本實(shí)用新型屬于數(shù)控機(jī)床制造領(lǐng)域，尤其是應(yīng)用在高精端的大型數(shù)控臥式機(jī)床的水平進(jìn)給運(yùn)動(dòng)中的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

隨著科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)代大型飛機(jī)工業(yè)、大型輪船工業(yè)對(duì)加工設(shè)備的要求也越發(fā)提高。傳統(tǒng)臥式加工機(jī)床采用小滑座，單電機(jī)或雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，受限于滑座寬度及電機(jī)驅(qū)動(dòng)力，無(wú)法滿足大型飛機(jī)裝配中、大型船舶組合加工中機(jī)床高速高響應(yīng)進(jìn)給、主軸在水平兩個(gè)軸向大行程移動(dòng)的需求，由此，此類(lèi)工作只能依靠工人手工及多臺(tái)小型機(jī)床不斷換位加工，消耗大量人力物力，且質(zhì)量精度難以保證。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種大型數(shù)控臥式機(jī)床雙邊大跨距滑座的四電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使立柱能夠水平雙向移動(dòng)，成倍增加主軸方向加工范圍。

大型數(shù)控臥式機(jī)床雙邊大跨距滑座的四電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括床身、滑座，電機(jī)、減速機(jī)、齒輪-齒條組，電氣與機(jī)床控制系統(tǒng)相連，其特征在于床身主體成倍加寬，床身上沿床身長(zhǎng)向平行對(duì)稱(chēng)布置四根床身線軌、兩列齒條及兩條光柵尺，滑座長(zhǎng)度隨床身加寬而增加，滑座底部落在床身導(dǎo)軌上，滑座內(nèi)部對(duì)稱(chēng)布置四組驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，各組電機(jī)、減速機(jī)、齒輪兩兩對(duì)稱(chēng)布置在床身線軌之間的兩列齒條上，用“二主二從”的電氣控制形式協(xié)同控制，共同驅(qū)動(dòng)滑座水平移動(dòng)；滑座上平面安裝垂直于床身線軌的三根滑座導(dǎo)軌及進(jìn)給機(jī)構(gòu)，立柱安裝于滑座導(dǎo)軌上方，可沿垂直于滑座移動(dòng)方向水平移動(dòng)；機(jī)床主軸箱側(cè)掛在立柱上，滑枕從主軸箱伸出，帶動(dòng)機(jī)床主軸沿平行于滑座導(dǎo)軌方向水平移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床主軸增大加工范圍的目的。

本實(shí)用新型的優(yōu)勢(shì)在于：滑座在加寬的床身上沿床身線軌方向水平移動(dòng)，立柱在滑座上沿垂直于床身線軌的另一水平軸移動(dòng)，此結(jié)構(gòu)使立柱能夠沿兩個(gè)水平軸移動(dòng)，擴(kuò)大了整機(jī)的活動(dòng)范圍，配合機(jī)床主軸箱滑枕的伸縮，能夠避開(kāi)被加工工件在水平方向的突出點(diǎn)，且便于加工到工件的凹入點(diǎn)及角落，特別適用于飛機(jī)裝配加工等有外形突出的工業(yè)生產(chǎn)需求。滑座采用四電機(jī)齒輪齒條驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，雙向?qū)ΨQ(chēng)分布，有效消除側(cè)向分力，并提供更強(qiáng)動(dòng)力，可實(shí)現(xiàn)機(jī)床水平移動(dòng)中系統(tǒng)同步控制及重心驅(qū)動(dòng)，在立柱移動(dòng)，拖動(dòng)重心變化時(shí)也能夠保證機(jī)床穩(wěn)定運(yùn)行。

滑座的驅(qū)動(dòng)采用了四驅(qū)動(dòng)消隙結(jié)構(gòu)，即四電機(jī)、四減速機(jī)、四齒輪-齒條傳動(dòng)，以“二主二從”的控制方式進(jìn)行電氣控制。為滿足立柱水平雙向移動(dòng)需求，滑座在加寬方向上尺寸較大。這種情況下，如果選擇傳統(tǒng)的雙電機(jī)單齒條驅(qū)動(dòng)，滑座所受的X軸驅(qū)動(dòng)力不對(duì)稱(chēng)，在床身直線導(dǎo)軌處產(chǎn)生附加力矩，俗稱(chēng)“別勁”，影響機(jī)床精度及導(dǎo)軌使用壽命。而采用四齒輪齒條驅(qū)動(dòng)方案則消除了這一附加力矩，即“質(zhì)心驅(qū)動(dòng)”，避免了“別勁”現(xiàn)象。并且四齒輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)在提高機(jī)床動(dòng)態(tài)特性的同時(shí)可有效消除間隙，工作可靠，使用壽命長(zhǎng)，終身免維護(hù)。四齒輪齒條驅(qū)動(dòng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)機(jī)床水平移動(dòng)中系統(tǒng)同步控制及重心驅(qū)動(dòng)，即使在立柱移動(dòng)重心變化時(shí)也能夠保證機(jī)床運(yùn)行穩(wěn)定，有效控制了振動(dòng)，系統(tǒng)剛性及精度顯著提高。該技術(shù)主要應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域，尤其是應(yīng)用在高精端的大型數(shù)控臥式機(jī)床的水平進(jìn)給運(yùn)動(dòng)中的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。在航空工業(yè)、船舶工業(yè)都有廣泛需求。該技術(shù)發(fā)明在國(guó)內(nèi)外尚未有應(yīng)用的案例。經(jīng)檢索，在國(guó)內(nèi)外相關(guān)論文、期刊、雜志上均沒(méi)有大跨距滑座的四齒輪齒條驅(qū)動(dòng)的發(fā)表，更未有在數(shù)控臥式機(jī)床中的實(shí)際應(yīng)用。

雙邊大跨距滑座的四齒輪齒條驅(qū)動(dòng)技術(shù)的成功研發(fā)與應(yīng)用，是對(duì)大型數(shù)控臥式機(jī)床的水平驅(qū)動(dòng)方式的又一突破，不僅提高直線導(dǎo)軌、電機(jī)、減速機(jī)的使用壽命，降低因傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的故障率，同時(shí)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能及定位精度也得到提高。應(yīng)用此技術(shù)的臥式機(jī)床已成功應(yīng)用于飛機(jī)裝配行業(yè)，此類(lèi)機(jī)床相對(duì)于老產(chǎn)品加工范圍更廣，剛性及抗震性能更強(qiáng)，運(yùn)行更加穩(wěn)定。

附圖說(shuō)明

圖1是四電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)用于臥式機(jī)床的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2a是滑座內(nèi)四電機(jī)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)布置示意圖；

圖2b是滑座上三條滑座導(dǎo)軌布置示意圖；

圖3是四驅(qū)動(dòng)消隙機(jī)構(gòu)的等軸測(cè)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4a～4d是四驅(qū)動(dòng)消隙控制原理圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例

大型數(shù)控臥式機(jī)床雙邊大跨距滑座的四電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于兩個(gè)床身8平行、水平排布并由地腳7穩(wěn)定固定在地面上，兩個(gè)床身8由鏈接架11固定為一體，在床身8的頂面布置兩組共四根滾柱線性導(dǎo)軌，稱(chēng)為床身線軌6，對(duì)稱(chēng)排布，床身線軌6采用圖2中的螺釘13與床身8進(jìn)行豎直方向固定，由擠塊14 水平靠死，每根導(dǎo)軌上都布置四塊床身線軌滑塊5，床身線軌滑塊5可在導(dǎo)軌上自由的緊密的滑動(dòng)。床身線軌滑塊5與滑座1使用螺釘13進(jìn)行連接。床身線軌 6及床身線軌滑塊5采用對(duì)稱(chēng)排布，滑座1也采用對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖1，作為滑座的鑄件長(zhǎng)度床身加寬而延長(zhǎng)，重心與床身線軌6及床身線軌滑塊5的承重中心重合，保證床身線軌滑塊5可在導(dǎo)軌上自由的緊密的滑動(dòng)。

如圖2所示床身8與滑座1水平布置。在滑座內(nèi)部對(duì)稱(chēng)布置四組驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，各組有電機(jī)2、減速機(jī)3及齒輪10構(gòu)成，依靠法蘭過(guò)渡套4固定在滑座上；床身上對(duì)稱(chēng)布置兩條齒條9及兩條光柵尺12。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可沿齒條9方向水平運(yùn)動(dòng)，機(jī)床系統(tǒng)根據(jù)光柵尺12數(shù)據(jù)反饋調(diào)整電機(jī)2參數(shù)，如此，機(jī)床控制系統(tǒng)根據(jù)光柵尺12數(shù)據(jù)反饋調(diào)整電機(jī)2參數(shù)，分別控制四臺(tái)電機(jī)輸出不同大小的扭矩，實(shí)時(shí)補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)滑座1的水平運(yùn)動(dòng)?；?頂部平均分布三條滾柱線性導(dǎo)軌為滑座導(dǎo)軌15及滑塊16，立柱17落于上方做水平移動(dòng)。主軸箱18側(cè)掛于立柱17上，滑枕19可從主軸箱18伸出縮回。

圖3是一個(gè)圖面，說(shuō)明的是把所有其他四驅(qū)結(jié)構(gòu)外的機(jī)構(gòu)刪除掉后的四驅(qū)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，這是立體結(jié)構(gòu)的仰視角度等軸測(cè)視圖，齒條在同一平面上。四組電機(jī)齒輪齒條驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的每一組驅(qū)動(dòng)單元在結(jié)構(gòu)上均相同，2組齒條9對(duì)稱(chēng)排列，四組驅(qū)動(dòng)單元雙向?qū)ΨQ(chēng)分布，在水平兩個(gè)方向都能夠有效消除側(cè)向分力。

如圖4所示，圖示為齒輪齒條的簡(jiǎn)化模型，齒輪扭矩方向如圖中圓弧箭頭方向，齒輪輸出力方向如圖中直線箭頭F方向。在滑座停止時(shí)如圖4a，數(shù)控系統(tǒng)同步控制，驅(qū)動(dòng)中的相鄰驅(qū)動(dòng)單元均產(chǎn)生反向扭矩，主動(dòng)軸1和從動(dòng)軸1在齒條方向輸出相反方向的作用力，消除單齒條上的齒輪間隙；主動(dòng)軸1和主動(dòng)軸2 在垂直于齒條方向輸出相反方向的作用力，消除垂直于齒條方向上的齒輪間隙；四組齒輪同時(shí)輸出，消除水平兩方向上的齒輪間隙，保證機(jī)床在靜止時(shí)定位準(zhǔn)確。

在滑座加速、減速時(shí)如圖4b、4c，本齒條上的驅(qū)動(dòng)單元與臨齒條上的驅(qū)動(dòng)單元產(chǎn)生反向扭矩，軸垂直于齒條方向輸出相反方向的作用力，消除垂直于齒條方向上的齒輪間隙。

在滑座勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)如圖4d，兩主動(dòng)軸做主要輸出，帶動(dòng)滑座移動(dòng)，兩從動(dòng)軸做輔助輸出，控制滑座運(yùn)動(dòng)定位準(zhǔn)確。此時(shí)本齒條上的驅(qū)動(dòng)單元與臨齒條上的驅(qū)動(dòng)單元產(chǎn)生反向扭矩，軸垂直于齒條方向輸出相反方向的作用力，消除垂直于齒條方向上的齒輪間隙。

當(dāng)立柱17在滑座1上移動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)重心發(fā)生偏移，機(jī)床系統(tǒng)控制四個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)2輸出不同大小的扭矩，接近系統(tǒng)重心的兩組驅(qū)動(dòng)單元的做主要?jiǎng)恿敵?，帶?dòng)主機(jī)完成進(jìn)給動(dòng)作，遠(yuǎn)離系統(tǒng)重心的兩組驅(qū)動(dòng)單元的做輔助輸出，并對(duì)根據(jù)主軸位置進(jìn)行補(bǔ)償，調(diào)整機(jī)床姿態(tài)，彌補(bǔ)重心偏離對(duì)主軸定位精度的影響。

本實(shí)施例對(duì)數(shù)控臥式機(jī)床的水平方向傳動(dòng)系統(tǒng)采用了四齒輪齒條驅(qū)動(dòng)方式，真正實(shí)現(xiàn)了同步控制、重心驅(qū)動(dòng)，減少了大滑座拖動(dòng)重心移動(dòng)對(duì)水平軸精度的影響，提高了水平方向傳動(dòng)系統(tǒng)的剛性、跟隨性，從而提高了整機(jī)的穩(wěn)定性、精度及精度保持性。