本发明专利技术一种直线电机驱动的四轴联动数控机床提供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。它由床身立柱、床身底座、工作台安装座、ＸＹ工作台模块和非对称式并联主轴模块组成；该发明专利技术基于模块化设计思想，将机床分为并联主轴进给模块和ＸＹ工作台两大功能模块；其优点是：整个机床结构简单紧凑，设计灵活，同时也具有较好的结构刚性和一定的动刚度。ＸＹ工作台功能模块具有进给速度快，精度高和承载能力强等优点；Ｚ－Ａ两自由度并联主轴功能模块既有并联机构进给速度快、刚度高、承载能力强的优点，同时Ａ轴偏转范围大，最大可达９０°，能实现主轴的立卧转换加工。
【技术实现步骤摘要】
直线电机驱动的四轴联动数控机床(一)
-本专利技术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
(二)
技术介绍
-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)
技术实现思路
本专利技术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9(T ,即能实现主轴的立卧转换加工功能。本专利技术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(l)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(IO)、 Y轴侧挡板(ll)、 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)可釆用两根， 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。该非对称式并联主轴模块(5)，已另外提出专利技术申请，下面只对其作一些简要说明该 由基座(19)、直线导轨(20)、导轨滑块(21)、自锁滑块(22)、直线电机定子(23)、直线电机动子(24)、动子座(25)、直线光栅尺(26)、安装座(27)、旋转副组件A(28)、连杆 (29)、旋转副组件B (30)、摆动平台(31)、旋转副组件C( 32)、 U型座(33)和电主轴(34)组 成。各部件间的结构连接关系是 一组直线导轨(20)平行固定安装在基座(19)上，直线电 机定子(23)安装在两直线导轨(20)之间，并与基座(19)固定连接。 一组导轨滑块(21) 对称固定安装在动子座(25)上，同时一组自锁滑块(22)对称安装在导轨滑块(21)之间 并与动子座(25)固定连接，直线电机动子(24)固定安装在动子座(25)的几何中心位置， 直线光栅尺(26)与导轨平行并固定安装在基座(19)的左右侧面，固定安装在两个动子座(25) 上的两组导轨滑块(21)和两组自锁滑块(22)与直线导轨(20)相配合，从而构成Z轴两个直线 运动模块(或称为移动副组件)；安装座(27)与上面一个动子座(25)用螺钉固定连接， 一组旋 转副组件A ( 28)与安装座(27)固定连接，旋转副组件B (30)固定安装在摆动平台(31) 上侧面，连杆(29)两端分别与旋转副组件A ( 28)和旋转副组件B (30)过盈配合，两个 旋转副组件C (32)分别与摆动平台(31)和U型座(33)内侧相配合，U型座(33)固定 安装在下面一个动子座(25)上，从而构成非对称式P3RP型(P-移动副，R-旋转副)并联运 动机构；电主轴(34)通过螺钉固定安装在摆动平台(31)上。其中，该非对称式并联主轴模块(5)中的一组直线导轨(20)可采用两根， 一组导轨滑块 (21)可采用四个， 一组自锁滑块(22)可采用两个。其中，该非对称式并联主轴模块(5)中的直线电机定子(23)采用整体式单条永磁体, 该非对称式并联主轴模块(5)中的直线电机动子(24)采用两个。该基座(19)是一个整体式U型槽状中空铸件，底面两侧有安装孔用于同床身立柱(1) 的固定连接；该旋转副组件A ( 28)、旋转副组件B (30)和旋转副组件C (32)分别是一对回转部件， 能绕其自身轴线进行36(T旋转；旋转副组件结构相同，区别就是各自回转半径大小不同；该连杆(29)是一个整体镂空的长方体部件，其两端过盈配合安装有与旋转副组件A (28) 和旋转副组件B (30)相配合的回转轴；该U型座(33)是一个整体式构件，其上部有对称的定位孔，用于配合连接旋转副组件 C (32);底部有安装孔，通过螺钉与动子座(25)固定连接。该摆动平台(31)是一个方形的型腔结构，其底部有安装定位孔，用于安装固定电主轴 (34)。其中，该电主轴(34)可采用交流变频电主轴。本专利技术一种直线电机驱动的四轴联本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种直线电机驱动的四轴联动数控机床，其特征在于：它是由床身立柱（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；该非对称式并联主轴模块（５），是由基座（１９）、直线导轨（２０）、导轨滑块（２１）、自锁滑块（２２）、直线电机定子（２３）、直线电机动子（２４）、动子座（２５）、直线光栅尺（２６）、安装座（２７）、旋转副组件Ａ（２８）、连杆（２９）、旋转副组件Ｂ（３０）、摆动平台（３１）、旋转副组件Ｃ（３２）、Ｕ型座（３３）和电主轴（３４）组成；各部件间的结构连接关系是：一组直线导轨（２０）平行固定安装在基座（...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘强，陈静，袁松梅，郇极，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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