CN111015252A - 一种动梁式龙门数控雕铣机的主轴滑台 - Google Patents

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薛佳富
刘琪
郭凤婷
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Abstract

本发明公开了一种动梁式龙门数控雕铣机的主轴滑台，包括Y方向线性模组和Z方向线性模组，Y方向线性模组通过三个平行的直线导轨副以及Y向滚珠丝杠螺母副与横梁相连接，Z方向线性模组通过平行的两个直线导轨副以及Z向滚珠丝杠螺母副与Y方向线性模组相连接，Y方向线性模组和Z方向线性模组正交垂直设置。其采用开放式数控系统进行控制，具有精度高、传动稳定、重量轻、体型小巧、紧凑美观的特点，适用在动龙门的横梁上，其布局合理，可以有效减轻主轴滑台对横梁的压力，并且还可以通过绝对光栅尺实时反馈动梁式龙门数控雕铣机的主轴滑台位置，提高了加工精度。

Description

一种动梁式龙门数控雕铣机的主轴滑台
技术领域
本发明属于机械领域，涉及一种雕铣机部件，具体涉及一种动梁式龙门数控雕铣机的主轴滑台。
背景技术
雕铣机作为一种数控机床，可用于雕刻或铣削。一般认为雕铣机是使用小刀具、大功率和高速主轴电机的加工设备。国外并没有雕铣机的概念，他们是以加工中心铣削为主的，但加工中心有它的不足，特别是在用小刀具加工小型模具时会显得力不从心，并且成本很高。国内最初只有数控雕刻机的概念，雕刻机的优势在于雕，如果加工材料硬度比较大就会显得力不从心。
雕铣机的出现填补了两者之间的空白。雕铣机既可以雕刻，也可以铣削，是一种高效高精的数控机床。雕铣机主要用于雕、铣各种型腔模具，也可以用于各种工艺品、凹凸图案的加工，可加工的材料主要有钢材、铝材、铜材及非金属材料等。相比于其他加工设备，雕铣机的床身承受力更大，主轴和进给伺服电机的功率也更大，并且，雕铣机还多了铣的功能，可以更好得完成加工任务。
动梁式龙门数控雕铣机主轴滑台的传动精度对整个雕铣机的性价比和市场竞争力起到了关键性的作用。目前，国内一些数控雕铣机功能相对简单，加工效率低，难以达到高档数控雕铣机精度，大多数还需要国外进口，价格非常昂贵，国内高精度的数控雕铣机较少，并且大多较为笨重。动梁式龙门数控雕铣机的主轴滑台不仅要保证传动精度高，还要保证其在加工过程中传动稳定。动龙门式横梁相对于定龙门式横梁的承载力相对较小，这就对动龙门式横梁上主轴滑台的重量要求较高。因此，动梁式龙门数控雕铣机的主轴滑台还要保证体型小巧，且施加在横梁上的压力小，进而提高雕铣机的使用寿命。
中国专利文献申请号201510858506.0公开了一种龙门式雕铣机竖轴滑板，该竖轴滑板本体上两侧对应设置有与多条线性轨道卡接的卡槽，卡槽之间连接有多条加强筋可以提高竖轴滑板的刚性强度，但该竖轴滑板体型笨重，功能不够完善，在工作时加大了雕铣机的工作负担，甚至可能会引起横梁变形。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种动梁式龙门数控雕铣机的主轴滑台。其具有精度高、传动稳定、重量轻、体型小巧、紧凑美观的特点，适用在动龙门式横梁上，其布局合理，可以有效减轻主轴滑台对横梁的压力，并且还可以实时反馈动梁式龙门数控雕铣机的主轴滑台位置，提高了加工精度。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种动梁式龙门数控雕铣机的主轴滑台，包括Y方向线性模组和Z方向线性模组，Y方向线性模组和Z方向线性模组正交垂直设置，其特征在于：所述Y方向线性模组包括Y向溜板、Y向滚珠丝杠螺母副和三个平行且竖直布置的直线导轨副，所述Y向溜板顶部设有向后延伸且与其垂直的Y向附板，所述Y向溜板通过三个平行的直线导轨副和一个Y向滚珠丝杠螺母副安装在动梁式龙门数控雕铣机的横梁上，其中两个直线导轨副设于Y向溜板后侧面与横梁侧面之间，所述Y向滚珠丝杠螺母副安装在该两个直线导轨副之间位置，另一个直线导轨副设于Y向附板底部与横梁顶部之间；所述Z方向线性模组包括Z向溜板、将Z向溜板安装在Y向溜板上的Z向滚珠丝杠螺母副以及两个相互平行且竖直布置的直线导轨副，该两个竖直方向的直线导轨副安装在Z向溜板后侧面与Y向溜板前侧面之间，所述Z向滚珠丝杠螺母副设于两个竖直方向的直线导轨副之间的位置。
进一步地，所述Y向附板与Y向溜板通过螺钉紧密连接，并且Y向附板上设有多个用于减轻主轴滑台重量的减重孔。
进一步地，所述Y向附板底部设有通过Y向光栅尺连接件安装固定的光栅尺读数头，所述横梁上设有与该光栅尺读数头配合的Y向绝对光栅尺，可以实时反馈主轴滑台在Y方向的位置。
进一步地，所述Y向溜板前侧顶部上下分别设有溜板上底板和溜板下底板，其中溜板上底板与Y向溜板之间设有用于增加其支撑稳定性的直角支撑，可以有效支撑伺服电机和溜板上底板的重量，所述溜板上底板用于安装和支撑Z向滚珠丝杠螺母副的电机，所述溜板下底板用于抵挡加工时的外部切屑。
进一步地，所述动梁式龙门数控雕铣机的横梁顶部设有槽钢和安装于槽钢内的Y向拖链，所述Y向拖链内用于固定电缆线。
进一步地，所述Z向溜板两侧设有用于保护Z向滚珠丝杠螺母副及两个直线导轨副的防尘侧罩板。
进一步地，所述Z向溜板前侧设有用于安装电主轴的电主轴安装座，Z向溜板顶部设有用于安装Z向拖链的Z向拖链安装板。
进一步地，所述Z向溜板上设有通过Z向光栅尺连接件安装的Z向光栅尺读数头，Y向溜板上设有与Z向光栅尺读数头相配合的Z向绝对光栅尺，可以实时反馈主轴滑台在Z方向的位置。
进一步地，所述Z向溜板顶部设有用于安装Z向拖链的Z向拖链安装板。
进一步地，所述Z向拖链有两个，Z向拖链安装板上设有用于卡住两个拖链的两个卡槽，两个拖链一个用于固定电缆线，另一个用于固定连接于电主轴的进气管和进水管。
进一步地，每个所述直线导轨副均包括一个直线导轨和配合安装在该直线导轨上的两个导轨滑块。
本发明的有益效果如下：
1、该主轴滑台的Y方向线性模组背部与动梁式龙门数控雕铣机的横梁采用三导轨连接，并且三个直线导轨副均为精密直线导轨副，可以有效地提高主轴滑台在Y方向的传动精度，保证主轴滑台严格按照三根直线导轨平行的方向运动；
2、三导轨连接方式保证了横梁上部和横梁侧面可以同时承受主轴滑台的重量，提高了横梁的寿命；
3、Y向附板上有多个减重孔，可以有效地减轻主轴滑台的重量；
4、整个主轴滑台布局合理、体型小巧，降低了其对横梁的压力；
5、防尘侧罩板随着Z方向线性模组的运动沿着Z向直线导轨一起运动，可以防止外界尘土进入主轴滑台内部影响其正常工作；
6、X方向和Y方向的绝对光栅尺可以实时监测主轴滑台的位置，进一步提高了主轴滑台的传动精度；
7、直角支撑可以可靠地支撑伺服电机和溜板上底板的重量，保证伺服电机在工作时不会沿Z轴方向发生窜动；
8、Z方向的两个拖链分别安装在Z向拖链安装板的两个卡槽内，布局美观，避免了线缆过于杂乱而影响加工任务。
附图说明
图1是本发明实施例中主轴滑台整体结构示意图。
图2是图1中局部放大示意图A。
图3是图1的背部局部示意图。
图4是Z方向线性模组前侧结构示意图。
图5是Z方向线性模组后侧结构示意图。
图6是Y方向线性模组结构前侧示意图。
图7是Y方向线性模组结构后侧示意图。
图8是本发明系统控制结构图；
图9是本发明的部分零件图。
图中1-横梁，2-Y向直线导轨一，3-Y向直线导轨二，4-Y向直线导轨三，5-Z向拖链一，6-Z向拖链二，7-Y向滚珠丝杠，8-Z方向线性模组，9-Y方向线性模组，10-Y向拖链，11-Y向绝对光栅尺，12-伺服电机，13-Y向光栅尺连接件，14-Y向附板，15-Y向滑块一，16-溜板上底板，17-Y向滑块二，18-Y向滑块三，19-Y向滚珠丝杠螺帽支架，20-Y向滚珠丝杠螺母，21-Y向溜板，22-Z向绝对光栅尺，23-Z向光栅尺连接件，24-Z向光栅尺读数头，25-Z向滚珠丝杠下挡块，26-Z向直线导轨一，27-联轴器，28-轴承座，29-直角支撑，30-导轨压块，31-Z向直线导轨二，32-溜板下底板，33-Z向滚珠丝杠螺母副，34-Z向溜板，35-Z向拖链安装板，36-防尘侧罩板，37-电主轴安装座，38-电主轴，39-Z向滚珠丝杠上挡块，40-防尘罩安装板，41-Z向滑块一，42-Z向滑块二，43-Z向滚珠丝杠螺帽支架，44-精密滚珠丝杠。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。
如图1至图9所示，一种动梁式龙门数控雕铣机的主轴滑台，包括Y方向线性模组9和Z方向线性模组8，Y方向线性模组9和Z方向线性模组8正交垂直设置，所述Y方向线性模组9包括Y向溜板21、Y向滚珠丝杠螺母副和三个平行且竖直布置的直线导轨副，所述Y向溜板21顶部设有向后延伸且与其垂直的Y向附板14，所述Y向溜板21通过三个平行的直线导轨副和一个Y向滚珠丝杠螺母副安装在动梁式龙门数控雕铣机的横梁1上，其中两个直线导轨副设于Y向溜板21后侧面与横梁1前侧面之间，所述Y向滚珠丝杠螺母副安装在该两个直线导轨副之间位置，另一个直线导轨副设于Y向附板14底部与横梁1顶部之间；所述Z方向线性模组8包括Z向溜板、将Z向溜板34安装在Y向溜板21上的Z向滚珠丝杠螺母副33以及两个相互平行且竖直布置的直线导轨副，该两个竖直方向的直线导轨副安装在Z向溜板34后侧面与Y向溜板21前侧面之间，所述Z向滚珠丝杠螺母副33设于两个竖直方向的直线导轨副之间的位置。
具体的，如图2、图7所示，对于Y方向线性模组9，三个水平方向的直线导轨副分别为Y向直线导轨一2、Y向直线导轨二3、Y向直线导轨三4以及与这三个直线导轨配合的两个Y向滑块一15、两个Y向滑块二17、两个Y向滑块三18，其中Y向直线导轨一2固定于横梁1前侧面底部，Y向直线导轨二3固定于横梁1前侧面顶部，Y向直线导轨三4固定于横梁1顶部，相应的两个Y向滑块一15固定于Y向溜板21后侧面底部，两个Y向滑块二17固定于Y向溜板21后侧面顶部，两个Y向滑块三18固定于Y向附板14底部，即Y向滑块一15在XOY平面内，Y向滑块二17和Y向滑块三18在YOZ平面内，这样大大增加了Y向溜板21在Y向运动的稳定性，使得即使Y向溜板21上承受了较大重量的电主轴38，也可以保证运动精度，并且通过水平面内的Y向直线导轨三4使得Y向溜板21可以承受较大的载重量。并且三个直线导轨副均为精密直线导轨副。采用此种设置方式，可以有效地提高主轴滑台在Y方向的传动精度，保证主轴滑台严格按照三根直线导轨平行的方向运动，传动稳定；并且横梁1上部和横梁1侧面可以同时承受主轴滑台的重量，提高了横梁1的寿命。
具体的，如图2、图5、图6所示，对于Z方向线性模组8，两个竖直方向的直线导轨副分别为Z向直线导轨一26、Z向直线导轨二31以及与两个Z向直线导轨相配合的两个Z向滑块一41、两个Z向滑块二42，其中Z向直线导轨一26、Z向直线导轨二31分别固定安装于Y向溜板21前侧面的两侧，两个Z向滑块一41和两个Z向滑块二42对应的安装于Z向溜板34后侧面的两侧；Z向滚珠丝杠螺母副33的精密滚珠丝杠44通过轴承和轴承座28安装于Z向滑块一41和Z向滑块二42之间的Y向溜板21前侧面上，Z向滚珠丝杠螺母副33的伺服电机12通过螺钉固定于Y向附板14顶部，伺服电机12的轴穿过Y向附板14后通过联轴器27与精密滚珠丝杠44相连，三个水平的直线导轨副和两个水平方向的直线导轨副均为精密直线导轨副。
本实施例中，Y向滚珠丝杠螺母20采用双螺母法兰，双螺母法兰通过Y向滚珠丝杠螺帽支架19固定在Y向滑块一15和Y向滑块二17之间的Y向溜板21上，所述Y向滚珠丝杠螺母20置于Y向滚珠丝杠螺帽支架19内部，双螺母法兰的法兰通过螺钉固定在Y向滚珠丝杠螺帽支架19上，Y向滚珠丝杠螺帽支架19通过螺钉固定在Y向溜板21上，通过双螺母法兰一体化结构固定，进一步提高了Y向滚珠丝杠螺母副的运动精度。
作为一种具体的实施例，所述Y向附板14与Y向溜板21通过螺钉紧密连接，并且Y向附板14上设有多个用于减轻主轴滑台重量的减重孔，可以有效地减轻主轴滑台的重量；所述Y向附板14底部设有通过Y向光栅尺连接件13安装固定的光栅尺读数头，所述横梁1上设有与该光栅尺读数头配合的Y向绝对光栅尺11，具体的，Y向光栅尺连接件13一端通过螺钉与Y向附板14相连，另一端通过螺钉与光栅尺读数头相连，Y向绝对光栅尺11通过螺钉固定在横梁1上。两个方向的绝对光栅尺可以实时监测主轴滑台的位置，进一步提高了主轴滑台的传动精度。
作为一种具体的实施例，所述Y向溜板21前侧顶部上下分别设有溜板上底板16和溜板下底板32，其中溜板上底板16与Y向溜板21之间设有用于增加其支撑稳定性的直角支撑29，所述溜板上底板16用于安装和支撑Z向滚珠丝杠螺母副33的伺服电机12，通过直角支撑29可以可靠地支撑伺服电机12和溜板上底板16，保证伺服电机12工作时不会沿Z轴方向发生窜动，所述溜板下底板32用于抵挡加工时的外部切屑。。
作为一种具体的实施例，所述动梁式龙门数控雕铣机的横梁1顶部设有槽钢和安装于槽钢内的Y向拖链10，所述Y向拖链10内用于固定电缆线，所述槽钢和Y向拖链10与Y向绝对光栅尺11并排安装，避免两者的干扰。
作为一种具体的实施例，如图4、图6所示，所述Z向溜板34两侧设有用于保护Z向滚珠丝杠螺母副33及两个直线导轨副的防尘侧罩板36，防尘侧罩板36通过防尘罩安装板40固定安装在Z向溜板34上，防尘侧罩板36随着Z向溜板34的运动沿着Z向直线导轨二31一起运动，可以防止外界尘土进入主轴滑台内部影响其正常工作；所述Z向溜板34前侧设有用于安装电主轴38的电主轴安装座37；所述Z向溜板34顶部设有用于安装Z向拖链的Z向拖链安装板35；所述Z向拖链有两个，分别为Z向拖链一5和Z向拖链二6，Z向拖链安装板35上设有用于卡住两个拖链的两个卡槽，布局美观，避免了线缆过于杂乱而影响加工任务。两个拖链一个用于固定电缆线，另一个用于固定连接于电主轴38的进气管和进水管。
作为一种具体的实施例，安装精密滚珠丝杠44下端的轴承座28上设有防止Z向滚珠丝杠螺母副33的螺母过度下移的Z向滚珠丝杠下挡块25，所述Z向滚珠丝杠螺母副33的双螺母通过法兰固定在Z向滚珠丝杠螺帽支架43上，Z向滚珠丝杠螺帽支架43上设有Z向滚珠丝杠上挡块39，对Z方向线性模组8的运动起到保护的作用。
作为一种具体的实施例，所述Y方向溜板正面设有多个与Z向直线导轨平行的导轨压块30，用于保证Z向直线导轨安装时的平行度。
作为一种具体的实施例，所述Z向溜板34前上设有通过Z向光栅尺连接件23安装的Z向光栅尺读数头24，具体的，Z向光栅尺连接件23一端通过螺钉与Z向溜板34连接，另一端通过螺钉与Z向光栅尺读数头24相连，Y向溜板21上设有与Z向光栅尺读数头24相配合的Z向绝对光栅尺22，可以实时反馈主轴滑台在Z方向的位置。
以上所述构成本发明的基本结构。
本发明所述的主轴滑台整体上体型小巧、布局合理，各构件之间联系紧密。所述主轴滑台在X方向和Y方向均采用双螺母的法兰以及无轴向间隙的联轴器27可以有效地消除进给系统中的反向误差；同时主轴滑台在X方向和Y方向均采用绝对光栅尺，能够检测主轴滑台的位置。该主轴滑台配以开放数控系统，可以在任意轴向位置设置偏差插补点和补偿，加之用力与速度的变形的预测值补偿，系统精度可达到6μm之内，具有精度高、结构紧凑的特点，适用于动梁式龙门数控雕铣机领域。
本发明工作流程如下：
PC端将信号传给开放式数控系统，开放式数控系统中的运动控制器进一步控制伺服电机12运动。伺服电机12为动力部件，在Z方向上，伺服电机12运动，通过无周向间隙联轴器27带动Z方向的精密滚珠丝杠44进行转动，精密滚珠丝杠44的旋转运动变为直线运动，带动双螺母作直线运动，双螺母通过法兰与Z向滚珠丝杠螺帽支架43连接，进而带动Z向滑块一41和Z向滑块二42沿着Z向直线导轨一26和Z向直线导轨二31作直线运动，两组Z向滑块作为Z向溜板34的支撑，带动Z向溜板34、防尘侧罩板36以及Z向拖链安装板35一起运动。通过开放数控系统控制伺服电机12的转向，可以使主轴滑台沿Z向上下运动，并且主轴滑台的位置会被绝对光栅尺测得，并反馈给运动控制器。
在Y方向上，各部件工作原理与Z方向基本相同，所不同的是Y方向线性模组9通过Y向滚珠丝杠螺母副沿着横梁1上的三个平行的直线导轨运动，同时带动Z方向线性模组8一起运动。在Y方向线性模组9和Z方向线性模组8运动的同时，各部件的功能同时奏效，大大提高了主轴滑台和横梁1的使用寿命，同时提高了动梁式龙门数控雕铣机的加工精度。
需要指出的是上述实施例仅为对本发明举例说明，并非对本发明保护范围作出限定，本发明上述前后左右关系均基于该设备的常规使用方法而言，并非以纸面附图的位置关系而定，本实施例未做特殊说明时，均采用现有技术中常规部件，零部件之间通过螺钉连接。

Claims (10)

1.一种动梁式龙门数控雕铣机的主轴滑台，包括Y方向线性模组和Z方向线性模组，Y方向线性模组和Z方向线性模组正交垂直设置，其特征在于：所述Y方向线性模组包括Y向溜板、Y向滚珠丝杠螺母副和三个平行且水平布置的直线导轨副，所述Y向溜板顶部设有向后延伸且与其垂直的Y向附板，所述Y向溜板通过三个平行的直线导轨副和一个Y向滚珠丝杠螺母副安装在动梁式龙门数控雕铣机的横梁上，其中两个直线导轨副设于Y向溜板后侧面与横梁前侧面之间，所述Y向滚珠丝杠螺母副安装在该两个直线导轨副之间位置，另一个直线导轨副设于Y向附板底部与横梁顶部之间；所述Z方向线性模组包括Z向溜板、将Z向溜板安装在Y向溜板上的Z向滚珠丝杠螺母副以及两个相互平行且竖直布置的直线导轨副，该两个竖直方向的直线导轨副安装在Z向溜板后侧面与Y向溜板前侧面之间，所述Z向滚珠丝杠螺母副设于两个竖直方向的直线导轨副之间的位置。
2.如权利要求1所述的一种动梁式龙门数控雕铣机的主轴滑台，其特征在于：所述Y向附板与Y向溜板通过螺钉紧密连接，并且Y向附板上设有多个用于减轻主轴滑台重量的减重孔。
3.如权利要求1所述的一种动梁式龙门数控雕铣机的主轴滑台，其特征在于：所述Y向附板底部设有通过Y向光栅尺连接件安装固定的光栅尺读数头，所述横梁上设有与该光栅尺读数头配合的Y向绝对光栅尺。
4.如权利要求1所述的一种动梁式龙门数控雕铣机的主轴滑台，其特征在于：所述Y向溜板前侧顶部上下分别设有溜板上底板和溜板下底板，其中溜板上底板与Y向溜板之间设有用于增加其支撑稳定性的直角支撑，所述溜板上底板用于安装和支撑Z向滚珠丝杠螺母副的电机，所述溜板下底板用于抵挡加工时的外部切屑。
5.如权利要求1所述的一种动梁式龙门数控雕铣机的主轴滑台，其特征在于：所述动梁式龙门数控雕铣机的横梁顶部设有槽钢和安装于槽钢内的Y向拖链，所述Y向拖链内用于固定电缆线。
6.如权利要求1所述的一种动梁式龙门数控雕铣机的主轴滑台，其特征在于：所述Z向溜板两侧设有用于保护Z向滚珠丝杠螺母副及两个直线导轨副的防尘侧罩板。
7.如权利要求1所述的一种动梁式龙门数控雕铣机的主轴滑台，其特征在于：所述Z向溜板前侧设有用于安装电主轴的电主轴安装座，Z向溜板顶部设有用于安装Z向拖链的Z向拖链安装板。
8.如权利要求1所述的一种动梁式龙门数控雕铣机的主轴滑台，其特征在于：所述Z向溜板上设有通过Z向光栅尺连接件安装的Z向光栅尺读数头，Y向溜板上设有与Z向光栅尺读数头相配合的Z向绝对光栅尺。
9.如权利要求8所述的一种动梁式龙门数控雕铣机的主轴滑台，其特征在于：所述Z向拖链有两个，Z向拖链安装板上设有用于卡住两个拖链的两个卡槽，两个拖链一个用于固定电缆线，另一个用于固定连接于电主轴的进气管和进水管。
10.如权利要求1-9任意一项所述的一种动梁式龙门数控雕铣机的主轴滑台，其特征在于：每个所述直线导轨副均包括一个直线导轨和配合安装在该直线导轨上的两个导轨滑块。
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