一种新型立式微型数控机床的龙门结构的制作方法
【专利摘要】一种新型立式微型数控机床的龙门结构，其外侧采用削去两侧直角的矩形结构，内部开口采用三心拱结构，所述三心拱结构由三段相内切的圆弧构成，三段圆弧有各自的圆心，并且三段圆弧之间是相内切的，这样整段圆弧上任意点的切线均与通过该点的圆弧半径垂直，使得覆在整段圆弧上的载荷作用所产生的内应力沿三心拱结构上的任意点的切线方向传递至拱脚，而沿三心拱结构上的任意点的径向压力为零。本实用新型所提供的龙门结构，可以根据指定的拱高和跨度要求灵活设计拱形，进行立式微型数控机床的配置，且静动态刚性相对普通龙门结构有明显提升。
【专利说明】一种新型立式微型数控机床的龙门结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及微细加工装备领域，具体是一种基于三心拱的立式多功能微型数控机床的龙门结构。
【背景技术】
[0002]目前，微型数控机床已开始应用于小型零件微细特征的精密加工。相对于传统的超精密加工机床，微型数控机床具有占地面积小，耗能低以及维护使用方便等优点。随着微型数控机床的加工精度趋于亚微米级，在微型数控机床的设计阶段必须考虑机床的整体刚性。机床整体承载结构设计与布局已成为影响其加工精度的重要因素。
[0003]为了提高微型数控机床的加工精度，国内外大多数研究集中在控制主轴跳动量和提高运动平台的定位精度等方面，对于微型数控设备整体结构设计和布局的研究很少。在三坐标测量领域，台湾大学最早开始研究微纳测量装备承载部分的结构设计，提出了一种弧形龙门结构，与传统矩形结构相比提高了结构的整体静态刚度。上海交通大学在矩形龙门结构的基础上进行优化设计，提出了一种拱形龙门结构，并通过有限元仿真，验证了新结构在静动态刚度上的优越性。
实用新型内容
[0004]为了提高微型数控机床龙门结构的静动态刚度特性，本实用新型提出了一种新型立式微型数控机床的龙门结构，该结构可以灵活实现龙门结构拱高和跨度的设计，经仿真验证结构的整体刚性得到明显提高。
[0005]为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下:
[0006]一种新型立式微型数控机床的龙门结构，外侧采用削去两侧直角的矩形结构，内部开口采用三心拱结构，所述三心拱结构由三段相内切的圆弧构成，三段圆弧有各自的圆心，并且三段圆弧之间是相内切的，这样整段圆弧上任意点的切线均与通过该点的圆弧半径垂直，使得覆在整段圆弧上的载荷作用所产生的内应力沿三心拱结构上的任意点的切线方向传递至拱脚，而沿三心拱结构上的任意点的径向压力为零。
[0007]所述三心拱结构的拱高和跨度参数任意设置。
[0008]本实用新型的有益效果是，可以提高立式微型数控机床的整体刚性，结构简单，可以灵活地选择拱高和跨度参数进行立式微型机床的设计。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明:
[0010]图1是立式微型数控机床的装配图；
[0011]图2是三心拱龙门结构的模型图；
[0012]图3是三心拱的设计图；
[0013]图中1.立式龙门结构，2.Z向运动平台，3.大理石底座，4.高速电主轴，5.主轴夹 持部分，6.刀具，7.待加工工件，8.微型测力仪，9.XY运动平台。
【具体实施方式】
[0014]下面对本实用新型的实施作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的设计过程。
[0015]龙门结构是立式微型数控机床的主要承载部分，其刚性的好坏对于立式微型机床的加工精度有着重要影响；图1为典型立式微型数控机床的配置，主要包括立式龙门结构
1、底座3、XY运动平台9、Z向运动平台2、高速电主轴4、主轴夹持部分5、刀具6以及微型测力仪8 ;待加工工件7安装在机床上。
[0016]本实用新型所提供的龙门结构模型如图2所示，对传统立式微型机床龙门结构的矩形开口和弧形开口进行改进设计，提出了一种三心拱龙门结构。该龙门结构外侧采用削去两侧直角的楔角矩形结构，内部开口采用三心拱结构。三心拱由三段相内切的圆弧构成。三段圆弧则有三个圆心，并且三段圆弧之间是相内切的，这样整段圆弧上任意点的切线均垂直通过该点的圆弧半径，包括大小三段圆弧相切之切点的切线也垂直于大小圆弧半径的重合点，于是就保证了覆在其上的载荷作用所产生的内应力沿拱上的任意点的切线方向传递至拱脚，而拱上任意点的径向压力为零。半圆拱可以看作是三心拱的一种特殊形式，但相对于一般的半圆拱或者弧形拱龙门结构，三心拱型龙门在提高结构的刚度的同时，可以灵活地选择拱高和跨度参数，便于立式微铣床的安装与配置。
[0017]三心拱结构具体设计方法如下，结合图3进行说明:
[0018](I)作直线AB=IJt AB的中垂线CF=h ；1和h相当于拱形结构的跨度和拱高；
[0019](2)分别过C点和A点作CF和AB的垂线，并交于D点，连接CA ；
[0020](3)分别过C点和A点作角DCA和角DAC的角平分线，并交于E点；
[0021](4)过E点作AC的垂线，与AB交于02，与CF的延长线交于O1 ；
[0022](5)以O1为圆心，CO1为半径作弧，过C、E两点；以O2圆心，EO2半径作弧，过E、A两点；
[0023](6)然后将弧AEC以CF为对称轴镜像，得到完整的三心拱，如图所示。O1' O2和O3即为一个大圆和两个小圆的圆心。
[0024]对设计出的三心拱龙门结构进行有限仿真，结果表明其静动态刚性明显优于传统的矩形和弧形龙门结构。
【权利要求】
1.一种新型立式微型数控机床的龙门结构，其特征在于，所述龙门结构外侧采用削去两侧直角的矩形结构，内部开口采用三心拱结构，所述三心拱结构由三段相内切的圆弧构成，三段圆弧有各自的圆心，并且三段圆弧之间是相内切的，这样整段圆弧上任意点的切线均与通过该点的圆弧半径垂直，使得覆在整段圆弧上的载荷作用所产生的内应力沿三心拱结构上的任意点的切线方向传递至拱脚，而沿三心拱结构上的任意点的径向压力为零。
2.根据权利要求1所述的新型立式微型数控机床的龙门结构，其特征在于，所述三心拱结构的拱高和跨度参数任意设置。
【文档编号】B23Q1/01GK203566246SQ201320630555
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年10月12日 优先权日:2013年10月12日
【发明者】毕庆贞, 朱利民, 黄凯 申请人:上海交通大学