专利名称：一种直线电机驱动的数控车床进给机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种机床的进给机构，尤其是涉及一种直线电机驱动的数控车床进给机构。
背景技术：
采用直线电机用作数控车床的进给驱动机构是解决普通数控车床不能加工非圆截面工件的一种有效途径。非圆截面工件车削的一个重要应用是可用于加工中凸变椭圆形活塞，该活塞横截面为近似椭圆的形状，零件截面轮廓是工件主轴角位移的函数。如果能通过数控机床控制系统使表面轮廓为工件旋转角度的函数，则就能加工出非圆截面。但是即使是规则椭圆形轮廓，也要求进给频率2倍于工件主轴转速，普通数控车床由于采用伺服旋转电机加滚珠丝杆的驱动方式，使进给机构无法达到加工非圆截面所需的高速响应性能。由于直线电机消除了普通数控机床进给系统中的滚珠丝杠传动等机械传动环节，直接驱动进给滑台实现机床的进给运动，直线电机驱动的机床进给系统具有进给速度高，进给加速度大，响应速度快的特点。其用作数控车床X轴的进给驱动时，使数控车床加工非圆截面的工件成为可能。随着关键部件——直线电机驱动技术的成熟，国外有些高速加工中心已开始采用直线电机作进给驱动元件，直线电机在数控机床上的应用成为技术发展的必然。但是由于直线电机控制复杂，必须采用全反馈闭环系统，控制较旋转伺服电机困难，加上在防磁，散热、安全等方面的特殊性，其应用仍受到限制。目前对于非圆截面零件的车削，如变椭圆活塞的车削基本上是采用硬靠模的原理加工的，它不适合单件小批零件的加工。因此，应用新的驱动技术取代硬靠模来实现特殊零件的加工是必然发展趋势。但是因为直线电机固有的特性，且在安装、防护、隔磁、散热、超程限位等方面需特别注意。目前直线电机用于数控车床上作进给机构非常少，即使有个别应用也只适用于某一种机床的专门结构，不具有通用性，且在密封、限位、过冲保护、冷却等方面不令人满意。因此，开发能够加工非圆截面的直线电机驱动的进给机构作为数控车床通用的独立部件是非常必要的。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种独立部件化的由直线电机驱动的进给机构，用于满足能适应非圆截面加工的数控车床的X轴快速进给响应要求，其主要是解决普通数控车床不能加工非圆截面零件的技术问题，并有效解决直线电机应用的密封、防磁、散热和安全防护等问题，借助高精度直线滚动导轨、光栅尺反馈元件，以及优化结构设计，减轻运动惯量等措施来提高进给运动的响应速度和进给位置精度。
本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的直线电机驱动的进给机构，包括设置在直线电机动子上的滑台，滑台上设有刀架。为减小运动件惯性，滑台和刀架采用鈦合金或硬铝合金材料。直线电机定子安装在底座上，底座上装有直线导轨，直线导轨座与滑台连接。直线电机的动子和定子置于两导轨内侧和滑台底面形成的空间内，直线电机的动子和定子采用卧式安装，这样可有效降低部件高度，有利于在不提高工件回转中心高度的情况下增大可车削零件的外圆直径。直线电机驱动滑台沿直线导轨往复运动，整个进给机构通过底座上安装孔可以安装在机床纵向(Z轴)拖板上。
本实用新型作为一个具有通用性的独立部件，设计、布局更合理，更好地发挥了直线电机的高加速度驱动性能。
作为优选，这种由直线电机驱动的进给机构所用直线电机为无铁芯T型动子U型定子结构，该形式的动子重量轻、在满足保证驱动力的前提下，减轻惯性对进给滑台快速响应性能的影响。
作为优选，该直线电机驱动的进给机构还包括置于导轨座外侧的光栅尺及随滑台移动的光栅读数头作为直线位置反馈元件。
作为优选，该直线电机驱动的进给机构设有不锈钢薄板防护罩，滑台封闭在防护罩内，仅在刀架与防护罩之间相对移动的小区域内设置可伸缩的在防护装置。
作为优选，这种由直线电机驱动的进给机构在防护罩的一端开有压缩空气的吹风入口，提供在加工工程中对直线电机实施冷却。
作为优选，这种由直线电机驱动的进给机构还包括4个在导轨两端安装于底座上的弹簧空气阻尼防过冲保护装置，有效防止滑台意外冲出导轨。
作为优选，除了光栅反馈元件与控制程序结合设置软限位功能，另外在一侧导轨座开有接近开关安装孔，提供硬件电气限位，最后设置弹簧空气阻尼式过冲缓冲装置来防止滑台冲出导轨的意外情况发生。
因此，本实用新型具有结构合理，可靠实用的特点，并能有效地解决直线电机防护，散热等问题。
图1是本实用新型的主剖视图；图2是本实用新型的左视图；图3是本实用新型去防护罩后的俯视图；图4是本实用新型图2的俯视图。
图中1、底座，2、防护罩，3、光栅读数头，4、光栅尺，5、支架，6a、直线导轨座，6b、直线导轨，7、滑台，8、动子，9、定子，10、刀架，11、刀具，12、钢套，13、螺钉，14、垫片，15、定位销，16、螺钉，17、可伸缩护罩，18、侧罩，19、导线接口，20、导线拖链，21、接近开关，22、磁钢，23、支架，24、支架，25、螺钉，26、调整垫片，27、垫片，28、螺钉，29、螺钉，30、挡块，31、缓冲装置，31a、支座，31b、螺钉，31c、活塞轴，31d、弹簧，31e、端盖，31f、螺钉，31g、触头，32、连接板，33、挡条，34螺钉，35、定位销，36、连接板，37、定位销，38、压缩空气导入接口。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
实施例结合图1，直线电机为卧式内置型，长度根据机床进给机构的行程确定。所用直线电机是采用无铁芯T型动子和U型定子结构，卧式安装于底座1上两直线导轨6b之间。动子8安装在支架24上，支架12与滑台7的地面连接。垫片26和垫片27分别起调整直线电机动子8和定子9之间的水平间隙和垂直间隙之用。
两直线导轨6b分别安装在底座1的两个支座上，两直线导轨在导轨座安装的平行度由导轨座两侧的台阶侧面的加工平行度保证，通过挡块30使其紧靠在一侧。
光栅尺4设置在底座1导轨座的外测，光栅读数头3通过支架5安装在滑台侧面。在另一侧导轨座开有一接近开关21安装孔，当镶在支架23上的磁钢22进入接近开关21的感应区时，产生电信号，为滑台7提供电气硬件线路的极限位置限位保护。
除刀架10外，滑台7及其与底座1之间的所有零件都被设在防护罩2内，防护罩采用不锈钢材料，有效阻断永磁材料的定子9对外部铁屑的吸引。在防护罩顶面开窗口的四周采用翻边结构，防止在加工时冷却液进入。仅在刀架10与防护罩2之间设置可伸缩护罩17，并在刀架10的两侧装有侧罩18以保证刀架10随滑台7移动时，四周都能实现可靠防护，防止铁屑进入进给部件内部。在底座1的左侧装有导线拖链，保证导线在滑台7运动时的安全。整个进给机构的电源线与控制线通过导线接口19连入。
刀架10采用硬铝合金材料，为保证强度和刚性，刀具11安装处的结构为方孔结构，并在刀架10上设有加强筋。在刀具11的压紧螺钉13处设置了带螺纹孔的钢套。刀具11的安装高度可通过选择垫片14的厚度调节。
图2中，在两根直线导轨6b端部，设置了4个缓冲装置31，其由支座31a、活塞轴31c、弹簧31d、端盖31e、触头31g、螺钉31b和31f组成。缓冲装置31可提供弹簧缓冲与空气阻尼缓冲。
图3中，在直线电机定子两端设有挡条33，其作用是给定子9的定位，防止使用一端时间后，定子产生前后移动或转动。当直线电机动子8与定子9之间间隙调整合适后，将挡条33靠紧定子9，拧紧螺钉34并用定位销定位。
刀架安装位置设在滑台靠近左前方，便于刀具靠近机床主轴端面。
导线拖链20两端用分别连接板32和36连接底座与滑台。
图4中，除刀架10外露外，其余结构封闭在防护罩内，大大减小了可伸缩防护罩28的结构尺寸。在刀架两侧对称安装的侧罩。
权利要求1.一种直线电机驱动的数控车床进给机构，包括设置在直线电机动子(8)上的滑台(7)，该滑台(7)上设有刀架(10)，直线电机定子(9)安装在底座(1)上，其特征在于所述的整个直线电机的动子(8)和定子(9)置于滑台(7)与底座(1)两直线导轨副之间形成的空间内，直线电机采用卧式安装，整个进给机构通过底座上定位孔安装在机床的纵向滑台上。
2.根据权利要求1所述的一种直线电机驱动的数控车床进给机构，其特征在于所述直线电机为无铁芯T型动子(8)和U型定子(9)结构的直线电机。
3.根据权利要求1或2所述的一种直线电机驱动的数控车床进给机构，其特征在于所述底座的立柱侧面上设置有光栅位置反馈装置。
4.根据权利要求1或2所述的一种直线电机驱动的数控车床进给机构，其特征在于包括设置于防护罩(2)上压缩空气导入接口(38)。
5.根据权利要求1或2所述的一种直线电机驱动的数控车床进给机构，其特征在于所述由直线电机驱动的进给机构包括4个在导轨两端安装于底座上的弹簧空气阻尼防过冲保护装置。
6.根据权利要求1或2所述的一种直线电机驱动的数控车床进给机构，其特征在于该滑台与底座之间设有不锈钢薄板防护罩(28)，滑台(7)封闭在防护罩内，仅在刀架与防护罩之间相对移动的小区域内设置可伸缩的在防护装置。
专利摘要本实用新型涉及一种机床的进给机构，尤其是涉及一种直线电机驱动的数控车床进给机构，其包括设置在直线电机动子上的滑台，滑台上设有刀架。直线电机定子安装在底座上，直线导轨座与滑台连接。直线电机的动子和定子置于两导轨内侧和滑台底面形成的空间内，直线电机的动子和定子采用卧式安装，其主要是解决普通数控车床不能加工非圆截面零件的技术问题，并有效解决直线电机应用的密封、防磁、散热和安全防护等问题，借助高精度直线滚动导轨、光栅尺反馈元件，以及优化结构设计，减轻运动惯量等措施来提高进给运动的响应速度和进给位置精度。
文档编号B23Q5/34GK2897534SQ20052013961
公开日2007年5月9日 申请日期2005年12月13日 优先权日2005年12月13日
发明者张冰蔚, 卢道华, 马晓明, 黄彬, 王佳 申请人:江苏科技大学