CN200967136Y - 多轴机床 - Google Patents

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Abstract

一种多轴机床包括：一对齐在纵轴线(X)上的滑道(2)；一通过一端部(3a)与滑道(2)偶联的移动立柱(3)；一可滑动地安装在立柱(3)上的臂(4)，它至少沿垂直于滑道(2)的纵轴线(X)的一第一方向(Z)横向运动；以及，一由臂(4)承载的机加工头(5)，用于臂(4)的材料是一种线热膨胀系数小于3×10－6℃－1的热膨胀材料为代表的材料。

Description

多轴机床
技术领域
本实用新型涉及一种多轴机床，它包括一沿一纵轴线延伸的滑道、一借助于一端可滑动地与该滑道相连的立柱、一可滑动地与该立柱偶联的臂以及一安装在该臂上的机加工头。
具体来说，本实用新型适用于数控多轴机床的技术领域，它通常用于执行高速磨铣操作和其它这样的机加工操作。
背景技术
传统上，这样的机床特别应用于航天工业，用来成形和钻削铝制零件和复合材料的零件，还应用于汽车制造部门，用来制造母型、车体、内件用模以及各种模具。
所述类型的多轴机床具有全部用钢制成的结构，它在各种运动过程中将吸收由需要诱发运动的电机产生的热量以及操作过程中由运动零件之间产生的摩擦发热。
这些零件受热可导致它们的变形。
尤其是，由热量造成的臂的变形特别关键。
的确，热膨胀会改变臂的尺寸，尤其是改变控制尺寸，由此改变了机加工头相对于与工件刚性连接的参照物的位置，其结果危害机加工操作的精度。
发明内容
鉴于以上所述，本实用新型的主要目的是提供一种不受上述缺点影响的多轴机床。
具体来说，本实用新型的目的是提供一种多轴机床，它的加工精度将不会因操作过程中由机床产生的热量造成不可靠。
上述目的基本上由这样一种多轴机床得以实现，它包括：一滑道，它对齐在纵轴线；一立柱，它通过其一端可滑动地偶联于该滑道；一臂，它可滑动地与该立柱偶联，并至少可沿垂直于滑道的纵轴线的一第一方向横向运动；一机加工头，它由该臂承载；至少臂由一线热膨胀系数小于3×10-6℃-1的热膨胀材料制成。
本实用新型克服了开始所提及缺点，并充分地实现了所述诸目的。
首先也是最重要的是，对臂的结构采用一低热膨胀材料有助于限制伸长，因此，保持机加工头稳定地相对于工件的位置。根据本实用新型的机床保证其精度高于现有技术机床可能的精度，且该精度不受反映其零部件温度的影响。
此外，与现有技术的机床相比，采纳复合材料可减小机床的总重量，且电机的功率因此得到配平，没有任何性能的损失。重量和额定功率的减小也意味着由线性电机直接产生的热量减小，摩擦产生的热量也减小，这样，臂的伸长可进一步减小。
附图说明
本实用新型现将借助于附图通过实例进行详细描述，诸附图中：
图1示出根据本实用新型的一多轴机床的立体图；
图2示出图1中的该机床第一细节的截面图；
图3示出图1中的该机床第二细节的截面图；
图4示出图1中的该机床第三细节的截面图。
具体实施方式
现参照诸附图，标号“1”整体表示一多轴机床。
该多轴机床1包括一沿机床1的纵轴线X(定义为第一运动方向)延伸的滑道2以及一借助于一端3a偶联于该滑道2的立柱3。该立柱3还相对于滑道2围绕垂直于上述纵轴线X的第一轴线B转动。机床1还包括一可滑动地与立柱3偶联的臂4，它能够沿垂直于滑道2的轴线X的至少一第一方向Z运动，第一方向Z与立柱2相对于滑道2转动所围绕的第一轴线B相重合。还有，机床1的成形部分是安装在臂4的一机加工头5，例如可配装一工具(未示出)。
该机加工头5相对于臂4围绕两个互相垂直的轴线C和A枢转，具体来说，这两轴线可以被看作是平行于滑道2的轴线X的一第二轴线A以及垂直于滑道2的轴线X和第一方向Z的一第三轴线C，臂4沿着该第一方向Z而横向于立柱3。
臂4借助于一套筒6偶联于立柱3，并能沿该立柱3在第一方向Z上作横向运动。该套筒6具有：一外表面6a，该外表面基本上呈棱柱几何形；以及，一内孔6b，其形状基本上与臂4的横截面外形匹配。具体来说，臂4显现为一直角棱柱，因此可在套筒6内滑动，以使臂4相对于立柱3沿一第二方向Y具有进一步的自由度，所述第二方向Y垂直于第一方向Z和滑道2的纵轴线X。
具体来说，臂4和立柱3滑动偶联所沿的该第二方向Y与机加工头5的第二转动轴线C相重合。因此，机加工头5能够沿着和/或围绕六条截然不同的轴线X、Y、Z、A、B和C运动，并可自由地定位在一三维工件上的任何给定点处。
较佳地，至少臂4由低热膨胀材料(LTEM)制成。在本说明书和附后的权利要求的范围内，低热膨胀材料是线热膨胀系数(CLTE)远小于钢的线热膨胀系数(在11×10-6℃-1范围内)的材料。有利地是，所采用的材料具有的CLTE小于3×10-6℃-1，可能在-1×10-6℃-1和1×10-6℃-1之间，较佳地在-0.5×10-6℃-1和0.5×10-6℃-1之间。
同样有利地，所述低热膨胀材料是含有碳纤维的复合材料。具体来说，碳纤维通常具有负的线热膨胀系数，其范围在-1×10-6℃-1和-0.3×10-6℃-1之间。碳纤维复合物的结构，线热膨胀系数CLTE不管是正还是负，在任何情况下接近于零。
或者，低热膨胀材料可以是一陶瓷材料，或碳化硅与其衍生物的复合物，但不意味着局限于此。
为了能使臂4沿着第一方向Z在立柱3上横向运动，套筒6具有至少一个轴瓦7，它与安装在立柱3上的第一导轨8偶联并沿着第一方向Z延伸。具体来说，第一导轨8可容纳在一立柱3所呈现的开口9内，并平行于第一方向Z延伸。在此情形中，如图1所示，立柱3装备有一滚动的卷帘10，它由两部分10a和10b组成，它们伴随于套筒6沿该立柱3的平移运动，因此，也伴随于臂4运动；这确保来自加工的碎屑不会意外地干扰第一导轨8和第一轴瓦7的操作。尽管在图2的优选实施例中，立柱3装备有单一导轨8和带有单一轴瓦7的套筒6，但立柱3也可装备有两个平行和彼此相对的导轨8以及带有两个接合于两个导轨8的对应轴瓦7。
机床1还包括一接线在主控制单元(未示出)的第一线性电机11，通过该电机在套筒6内诱发运动。第一线性电机11具有一安装在立柱3上且平行于第一导轨8延伸的定子12，以及一与套筒6相连的磁体13。
为突出优点，套筒6与臂4一样由低热膨胀材料形成。在此实例中，假定磁体13为金属，因此易于热膨胀，一弹性材料层14将插入在磁体13和套筒6之间(如图2所示)，以便吸收金属的热膨胀。该弹性材料可以是粘结剂的薄膜或一树脂层，两者都是本技术领域内技术人员所熟悉的。
此外，较佳地，第一轴瓦7和第一导轨8也是金属的。因此，一弹性材料层14类似地插入在轴瓦7和套筒6之间，以便防止在这些部件之间的交界面处产生内应力。
同样地，为了使臂4横向于立柱3运动，即，沿着第二方向Y运动，臂4装备有平行于第二方向Y延伸并与安装在套筒6的一第二轴瓦16偶联的至少一第二导轨15，具体来说，位于套筒6的钻孔6b内。同样地，在此实例中，机床1装备有一接线在上述主控制单元的一第二线性电机17，通过该电机在臂4内诱发运动。第二线性电机17具有一安装在臂4上且平行于第二导轨15延伸的定子18以及一与套筒6相连的磁体19；具体来说，磁体19安装在套筒6的钻孔6b内(如图3所示)。
有利地，一上述弹性材料层将插入在定子18和臂4之间，用来吸收热膨胀。
此外，第二轴瓦16由金属制成。另一方面，第二导轨15由一低热膨胀材料形成。在实践中，第二导轨15可直接用臂材料进行加工，或单独地实施并粘结到臂4上。如图3所示，一弹性材料层14插入在套筒6和第二轴瓦16之间，以便防止在两个部件之间的交界面处产生内应力。同样地，在图3中仅示出一单一第二轴瓦16和一单一第二导轨15，而臂4可同样地也装备有两个彼此相对的导轨15以及带有接合两个第二导轨15的两个对应的第二轴瓦16。
立柱3借助于第三轴瓦20与滑道2接合，第三轴瓦20由立柱3的端部3a所呈现并与安装在滑道2的第三导轨21偶联。
一第三线性电机22包括一安装在滑道2上且平行于第三导轨21延伸的定子12，以及一与立柱3的端部3a相连的磁体24(见图4)。与前两个线性电机一样，第三线性电机22接线在主控制单元，通过主控制单元，其运动与另两个电机的运动相协调。
在一优选实施例中，立柱3将如臂4和套筒6一样，实施为同样的低热膨胀材料。这里，上述弹性材料层14也施加到第三线性电机22的磁体24上，并较佳地施加到第三轴瓦20上，以作为一吸收热膨胀的装置。一单一的第三轴瓦20和一单一的第三导轨21显示在图4中，而也可使用两个第三轴瓦20和两个第三导轨21。

Claims (20)

1.一种多轴机床，其特征在于，包括：
一滑道(2)，它对齐在纵轴线(X)；
一立柱(3)，它通过其一端(3a)可滑动地偶联于该滑道(2)；
一臂(4)，它可滑动地与该立柱(3)偶联，并至少可沿垂直于滑道(2)的纵轴线(X)的一第一方向(Z)横向运动；
一机加工头(5)，它由该臂(4)承载；
至少臂(4)由一线热膨胀系数小于3×10-6℃-1的热膨胀材料制成。
2.如权利要求1所述的机床，其特征在于，它包括一插入在臂(4)和立柱(3)之间的套筒(6)，臂(4)通过该套筒可滑动地偶联于立柱(3)。
3.如权利要求2所述的机床，其特征在于，它包括至少一个第一轴瓦(7)，该第一轴瓦安装在套筒(6)上并与沿立柱(3)沿着第一方向(Z)延伸的第一导轨(8)偶联。
4.如权利要求1-3的任一项所述的机床，其特征在于，套筒(6)由一线热膨胀系数小于3×10-6℃-1的热膨胀材料制成。
5.如权利要求4所述的机床，其特征在于，第一轴瓦(7)由金属材料制成，并通过能吸收第一轴瓦(7)膨胀的一弹性材料层(14)与套筒(6)的热膨胀材料接合。
6.如权利要求2所述的机床，其特征在于，它包括一第一线性电机(11)，该电机包括一平行于第一导轨(8)安装在立柱(3)上的定子(12)以及一与套筒(6)相连的磁体(13)。
7.如权利要求6所述的机床，其特征在于，磁体(13)通过能吸收磁体(13)膨胀的一弹性材料层(14)与套筒(6)的线热膨胀系数小于3×10-6℃-1的热膨胀材料接合。
8.如权利要求7所述的机床，其特征在于，臂(4)可滑动地与套筒(6)偶联，并沿垂直于第一方向(Z)和滑道(2)的纵轴线(X)的一第二方向(Y)横向运动。
9.如权利要求8所述的机床，其特征在于，它包括至少一个安装在臂(4)上的第二导轨(15)，该导轨平行于第二方向(Y)延伸并与安装在套筒(6)上的一第二轴瓦(16)偶联。
10.如权利要求2或9所述的机床，其特征在于，第二导轨(15)由一线热膨胀系数小于3×10-6℃-1的热膨胀材料制成，而第二轴瓦(16)由金属材料制成，并通过能吸收该第二轴瓦(16)膨胀的一弹性材料层(14)与套筒(6)的材料偶联。
11.如权利要求8所述的机床，其特征在于，它包括一第二线性电机(17)，该电机包括一平行于第二导轨(15)安装在臂(4)上的定子(18)以及一与套筒(6)相连的磁体(19)。
12.如权利要求2或11所述的机床，其特征在于，定子(18)与臂(4)的热膨胀材料，以及磁体(19)与套筒(6)，通过能吸收对接构件的膨胀的相应弹性材料层(14)接合。
13.如权利要求1所述的机床，其特征在于，立柱(3)由一线热膨胀系数小于3×10-6℃-1的热膨胀材料制成。
14.如权利要求13所述的机床，其特征在于，它包括至少一个第三轴瓦(20)，该第三轴瓦安装在立柱(3)的端部(3a)上并与由滑道(2)所提供的一第三导轨(21)偶联。
15.如权利要求14所述的机床，其特征在于，第三轴瓦(20)由金属材料制成，并通过能吸收该第三轴瓦(20)的膨胀的一弹性材料层(14)与立柱(3)的热膨胀材料接合。
16.如权利要求14所述的机床，其特征在于，它包括一第三线性电机(22)，该电机包括一平行于第三导轨(21)安装在滑道(2)上的定子(23)以及一与立柱(3)的端部(3a)相连的磁体(24)。
17.如权利要求16所述的机床，其特征在于，磁体(24)与立柱(3)的热膨胀材料通过能吸收磁体(24)的膨胀的一弹性材料层(14)而接合。
18.如权利要求1所述的机床，其特征在于，热膨胀材料具有在-1×10-6℃-1和1×10-6℃-1之间的线热膨胀系数。
19.如权利要求1所述的机床，其特征在于，热膨胀材料是一复合材料。
20.如权利要求1所述的机床，其特征在于，热膨胀材料是一陶瓷材料。
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