一种钻孔机Z轴结构和钻孔机的制作方法

一种钻孔机z轴结构和钻孔机
技术领域
1.本实用新型用于机床设备领域，特别是涉及一种机床设备的附件，具体为一种钻孔机z轴结构和钻孔机。


背景技术：

2.随着科技的发展，pcb钻孔机的钻孔频次越来越快。到2010年，市面上钻孔机的钻孔频次已经达到400孔/min,但到2020年，市面上钻孔机的钻孔频次已经超过800孔/min。显而易见，超高频钻孔技术已经走上“快车道”，极大地提高了钻孔加工的效率。但是传统pcb钻孔机在钻孔过程，钻孔机z轴结构包括底板及固定在底板的主轴安装座、主轴电机连接件等部件一同随着主轴沿着z轴上下动作。z轴结构线性电机承受负荷太大，严重制约超高频钻孔技术的发展。
3.因为气浮导轨组件内壁气膜支撑，以及低摩擦、低损耗，使得气浮导轨组件成为实现超高频钻孔加工最好的载体之一。但是因为大多数气浮导轨组件运用在pcb钻孔机z轴结构上难以调整垂直度，极其影响钻孔机的钻孔质量，甚至导致断针及主轴撞击气浮导轨组件内壁。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种钻孔机z轴结构和钻孔机。
5.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
6.第一方面，一种钻孔机z轴结构，包括：
7.气浮导轨组件，包括导轨座、气浮轴套和端部固定座，所述气浮轴套安装于所述导轨座内部，所述端部固定座与所述导轨座连接，并将所述气浮轴套约束于所述导轨座，所述导轨座与所述气浮轴套间隙配合，所述导轨座与所述气浮轴套之间通过两端的弹性密封圈密封，所述导轨座设有将外部气体通入所述导轨座与所述气浮轴套之间的间隙的气孔，所述气浮轴套设有节流进气孔，所述端部固定座设有与所述气浮轴套配合的垂直度调节组件；
8.主轴，与所述气浮轴套间隙配合并穿过所述气浮轴套的内孔；
9.z轴驱动组件，驱动所述主轴在所述气浮导轨组件的径向约束下做轴向运动。
10.结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述垂直度调节组件包括若干调节旋钮，所述调节旋钮穿过具有螺纹孔的固定压块抵接于所述气浮轴套。
11.结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述端部固定座设有螺旋槽，所述螺旋槽沿周向延伸，所述调节旋钮能够沿所述螺旋槽调节周向位置。
12.结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述气浮轴套的内孔开设环气槽，所述环气槽包括在节流进气孔位的第一环气槽和在非节流进气孔位的第二环气槽，所述第一环气槽和第二环气槽之间设有连接槽。
13.结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述气浮轴套的内孔中部开设中间增压槽。
14.结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述气浮导轨组件的气浮轴套底部开有振动传感器安装孔，振动传感器安装在振动传感器安装孔内。
15.结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述z轴驱动组件包括z轴线性电机，所述z轴线性电机包括电机定子和电机动子，所述电机动子通过连接座与所述主轴连接。
16.结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，还包括底板，所述气浮导轨组件固定在所述底板，所述z轴线性电机于所述气浮导轨组件上方固定于所述底板。
17.第二方面，一种钻孔机，包括第一方面中任一实现方式所述的钻孔机z轴结构。
18.上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：
19.钻孔加工过程中，z轴驱动组件带动运行的主轴在气浮导轨组件径向约束下做短行程轴向运动，从而达到钻孔目的。其中，当气浮组件通气且主轴在气浮轴套内孔穿过时，导轨座与气浮轴套间隙配合，进一步通过导轨座与气浮轴套之间的弹性密封圈，气浮轴套可自行校正垂直度。端部固定座设有垂直度调节组件，当检测到主轴垂直度不良并确定不良方向时，可通过垂直度调节组件进行约束，从而调节垂直度。本实用新型通过严谨的机构设计，在气浮导轨组件的设计中创新性地采用浮动式气浮轴套实现自动校正垂直度及通过垂直度调节组件实现手动校正垂直度的目的，使超高频加工钻孔质量得到保障。
20.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
21.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
22.图1是本实用新型钻孔机z轴结构的一个实施例结构示意图；
23.图2是图1所示的一个实施例气浮导轨组件与主轴配合结构示意图；
24.图3是图1所示的一个实施例气浮轴套结构轴测图；
25.图4是图1所示的一个实施例气浮轴套结构剖视图；
26.图5是图1所示的一个实施例端部固定座与导轨座连接结构示意图；
27.图6是图1所示的一个实施例端部固定座结构示意图；
28.图7是图1所示的一个实施例垂直度调节组件结构示意图。
具体实施方式
29.本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
30.本实用新型中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描
述本实用新型的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
31.本实用新型中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”“小于”“超过”等理解为不包括本数；“以上”“以下”“以内”等理解为包括本数。在本实用新型的描述中，如果有描述到“第一”“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
32.本实用新型中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。
33.其中，图1给出了本实用新型实施例的参考方向坐标系，以下结合图1所示的方向，对本实用新型的实施例进行说明。
34.参见图1、图2，本实用新型的实施例提供了一种钻孔机z轴结构，包括气浮导轨组件5、主轴4和z轴驱动组件2，气浮导轨组件5包括导轨座5.4、气浮轴套5.2和端部固定座5.1，气浮轴套5.2安装于导轨座5.4内部，端部固定座5.1与导轨座5.4连接，并将气浮轴套5.2约束于导轨座5.4。可以理解的是端部固定座5.1可以位于导轨座5.4上端和/或下端，例如在图2所示的实施例中，导轨座5.4的下端设有凸缘，气浮轴套5.2的下端通过凸缘实现轴向约束，端部固定座5.1通过螺钉5.6连接于导轨座5.4的上端，气浮轴套5.2的上端通过部固定座实现轴向约束。导轨座5.4与气浮轴套5.2间隙配合，导轨座5.4与气浮轴套5.2之间通过两端的弹性密封圈5.5密封。导轨座5.4设有将外部气体通入导轨座5.4与气浮轴套5.2之间的间隙的气孔5.7，气浮轴套5.2设有节流进气孔5.8，端部固定座5.1设有与气浮轴套5.2配合的垂直度调节组件。主轴4与气浮轴套5.2间隙配合并穿过气浮轴套5.2的内孔，z轴驱动组件2用于驱动主轴4在气浮导轨组件5的径向约束下做轴向运动。
35.钻孔加工过程中，外部气体通过导轨座5.4气孔5.7进入气浮轴套5.2与导轨座5.4之间的间隙，再通过气浮轴套5.2的节流进气孔5.8，在主轴4与气浮轴套5.2之间形成高压气膜，从而为主轴4提供径向约束。z轴驱动组件2带动运行的主轴4在气浮导轨组件5径向约束下做短行程轴向运动，从而达到钻孔目的。
36.其中，当气浮组件通气且主轴4在气浮轴套5.2内孔穿过时，导轨座5.4与气浮轴套5.2间隙配合，进一步通过导轨座5.4与气浮轴套5.2之间的弹性密封圈5.5，这使得气浮轴套5.2能够在导轨座5.4内部在一定角度范围内摆动。而当主轴4开始运行后，气浮轴套5.2能够在气体压力、弹性密封圈5.5弹力等因素作用下，自行校正垂直度。
37.同时，端部固定座5.1设有垂直度调节组件，当检测到主轴4垂直度不良并确定不良方向时，可通过垂直度调节组件对气浮轴套5.2进行约束，从而调节垂直度。本实用新型通过严谨的机构设计，在气浮导轨组件5的设计中创新性地采用浮动式气浮轴套5.2实现自动校正垂直度及通过垂直度调节组件实现手动校正垂直度的目的，使超高频加工钻孔质量得到保障。
38.垂直度调节组件用于调整气浮轴套5.2的垂直度，垂直度调节组件可采用在端部
固定座5.1和气浮轴套5.2之间设置垫块，也可以采用如图2、图7所示的结构，即垂直度调节组件包括若干调节旋钮5.3，调节旋钮5.3具有螺纹，旋转调节旋钮5.3能够调节伸入端部固定座5.1内部的径向长度，调节旋钮5.3穿过具有螺纹孔的固定压块5.9抵接于气浮轴套5.2，调节旋钮5.3沿端部固定座5.1的周向设置一个或多个，当检测到主轴4垂直度不良并确定不良方向时，可通过拨动调节旋钮5.3对气浮轴套5.2进行特定方向和距离的约束，从而调节垂直度。
39.进一步的，在一些实施例中，参见图5、图6、图7，端部固定座5.1设有螺旋槽5.10，螺旋槽5.10沿周向延伸，调节旋钮5.3穿过螺旋槽5.10、具有螺纹孔的固定压块5.9抵接于气浮轴套5.2，调节旋钮5.3能够沿螺旋槽5.10调节周向位置，本实用新型通过采用螺旋槽5.10在保证端部固定座5.1结构整体性的前提下，仅通过一个调节旋钮5.3实现对气浮轴套5.2外圆360
°
无死角调节。
40.在一些实施例中，参见图3、图4，气浮轴套5.2的内孔开设环气槽，环气槽包括在节流进气孔5.8位的第一环气槽5.11和在非节流进气孔5.8位的第二环气槽5.12，第一环气槽5.11和第二环气槽5.12之间设有连接槽5.13，第一环气槽5.11、第二环气槽5.12沿气浮轴套5.2的内孔的周向延伸，连接槽5.13沿气浮轴套5.2的内孔的轴向延伸，第一环气槽5.11、第二环气槽5.12、连接槽5.13在气浮轴套5.2的内孔形成网格状的气槽结构。由节流进气孔5.8进入主轴4与气浮轴套5.2之间的气体，填充于第一环气槽5.11、第二环气槽5.12、连接槽5.13，能极大地提高气浮导轨组件5和主轴4间隙的气膜刚度，从而提高约束主轴4的径向刚度，避免主轴4因外界因素与气浮轴套5.2刚性接触和机床设备损坏。
41.进一步的，参见图4，气浮轴套5.2的内孔中部开设中间增压槽5.14，中间增压槽5.14能够增加气槽结构的密度，进一步提高气浮导轨组件5和主轴4间隙的气膜刚度。
42.在一些实施例中，参见图3，气浮导轨组件5的气浮轴套5.2底部开有振动传感器安装孔5.15，振动传感器安装在振动传感器安装孔5.15内。当振动异常时随时停机，保证主轴4不会因为外界因素而在气浮导轨组件5孔内卡死，做到在运转失稳的一瞬间会强行停止主轴4和z轴驱动组件2，保证主轴4和z轴线性电机在出现外界异常而即将卡死时可及时“刹车”，保证了主轴4的寿命与操作人员的安全。
43.在一些实施例中，参见图1，z轴驱动组件2包括z轴线性电机，z轴线性电机包括电机定子2.1和电机动子2.2，电机动子2.2通过连接座3与主轴4连接。连接座3靠螺栓3.1紧固在电机动子2.2，连接座3通过螺栓3.2连接主轴4。z轴驱动组件2通过采用上述结构使得钻孔机z轴结构的结构更加简洁，传动效率和精度更高。同时，加工过程中仅主轴4、连接座3及电机动子2.2三个主要部件沿z轴往复，一改传统钻孔机z轴结构另外带着底板和主轴4安装座一起做z轴往复动作的弊端，为线性电机卸下了沉重的“包袱”，从而达到节约能耗和使更高频钻孔加工成为可能。
44.可以理解的是，z轴驱动组件2还可以采用电动丝杆或气缸等驱动方式。
45.参见图1，钻孔机z轴结构还包括底板1，气浮导轨组件5固定在底板1，z轴线性电机于气浮导轨组件5上方固定于底板1，气浮导轨组件5、z轴线性电机等结构通过底板1形成一个整体组件。多角度、全方位优化设计，把质量较大的部件(底板1、气浮导轨组件5)设计成静止的，降低z轴线性电机负荷，从而达到节约能耗和使更高频钻孔加工成为可能。
46.本实用新型的实施例还提供一种钻孔机，包括以上任一实施例中的钻孔机z轴结
构。
47.钻孔机采用本实用新型任一实施例的钻孔机z轴结构，具有无阻力(主轴4钻孔过程穿过气浮导轨组件5，空气自润滑)，高刚度(气浮导轨组件5内套与主轴4机体之间间隙有高压气膜)，垂直度好(气浮套自我垂直度及复合修正垂直度设计方案)，安全(内置检测振动传感器)等特点。除此之外，与传统pcb钻孔机z轴结构相比，加工过程中仅主轴4、主轴电机连接件及电机动子2.2沿z轴往复运动，起到降低z轴线性电机负荷的效果，可有效提高钻孔机台的钻孔效率。
48.本实用新型主要用于pcb电路板加工行业，相较传统的pcb钻孔机z轴结构，具有更小的主轴钻孔进给工作阻力及更低的线性电机载荷，在保证超高频加工的安全可靠的同时，也保证主轴与加工板面的垂直度。
49.在本说明书的描述中，参考术语“示例”、“实施例”或“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
50.当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。