一种零悬伸重心驱动的主轴结构的制作方法

本实用新型涉及一种数控机床领域，尤其涉及的是一种零悬伸重心驱动的主轴结构。

背景技术：

数控车床在制造业中应用十分广泛，传统的数控车床采用卧式结构，方便工人介入操作，但仍存在一些不足，如不容易实现自动上下料(一般需额外配备工业机械臂)、钻深孔或车内圆时排屑不便等，倒立式数控车床通过将主轴倒立，侧面进刀很好的解决了这些问题。目前市场上大多数倒立式数控车床采用水平和竖直方向联动的主轴，不仅用于车削所必须的夹持和旋转，还能作为一个单自由度的机械手，自动夹取和释放工件，实现自动上下料。为了提高车床刚度，实用新型专利CN104874815B提出了一种两轴分置的倒立式数控车床，将主轴的水平和竖直联动改为主轴水平移动，刀架竖直移动。提高车床刚度不只可以通过改变运动轴之间的组合方式，还可以通过减少悬伸量和使用重心驱动来实现。“重心驱动”最初由日本森精机提出，一般通过使用对称的两个直线电机实现，但是直线电机的成本颇高，且目前产品不是很成熟，可靠性不足。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于提供了一种解决上述背景技术中成本高，可靠性不足的数控机床的主轴结构。

本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的：本实用新型包括床身、水平导轨、主轴单元、丝母组、丝杆组、电机、同步轮组；

所述床身为顶部为空的结构，所述水平导轨固定在床身顶部，主轴单元能够水平往复运动的跨接在水平导轨上，且主轴单元的重心移动产生的轨迹与水平导轨的对称面重合，丝母组固定在主轴单元上，丝杆组一端连接在丝母组上，一端穿过床身的侧面与同步轮组连接；所述同步轮组包括同步带、至少两个同步轮，同步带连接所有同步轮，其中一个同步轮与电机连接，一个及以上同步轮与丝杆组连接；所述电机安装在床身侧面，且电机的输出轴的轴线与水平导轨平行；

所述丝杆组产生驱动力的方向与主轴单元的重心移动产生的轨迹方向重合。

优选的，所述床身为中间具有长方体空腔的箱体结构，其顶面与四个侧面均与外界相通。

优选的，水平导轨为两根相互平行的滑轨组成，固定在床身的顶部两边。

优选的，所述主轴单元包括主轴箱、主轴、主轴电机、主轴卡盘；主轴箱滑动连接在水平导轨上，所述主轴电机、主轴固定于主轴箱内，所述主轴电机驱动连接主轴，主轴底端连接主轴卡盘。

优选的，所述主轴箱为关于其箱体中央正剖面对称的几何箱体，且其安装丝母组的侧面为垂直面，并开设有用于安装丝母组的若干丝母安装孔。

优选的，所述丝母安装孔为两个，且两个丝母安装孔关于相对于主轴箱正剖面对称。

优选的，所述丝母组为两个丝母，丝杠组为两个丝杆。

优选的，所述同步轮组包括三个同步轮，且三个同步轮由一条同步带连接，形成倒置的等腰三角形。

优选的，所述同步轮组还包括导向轮和张紧轮，分别安装在同步带形成的等腰三角形的等腰边外侧。

优选的，所述床身的侧面开设有用于安装丝杆组的丝杆安装孔及用于安装电机的电机安装孔。

本实用新型相比现有技术具有以下优点：

(1)主轴单元跨架在两根导轨上，重心位于两根导轨的对称面上，从而实现零悬伸量，从而减少主轴单元的振动，提高加工精度；所述丝杆组产生驱动力的方向与主轴单元的重心移动产生的轨迹方向重合，实现重心驱动与零悬伸结合，进一步提高了加工精度和车床的稳定性；且本实用新型仅采用单个电机、单根同步带驱动两根丝杆转动，通过精确调节两根丝杆的初始位置、丝母的初始位置和同步带张力，实现两根丝杆的同步转动，从而从主轴两侧均匀施力，达到重心驱动的效果，用低成本的方案削弱工件加工时主轴单元受到的扭矩，减小工件与刀具之间的相对振动，提高加工精度和稳定性，延长刀具的使用寿命；

(2)丝母组为两个规格相同、初始角度一致的丝母，两个丝母中穿过两根规格相同、初始角度一致的两根丝杆，丝杆两端穿过并安装在与导轨垂直的床身侧壁上的丝杆安装孔，两根丝杆的同一端各装有一个规格相同、初始角度一致的同步轮，作用于两个丝母的推力大小相等，二力的合力穿过主轴单元的重心，降低驱动力的偏差；

(3)对称结构的床身具有更高的强度和刚度。

附图说明

图1是本实用新型实施例一种零悬伸重心驱动的主轴结构的结构示意图；

图2是本实用新型实施例一种零悬伸重心驱动的主轴结构的俯视图；

图3是本实用新型实施例一种零悬伸重心驱动的主轴结构的右视图；

图4是图3中A的放大图。

图中标号:床身1、水平导轨2、主轴单元3、丝母组4、丝杆组5、电机6、同步轮组7、同步带71、同步轮72、导向轮73、张紧轮74。

具体实施方式

下面对本实用新型的实施例作详细说明，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操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图1-2所示，本实施例一种零悬伸重心驱动的主轴结构包括床身1、水平导轨2、主轴单元3、丝母组4、丝杆组5、电机6、同步轮组7；

所述床身1为顶部为空的结构，所述水平导轨2固定在床身1顶部，主轴单元3能够水平往复运动的跨接在水平导轨2上，且主轴单元3的重心移动产生的轨迹与水平导轨2的对称面重合，丝母组4固定在主轴单元上，丝杆组5一端连接在丝母组4上，一端穿过床身1的侧面与同步轮组7连接；所述同步轮组7包括同步带71、至少两个同步轮72，同步带71连接所有同步轮72，其中一个同步轮72与电机6连接，一个及以上同步轮72与丝杆组5连接；所述电机6安装在床身1侧面，且电机6的输出轴的轴线与水平导轨2平行；

所述丝杆组5产生驱动力的方向与主轴单元3的重心移动产生的轨迹方向重合。

具体的，所述床身1为中间具有长方体空腔的箱体结构，其顶面、四个侧面均与外界相通，且前后侧面开设有用于观察和安装的窗口。

具体的，水平导轨2为两根相互平行的滑轨组成，固定在床身1的顶部两边。

所述主轴单元3包括主轴箱31、主轴32、主轴电机33、主轴卡盘34；主轴箱31滑动连接在水平导轨2上，所述主轴电机33、主轴32固定于主轴箱31内，所述主轴电机33驱动连接主轴32，主轴32底端连接主轴卡盘34。所述主轴箱31为关于其箱体中央正剖面对称的几何箱体，且其安装丝母组4的侧面为垂直面，并开设有用于安装丝母组4的若干丝母安装孔。所述丝母安装孔为两个，且两个丝母安装孔关于相对于主轴箱正剖面对称。

所述丝母组4为两个丝母，且两个丝母规格相同、初始角度一致，丝杠组5为两个丝杆，同样的两个丝杠规格相同、初始角度一致，乃至与两个丝杆连接的两个同步轮规格相同、初始角度一致，这样使得两根丝杆转速相同，理论上作用于两个丝母的推力大小相等，二力的合力穿过主轴单元的重心，从而实现重心驱动。

如图3-4所示，所述同步轮组7包括三个同步轮72，且三个同步轮72由一条同步带71连接，形成倒置的等腰三角形。所述同步轮组7还包括导向轮73和张紧轮74，分别安装在同步带71形成的等腰三角形的等腰边的外侧，导向轮73和张紧轮74的作用下，等腰边处的同步带71内凹，使得每个同步轮72的包角相等。

所述床身1的侧面开设有用于安装丝杆组5的丝杆安装孔及用于安装电机6的电机安装孔，所述电机6为伺服电机，安装在电机安装孔内，且其输出轴朝外，电机轴与两根丝杆构成空间等腰三角形分布，电机轴上安装一个同步轮71，该同步轮71与两个丝杆端部安装的同步轮71的规格相同且外端面共面。

本实用新型的工作过程为：

主轴单元3跨架在横向的水平导轨2上，可沿导轨往复直线运动，其重心位于两根滑轨的对称平面上，从而实现了零悬伸。加工工件时，伺服电机转动，通过同步轮组7带动丝杆组5等速转动，通过丝母组4将转动转化为直线运动，驱动主轴箱31沿导轨水平往复运动，实现工件的进给。由于丝杆组5等速转动，作用于丝母组4上的力大小相等，合力穿过主轴单元的重心，从而实现重心驱动。

主轴单元3的零悬伸结合重驱动心，消除了由于进给力和驱动力不共面造成的力矩，减少了工件和刀具之间的相对振动，提高了加工精度和稳定性；采用单个电机驱动，成本低。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。