本發明涉及一種高速Z軸加工裝置及包含其的機床。

背景技術：

目前現有技術的機床中，Z軸運動機構在使用的過程中，由于驅動力和自身重力的作用下會產生慣性力矩，在高速運動中會產生慣性導致抖動，導致定位精度差，響應性較差，影響加工質量。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是為了克服現有技術中的定位精度差，響應性較差等缺陷，提供一種高速Z軸加工裝置及包含其的機床。

本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題：

一種高速Z軸加工裝置，其特點在于，其包括有一固定部分、一Z軸部分、一平衡氣缸，所述固定部分自上而下設有一穿孔，所述Z軸部分穿過所述穿孔，且所述Z軸部分滑設于所述固定部分，所述Z軸部分的兩側均與所述固定部分之間設有一Z軸直線電機，所述平衡氣缸的活動端連接于所述Z軸部分的頂部。

在本方案中，Z軸部分的兩側分別設有Z軸直線電機進行雙驅動，驅動力更大，能產生雙倍的加速度和更大的移動速度。

另外，驅動力、重力和平衡氣缸的平衡力完全重合，實現重心驅動效果，機構運動不會產生抖動，使得高速Z軸加工裝置在高速運動時不會產生慣性力矩，實現定位精度高、響應性好和高精度加工。

較佳地，所述固定部分包括有一底板、一左側板、一前側板、一右側板，所述底板的兩端分別連接于所述左側板和所述右側板，所述前側板的兩端分別連接于所述左側板和所述右側板，且所述底板、所述左側板、所述前側板、所述右側板之間形成所述穿孔。

在本方案中，采用上述結構形式，固定部分左右對稱設置，可以極大的平衡熱變形，減少熱變形產生的加工誤差。

較佳地，所述Z軸部分包括有一主軸箱、一主軸，所述主軸連接于所述主軸箱的底部；

所述主軸箱的形狀為四方體，所述穿孔的形狀為矩形腔體，所述主軸箱穿過所述穿孔，所述平衡氣缸的活動端連接于所述主軸箱的頂面中部。

在本方案中，采用上述結構形式，使得高速Z軸加工裝置的結構完全對稱設置，保證在高速運動下不會產生慣性導致的抖動，且平衡熱變形，減少熱變形產生的加工誤差，實現高精度加工。

另外，主軸不僅銑削加工，還可以安裝車刀，使得高速Z軸加工裝置可以應用于雕銑機、高光機、石墨加工機、磨具加工機等其他龍門結構或者牛頭結構中。

較佳地，所述主軸箱的兩側均設有導軌，所述左側板和所述右側板均設有滑塊，所述滑塊滑設于所述導軌。

在本方案中，采用上述結構形式，結構簡單，生產成本低，滑動過程中穩定性高且阻力小，能耗低。

較佳地，每一所述Z軸直線電機均包括有一Z軸線圈、一Z軸磁板，兩個所述Z軸磁板分別設置于所述主軸箱的兩側，兩個所述Z軸線圈分別設置于所述左側板和所述右側板。

在本方案中，采用上述結構形式，使得在Z軸方向運動時定位精度高，響應快，可實現高速高加速運動。且采用非接觸式結構，能使高速Z軸加工裝置長期運行穩定，精度保持性好。

較佳地，所述Z軸線圈與所述Z軸磁板的間距為0.5mm～1mm。

較佳地，所述平衡氣缸包括有一缸桿、一缸體、一氣缸支架，所述氣缸支架連接于所述缸體，所述缸桿的一端連接于所述主軸箱的頂部，所述缸桿的另一端容伸于所述缸體。

在本方案中，采用上述結構形式，結構簡單，易于安裝維護。

較佳地，所述高速Z軸加工裝置還包括有一拖鏈，所述拖鏈的一端連接于所述氣缸支架，所述拖鏈的另一端連接于主軸箱，所述主軸的線纜穿過所述拖鏈內。

在本方案中，采用上述結構形式，對線纜起到保護作用，防止線纜被拉扯和刮傷。

較佳地，所述高速Z軸加工裝置包括有一光柵尺、一讀數頭，所述光柵尺連接于所述Z軸部分，所述讀數頭連接于所述固定部分。

在本方案中，使用所述光柵尺做反饋控制，與Z軸線圈和Z軸磁板配合使用，實現全閉環控制，使得高速Z軸加工裝置的定位精度高響應速度快。

一種機床，其特點在于，其包括有如上所述的高速Z軸加工裝置。

在符合本領域常識的基礎上，上述各優選條件，可任意組合，即得本發明各較佳實例。

本發明的積極進步效果在于：

本發明的高速Z軸加工裝置及包含其的機床，采用雙直線電機進行雙驅動，驅動力更大，且直線電機的非接觸式結構，不會產生摩擦，結構無磨損，壽命長精度保持性好，長期運行穩定。同時，平衡氣缸的作用力、Z軸的重力、電機驅動力、外部阻力的作用力都完全重合，實現重心驅動效果，機構運動不會產生抖動，使得高速Z軸加工裝置在高速運動時不會產生慣性力矩，實現定位精度高、響應性好和高精度加工。

附圖說明

圖1為本發明較佳實施例的高速Z軸加工裝置的主視結構示意圖。

圖2為本發明較佳實施例的高速Z軸加工裝置的俯視結構示意圖。

圖3為本發明較佳實施例的高速Z軸加工裝置的立體結構示意圖。

附圖標記說明：

固定部分1，底板11，左側板12，前側板13，右側板14

Z軸部分2，主軸箱21，主軸22，Z軸磁板23，Z軸線圈24

導軌25，滑塊26

平衡氣缸3，缸桿31，氣缸支架32，缸體33

拖鏈4

光柵尺5

讀數頭6

具體實施方式

下面通過實施例的方式并結合附圖來更清楚完整地說明本發明，但并不因此將本發明限制在所述的實施例范圍之中。

本發明的機床，其包括有一高速Z軸加工裝置，如圖1、圖2和圖3所示，該高速Z軸加工裝置，包括有固定部分1、Z軸部分2、平衡氣缸3，固定部分1固定連接在機床上，固定部分1自上而下設有穿孔，Z軸部分2穿過該穿孔，且Z軸部分2滑設于固定部分1，Z軸部分2上下可以滑動，從而實現Z軸方向的移動。Z軸部分2的兩側均與固定部分1之間設有Z軸直線電機，通過Z軸部分2的兩側分別設有Z軸直線電機進行雙驅動，驅動力更大，能產生雙倍的加速度和更大的移動速度。同時，直線電機的非接觸式結構，讓Z軸部分2和固定部分1非接觸，和其他驅動方式比起來，不會產生摩擦，結構無磨損，壽命長精度保持性好，長期運行穩定。

平衡氣缸3的活動端連接于Z軸部分2的頂部。Z軸直線電機的驅動力、Z軸部分2自身的重力、外部阻力的作用力和平衡氣缸3提供的平衡力完全重合，實現重心驅動效果，機構運動不會產生抖動，使得高速Z軸加工裝置在高速運動時不會產生慣性力矩，實現定位精度高、響應性好和高精度加工。

固定部分1可以包括有底板11、左側板12、前側板13、右側板14，底板11的兩端分別連接于左側板12和右側板14，前側板13的兩端分別連接于左側板12和右側板14，且底板11、左側板12、前側板13、右側板14之間形成上述的穿孔。其中，底板11有兩排螺絲孔，用于安裝在機床上。固定部分1成為一個左右對稱的形狀，可以極大的平衡熱變形，減少熱變形產生的加工誤差。且安裝連接方便。

Z軸部分2可以包括有主軸箱21、主軸22，主軸箱21的形狀為四方體，穿孔的形狀為矩形腔體，主軸箱21穿過該矩形腔體，平衡氣缸3的活動端連接于主軸箱21的頂面中部。使得高速Z軸加工裝置的結構完全對稱設置，易實現驅動力、重力和平衡力之間是完全重合，保證在高速運動下不會產生慣性導致的抖動，且平衡熱變形，減少熱變形產生的加工誤差。實現高精度加工。

主軸22連接于主軸箱21的底部。主軸22不僅可以銑削加工，還可以安裝車刀，使得高速Z軸加工裝置可以應用于雕銑機、高光機、石墨加工機、磨具加工機等其他龍門結構或者牛頭結構的機床中。

如圖2所示，主軸箱21的兩側均可以設有導軌25，左側板12和右側板14均可以設有滑塊26，滑塊26滑設于導軌25，從而實現Z軸部分2滑設于固定部分1。結構簡單，生產成本低，滑動過程中穩定性高且阻力小，能耗低。

兩個Z軸直線電機均可以包括有Z軸線圈24、Z軸磁板23，Z軸磁板23分別設置于主軸箱21的兩側，兩個Z軸線圈24分別設置于左側板12和右側板14上。采用非接觸式結構，能使高速Z軸加工裝置長期運行穩定，精度保持性好。優選地，Z軸線圈24和Z軸磁板23之間的間距為0.5-1mm，使得更好地驅動運動。

高速Z軸加工裝置可以包括有光柵尺5、讀數頭6，光柵尺5連接于Z軸部分2，讀數頭6連接于固定部分1。使用光柵尺5做反饋控制，與Z軸線圈24和Z軸磁板23配合使用，實現全閉環控制，使得高速Z軸加工裝置的定位精度高響應速度快。

如圖3所示，平衡氣缸3可以包括有缸桿31、缸體33、氣缸支架32，氣缸支架32的一端連接于缸體33，氣缸支架32的另一端連接在機床上，氣缸支架32相對于固定部分1也是固定不動，缸桿31的一端連接于主軸箱21的頂部，缸桿31的另一端容伸于缸體33，缸桿31可以隨著Z軸部分2上下移動。結構簡單，易于安裝維護。

高速Z軸加工裝置還可以包括有拖鏈4，拖鏈4的一端連接于氣缸支架32，拖鏈4的另一端連接于主軸箱21，主軸22的線纜穿過拖鏈4內。拖鏈4對線纜起到保護作用，防止線纜被拉扯和刮傷。

雖然以上描述了本發明的具體實施方式，但是本領域的技術人員應當理解，這僅是舉例說明，本發明的保護范圍是由所附權利要求書限定的。本領域的技術人員在不背離本發明的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發明的保護范圍。