[發明專利]多驅動單元組成的進給系統

有效

• 申請號: 200910182140.4
• 申請日: 2009-07-14
• 公開（公告）號: CN101618517A
• 公開（公告）日: 2010-01-06
• 發明（設計）人: 張輝;劉衍;甘青;翟棟;葉佩青;趙彤
• 申請（專利權）人: 南通科技投資集團股份有限公司;清華大學
• 主分類號: B23Q5/22
• 分類號: B23Q5/22;B23Q11/00
• 代理公司: 南通市永通專利事務所
• 代理人: 葛 雷

技術領域：

本發明涉及一種進給系統機械結構設計領域，特別是關于數控機床領域的進給平臺驅動單元(伺服電機+滾珠絲杠或直線電機等驅動力輸出系統)布置和平臺結構形式。

背景技術：

在數控機床領域，承載工件、主軸和轉臺等的進給系統得到廣泛應用，在高速高精度的數控加工中心中對進給系統的加速度、進給速度和精度等指標提出了更高的要求。傳統單伺服電機+滾珠絲杠或直線電機直接驅動進給系統(以滾珠絲杠為例)。因工作臺中間有機床零部件，或考慮平臺結構剛度等因素，不能讓驅動單元直接通過其重心W。在高切削速度尤其在較大進給速度條件下，有使運動部件產生扭轉的趨勢。上述不可避免的扭轉運動和由于運動件產生的慣性作用，都會引起機床的振動，甚至使機床構件例如機床床身或立柱等鑄件等發生彎曲和變形。

目前解決上述問題的方法有三，一是盡可能提高絲杠、導軌等功能部件和機床自身結構剛度，此時進給系統成本高，機床結構變復雜，重量大；二是從伺服控制角度，抑制平臺振動，此方案作用有限，且不具備通用性；三是采用日本森精機公司提出的基于重心驅動(DCG-Drive?atCenter?of?Gravity)原理的采用雙驅動單元的進給系統機械結構設計理念。在日本專利JP9262727中，述及一種基于用于臥式加工中心的機床進給系統結構，該結構采用雙直線電機在平臺雙邊驅動。在日本專利US2005031429-A1、US2005032616-A1和US20060143889-A1中，述及一種立式加工中心，其中Y軸和Z軸進給系統采用上述基于DCG的雙絲杠雙邊驅動結構。上述采用雙絲杠的進給系統結構中驅動單元布置形式和平臺結構(雙絲杠驅動為例)，將工作臺通過導軌聯結到基體，在各導軌外側布置滾珠絲杠驅動單元，且使工作臺重心位置W與雙絲杠推力作用點(絲杠軸線)在同一平面內。上述基于DCG的進給系統結構可有效抑制機床振動。當工作臺重心位置W(加裝工件)在Y軸方向變化時，通過控制雙絲杠驅動力F_dl和F_dr的大小滿足下式可補償驅動力和外力相對工作臺重心的Z軸力矩M_z。

F_dl(c-y_dr)-F_dry_dr-M_z＝0

式中，y_dr和c分別為F_dr與重心W的間距和c為雙驅動單元間距。工作臺和工件的合重心位置W在Z軸方向有升高時，驅動力F_dl、F_dr和外力F相對重心的Y軸力矩M_y同方向，無法得到補償。但上述發明中的基于DCG原理的進給系統結構設計思路可作為解決該類問題的重要方法。

發明內容：

本發明的目的在于提供一種結構合理，可有效抑制因進給系統工作臺重心位置變化導致引起的機床振動的多驅動單元組成的進給系統。

本發明的技術解決方案是：

一種多驅動單元組成的進給系統，其特征是：包括工作臺，工作臺通過導軌與基體相聯，雙驅動單元分別設置在工作臺上部兩側，在工作臺下部設置另外的驅動單元。

工作臺呈階梯形，雙驅動單元分別布置在工作臺上部兩側的階梯上，導軌設置在工作臺中部兩側的階梯上，另外的驅動單元至少有一個，且設置在工作臺底部。

雙驅動單元為雙滾珠絲杠，另外的驅動單元為一個直線電機，且直線電機的動子與工作臺底部固連，直線電機的定子與基體固連。工作臺加裝工件后的重心位置W在Y軸方向變化時，雙滾珠絲杠驅動力F_dl、F_dr和直線電機驅動力F_dm的大小和方向滿足式(1)可補償驅動力和外力相對工作臺重心的Z軸外力相對重心等效力矩M_z，

F_dl(c-y_dr)-F_dry_dr-F_dmy_dm-M_z＝0(1)

式(1)中，y_dr、y_dm和c分別為F_dr、F_dm距重心W的間距和雙驅動單元間距；