专利名称：数控设备的制作方法
数控设备
背景技术：
现有的数控设备，一种是工作台运动。如申请号为201010284237. 9的发明专利中，公开了一种数控龙门立式复合机床，包括底座、工作台、立柱，立柱通过立柱导轨活动连接或者通过紧固件固定连接有复合横梁，复合横梁通过横梁导轨活动连接或者通过紧固件固定连接有2个以上的滑鞍，滑鞍通过滑枕导轨活动连接有主轴装置；底座、立柱、复合横梁、主轴装置上设有丝杆驱动装置，丝杆驱动装置都连接电气数控装置。一种是龙门架运动。这种结构的数控设备，一种方式是驱动龙门架来回运动的驱动机构需包括二根X向丝杆或X向同步带等和二个动力源，需两个同步运动的电机驱动龙门架，因两个同步运动的电机很难实现完全同步运动、或其中一个电机出现速度变慢或变快造成X向滑座运动不平衡产生扭力、使X向滑座偏移X方向运动、导致X向滑座运动时稳定性不好、定位不准、运动不畅的问题。一种方式是X向丝杆或X向同步带位于龙门架的一 侦牝驱动力完全偏向一边，造成龙门架运动不平衡产生扭力使龙门架偏移Y方向运动、导致Y向滑座运动时稳定性不好、定位不准、运动不畅、运动不能太快，不能适应X向前导轨、X向后导轨大间距的大机床。上述现有技术主轴的运动需要底座运动或龙门架运动来实现，需要运动的装夹工件的底座和工件的重量或龙门架的重量比主轴装置及其承载装置的重量重很多，因此大大浪费加工工件时的能源，增加设备运动件的惯性，降低设备的进给精度和工件加工精度，降低了 Y向的移动速度和加工效率，增加了设备运动件和导轨之间的磨损。由于底座导轨或龙门架导轨安装在装夹工件装置的下方，这样从工件上加工下来的铁屑等容易进入到导轨内。申请号为201010155118. 3的发明专利中，公开了一种数控加工中心，包括用于装卡工件的工作台，工作台上设置有横向立柱，横向立柱上安装有十字滑座，十字滑座的上端连接有Y轴丝杆，十字滑座的下端连接有X轴丝杆，Y轴丝杆的上部设有可延垂直滑枕上下运动的纵向立柱，纵向立柱上连接有Z轴丝杆，垂直滑枕下端连接带有刀具的主轴。该发明的动柱型数控加工中心，由于安装主轴的纵向立柱仅一边被支撑，导致主轴运动时稳定性不好、定位不准、运动不畅、运动不能太快。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种主加工头上下运动时稳定性好、不易产生不平衡扭力的数控设备。数控设备，包括主体框架、装夹工件装置，主体框架包括底座、与底座固定或一体成型的主支撑部、置于主支撑部的顶部与主支撑部固定或一体成型的主支撑架；主支撑架为开口朝向竖直方向的闭环结构；还包括X向滑座，在主支撑架和X向滑座间设有相互配合的X向前导轨、X向后导轨；还包括驱动X向滑座来回运动的第一驱动装置，驱动Y向滑座来回运动的第二驱动装置；还设有安装在Y向滑座上的Z向导向装置，Z向导向装置包括可上下运动的Z向导杆、驱动Z向导杆上下运动的第三驱动装置；在Z向导杆下端设有主加工头；z向导杆为圆导杆，Z向导杆仅可上下运动地与Y向滑座安装在一起；还设有防止Z向导杆沿导杆轴线水平方向转动地止转结构；止转结构包括第三止转块、第四止转块、第三弹簧、限位机构，在Z向导杆的顶部设有与Z向导杆的侧面连通、容置第三止转块的容置槽，限位机构将第三止转块和第四止转块限制在容置槽设定范围内移动；在与Z向导杆配合的导向孔内设有与第三止转块配合的止转槽；第三弹簧安装在第三止转块、第四止转块之间，第三止转块凸出Z向导杆的外周与止转槽配合。作为方案一的改进，限位机构为安装在容置槽顶部的盖板。盖板限位结构简单。作为方案一的改进，在Z向导杆上还设有顶紧螺丝，顶紧螺丝顶紧第四止转块背 离第三止转块的一侧。顶紧螺丝可调节第三止转块与止转槽的配合松紧，在保证止转的前提下滑动顺畅。作为方案一至三的共同改进，第一驱动装置包括一个第一驱动电机，驱动X向滑座来回运动、与X向前导轨、X向后导轨平行的一根与第一驱动电机的电机轴连接的X向丝杆，与X向丝杆配合的第一丝母；x向丝杆位于X向前导轨、X向后导轨之间；第一驱动电机安装在主支撑架的外侧面上，第一丝母固定在X向滑座上；第二驱动装置包括一个第二驱动电机，驱动Y向滑座来回运动的Y向丝杆，与Y向丝杆配合的第二丝母；γ向丝杆位于Y向左导轨、Y向右导轨之间；第二驱动电机安装在X向滑座的外侧面上，第二丝母固定在Y向滑座上；第三驱动装置包括一个第三驱动电机，驱动Z向导杆上下运动、与第三驱动电机的电机轴连接的一根Z向丝杆,与Z向丝杆配合的第三丝母；第三丝母与Z向导杆安装在一起且与Z向导杆的轴线位置固定。X向滑座、Y向滑座、Z向导杆均采用丝杆驱动，结构简单，位移精度高。第三驱动电机安装在第三驱动装置安装座的顶部，与第三驱动电机的电机轴连接的Z向丝杆穿过第三驱动装置安装座与第三丝母配合，结构简单，便于实现Z向导杆上下运动或转动或驱动安装在Z向导杆内的转轴转动。作为方案四的改进，滑座包括滑座底板，从滑座底板垂直向上凸设的圆管状的上导套和从滑座底板垂直向下凸设的圆管状的下导套，滑座底板从四个方向凸出上导套、下导套；在上导套、滑座底板、下导套内设有与Z向导杆配合地贯通的导向圆通孔，Z向导杆可上下运动地安装在导向圆通孔内；在上导套的顶部固定有电机支撑板；驱动装置包括一个驱动电机，驱动Z向导杆上下运动、与驱动电机的电机轴连接的一根Z向丝杆，与Z向丝杆配合的丝母；丝母与Z向导杆安装在一起且与Z向导杆的轴线位置固定；驱动电机固定在电机支撑板上，Z向丝杆远离驱动电机的一端穿过电机支撑板、丝母伸入Z向导杆内与Z向导杆避空。作为方案四的改进，X向滑座包括开口朝向竖直方向的方框，在方框的前后侧面上分别凸设有X向导轨滑座固定块，在方框的左右两侧的底面上均设有下凸块；χ向前导轨、X向后导轨包括安装在主支撑架上的设有滚珠的X向直线滑动轨道，固定在X向导轨滑座固定块底面与X向直线滑动轨道配合的X向导轨滑座。主加工头设置在Z向导杆下方，Z向导杆的轴线与Z向丝杆位置固定，主加工头位于Z向丝杆的正下方，主轴装置结构简单，设备制造成本低；传动环节少，装配简单，加工精度高；主加工头的重心与丝杆的轴线基本在同一直线上,主轴上下运动时运动平衡,基本不会产生扭力使主轴偏移丝杆轴线方向运动，主轴运动时稳定性好、定位准、运动畅、运运动件不易磨损，从而进一步提高设备加工精度。通过止转槽和止转件配合来防止Z向导杆转动，结构简单。
作为方案四的改进，主支撑架还包括安装在靠近主支撑架的左右两侧的X向丝杆安装座，第一驱动电机安装在一个X向丝杆安装座的外侧面上，X向丝杆远离第一驱动电机的一端穿过安装第一驱动电机的X向丝杆安装座、第一丝母安装在远离第一驱动电机的X向丝杆安装座上。X向丝杆安装座容易保证与X向丝杆配合的安装孔同轴心，不管支撑X向丝杆的两端安装座距离非常远或非常近，都一样，尤其X向丝杆安装座为万向自定心安装座时，可以进一步保证X向丝杆非常顺畅地转动。作为方案一至三的共同改进，在Z向导杆内设有仅可相对Z向导杆转动地转轴或主轴；第三丝母与Z向导杆固定，在转轴或主轴的外周安装有驱动转轴或主轴旋转的第一转子，在Z向导杆内安装有与第一转子配合的第一定子，转轴或主轴仅可相对Z向导杆转动。采用第一定子和第一转子配合来驱动转轴或主轴，结构简单，安装方便。作为方案一至三的共同改进,还设有与Z向导杆固定的第一摆座；在第一摆座内安装有第二定子，安装在第二定子内与第二定子配合的第二转子，安装在第二转子内的水平方向的第一摆轴，主加工头的主加工头座固定在第一摆轴上或与第一摆轴一体成型。第 一摆轴的驱动通过第二定子和第二转子的配合来实现，结构简单，安装方便，减少安装空间。作为方案一至三的共同改进，Z向导杆仅可上下运动地与Y向滑座安装在一起，在Z向导杆内设有转轴或主轴；在转轴或主轴外周设有导电环，在转轴或主轴内设有与导电环连通的电线容置槽或电线容置孔，在电线容置槽或电线容置孔内容置有电线，电线的一端与导电环电连接，另一端与安装在转轴或主轴上的电机电连接；导电环与安装在Z向导杆上、电连接外部电源的碳刷摩擦电连接。使用碳刷和导电环摩擦电连接，可防止与转动的Z向导杆固定的电机电线缠绕，且结构简单。本发明的有益效果是主支撑架为闭环结构，一方面可以将支撑X向滑座的支撑力较均匀的传递到底座上，因此对X向滑座有很好的承载作用，刚性好，非常有利于加工头从上方朝下对工件进行加工，另一方面可以实现X向丝杆或X向同步带位于X向前导轨、X向后导轨之间，从而可以实现只需一根X向丝杆或X向同步带和一个动力源驱动X向滑座运动，还有导轨位的加工基准一致，保证了导轨的形位精度。驱动X向滑座来回运动只需一根X向丝杆或X向同步带和一个动力源，可以克服在X向前导轨、X向后导轨的位置安装两个同步运动的电机驱动X向滑座、因两个同步运动的电机很难实现完全同步运动、或其中一个电机出现速度变慢或变快造成X向滑座运动不平衡产生扭力、使X向滑座偏移X方向运动、导致X向滑座运动时稳定性不好、定位不准、运动不畅的问题。X向丝杆或X向同步带位于X向前导轨、X向后导轨之间，还可以克服仅在X向前导轨或X向后导轨的位置安装一个驱动装置驱动X向滑座、因驱动力完全偏向一边造成X向滑座运动不平衡产生扭力使X向滑座偏移X方向运动、导致X向滑座运动时稳定性不好、定位不准、运动不畅、运动不能太快，不能适应X向前导轨、X向后导轨大间距的大机床。由于主加工头可以实现X向、Y向、Z向的运动，因此装夹工件装置如装夹工件的工作台可不再需要X向、Y向、Z向的运动，一方面由于主加工头及其承载装置X和Y滑座的重量相对于传统的需要运动的装夹工件的工作台和工件的重量总和会轻很多，因此可以大大节省加工工件时的能源，减少设备运动件的惯性，从而可大大提高运动件的位移灵敏度和工件加工精度、提高X向、Y向的移动速度、提高加工效率、大大减少设备运动件和导轨之间的磨损；另一方面可实现多个装夹工件的工作台来回往复运动或回转运动实现工件在不同位置之间传送，实现流水线作业。由于X向前导轨、X向后导轨、Y向左导轨、Y向右导轨、Z向导杆均安装在装夹工件装置的上方，这样从工件上加工下来的铁屑等基本上不需特别防护也不会进入到加工头上方的导轨内，一方面简化导轨结构，另一方面大大提高导轨寿命。通过止转块止转，结构简单，由于弹簧有缓冲作用，可很好的保证Z向导杆不会转动地做顺畅的Z向导杆上下运动。止转结构安装在Z向导杆顶部的容置槽内，安装方便。
图I是本发明实施例I的立体示意图。图2是本发明实施例I的Y向滑座、Z向导向装置、主加工头的立体分解示意图。
图3是本发明实施例2的Y向滑座、Z向导向装置、主加工头的立体分解示意图。
具体实施例方式实施例I如图I、图2所示，一种数控设备，包括一体成型的主体框架1，工作台2。主体框架I包括方形的底座3，与底座3 —体成型设置在底座3四个转角位置和分别设置在底座的左侦U、右侧和后侧的中间位置的主支撑柱4，连接主支撑柱4间的横向连接柱5。与主支撑柱4 一体成型设置在主支撑柱4上的主支撑架6。主支撑架6为开口朝向竖直方向的方形闭环结构。还包括X向滑座7。在主支撑架6和X向滑座7间设有相互配合的X向前导轨、X向后导轨。X向滑座7可沿X向前导轨、X向后导轨来回滑动。X向滑座7包括开口朝向竖直方向的方框，在方框的前后侧面上分别凸设有X向导轨滑座固定块13，在方框的底面上设有下凸块部14。X向前导轨、X向后导轨包括安装在主支撑架6上的设有滚珠的X向直线滑动轨道15，固定在X向导轨滑座固定块13底面与X向直线滑动轨道15配合的X向导轨滑座16。还包括驱动X向滑座7来回运动的第一驱动装置；第一驱动装置包括一个第一驱动电机10,驱动X向滑座7来回运动、与X向直线滑动轨道15平行的一根与第一驱动电机10的电机轴连接的X向丝杆11，与X向丝杆11配合的第一丝母(未示出)，第一丝母(未示出)固定在下凸块部14与X向滑座7结合的位置。还包括安装在靠近主支撑架6的左右两侧的X向丝杆安装座17，第一驱动电机10安装在X向丝杆安装座17的外侧面上，X向丝杆11远离第一驱动电机10的一端穿过X向丝杆安装座17、第一丝母(未示出)安装在远离第一驱动电机10的X向丝杆安装座17上；X向丝杆11位于两根X向直线滑动轨道15之间。还包括Y向滑座18，在X向滑座7和Y向滑座18间设有相互配合的Y向左导轨、Y向右导轨。还包括驱动Y向滑座18来回运动的第二驱动装置；第二驱动装置包括一个第二驱动电机21，驱动Y向滑座18来回运动、与Y向左导轨、Y向右导轨平行的一根与第二驱动电机21的电机轴连接的Y向丝杆22，与Y向丝杆22配合的第二丝母24。Y向滑座18包括Y向滑座底板，从Y向滑座底板垂直向上凸设的上导套25，从Y向滑座底板垂直向下凸设的下导套26。在Y向滑座底板四周均凸出上导套25、下导套26。第二丝母24固定在下导套26与Y向滑座底板结合的位置。Y向滑座18包括滑座底板24，从Y向滑座底板垂直向上凸设的上导套25，从Y向滑座底板垂直向下凸设的下导套26。Y向左导轨、Y向右导轨为滑轨；包括直接固定在X向滑座7上的设有滚珠的Y向直线滑动轨道27，固定在Y向滑座底板的底面与Y向直线滑动轨道27配合的Y向导轨滑座29。还包括安装在靠近X向滑座7的前后两侧的Y向丝杆安装座28，第二驱动电机21安装在Y向丝杆安装座28的外侧面上，Y向丝杆22远离第二驱动电机21的一端穿过Y向丝杆安装座28、第二丝母24安装在远离第二驱动电机21的Y向丝杆安装座28上。Y向丝杆22位于两根Y向直线滑动轨道27之间。
还设有安装在Y向滑座18上的Z向导向装置。Z向导向装置包括可上下运动的圆形Z向导杆30，盖板31，安装在Z向导杆30内仅可相对Z向导杆30转动的转轴32，驱动转轴32旋转的第一转子33和第一定子34，轴承35，驱动Z向导杆30上下运动的第三驱动装置、防止Z向导杆30沿导杆轴线水平方向转动地止转结构。还设有贯穿上导套25、Y向滑座底板、下导套26且与Z向导杆30配合的Z向导向通孔49。在Z向导杆30的顶部设有与Z向导杆30的侧面和Z向导向通孔49连通的容置槽50 ;止转结构包括安装在容置槽50内的第三止转块51、第四止转块52，在第三止转块51、第四止转块52之间设有第三弹簧53，盖板31将第三止转块51、第四止转块52限制在Z向导杆30上设定范围内移动；在Z向导套内设有止转槽54，第三止转块51远离第三弹簧53的一侧凸出Z向导杆30的外周伸入止转槽54内与止转槽54配合；在Z向导杆30上还设有顶紧螺丝56，顶紧螺丝56顶紧第四止转块52背离第三止转块51的一侧。第三丝母57固定在Z向导杆30上。第三驱动电机58安装在电机固定板59上，Z向丝杆60的一端通过轴联接器61与第三驱动电机58连接，Z向丝杆60的另一端穿过电机固定板59、盖板31与第三丝母62配合，并伸入转轴32内与转轴32避空。转轴32的下端穿过Z向导杆30，在转轴32上固定有第一摆座63 ;主加工头64安装在第一摆座63上。在第一摆座63内安装有第二定子64，在第二定子64内安装与第二定子64配合的第二转子67，在第二转子67内安装有水平方向的第一摆轴68，主加工头64的主加工头座69固定在第一摆轴68上。在转轴32外周设有导电环70，在转轴32内设有与导电环70连通的电线容置孔71，在电线容置孔71内容置有电线72，电线72的一端与导电环70电连接，另一端与安装在转轴32上的主轴电机和定子电连接；导电环70与安装在Z向导杆30的安装孔上、电连接外部电源的碳刷摩擦电连接。实施例2如图3所示，与实施例I不同的是，主加工头的刀具装夹头80直接安装在Z向导杆81上。
权利要求
1.数控设备，包括主体框架、装夹工件装置，其特征在于主体框架包括底座、与底座固定或一体成型的主支撑部、置于主支撑部的顶部与主支撑部固定或一体成型的主支撑架；所述的主支撑架为开口朝向竖直方向的闭环结构；还包括X向滑座，在主支撑架和X向滑座间设有相互配合的X向前导轨、X向后导轨；还包括驱动X向滑座来回运动的第一驱动装置，驱动Y向滑座来回运动的第二驱动装置；还设有安装在Y向滑座上的Z向导向装置，Z向导向装置包括可上下运动的Z向导杆、驱动Z向导杆上下运动的第三驱动装置；在Z向导杆下端设有主加工头；z向导杆为圆导杆，Z向导杆仅可上下运动地与Y向滑座安装在一起；还设有防止Z向导杆沿导杆轴线水平方向转动地止转结构；止转结构包括第三止转块、第四止转块、第三弹簧、限位机构，在Z向导杆的顶部设有与Z向导杆的侧面连通、容置第三止转块的容置槽，限位机构将第三止转块和第四止转块限制在容置槽设定范围内移动；在与Z向导杆配合的导向孔内设有与第三止转块配合的止转槽；第三弹簧安装在第三止转块、第四止转块之间，第三止转块凸出Z向导杆的外周与止转槽配合。
2.如权利要求I所述的数控设备，其特征在于限位机构为安装在容置槽顶部的盖板。
3.如权利要求I所述的数控设备，其特征在于在Z向导杆上还设有顶紧螺丝，顶紧螺丝顶紧第四止转块背离第三止转块的一侧。
4.如权利要求I至3任意一项所述的数控设备，其特征在于第一驱动装置包括一个第一驱动电机，驱动X向滑座来回运动、与X向前导轨、X向后导轨平行的一根与第一驱动电机的电机轴连接的X向丝杆，与X向丝杆配合的第一丝母；x向丝杆位于X向前导轨、X向后导轨之间；第一驱动电机安装在主支撑架的外侧面上，第一丝母固定在X向滑座上；第二驱动装置包括一个第二驱动电机，驱动Y向滑座来回运动的Y向丝杆，与Y向丝杆配合的第二丝母；γ向丝杆位于Y向左导轨、Y向右导轨之间；第二驱动电机安装在X向滑座的外侧面上，第二丝母固定在Y向滑座上；第三驱动装置包括一个第三驱动电机，驱动Z向导杆上下运动、与第三驱动电机的电机轴连接的一根Z向丝杆，与Z向丝杆配合的第三丝母；第三丝母与Z向导杆安装在一起且与Z向导杆的轴线位置固定。
5.如权利要求4所述的数控设备，其特征在于滑座包括滑座底板，从滑座底板垂直向上凸设的圆管状的上导套和从滑座底板垂直向下凸设的圆管状的下导套，滑座底板从四个方向凸出上导套、下导套；在上导套、滑座底板、下导套内设有与Z向导杆配合地贯通的导向圆通孔，Z向导杆可上下运动地安装在导向圆通孔内；在上导套的顶部固定有电机支撑板；驱动装置包括一个驱动电机，驱动Z向导杆上下运动、与驱动电机的电机轴连接的一根Z向丝杆，与Z向丝杆配合的丝母；丝母与Z向导杆安装在一起且与Z向导杆的轴线位置固定；驱动电机固定在电机支撑板上，Z向丝杆远离驱动电机的一端穿过电机支撑板、丝母伸入Z向导杆内与Z向导杆避空。
6.如权利要求4所述的数控设备,其特征在于Χ向滑座包括开口朝向竖直方向的方框，在方框的前后侧面上分别凸设有X向导轨滑座固定块，在方框的左右两侧的底面上均设有下凸块；χ向前导轨、X向后导轨包括安装在主支撑架上的设有滚珠的X向直线滑动轨道，固定在X向导轨滑座固定块底面与X向直线滑动轨道配合的X向导轨滑座。
7.如权利要求4所述的数控设备，其特征在于主支撑架还包括安装在靠近主支撑架的左右两侧的X向丝杆安装座，第一驱动电机安装在一个X向丝杆安装座的外侧面上，X向丝杆远离第一驱动电机的一端穿过安装第一驱动电机的X向丝杆安装座、第一丝母安装在远离第一驱动电机的X向丝杆安装座上。
8.如权利要求I至3任意一项所述的数控设备，其特征在于在Z向导杆内设有仅可相对Z向导杆转动地转轴或主轴；第三丝母与Z向导杆固定，在转轴或主轴的外周安装有驱动转轴或主轴旋转的第一转子，在Z向导杆内安装有与第一转子配合的第一定子，转轴或主轴仅可相对Z向导杆转动。
9.如权利要求I至3任意一项所述的数控设备，其特征在于还设有与Z向导杆固定的第一摆座；在第一摆座内安装有第二定子，安装在第二定子内与第二定子配合的第二转子，安装在第二转子内的水平方向的第一摆轴，所述的主加工头的主加工头座固定在第一摆轴上或与第一摆轴一体成型。
10.如权利要求I至3任意一项所述的数控设备，其特征在于Z向导杆仅可上下运动地与Y向滑座安装在一起，在Z向导杆内设有转轴或主轴；在转轴或主轴外周设有导电环，在转轴或主轴内设有与导电环连通的电线容置槽或电线容置孔，在电线容置槽或电线容置孔内容置有电线，电线的一端与导电环电连接，另一端与安装在转轴或主轴上的电机电连接；导电环与安装在Z向导杆上、电连接外部电源的碳刷摩擦电连接。
全文摘要
数控设备，主支撑架为开口朝向竖直方向的闭环结构；在主支撑架和X向滑座间设有相互配合的X向前导轨、X向后导轨；Z向导杆为圆导杆，Z向导杆仅可上下运动地与Y向滑座安装在一起；还设有防止Z向导杆沿导杆轴线水平方向转动地止转结构；止转结构包括第三止转块、第四止转块、第三弹簧、限位机构，在Z向导杆的顶部设有容置槽，限位机构将第三止转块和第四止转块限制在容置槽设定范围内移动；在与Z向导杆配合的导向孔内设有止转槽；第三弹簧安装在第三止转块、第四止转块之间，第三止转块凸出Z向导杆的外周与止转槽配合；优点是主加工头上下运动时稳定性好、不易产生不平衡扭力的数控设备。
文档编号B23Q37/00GK102941512SQ20121043970
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月6日 优先权日2011年11月8日
发明者杨东佐 申请人:杨东佐