轴动子具有一间隙。

2.如权利要求1所述的直线电机驱动的数控机床，其特征在于，所述底座的上表面固定有两平行的第一滑轨和两平行的第二滑轨，所述第二滑轨位于第一滑轨外侧，Y轴定子固定于两平行的第一滑轨之间，所述底板下表面固定有沿第一滑轨滑动的第一滑块以及沿第二滑轨滑动的第二滑块。

3.如权利要求2所述的直线电机驱动的数控机床，其特征在于，所述直线电机驱动的数控机床还包括直驱四轴工作台或摇篮式五轴工作台，所述四轴工作台或摇篮式五轴工作台与底座形成可拆卸连接，所述第二滑轨的长度大于第一滑轨的长度，所述四轴工作台或摇篮式五轴工作台位于两平行的第二滑轨之间。

4.如权利要求1所述的直线电机驱动的数控机床，其特征在于，所述第一斜板的上表面固定有两平行的第三滑轨，X轴定子固定于两平行的第三滑轨之间，所述第二斜板下表面固定有沿第三滑轨滑动的第三滑块。

5.如权利要求1所述的直线电机驱动的数控机床，其特征在于，所述竖直板的另一侧面固定有两平行的第四滑轨，Z轴定子固定于两平行的第四滑轨之间，所述固定架的竖直面固定有沿第四滑轨滑动的第四滑块。

6.如权利要求1所述的直线电机驱动的数控机床，其特征在于，所述Y轴定子和Y轴动子之间的间隙为0.7-1.0mm，X轴定子和X轴动子之间的间隙为0.7-1.0mm，Z轴定子和Z轴动子之间的间隙为0.7-1.0mm。

7.如权利要求1所述的直线电机驱动的数控机床，其特征在于，所述三角形加强板的一边为内凹的弧形边。

8.如权利要求1所述的直线电机驱动的数控机床，其特征在于，所述Y轴横梁和X轴横梁内部分别设有加强筋。

9.如权利要求1所述的直线电机驱动的数控机床，其特征在于，所述第一斜板与底板的夹角为30度。

10.如权利要求1所述的直线电机驱动的数控机床，其特征在于，所述底座上设有用于固定刀库的支撑架。