一種新型立式微型數(shù)控機(jī)床的龍門結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種新型立式微型數(shù)控機(jī)床的龍門結(jié)構(gòu)，其外側(cè)采用削去兩側(cè)直角的矩形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部開口采用三心拱結(jié)構(gòu)，所述三心拱結(jié)構(gòu)由三段相內(nèi)切的圓弧構(gòu)成，三段圓弧有各自的圓心，并且三段圓弧之間是相內(nèi)切的，這樣整段圓弧上任意點(diǎn)的切線均與通過該點(diǎn)的圓弧半徑垂直，使得覆在整段圓弧上的載荷作用所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力沿三心拱結(jié)構(gòu)上的任意點(diǎn)的切線方向傳遞至拱腳，而沿三心拱結(jié)構(gòu)上的任意點(diǎn)的徑向壓力為零。本實(shí)用新型所提供的龍門結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)指定的拱高和跨度要求靈活設(shè)計(jì)拱形，進(jìn)行立式微型數(shù)控機(jī)床的配置，且靜動(dòng)態(tài)剛性相對(duì)普通龍門結(jié)構(gòu)有明顯提升。
【專利說明】一種新型立式微型數(shù)控機(jī)床的龍門結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及微細(xì)加工裝備領(lǐng)域，具體是一種基于三心拱的立式多功能微型數(shù)控機(jī)床的龍門結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，微型數(shù)控機(jī)床已開始應(yīng)用于小型零件微細(xì)特征的精密加工。相對(duì)于傳統(tǒng)的超精密加工機(jī)床，微型數(shù)控機(jī)床具有占地面積小，耗能低以及維護(hù)使用方便等優(yōu)點(diǎn)。隨著微型數(shù)控機(jī)床的加工精度趨于亞微米級(jí)，在微型數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)階段必須考慮機(jī)床的整體剛性。機(jī)床整體承載結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與布局已成為影響其加工精度的重要因素。
[0003]為了提高微型數(shù)控機(jī)床的加工精度，國(guó)內(nèi)外大多數(shù)研究集中在控制主軸跳動(dòng)量和提高運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的定位精度等方面，對(duì)于微型數(shù)控設(shè)備整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局的研究很少。在三坐標(biāo)測(cè)量領(lǐng)域，臺(tái)灣大學(xué)最早開始研究微納測(cè)量裝備承載部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提出了一種弧形龍門結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)矩形結(jié)構(gòu)相比提高了結(jié)構(gòu)的整體靜態(tài)剛度。上海交通大學(xué)在矩形龍門結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出了一種拱形龍門結(jié)構(gòu)，并通過有限元仿真，驗(yàn)證了新結(jié)構(gòu)在靜動(dòng)態(tài)剛度上的優(yōu)越性。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]為了提高微型數(shù)控機(jī)床龍門結(jié)構(gòu)的靜動(dòng)態(tài)剛度特性，本實(shí)用新型提出了一種新型立式微型數(shù)控機(jī)床的龍門結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以靈活實(shí)現(xiàn)龍門結(jié)構(gòu)拱高和跨度的設(shè)計(jì)，經(jīng)仿真驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的整體剛性得到明顯提高。
[0005]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種新型立式微型數(shù)控機(jī)床的龍門結(jié)構(gòu)，外側(cè)采用削去兩側(cè)直角的矩形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部開口采用三心拱結(jié)構(gòu)，所述三心拱結(jié)構(gòu)由三段相內(nèi)切的圓弧構(gòu)成，三段圓弧有各自的圓心，并且三段圓弧之間是相內(nèi)切的，這樣整段圓弧上任意點(diǎn)的切線均與通過該點(diǎn)的圓弧半徑垂直，使得覆在整段圓弧上的載荷作用所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力沿三心拱結(jié)構(gòu)上的任意點(diǎn)的切線方向傳遞至拱腳，而沿三心拱結(jié)構(gòu)上的任意點(diǎn)的徑向壓力為零。
[0007]所述三心拱結(jié)構(gòu)的拱高和跨度參數(shù)任意設(shè)置。
[0008]本實(shí)用新型的有益效果是，可以提高立式微型數(shù)控機(jī)床的整體剛性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以靈活地選擇拱高和跨度參數(shù)進(jìn)行立式微型機(jī)床的設(shè)計(jì)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明:
[0010]圖1是立式微型數(shù)控機(jī)床的裝配圖；
[0011]圖2是三心拱龍門結(jié)構(gòu)的模型圖；
[0012]圖3是三心拱的設(shè)計(jì)圖；
[0013]圖中1.立式龍門結(jié)構(gòu)，2.Z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，3.大理石底座，4.高速電主軸，5.主軸夾 持部分，6.刀具，7.待加工工件，8.微型測(cè)力儀，9.XY運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本實(shí)用新型技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的設(shè)計(jì)過程。
[0015]龍門結(jié)構(gòu)是立式微型數(shù)控機(jī)床的主要承載部分，其剛性的好壞對(duì)于立式微型機(jī)床的加工精度有著重要影響；圖1為典型立式微型數(shù)控機(jī)床的配置，主要包括立式龍門結(jié)構(gòu)
1、底座3、XY運(yùn)動(dòng)平臺(tái)9、Z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2、高速電主軸4、主軸夾持部分5、刀具6以及微型測(cè)力儀8 ;待加工工件7安裝在機(jī)床上。
[0016]本實(shí)用新型所提供的龍門結(jié)構(gòu)模型如圖2所示，對(duì)傳統(tǒng)立式微型機(jī)床龍門結(jié)構(gòu)的矩形開口和弧形開口進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，提出了一種三心拱龍門結(jié)構(gòu)。該龍門結(jié)構(gòu)外側(cè)采用削去兩側(cè)直角的楔角矩形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部開口采用三心拱結(jié)構(gòu)。三心拱由三段相內(nèi)切的圓弧構(gòu)成。三段圓弧則有三個(gè)圓心，并且三段圓弧之間是相內(nèi)切的，這樣整段圓弧上任意點(diǎn)的切線均垂直通過該點(diǎn)的圓弧半徑，包括大小三段圓弧相切之切點(diǎn)的切線也垂直于大小圓弧半徑的重合點(diǎn)，于是就保證了覆在其上的載荷作用所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力沿拱上的任意點(diǎn)的切線方向傳遞至拱腳，而拱上任意點(diǎn)的徑向壓力為零。半圓拱可以看作是三心拱的一種特殊形式，但相對(duì)于一般的半圓拱或者弧形拱龍門結(jié)構(gòu)，三心拱型龍門在提高結(jié)構(gòu)的剛度的同時(shí)，可以靈活地選擇拱高和跨度參數(shù)，便于立式微銑床的安裝與配置。
[0017]三心拱結(jié)構(gòu)具體設(shè)計(jì)方法如下，結(jié)合圖3進(jìn)行說明:
[0018](I)作直線AB=IJt AB的中垂線CF=h ；1和h相當(dāng)于拱形結(jié)構(gòu)的跨度和拱高；
[0019](2)分別過C點(diǎn)和A點(diǎn)作CF和AB的垂線，并交于D點(diǎn)，連接CA ；
[0020](3)分別過C點(diǎn)和A點(diǎn)作角DCA和角DAC的角平分線，并交于E點(diǎn)；
[0021](4)過E點(diǎn)作AC的垂線，與AB交于02，與CF的延長(zhǎng)線交于O1 ；
[0022](5)以O(shè)1為圓心，CO1為半徑作弧，過C、E兩點(diǎn)；以O(shè)2圓心，EO2半徑作弧，過E、A兩點(diǎn)；
[0023](6)然后將弧AEC以CF為對(duì)稱軸鏡像，得到完整的三心拱，如圖所示。O1' O2和O3即為一個(gè)大圓和兩個(gè)小圓的圓心。
[0024]對(duì)設(shè)計(jì)出的三心拱龍門結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限仿真，結(jié)果表明其靜動(dòng)態(tài)剛性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的矩形和弧形龍門結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.一種新型立式微型數(shù)控機(jī)床的龍門結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述龍門結(jié)構(gòu)外側(cè)采用削去兩側(cè)直角的矩形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部開口采用三心拱結(jié)構(gòu)，所述三心拱結(jié)構(gòu)由三段相內(nèi)切的圓弧構(gòu)成，三段圓弧有各自的圓心，并且三段圓弧之間是相內(nèi)切的，這樣整段圓弧上任意點(diǎn)的切線均與通過該點(diǎn)的圓弧半徑垂直，使得覆在整段圓弧上的載荷作用所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力沿三心拱結(jié)構(gòu)上的任意點(diǎn)的切線方向傳遞至拱腳，而沿三心拱結(jié)構(gòu)上的任意點(diǎn)的徑向壓力為零。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型立式微型數(shù)控機(jī)床的龍門結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述三心拱結(jié)構(gòu)的拱高和跨度參數(shù)任意設(shè)置。
【文檔編號(hào)】B23Q1/01GK203566246SQ201320630555
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】畢慶貞, 朱利民, 黃凱 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)