CN101244516A - 一种直线电机驱动的数控机床功能模块 - Google Patents

Abstract

本发明一种直线电机驱动的数控机床功能模块，其特征在于：其包括两组直线驱动模块、一个刀具平台运动模块、两组连杆部件；该功能模块是一个关于刀具平台直线运动轴对称的结构；直线驱动模块分别布置在刀具平台运动模块的两侧，通过连杆部件分别与刀具平台运动模块相连；每一组直线驱动模块为直线电机驱动的直线进给模块，其直线运动轴与刀具平台运动模块的直线运动轴平行。本发明采用了双直线电机并联驱动，实现刀具平台的直线运动和偏摆运动，动态性能好，机械惯量小，刚度大。

Description

一种直线电机驱动的数控机床功能模块

【技术领域】

本发明涉及一种直线电机驱动的数控机床功能模块，具体涉及一种两轴数控机床功能模块。属于数控机床领域。

【背景技术】

机床产业是国民经济发展的基础产业，是装备制造业发展的重中之重，完全可以说，没有机床工业就没有其他工业。

机床是由各种功能部件，即功能模块(主轴单元及主轴头、滚珠丝杠副、回转工作台、数控伺服***等)在床身、立柱等基础机架上集装而成的，功能部件是数控机床的重要组成部分。数控机床主机厂的主要任务是生产制造床身、立柱等基础构件并把所需的功能部件与之集装成完整的数控机床产品，数控机床整体技术与数控机床功能部件的发展为相互依赖、共同发展的，所以机床行业的进步，不仅是机床厂本身的研发就可以达到，功能部件的创新也深深地影响数控机床的发展。功能部件是机床行业的上游，而机床行业则是功能部件的下游。由机床设计的创新或环保的需求，可以推动功能部件的新发展；而功能部件的创新，同样也可以为机床行业带来革命性的改变。功能部件的水平决定了整机的水平；功能部件的质量可靠性决定了整机的质量可靠性；功能部件的制造成本决定了整机的制造成本；功能部件的交货期决定了整机的交货期。

直线电机驱动***是当前国际上公认的最有前途的高速、精密机床的快速进给***，采用直线伺服电机和智能化数字伺服***的高速加工机床已成为当今国际上主要机床制造商竞相研究和开发的关键技术和产品，并且已经在汽车工业和航空工业中取得初步应用和成效。

在数控机床中采用直线电机驱动***，具有直接驱动、结构简单、惯量低、磨擦小、效率高等显著优点，可实现高速度、高加速度及精密位移控制，是满足新一代高性能数控机床进给***高性能运动控制的理想驱动方式，具有广泛的应用前景。直线电机的应用可以明显地提高数控机床的性能，从而提高数控加工精度和加工质量，特别是应用于精密高速加工机床、特种加工机床和大型机床，可以获得优良的动态特性，从而满足高速、高精度和高表面加工质量的要求。

本发明是一种两轴数控机床功能模块，该模块能完成刀具平台的直线进给运动和回转偏摆运动。从现有技术来看，完成这样功能的机床功能模块采用串联设计，即一个电机通过相应机构，如旋转电机加丝杠或直线电机加直线导轨完成刀具平台的直线运动，另一个电机(一般为旋转电机)负责完成刀具平台的旋转运动。这样的设计往往机械总成较大，机械惯量较大，从而影响整机的机械总成，动态性能不高。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种直线电机驱动的数控机床功能模块，以针对现有技术的上述缺点，提供一种新型、小机械惯量、高动态性能的直线轴加偏摆轴的双轴功能模块。

本发明的技术解决方案是双直线电机驱动的并联双环闭链结构设计。该直线电机驱动的数控机床功能模块包括两组直线驱动模块、一个刀具平台运动模块、两组连杆部件。两个直线驱动模块直线运动为本发明的功能模块的运动输入，刀具平台运动模块中的刀具平台有两个自由度，一个直线运动，一个回转运动，是本发明的功能模块的运动输出。

本发明是一个对称的结构，是关于刀具平台直线运动轴对称；两组直线驱动模块分别布置在刀具平台运动模块的两侧，通过连杆部件分别与刀具平台运动模块相连。

所述的每一组直线驱动模块是一个直线电机驱动的直线进给模块，其直线运动轴与刀具平台运动模块的直线运动轴平行，该直线驱动模块由电机座、直线电机定子、直线电机动子、动子连接板、铰链架、直线导轨、滑块等组成。所述的电机座负责集成直线驱动模块的其它所有零部件；所述的直线电机定子是直线电机的次级，通过螺栓固连在电机座的中部；所述的直线导轨分布在直线电机定子的两侧，平行放置，通过螺栓与电机座固连。所述的滑块安装在直线导轨上，与直线导轨配合使用，构成移动副；所述的直线电机动子是直线电机的初级，通过螺栓与动子联接板固连，动子连接板又与滑块通过螺栓固连；所述的直线电机动子位于直线电机定子的正上方，与直线电机定子有一个小间隙；所述的铰链架固连在动子连接板上，其上有铰链接头，负责与连杆部件的连接。

所述的刀具平台运动模块由底座、直线导轨、滑块、刀具平台、圆轴承、连接板、平台支撑架等组成。所述的直线导轨安装在底座上，并与之固连；所述的滑块安装在直线导轨上，与之配合使用，组成移动副；所述的连接板固连在滑块上；所述的平台支撑架是一个斜置外伸形零件，一端固连在连接板上，一端有用于圆轴承安装的轴承碗；所述的刀具平台是一个用于安装刀具的动平台，其上下侧有圆柱形凸台，用于安装圆轴承，其左右两侧分别有一个铰链耳，用于连杆部件的安装；所述的刀具平台通过圆轴承安装在平台支撑架的轴承碗中。

所述的每一组连杆部件由连杆、铰链轴等组成。所述的连杆是一个杆状零件，两端有铰链接头；所述的铰链轴分别用于连杆与铰链架及铰链耳的安装。

所述的铰链轴穿过连杆一端的铰链接头及铰链架中的铰链接头，三者相互配合构成一个回转副；所述的铰链轴穿过连杆另一端的铰链接头及刀具平台上的铰链耳，三者相互配合构成另一个回转副。

所述的刀具平台运动模块可设计成由U形座、顶盖、平台连杆、平台滑块B、平台导轨B、刀具平台B组成，是一个上下对称的结构；所述的U形座是将所述的电机座和底座合并成一个零件，完成直线电机定子的安装和平台导轨B的安装；所述的顶盖通过螺栓G固连在U形座上，与U形座构成一个没有前后面板的箱体结构；所述的平台导轨B有两条，是直线导轨，且平行布置，一条安装在U形座的中部，另一条安装在顶盖的下表面中部；所述的平台滑块B有两个，是圆锥滚子滑块，分别安装在两条平台导轨B上，并与之配合组成一个移动副；所述的平台连杆有两根，每一根均是斜置外伸形杆件，一端固连在平台滑块B上，一端设有用于圆轴承B安装的轴承碗B；所述的刀具平台B是一个用于安装刀具的动平台，其上下侧各有一个圆柱形的凸台B，用于安装圆轴承B，刀具平台B左右两侧分别有一个铰链耳B，用于连杆部件的安装；所述的刀具平台B上下侧的凸台B通过圆轴承B安装在平台连杆的轴承碗B中。

所述的两组直线驱动模块、刀具平台运动模块固连在同一个底座上。

所述的两组连杆部件分别将刀具平台运动模块两侧的直线驱动模块与刀具平台运动模块的刀具平台相连。

本发明一种直线电机驱动的数控机床功能模块，其优点及功效在于：本发明采用双直线电机并联驱动，实现刀具平台的直线运动和偏摆运动，动态性能好，机械惯量小，刚度大。

【附图说明】

图1为本发明实施例一的立体结构图

图2为本发明实施例一的主视图

图3为本发明实施例一的左视图

图4为本发明实施例一的俯视图

图5为本发明实施例一的直线驱动模快

图6为本发明实施例一的刀具平台运动模块

图7为本发明实施例一的连杆部件

图8为本发明实施例一的刀具平台偏摆示意图

图9为本发明实施例二的立体结构图

图10为本发明实施例二的主视图

图11为本发明实施例二刀具平台局部***视图

图中标号及符号说明如下：

I-1、I-2、I-1’、I-2’直线驱动模块

II、II’刀具平台运动模块

III-1、III-2、III-1’、III-2’连杆部件

R1、电机回转副A        R2、电机回转副B

R3、连杆回转副A        R4、连杆回转副B

1、螺栓A               2、电机座        3、直线电机定子

4、直线电机动子        5、动子连接板    6、铰链架

7、电机导轨            8、电机滑块      9、底座

10、平台导轨     11、平台滑块        12、平台连接板

14、平台架       15、紧固架          16、刀具平台

17、圆轴承       18、凸台            19、铰链耳

20、轴承碗       21、连杆            22、铰链轴A

23、铰链轴B      24、螺栓B           25、螺栓C

26、螺栓D        27、螺栓E           28、螺栓F

29、U形座        30、顶盖            31、平台连杆

32、平台滑块B    33、平台导轨B       34、螺栓G

35、圆轴承B      36、刀具平台B       37、凸台B

38、轴承碗B      39、铰链耳B

【具体实施方式】

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步说明。

实施例一：

所述的直线电机驱动的数控机床功能模块包括两组直线驱动模块I-1、I-2，一个刀具平台运动模块II，两组连杆部件III-1、III-2。两个直线驱动模块I-1、I-2直线运动为本发明的运动输入，刀具平台运动模块II中的刀具平台16有两个自由度，一个直线运动，一个回转运动，是本发明的运动输出。其特征在于：

如图1、图2、图4所示，所述的直线电机驱动的数控机床功能模块是一个对称的结构，是关于刀具平台16的直线运动轴对称；直线驱动模块I-1、I-2分别布置在刀具平台运动模块II的两侧，分别通过连杆部件III-1、III-2与刀具平台运动模块II相连。直线驱动模块I-1与直线驱动模块I-2结构相同。连杆部件III-1与连杆部件III-2结构相同。

如图5所示，所述的直线驱动模块I-1是一个平板式、带铁心永磁直线电机驱动的直线进给模块，其直线运动轴与刀具平台运动模块的直线运动轴平行，该直线驱动模块I-1由电机座2、直线电机定子3、直线电机动子4、动子连接板5、铰链架6、电机导轨7、电机滑块8等组成。所述的电机座2可以集成直线驱动模块I-1的其它所有零部件；所述的直线电机定子3是平板式、带铁心永磁直线电机的次级，通过螺栓固连在电机座2的中部；所述的电机导轨7是直线导轨，有两根，平行分布在直线电机定子3的两侧，通过螺栓C25与电机座2固连。所述的电机滑块8是圆锥滚子滑块，一共4块，在每根电机导轨7安装两个，与电机导轨7配合使用，构成移动副；所述的直线电机动子4是平板式、带铁心永磁直线电机的初级，通过螺栓与动子联接板5固连，动子连接板5又与电机滑块8通过螺栓B 24固连；所述的直线电机动子4位于直线电机定子3的正上方，与直线电机定子3有一个小间隙；所述的铰链架6固连在动子连接板5上，其上有铰链接头，能完成与连杆部件III-1的连接。

如图6所示，所述的刀具平台运动模块II由底座9、平台导轨10、平台滑块11、刀具平台16、圆轴承17、平台连接板12、平台架14、紧固架15等组成。所述的平台导轨10是直线导轨，有两条，安装在底座9上，并与之固连；所述的平台滑块11是圆锥滚子滑块，有4个，安装在平台导轨10上，每条平台导轨10上安装两个，与之配合使用，组成移动副；所述的平台连接板12通过螺栓固连在平台滑块11上；所述的平台架14是一个斜置外伸形零件，一端固连在平台连接板12上，一端有用于圆轴承17安装的轴承碗20；所述的刀具平台16是一个用于安装刀具的动平台，其上下侧各有一个圆柱形凸台18，用于安装圆轴承17，刀具平台16左右两侧分别有一个铰链耳19，用于连杆部件III-1、III-2的安装；所述的刀具平台16下侧凸台18通过圆轴承17安装在平台架14的轴承碗20中；所述的刀具平台16上侧凸台18通过圆轴承17安装在紧固架15上；紧固架15通过螺栓F 28固连在平台架14上。

如图4、图7、图8所示，所述的连杆部件III-1由连杆21、铰链轴A22、铰链轴B23等组成。所述的连杆21是一个杆状零件，两端有铰链接头；所述的铰链轴A用于连杆21的铰链接头与直线驱动模块I-1中的铰链架6的铰链接头的配合连接，构成一个电机回转副A R1；所述的铰链轴B用于连杆21的另一个铰链接头与刀具平台运动模块II中刀具平台16的铰链耳19的配合连接，构成一个连杆回转副A R3。

如图1所示，所述的直线驱动模块I-1、I-2通过螺栓A1固连在刀具平台运动模块II的底座9上。

如图4、图8所示，工作时，直线电机动子4与直线电机定子3相互作用，带动电机回转副A R1和电机回转副B R2各自作直线运动，通过连杆21的作用，两连杆21同时驱动二自由度的刀具平台16。这样，在本实施例中，两直线电机动子4的直线位置对应于刀具平台16的一个直线位移和一个摆角输出。如图4所示，两直线电机动子4处于不同的位置时，刀具平台16便会有偏摆运动。

工作时，直线电机动子4、直线电机定子3相互作用，带动动子连接板5上的铰链架6作直线运动，铰链架6分别驱动各自连接的连杆部件运动，使两连杆同时驱动二自由度的刀具平台。这样，在该机构中，两直线电机动子4的直线位置对应于刀具平台16的一个直线位移和一个摆角输出。

实施例二：

本发明的实施例二与实施例一的类似，包括两组直线驱动模块I-1’、I-2’，一个刀具平台运动模块II’，两组连杆部件III-1’、III-2’。两个直线驱动模块I-1’、I-2’和两组连杆部件III-1’、III-2’和实施例一的实施方式相同。不同的是刀具平台运动模块II’的实施方式。

如图9、图10、图11所示，所述的刀具平台运动模块II’由U形座29、顶盖30、平台连杆31、平台滑块B 32、平台导轨B 33、刀具平台B 36等组成，该刀具平台运动模块II’是一个上下对称的结构。所述的U形座29是将实施例一中电机座2和底座9合并成一个零件，完成直线电机定子的安装和平台导轨B 33的安装；所述的顶盖30通过螺栓G 34固连在U形座29上，与U形座29构成一个没有前后面板的箱体结构；所述的平台导轨B 33有两条，是直线导轨，且平行布置，一条安装在U形座29的中部，另一条安装在顶盖30的下表面中部；所述的平台滑块B 32有两个，是圆锥滚子滑块，分别安装在两条平台导轨B 33上，并与之配合组成一个移动副；所述的平台连杆31有两根，每一根均是斜置外伸形杆件，一端固连在平台滑块B 32上，一端设有用于圆轴承B 35安装的轴承碗B 38；所述的刀具平台B 36是一个用于安装刀具的动平台，其上下侧各有一个圆柱形凸台B 37，用于安装圆轴承B 35，刀具平台B 36左右两侧分别有一个铰链耳B 39，用于连杆部件III-1’、III-2’的安装；所述的刀具平台B 36上下侧凸台B 37通过圆轴承B 35安装在平台连杆31的轴承碗B 38中。

实施例二的运动方式与实施例一相同，此处不再赘述。

Claims (6)

1、一种直线电机驱动的数控机床功能模块，其特征在于：所述的功能模块包括两组直线驱动模块、一个刀具平台运动模块、两组连杆部件；所述的功能模块是一个对称的结构，是关于刀具平台直线运动轴对称；直线驱动模块分别布置在刀具平台运动模块的两侧，通过连杆部件分别与刀具平台运动模块相连；

所述的每一组直线驱动模块为直线电机驱动的直线进给模块，其直线运动轴与刀具平台运动模块的直线运动轴平行；该直线驱动模块由电机座、直线电机定子、直线电机动子、动子连接板、铰链架、直线导轨、滑块等组成；所述的电机座负责集成直线驱动模块的其它所有零部件；所述的直线电机定子是直线电机的次级，通过螺栓固连在电机座的中部；所述的直线导轨分布在直线电机定子的两侧，平行放置，通过螺栓与电机座固连；所述的滑块安装在直线导轨上，与直线导轨配合使用，构成移动副；所述的直线电机动子是直线电机的初级，通过螺栓与动子联接板固连，动子连接板又与滑块通过螺栓固连；所述的直线电机动子位于直线电机定子的正上方，与直线电机定子有一个小间隙；所述的铰链架固连在动子连接板上，其上有铰链接头，负责与连杆部件的连接；

所述的刀具平台运动模块由底座、直线导轨、滑块、刀具平台、圆轴承、连接板、平台支撑架等组成；所述的直线导轨安装在底座上，并与之固连；所述的滑块安装在直线导轨上，与之配合使用，组成移动副；所述的连接板固连在滑块上；所述的平台支撑架是一个斜置外伸形零件，一端固连在连接板上，一端有用于圆轴承安装的轴承碗；所述的刀具平台是一个用于安装刀具的动平台，其上下侧各有一个圆柱形凸台，用于安装圆轴承，其左右两侧分别有一个铰链耳，用于连杆部件的安装；所述的刀具平台通过圆轴承安装在平台支撑架的轴承碗中；

所述的每一组连杆部件由连杆、铰链轴组成；所述的连杆是一个杆状零件，两端有铰链接头；所述的铰链轴分别用于连杆与铰链架及铰链耳的安装。

2、根据权利要求1所述的一种直线电机驱动的数控机床功能模块，其特征在于：所述的两组直线驱动模块、刀具平台运动模块固连在同一个底座上。

3、根据权利要求1所述的一种直线电机驱动的数控机床功能模块，其特征在于：所述的两组连杆部件分别将刀具平台运动模块两侧的直线驱动模块与刀具平台运动模块的刀具平台相连。

4、根据权利要求1所述的一种直线电机驱动的数控机床功能模块，其特征在于：所述的刀具平台运动模块由U形座、顶盖、平台连杆、平台滑块B、平台导轨B、刀具平台B组成，是一个上下对称的结构；所述的U形座是将所述的电机座和底座合并成一个零件，完成直线电机定子的安装和平台导轨B的安装；所述的顶盖通过螺栓G固连在U形座上，与U形座构成一个没有前后面板的箱体结构；所述的平台导轨B有两条，是直线导轨，且平行布置，一条安装在U形座的中部，另一条安装在顶盖的下表面中部；所述的平台滑块B有两个，是圆锥滚子滑块，分别安装在两条平台导轨B上，并与之配合组成一个移动副；所述的平台连杆有两根，每一根均是斜置外伸形杆件，一端固连在平台滑块B上，一端设有用于圆轴承B安装的轴承碗B；所述的刀具平台B是一个用于安装刀具的动平台，其上下侧各有一个圆柱形的凸台B，用于安装圆轴承B，刀具平台B左右两侧分别有一个铰链耳B，用于连杆部件的安装；所述的刀具平台B上下侧的凸台B通过圆轴承B安装在平台连杆的轴承碗B中。

5、根据权利要求1所述的一种直线电机驱动的数控机床功能模块，其特征在于：所述的铰链轴穿过连杆一端的铰链接头及铰链架中的铰链接头，三者相互配合构成一个回转副；所述的铰链轴穿过连杆另一端的铰链接头及刀具平台上的铰链耳，三者相互配合构成另一个回转副。

6、根据权利要求1所述的一种直线电机驱动的数控机床功能模块，其特征在于：所述的两组直线驱动模块直线运动，为所述的功能模块的运动输入，刀具平台运动模块中的刀具平台有两个自由度，一个直线运动，一个回转运动，是所述的功能模块的运动输出。

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