[实用新型]直线电机驱动的四轴联动数控机床

说明书

(一)技术领域：

本实用新型涉及一种完全由直线电机驱动的数控机床，尤其是指一种能实现四轴联动加工的数控机床，属于数控机床技术领域。

(二)背景技术：

机床是制造业的工作母机，是装备制造业的核心设备。传统机床布局的基本特点是以床身、立柱、横梁等作为支承部件，主轴部件和工作台由旋转电机(滚珠丝杠)驱动沿支承部件上的直线导轨移动，按照坐标运动叠加的串联运动学原理，形成刀头点的加工表面轨迹。传统的“旋转伺服电机+滚珠丝杠”驱动系统所能达到的最高进给速度为90～120米/分钟，最大加速度只有1.5g；同时，由于从电机到工作台之间存在联轴器、丝杠、螺母、轴承等一系列中间环节，这些机械元件产生的弹性变形、摩擦、反向间隙等会造成进给运动的滞后和其它非线性误差，这些中间环节也加大了系统的惯性质量；另外，丝杠是细长杆，在力和热作用下，会产生变形而影响加工精度。

直线电机就是利用电磁作用原理，将电能直接转换成直线运动动能的设备。直线电机直接驱动与传统的传动方式相比：直线电机所产生的力直接作用于移动部件，中间没有通过任何具有柔度的机械传动环节，这就是所谓的“直接驱动”或“零传动”；因此，直线电机驱动可以简化机床结构、减少机床传动系统的惯性矩，大大提高机床的运动速度、加速度和精度，满足高速精密加工的要求。

(三)实用新型内容：

本实用新型的目的是利用直线电机“零传动”的特点，设计一种完全由直线电机驱动，结构简单紧凑，刚性较好，能满足高速精密加工的四轴联动数控机床，该数控机床基于模块化设计思想，主要由“平动+转动”两自由度并联主轴模块和XY工作台两大功能模块组成。并联主轴功能模块能实现平动(沿Z轴移动)和转动(绕A轴转动)两自由度运动，且A轴偏转最大能达90°，即能实现主轴的立卧转换加工功能。

本实用新型所述的直线电机驱动的四轴联动数控机床，它由床身立柱(1)、床身底座(2)、工作台安装座(3)、XY工作台模块(4)和非对称式并联主轴模块(5)组成；

该床身立柱(1)是一个整体式铸件，在其下端面有安装孔，用螺栓同床身底座2固定连接；在侧面有安装孔，用于安装并联主轴头模块(5)。

该床身底座(2)也是一个整体式铸件，其上有凸台和安装孔，用于安装固定床身立柱(1)和工作台安装座(3)。

该工作台安装座(3)是一个长方体形中间连接部件，主要是支承XY工作台模块(4)与床身底座(2)间的连接。

该XY工作台模块(4)，由Y轴底座(6)、Y轴直线导轨(7)、Y轴导轨滑块(8)、Y轴直线电机定子(9)、Y轴直线电机动子(10)、Y轴侧挡板(11)、X轴与Y轴连接座(12)、X轴直线导轨(13)、X轴导轨滑块(14)、X轴直线电机定子(15)、X轴直线电机动子(16)、X轴底座(17)和T型槽工作台(18)组成。各部件间的结构连接关系是：一组Y轴直线导轨(7)对称平行安装在Y轴底座(6)上，Y轴直线电机定子(9)安装在两Y轴导轨(7)中间，一组Y轴导轨滑块(8)对称固定安装在连接座(12)的下表面上，同时Y轴直线电机动子(10)也固定安装在连接座(12)下表面的中心，Y轴侧挡板(11)固定安装在Y轴底座(6)的两侧，从而构成工作台的Y轴向移动组件；一组X轴直线导轨(13)对称平行安装在X轴底座(17)上，X轴直线电机定子(15)安装在两X轴导轨(13)中间，一组(四个)X轴导轨滑块(14)对称固定安装在连接座(12)的上表面上，同时X轴直线电机动子(16)也固定安装在连接座(12)上表面的中心，从而构成工作台的X轴向移动组件；通过连接座(12)的过渡连接作用，将X轴向移动组件和Y轴向移动组件垂直叠加在一起，从而构成串联运动的XY工作台。Y轴侧挡板(11)固定安装在Y轴底座(6)的两侧，T型槽工作台(18)通过螺钉与X轴座固定连接。

其中，该XY工作台模块(4)中的一组Y轴直线导轨(7)可采用两根，一组Y轴导轨滑块(8)可采用四个，一组X轴直线导轨(13)可采用两根，一组X轴导轨滑块(14)可采用四个。

其中，该XY工作台模块(4)中的Y轴由直线电机动子(10)驱动；该XY工作台模块(4)中的X轴由直线电机动子(16)驱动。