CN113579823A - 机床进给***和数控机床 - Google Patents

Abstract

本发明提出了机床进给***和数控机床，包括可切换的宏位移驱动机构和微位移驱动机构，其中宏位移驱动机构采用伺服电机配合传动丝杠的方式驱动数控机床的工作台，微位移驱动机构采用直线电机驱动工作台；本发明兼具宏位移驱动机构和微位移驱动机构，一次夹装定位即可对工件连续进行粗加工和精加工，并在加工精度、加工效率和能耗之间取得更好的平衡效果。宏位移驱动机构和微位移驱动机构通过锁紧机构快速连接和分离，实现了宏位移进给和和微位移进给的快速切换；宏位移驱动机构和微位移驱动机构各自具有独立的位移测量机构，从而满足大范围、高速、高精密的定位要求。

Description

机床进给***和数控机床

技术领域

本发明涉及数控机床技术领域，具体涉及机床进给***和数控机床。

背景技术

一般工件的加工过程分为粗加工和精加工，通常粗加工和精加工动作需要在多个工位完成。对于模具、非圆截面等高精度工件需要定位精度高和速度快的进给***，这就对高精度的机床加工设备定位进给***提出更高的要求。

粗加工过程中，切削量和进给量大，传统的“电机+联轴器+丝杠”的方式传动速度平稳，并且***承载能力较其他驱动方式强，满足大加工量和行程量要求。但当工件精加工或超精密加工时，所要加工的大部分工件尺寸要求仅仅为几个微米，加工中运动机构连续地做往复运动来满足加工的要求。因此，当工件处于精密或超精密加工时，伺服机构总是要运行在某一个微小尺寸的行程内，并且需要长时间加工，这会对滚珠丝杠的传动***造成明显的局部磨损，严重影响该类伺服***的精度。

如何在速度快、高定位精度和能耗低的工况下完成工件的加工，已成为行业的一个技术难点，传统单一驱动方式下的行程与精度两大要素的加工精度已无法满足工件精度要求。

发明内容

鉴于上述，本发明提出了机床进给***和数控机床，同时具备由伺服电机驱动的宏位移驱动机构和直线电机驱动的微位移驱动机构，通过一次工件夹装定位，即可对工件连续进行粗加工和精加工，并在加工精度、加工效率和能耗之间取得更好的平衡。

本发明提出了机床进给***，包括可切换的宏位移驱动机构和微位移驱动机构，宏位移驱动机构采用伺服电机配合传动丝杠的方式驱动数控机床的工作台，微位移驱动机构采用直线电机驱动工作台。

优选的，宏位移驱动机构和微位移驱动机构相连接；

工作台与宏位移驱动机构连接，或

工作台与微位移驱动机构连接。

优选的，工作台与微位移驱动机构连接，宏位移驱动机构通过锁紧机构与微位移驱动机构锁紧或分离；

粗加工状态时，微位移驱动机构不工作，宏位移驱动机构通过锁紧机构与微位移驱动机构连接，驱动工作台运动；

精加工状态时，微位移驱动机构与宏位移驱动机构分离，独立驱动工作台运动。

优选的，锁紧机构包括锁孔和插接锁孔的锁紧轴；

锁孔和锁紧轴的其中一个位于宏位移驱动机构、另一个位于微位移驱动机构。

优选的，锁孔形状为楔形，锁紧轴的头部设有与锁孔相契合的楔形块。

优选的，锁紧机构包括气缸和弹簧；

气缸与锁紧轴的尾部连接，用于驱动锁紧轴伸缩；

弹簧用于加速锁紧轴回缩。

优选的，宏位移驱动机构和微位移驱动机构各自具有独立的位移测量机构。

优选的，工作台随宏位移驱动机构和微位移驱动机构沿导轨运动，平行于导轨设置有第一光栅尺，宏位移驱动机构设有第一读数头，微位移驱动机构设有第二读数头，第二读数头与第一读数头共用第一光栅尺；或

平行于导轨还设有第二光栅尺，第二读数头通过第二光栅尺读数。

优选的，丝杠为滚珠丝杠。

本发明还提出了数控机床，包含上述任一技术方案所提出的的机床进给***。

本发明的有益效果是：兼具宏位移驱动机构和微位移驱动机构，一次夹装定位即可对工件连续进行粗加工和精加工；宏位移驱动机构和微位移驱动机构通过锁紧机构快速连接和分离，实现了宏位移进给和和微位移进给的快速切换；宏位移驱动机构和微位移驱动机构各自具有独立的位移测量机构，从而满足大范围、高速、高精密的定位要求。

附图说明

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：

图1是机床进给***的沿运动方向剖面结构简图。

图2是锁紧机构处于锁紧状态时沿运动方向剖面图。

图3是锁紧机构处于分离状态时沿运动方向剖面图。

图4是锁紧机构处于锁紧状态时侧向剖面图。

图5是锁紧机构的受力图。

图6是机床进给***的工作流程图。

附图标记说明：

1-工作台，2-导轨，3-动子，4-定子，5-转接板，6-滚珠丝杠，7-锁紧板，81锁孔，82-锁紧轴，83-转接轴，84-气缸，85-弹簧，91-第一光栅尺，92-第一读数头，93-第二光栅尺，94-第二读数头。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

由此，本说明书中所指出的一个特征将用于说明本发明的一个实施方式的其中一个特征，而不是暗示本发明的每个实施方式必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的***设计，但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。

下面结合附图及实施例对本发明的原理进行详细说明。

本发明提出了机床进给***，同时具备由伺服电机驱动的宏位移驱动机构和直线电机驱动的微位移驱动机构，通过一次工件夹装定位，即可对工件进行粗加工和精加工。

本实施例中，工件固定在工作台1上，机床进给***通过驱动和控制工作台1的位移，进而控制工件加工。

机床进给***包括可切换的宏位移驱动机构和微位移驱动机构；其中宏位移驱动机构用于工件粗加工，即较大尺寸及轮廓加工，并采用伺服电机配合传动丝杠驱动工作台1；微位移驱动机构用于工件精加工，即微小尺寸及轮廓加工，并采用直线电机驱动工作台1。

丝杠可以是滑动丝杠，也可以是滚珠丝杠。由于伺服电机传动链较多，所以难以实现快速递进，因此本实施例采用的是滚珠丝杠。

在精加工时，工作台1运行在某一个微小尺寸的行程内，如果长期使用伺服电机配合传动丝杠驱动，会对滚珠丝杠的传动***造成明显的局部磨损，影响该类伺服***的精度，而采用直线电机驱动则可以解决传动***磨损的问题；另外，直线电机在速度方面相比也具有更大优势，直线电机的速度为300m/min；加速度为10g，而滚珠丝杠的速度为120 m/min；加速度为1.5g，因此采用直线电机驱动会使机床获得更高的加工效率。

但在提供相同转矩时，直线电机消耗的能源约比“旋转伺服电机+滚珠丝杠”多一倍以上。因此，粗加工时采用伺服电机配合滚珠丝杠驱动、精加工时采用直线电机驱动，可以在能耗和加工效率之间取得更好的平衡。

为实现在同一工位粗加工完成后直接进行精加工，本实施例将微位移驱动机构与工作台1固定连接，宏位移驱动机构通过锁紧机构与微位移驱动机构连接；当粗加工时，直线电机不工作，伺服电机通过滚珠丝杠驱动工作台工作；当精加工时，宏位移驱动机构通过锁紧机构分离，避免被动逆运行造成机械磨损，而直线电机不工作时，仅相当于普通滑动机构，可以避免逆运行磨损。

图1给出了本实施例具体结构的纵向剖面图，如图所示，机床进给***安装于滑槽内，并沿着设置在滑槽两侧的平行导轨2滑动；

其中微位移驱动机构包括动子3、定子4和转接板5，动子3固定在工作台1底部，定子4安装在滑槽两侧，转接板5与动子3固定连接；

宏位移驱动机构包括伺服电机（图中未画）、滚珠丝杠6和锁紧板7，滚珠丝杠6固定安装在锁紧板7的底部、并轴向驱动工作台1移动，锁紧板7通过锁紧机构与转接板5连接或分离。

图2-4给出了锁紧机构的具体实施例；

本实施例中，锁紧机构包括锁孔和插接锁孔81的锁紧轴82，其中锁孔81开设在转接板5的底部，锁紧轴82安装在锁紧板7的预开孔内；

锁紧机构还包括转接轴83、气缸84和弹簧85，锁紧轴82和气缸84通过转接轴83连接在一起，***通过气缸84控制锁紧轴82进入锁孔将锁紧板7与转接板5锁紧，或缩回锁紧板7使锁紧板7与转接板5分离；

弹簧85安装在转接轴83或锁紧轴82***，当锁紧状态的锁紧板7与转接板5需要分离时，弹簧85用于提供转接轴83回缩的弹力，加速转接轴83缩回，以减少从粗加工向精加工切换的时间，提高机床加工效率。

本实施例中锁孔形状为楔形，锁紧轴的头部设有与锁孔相契合的楔形块；

图2从机床进给***运动方向、图4从侧向分别展示了所述楔形的具体形状，另外图5给出了楔形的参数和受力图；

图4中楔形块单侧的夹紧力

和

为：

与其它形状的夹紧机构相比，采用楔形增力机构具有改变夹紧作用的方向和增力的作用；另外楔形块夹紧行程小：虽然上下运动的行程没有改变，但是达到相同效果时所需的气缸行程小，比如方形块所用行程为s，则使用楔形块所用气缸行程为s*sina15.5。

本实施例中，宏位移驱动机构和微位移驱动机构各自具有独立的位移测量机构；

宏位移驱动机构设有第一光栅尺91和第一读数头92，第一光栅尺91平行于导轨2设置在滑槽一侧的侧壁上，第一读数头92设置在锁紧板7上并正对第一光栅尺91；

微位移驱动机构设有第二光栅尺93和第二读数头94，第二光栅尺93平行于导轨2固定设置在转接板5的下方，第二读数头94设置在转接板5上并正对第二光栅尺93。

如图6所示，当处于粗加工状态时，微位移驱动机构不工作，宏位移驱动机构由计算机控制伺服电机通过滚珠丝杠6带动工作台1运动，把第一读数头92测得的位移信号不断反馈到控制***中，使伺服电机的控制构成闭环***；

当粗加工动作结束后，进入零件精加工状态，控制接口发出信号使伺服电机停止工作，锁紧机构中气缸84的活塞处于缩回状态，转接板5和锁紧板7分离，并通知微驱动开始工作；工作台1的运动由动子3和定子4的电磁作用力驱动，第二读数头94测得的位移信号不断反馈到控制***中，使直线电机的控制也构成闭环***；例加工工件长度尺寸为5.02mm，设定粗加工尺寸为5mm，精加工尺寸为0.02mm，则加工至5mm时机床进给***由伺服电机驱动切换为直线电机驱动，实现粗加工到精加工的转换。

本发明还提出了数控机床，具有上述任一实施例所记载的机床进给***。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.机床进给***，包括可切换的宏位移驱动机构和微位移驱动机构，其特征在于，所述宏位移驱动机构采用伺服电机配合传动丝杠的方式驱动数控机床的工作台，所述微位移驱动机构采用直线电机驱动所述工作台。

2.如权利要求1所述的机床进给***，其特征在于，所述宏位移驱动机构和微位移驱动机构相连接；

所述工作台与所述宏位移驱动机构连接，或

所述工作台与所述微位移驱动机构连接。

3.如权利要求2所述的机床进给***，其特征在于，所述工作台与所述微位移驱动机构连接，所述宏位移驱动机构通过锁紧机构与所述微位移驱动机构锁紧或分离；

粗加工状态时，微位移驱动机构不工作，所述宏位移驱动机构通过锁紧机构与所述微位移驱动机构连接，驱动所述工作台运动；

精加工状态时，微位移驱动机构与宏位移驱动机构分离，独立驱动工所述作台运动。

4.如权利要求3所述的机床进给***，其特征在于，所述锁紧机构包括锁孔和插接所述锁孔的锁紧轴；

所述锁孔和锁紧轴的其中一个位于所述宏位移驱动机构、另一个位于所述微位移驱动机构。

5.如权利要求4所述的机床进给***，其特征在于，所述锁孔形状为楔形，所述锁紧轴的头部设有与所述锁孔相契合的楔形块。

6.如权利要求4所述的机床进给***，其特征在于，所述锁紧机构包括气缸和弹簧；

所述气缸与所述锁紧轴的尾部连接，用于驱动所述锁紧轴伸缩；

所述弹簧用于加速所述锁紧轴回缩。

7.如权利要求1所述的机床进给***，其特征在于，所述宏位移驱动机构和微位移驱动机构各自具有独立的位移测量机构。

8.如权利要求7所述的机床进给***，其特征在于，所述工作台随所述宏位移驱动机构和微位移驱动机构沿导轨运动，平行于所述导轨设置有第一光栅尺，所述宏位移驱动机构设有第一读数头，所述微位移驱动机构设有第二读数头，所述第二读数头与所述第一读数头共用所述第一光栅尺；或

平行于所述导轨还设有第二光栅尺，所述第二读数头通过所述第二光栅尺读数。

9.如权利要求1所述的机床进给***，其特征在于，所述丝杠为滚珠丝杠。

10.数控机床，其特征在于，包含上述任一权利要求所述的机床进给***。

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