[发明专利]对称多轴线线性电动机机床

说明书

本发明涉及由线性电动机沿数个轴线驱动的机床，尤其涉及支承在框架内由线性电动机驱动以便刀具沿至少三个相互垂直的轴线高速运动的机床。

本发明涉及一种具有三个运动轴线的机床和一种由线性电动机沿这些轴线驱动的工作部件。工作部件能在加工区域内运动。因此，本发明应用于多种这类机床，但为简洁起见，本发明将描述有关具有切削刀具的切削机床。然而，本发明不限于切削机床。5,368,425号美国专利揭示了线性电动机驱动的切削机床，正如目前在许多已有技术的丝杆传动切削机床中，垂直立柱安装在一滑件上以在水平X轴线方向移动，一垂直可动滑件可在Y轴线方向沿立柱垂直滑动。装刀具的主轴安装在滑件上，在位于X轴线上方并同时垂直于X和Y轴的Z轴线方向水平滑动。这三根轴线中的每一根一般相互层叠，结果，轴线驱动力偏离主轴和切削刀具，例如，切削一件钢件的铣刀。相对于切削刀具轴线的驱动力的不对称布置导致机床结构的偏转及切削加工的误差。无论是由伺服电动机和滚珠丝杆/螺母组合件提供驱动力还是由如在′425号专利中的线性电动机驱动装置驱动的，都是如此。这种不对称的布置其结果是：1)由于运行力或加速度/减速度力而形成的结构偏转，2)当受到主轴滑件和主轴的悬臂载荷时的弯曲，和3)由于大体积需达到一定的刚度而单位体积刚度减小。

5,368,425的美国专利揭示了一种安装有大立柱的切削机床，该立柱沿支承其本身的大的固定的重型底座在X方向移动。线性电动机的驱动力仅作用于立柱的底端以在X轴线方向推动立柱。大型固定底座分别为立柱和沿着大块立柱垂直壁在Y轴线方向垂直运行的主轴滑件和其刀具主轴提供了在X和Z轴运动的水平对准。主轴在Z轴线方向移动并装在一悬臂的或外伸的沿垂直立柱壁移动的滑件上。因此，机床对准以基础保持稳定为基础。如果基础一角下陷或变得有偏差，则水平轴线将对不准。由于在立柱底端支承立柱所需的空间和装刀具的滑件的尺寸，刀具主轴及刀具不易到达工件的底部。为了克服这一点，基础需要挖一个凹座使主轴降低以便到达工件的底部，从而加工工件底部。当基础凹座很大又常常需要定做时，则这样的基础凹座代价很大，这类机床的基础在这个专利中有说明。此外，导轨的罩壳会增加基础和机床的尺寸，罩壳为皮老虎形并定位于导轨的端部。这些皮老虎形罩壳位于在以X轴线方向移动的立柱的端部的机床底座上。罩壳阻止切屑和金属屑进入导轨以及磁力吸到线性电动机部件。

为在上述专利揭示的机床中以X轴线移动大块立柱，有一对线性电动机，其每个的一半安装在固定的底座，另一半安装在X轴线上的支承立柱的支座上，每个电动机在立柱上的一半加到立柱总的重量上，从而，需要更多的线性电动机推进要沿X轴线移动的立柱。此外，这个线性电动机加负荷于立柱，有一个磁性吸力，即法向磁力分量，在这种情况下，磁力分量是一个在线圈和这些线性电动机磁铁之间的向下磁力，例如，引起摩擦增加的24,000磅向下的力，该摩擦必须被克服以使支承立柱和支座沿X轴线移动。如果立柱重8,000磅，又存在着法向的24,000磅磁性吸力，则后者有效地加到需要克服的质量上。线性电动机仅对立柱的底部施加推力。为了阻止当立柱的下端加速时立柱未被支承上端的偏转，立柱设置有增加立柱重量的较重的结构部件。因此，如果不仅仅在立柱的下端驱动立柱，如果法向磁性吸引力不是那么大，以一个G或一个G以上的加速度移动立柱所需的线性电动机力从所需的力中得到增加。

一般来讲，在目前，用约一磅的线性电动机的推力去移动约一磅的物体。所需推力越大，线性电动机加到立柱的重量越重。换句话讲，因为需要从线性电动机获得的力越大，线性电动机的重量越重，例如，在立柱支座上的线圈及此重量的增加使重量更重，需要更大的推力，所以，效果是累积的。

在上述专利所描述的线性电动机切削机床中，大块立柱由轻型材料构成，它有一个骨架结构以便减少其重量，从而，减少了迅速加速立柱所需的线性推力，以减少立柱上端相对于其由线性电动机推动的立柱下端的偏转。立柱有用铝做的梯形支承框架、包覆骨架框架的铝皮及在框架上的加固阶梯以增加立柱刚度。由于机床是加工金属的，所以，装切削刀具的滑件和主轴的立柱需要一个很高的刚度，以使切削工件表面获得所需的精度。