CN112247654A - 一种用于直驱机床的z轴平衡结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于直驱机床的Z轴平衡结构，包括主轴，主轴设置安装在滑枕下方；滑枕连接有滑座，滑枕两侧与靠近滑座的一侧安装有直线导轨；导轨上均设置有滑块；滑枕后侧安装光栅尺和螺母安装座；滑枕与螺母安装座的中部设置有定位键槽；滑枕与螺母安装座上定位键槽内连接有定位键；光栅尺与滑座螺钉连接；滑枕两侧中部各安装直线电机定子；滑座内侧两边均安装有安装板，滑座上端安装有电机支座；电机支座上安装伺服电机；螺母安装座上安装丝杆螺母；丝杆螺母与螺母安装座间用螺钉连接固定；丝杆螺母上连接有丝杆；丝杆固定在滑座与电机支座上。本专利利用丝杆运动的上推力抵消Z轴部件的重力，使得直线电机在驱动Z轴部件能上下运动。

Description

一种用于直驱机床的Z轴平衡结构
技术领域
本发明涉及一种用于直驱机床的Z轴平衡结构，属于电机技术领域。
背景技术
随着直线电机的广泛应用在各行各业，直线电机无接触无磨损的直接传动特点，在速度、精度、寿命等方面相比传统的丝杆、齿轮等传动方式都有着明显的提升。
伴随着直驱机床越来越多的出现在机床制造行业，直驱应用的解决方案也越来越多；传统的机床Z轴平衡方案大多使用氮气平衡系统、油压平衡系统、配重平衡系统，但是这类平衡系统大多无法精确控制，从而使得机床速度与加速度比较低，高精度的实现也比较难；相比传统机床的Z轴平衡方案，直驱机床的Z轴需要更快的速度与加速度，更高的精度，所以需要一种新的平衡解决方案来解决传统平衡应用方案与直驱机床不匹配的问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种用于直驱机床的Z轴平衡结构，从而解决上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于直驱机床的Z轴平衡结构，包括主轴、滑座以及滑枕；所述主轴设置安装在滑枕下方；所述滑枕一侧连接有滑座，所述滑枕的左右两侧与靠近滑座的一侧均安装有直线导轨；所述直线导轨与滑枕之间采用螺钉固定；所述每一条导轨上均设置有滑块；
所述滑枕后侧安装有光栅尺和螺母安装座；所述滑枕与螺母安装座的中部位置均设置有定位键槽；所述滑枕与螺母安装座上的定位键槽内连接有定位键；所述光栅尺与滑座螺钉固定连接；所述滑枕左右两侧中部位置各安装有一组直线电机定子；
所述滑座的内侧左右两边均安装有用于设置直线电机动子的安装板，滑座的上端安装有电机支座；所述电机支座上安装有伺服电机；
所述螺母安装座上方安装有丝杆螺母；所述丝杆螺母与螺母安装座之间用螺钉连接固定；所述丝杆螺母上连接有丝杆；所述丝杆固定在滑座与电机支座上。
进一步的，所述滑座安装在滑枕一侧，滑座与滑块之间通过螺钉固定连接。
进一步的，所述直线电机定子与滑枕之间采用螺钉连接的方式固定。
进一步的，所述滑座与直线电机动子的安装板用螺钉固定连接；所述安装板与直线电机动子用螺钉固定连接。
进一步的，所述滑座内侧上下方均设置有上限位块和下限位块；所述上限位块与电机支座采用螺钉连接方式固定；所述下限位块固定在丝杆靠下的位置。
本发明的有益效果是：与现有传统的Z轴平衡方案相比，本发明：利用丝杆运动的上推力抵消Z轴部件的重力，使得直线电机在驱动Z轴部件上下运动时，不会因Z轴自重使得直线电机的电流产生急剧变化，导致直线电机的动态响应变差差、产生推力不均匀、速度波动过大，运动跟随误差变化较大等后果；同时避免了单纯使用直线电机驱动Z轴部件时Z轴无法自锁的问题，伺服电机与丝杆螺母可以在直线电机停止工作后也可以锁定Z轴位置，避免产生掉落撞击危险；另一方面，利用丝杆产生的上推力平衡Z轴部件的重力，相比传统的氮气平衡、油压平衡和配重平衡，丝杆运动可控性强，外部可调节性强，技术干预简单、直接、有效、可控。
附图说明
图1为本发明的结构示意立体图；
图2为本发明的结构示意正视图；
图3为本发明的结构示意侧向剖视图；
图4为图3的A结构示意放大图；
图5为本发明的结构示意俯视图。
图中：1、主轴，2、滑座，21、上限位块，22、下限位块，3、滑枕，31、光栅尺，32、螺母安装座，33、定位键槽，34、定位键，4、导轨，5、滑块，6、直线电机定子，7、直线电机动子，71、安装板，8、电机支座，81、伺服电机，9、丝杆螺母，91、丝杆。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
如图1、图2、图3所示，一种用于直驱机床的Z轴平衡结构，包括主轴1、滑座2以及滑枕3；主轴1设置安装在滑枕3下方；滑枕3一侧连接有滑座2，滑枕3的左右两侧与靠近滑座2的一侧均安装有直线导轨4；直线导轨4与滑枕3之间采用螺钉固定；每一条导轨4上均设置有滑块5；滑座2安装在滑枕3一侧，滑座2与滑块5之间通过螺钉固定连接。
参照图3和图4，滑枕3后侧安装有光栅尺31和螺母安装座32；滑枕3与螺母安装座32的中部位置均设置有定位键槽33；滑枕3与螺母安装座32上的定位键槽33内连接有定位键34；光栅尺31与滑座2螺钉固定连接；滑枕3左右两侧中部位置各安装有一组直线电机定子6；直线电机定子6与滑枕3之间采用螺钉连接的方式固定。
参照图5，滑座2的内侧左右两边均安装有用于设置直线电机动子7的安装板71，滑座2的上端安装有电机支座8；电机支座8上安装有伺服电机81；滑座2与直线电机动子7的安装板71用螺钉固定连接；安装板71与直线电机动子7用螺钉固定连接。
滑座2内侧上下方均设置有上限位块21和下限位块22；上限位块21与电机支座8采用螺钉连接方式固定；下限位块22固定在丝杆91靠下的位置。
螺母安装座32上方安装有丝杆螺母9；丝杆螺母9与螺母安装座32之间用螺钉连接固定；丝杆螺母9上连接有丝杆91；丝杆91固定在滑座2与电机支座8上。
工作原理：
同时启动连接丝杆的伺服电机与直线电机，伺服电机带动丝杆螺母系统使得Z轴部件运动，丝杆螺母系统产生向上的推力与Z轴部件产生的重力平衡抵消，从而使得直线电机在驱动Z轴部件做高速高精运动时，没有重力影响介入动态控制系统。
本发明：利用丝杆运动的上推力抵消Z轴部件的重力，使得直线电机在驱动Z轴部件上下运动时，不会因Z轴自重使得直线电机的电流产生急剧变化，导致直线电机的动态响应变差差，运动跟随误差变化较大等后果；同时避免了单纯使用直线电机驱动Z轴部件时Z轴无法自锁的问题，伺服电机与丝杆螺母可以在直线电机停止工作后也可以锁定Z轴位置，避免产生掉落撞击危险；另一方面，利用丝杆产生的上推力平衡Z轴部件的重力，相比传统的氮气平衡、油压平衡和配重平衡，丝杆运动可控性强，外部可调节性强，技术干预简单、直接、有效、可控。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于直驱机床的Z轴平衡结构，包括主轴（1）、滑座（2）以及滑枕（3）；所述主轴（1）设置安装在滑枕（3）下方；所述滑枕（3）一侧连接有滑座（2），其特征在于，所述滑枕（3）的左右两侧与靠近滑座（2）的一侧均安装有直线导轨（4）；所述直线导轨（4）与滑枕（3）之间采用螺钉固定；所述每一条导轨（4）上均设置有滑块（5）；
所述滑枕（3）后侧安装有光栅尺（31）和螺母安装座（32）；所述滑枕（3）与螺母安装座（32）的中部位置均设置有定位键槽（33）；所述滑枕（3）与螺母安装座（32）上的定位键槽（33）内连接有定位键（34）；所述光栅尺（31）与滑座（2）螺钉固定连接；所述滑枕（3）左右两侧中部位置各安装有一组直线电机定子（6）；
所述滑座（2）的内侧左右两边均安装有用于设置直线电机动子（7）的安装板（71），滑座（2）的上端安装有电机支座（8）；所述电机支座（8）上安装有伺服电机（81）；
所述螺母安装座（32）上方安装有丝杆螺母（9）；所述丝杆螺母（9）与螺母安装座（32）之间用螺钉连接固定；所述丝杆螺母（9）上连接有丝杆（91）；所述丝杆（91）固定在滑座（2）与电机支座（8）上。
2.根据权利要求1所述的一种用于直驱机床的Z轴平衡结构，其特征在于，所述滑座（2）安装在滑枕（3）一侧，滑座（2）与滑块（5）之间通过螺钉固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于直驱机床的Z轴平衡结构，其特征在于，所述直线电机定子（6）与滑枕（3）之间采用螺钉连接的方式固定。
4.根据权利要求1所述的一种用于直驱机床的Z轴平衡结构，其特征在于，所述滑座（2）与直线电机动子（7）的安装板（71）用螺钉固定连接；所述安装板（71）与直线电机动子（7）用螺钉固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种用于直驱机床的Z轴平衡结构，其特征在于，所述滑座（2）内侧上下方均设置有上限位块（21）和下限位块（22）；所述上限位块（21）与电机支座（8）采用螺钉连接方式固定；所述下限位块（22）固定在丝杆（91）靠下的位置。
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