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CN113997126A - 一种五轴精雕加工设备 - Google Patents

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CN113997126A CN202111181766.0A CN202111181766A CN113997126A CN 113997126 A CN113997126 A CN 113997126A CN 202111181766 A CN202111181766 A CN 202111181766A CN 113997126 A CN113997126 A CN 113997126A
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胡勇
卢健强
龚伦勇
胡永
段权素
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Shenzhen Ruishuo Technology Co ltd
Guangdong Engineering Polytechnic
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Shenzhen Ruishuo Technology Co ltd
Guangdong Engineering Polytechnic
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Abstract

本发明公开了一种五轴精雕加工设备，包括底座和加工平台，底座上设有龙门架；加工平台与底座之间通过Y轴驱动总成连接；还包括连接有加工头的升降直摆式进给驱动结构，升降直摆式进给驱动结构与龙门架之间通过X轴驱动总成连接。本发明提供的五轴精雕加工设备，能简化加工头附近的部件结构，利于加工头从多个角度对工件进行加工而且不出现干涉。

Description

一种五轴精雕加工设备
技术领域
本发明涉及数控机床领域，尤其涉及一种五轴精雕加工设备。
背景技术
多轴联动数控机床是一种科技含量高、精密度高、专门用于加工复杂曲面的机床，这种机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业有着举足轻重的影响力。此外，多轴数控机床也能用于曲面玻璃的精雕工艺。目前已有多种多轴联动数控机床，能实现X、Y、Z轴的直线移动和A、B、C等轴向转动。然而，由于A、B、C等轴向电机布置位置不合理，离加工头距离过于接近，导致加工头在摆动时电机存在与工件相互干涉的风险，加工范围受到限制，不利于复杂工件的加工。
发明内容
本发明的目的是提供一种五轴精雕加工设备，能简化加工头附近的部件结构，利于加工头从多个角度对工件进行加工而且不出现干涉。
为实现上述目的，本发明提供一种五轴精雕加工设备，包括底座和加工平台，底座上设有龙门架；加工平台与底座之间通过Y轴驱动总成连接；还包括连接有加工头的升降直摆式进给驱动结构，升降直摆式进给驱动结构与龙门架之间通过X轴驱动总成连接。
作为本发明的进一步改进，所述升降直摆式进给驱动结构包括与X轴驱动总成连接的基座，还包括与所述加工头相适配的加工头安装部；基座上滑动连接有并列布置的第一滑动块和第二滑动块；第一滑动块和第二滑动块两者分别连接有第一驱动装置和第二驱动装置；第二滑动块一端铰接有摆臂一端，摆臂另一端与第一滑动块一端分别与加工头安装部两端铰接。
作为本发明的更进一步改进，所述加工头安装部包括相互转动连接的旋转驱动装置和加工头安装座，摆臂与第一滑动块分别与旋转驱动装置的两端铰接。
作为本发明的更进一步改进，所述基座与第一滑动块之间、基座与第二滑动块之间均设有第一滑轨结构；第一滑轨结构包括滑动配合的条形轨道和第一滑块；条形轨道设置在基座上，第一滑块设置在第一滑动块和第二滑动块上。
作为本发明的更进一步改进，所述第一滑动块和第二滑动块两者均设有至少两个第一滑轨结构；第一滑动块的各第一滑轨结构分布在第一滑动块的至少两个非平行的侧面上；第二滑动块的各第一滑轨结构分布在第二滑动块的至少两个非平行的侧面上。
作为本发明的更进一步改进，所述第一驱动装置包括相联动的第一驱动电机和第一滚珠丝杆，第一滚珠丝杆上还螺纹配合有第一滚珠滑块，第一滚珠滑块设置在第一滑动块上；所述第二驱动装置包括相联动的第二驱动电机和第二滚珠丝杆，第二滚珠丝杆上还螺纹配合有第二滚珠滑块，第二滚珠滑块设置在第二滑动块上。
作为本发明的更进一步改进，所述基座设有分别与龙门架顶面和侧面相对应的上配合面和侧配合面；所述X轴驱动总成包括X轴驱动机构和至少两条第二滑轨结构；各第二滑轨结构分别在基座的上配合面与龙门架顶面之间、基座的侧配合面与龙门架的侧面之间；X轴驱动机构连接在基座的侧配合面与龙门架的侧面之间。
作为本发明的更进一步改进，所述Y轴驱动总成包括Y轴驱动机构和第三滑轨结构；Y轴驱动机构和第三滑轨结构均安装在加工平台与底座之间。
作为本发明的更进一步改进，所述底座上设有加工头更换机构；所述加工头更换机构包括机构底座，机构底座上设有支架，支架通过旋转电机连接有加工头放置盘；机构底座通过平移机构与底座连接。
有益效果
与现有技术相比，本发明的五轴精雕加工设备的优点为：
1、当第一驱动装置和第二驱动装置两者驱动第一滑动块和第二滑动块同步同向移动时，加工头安装部仅作直线平移，此时加工头做直线进给运动。当第一驱动装置和第二驱动装置两者驱动速度或方向不同，可使第一滑动块和第二滑动块产生错位，利用摆臂使加工头出现一定角度的摆动，可加工工件上弯曲或其它复杂的部位。由于驱使加工头摆动的驱动装置远离加工头，在加工头摆动过程中不容易与工件发生干涉，能加工曲面和形状复杂的结构。；
2、加工头安装部包括相互转动连接的旋转驱动装置和加工头安装座，加工头安装在加工头安装座上，而旋转驱动装置驱使加工头安装部旋转，增加了加工头的旋转自由度。
3、第一滑动块的各第一滑轨结构分布在第一滑动块的至少两个非平行的侧面上，有利于减少第一滑动块各方向的抖动，加工头的移动和加工更精确，有利于提高工件加工后的尺寸精度。
4、运动位移的检测通过高精度绝对光栅尺、角度编码器实现，实现位移的高精度控制。
5、X轴驱动总成的各第二滑轨结构分别设在基座的上配合面与龙门架顶面之间、基座的侧配合面与龙门架的侧面之间，由于基座的上配合面和侧配合面相互呈角度，在相互呈角度的配合面上均设置第二滑轨结构，有利于减少基座各方向的抖动，进一步提高加工头的移动和加工精确度。
6、加工头更换机构通过平移机构让加工头放置盘靠近加工头安装部的加工头安装座，通过旋转电机将加工头放置盘上相对应的加工头旋转至加工头安装座下方，即可进行加工头的更换，自动化程度高。
通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为五轴精雕加工设备的立体图；
图2为五轴精雕加工设备的左视图；
图3为五轴精雕加工设备的主视图；
图4为加工头更换机构的立体放大图；
图5为升降直摆式进给驱动结构的立体图；
图6为升降直摆式进给驱动结构除去基座的立体图；
图7为升降直摆式进给驱动结构除去基座的主视图；
图8为升降直摆式进给驱动结构除去基座的左视图；
图9为升降直摆式进给驱动结构除去基座的俯视图。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明的实施例。
实施例
本发明的具体实施方式如图1至图9所示，一种五轴精雕加工设备，包括底座10和加工平台11，加工平台11用于固定待加工的部件。底座10上设有龙门架12。加工平台11与底座10之间通过Y轴驱动总成连接。五轴精雕加工设备还包括连接有加工头5的升降直摆式进给驱动结构，升降直摆式进给驱动结构与龙门架12之间通过X轴驱动总成连接。
升降直摆式进给驱动结构包括与X轴驱动总成连接的基座1，还包括与加工头5相适配的加工头安装部7。基座1上滑动连接有并列布置的第一滑动块2和第二滑动块3。第一滑动块2和第二滑动块3两者分别连接有第一驱动装置6和第二驱动装置8。第二滑动块3一端铰接有摆臂4一端，摆臂4另一端与第一滑动块2一端分别与加工头安装部7两端铰接。本实施例中，第一滑动块2和第二滑动块3均相对基座1上下滑动。基座1为滑鞍箱，第一滑动块2和第二滑动块3设置在滑鞍箱的内侧，加工头5从滑鞍箱下端开口处露出。基座1升降时沿Z轴升降。
加工头安装部7包括相互转动连接的旋转驱动装置72和加工头安装座71，旋转驱动装置72为旋转电机。摆臂4与第一滑动块2分别与旋转驱动装置72的两端铰接。加工头5安装在加工头安装部7的加工头安装座71上。本实施例中，加工头5穿设在加工头安装座71中部的通孔上。
基座1与第一滑动块2之间、基座1与第二滑动块3之间均设有第一滑轨结构9。本实施例中，第一滑轨结构9包括滑动配合的条形轨道91和第一滑块92。条形轨道91设置在基座1上，第一滑块92设置在第一滑动块2和第二滑动块3上。
第一滑动块2和第二滑动块3两者均设有至少两个第一滑轨结构9。第一滑动块2的各第一滑轨结构9分布在第一滑动块2的至少两个非平行的侧面上。第二滑动块3的各第一滑轨结构9分布在第二滑动块3的至少两个非平行的侧面上。本实施例中，各第一滑轨结构9位于第一滑动块2和第二滑动块3两者的侧面和背面。
第一驱动装置6包括相联动的第一驱动电机63和第一滚珠丝杆62，第一滚珠丝杆62上还螺纹配合有第一滚珠滑块61，第一滚珠滑块61设置在第一滑动块2上。第二驱动装置8包括相联动的第二驱动电机83和第二滚珠丝杆82，第二滚珠丝杆82上还螺纹配合有第二滚珠滑块81，第二滚珠滑块81设置在第二滑动块3上。其中，第一驱动电机63和第二驱动电机83均安装在基座1的上方远离加工头5处。第一滚珠丝杆62和第二滚珠丝杆82均竖直布置，其通过轴承与基座1转动连接。
基座1与第一滑动块2之间、基座1与第二滑动块3之间均设有光栅尺。旋转驱动装置72和加工头安装座71之间设有角度编码器。
工作时，当第一驱动装置6和第二驱动装置8两者分别驱动第一滑动块2和第二滑动块3同步同向移动时，加工头安装部7仅作直线平移，此时加工头5做直线进给运动。当第一驱动装置6和第二驱动装置8两者驱动速度或方向不同，可使第一滑动块2和第二滑动块3产生上下错位，利用摆臂4使加工头1出现一定角度的摆动，可加工工件上弯曲或其它复杂的部位。由于驱使加工头5摆动的驱动装置远离加工头，在加工头5摆动过程中不容易与工件发生干涉，能加工曲面和形状复杂的结构。加工头安装部7包括相互转动连接的旋转驱动装置72和加工头安装座71，加工头5安装在加工头安装座71上，而旋转驱动装置72驱使加工头安装部71旋转，增加了加工头的旋转自由度，则加工头5拥有两个旋转方向自由度。
基座1设有分别与龙门架12顶面和侧面相对应的上配合面和侧配合面。X轴驱动总成包括X轴驱动机构16和至少两条第二滑轨结构15。各第二滑轨结构15分别设在基座1的上配合面与龙门架12顶面之间、基座1的侧配合面与龙门架12的侧面之间。X轴驱动机构16为两个且连接在基座1的侧配合面与龙门架12的侧面之间。本实施例中，基座1的上配合面与龙门架12顶面之间设有一条第二滑轨结构15，基座1的侧配合面与龙门架12的侧面之间设有两条第二滑轨结构15，如图2所示。
Y轴驱动总成包括Y轴驱动机构14和第三滑轨结构13。Y轴驱动机构14和第三滑轨结构13均安装在加工平台11与底座10之间。基座1与龙门架12之间、加工平台11与底座10之间均设有光栅尺。
底座10上设有加工头更换机构17。加工头更换机构17包括机构底座21，机构底座21上设有支架18，支架18通过旋转电机19连接有加工头放置盘20。机构底座21通过平移机构与底座10连接。平移机构包括平移驱动装置22和第四滑轨结构23。平移驱动装置22和第四滑轨结构23均连接在底座10与机构底座21之间。加工头放置盘20水平放置，其旋转轴线竖直布置，加工头放置盘20的外部边缘处设有多个卡槽，卡槽与多个型号的加工头5卡接配合。需要更换加工头5时，加工头更换机构17通过平移机构让加工头放置盘20靠近加工头安装部7的加工头安装座71，通过旋转电机19将加工头放置盘20上相对应的加工头5旋转至加工头安装座71下方，使加工头安装座71升降，让加工头5上部插入设置在加工头安装座71的安装孔内，即可进行加工头的更换，自动化程度高。
上述第二滑轨结构15、第三滑轨结构13和第四滑轨结构23三者的结构均与第一滑轨结构9结构相同。
以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (9)

1.一种五轴精雕加工设备，包括底座(10)和加工平台(11)，其特征在于，底座(10)上设有龙门架(12)；加工平台(11)与底座(10)之间通过Y轴驱动总成连接；还包括连接有加工头(5)的升降直摆式进给驱动结构，升降直摆式进给驱动结构与龙门架(12)之间通过X轴驱动总成连接。
2.根据权利要求1所述的一种五轴精雕加工设备，其特征在于，所述升降直摆式进给驱动结构包括与X轴驱动总成连接的基座(1)，还包括与所述加工头(5)相适配的加工头安装部(7)；基座(1)上滑动连接有并列布置的第一滑动块(2)和第二滑动块(3)；第一滑动块(2)和第二滑动块(3)两者分别连接有第一驱动装置(6)和第二驱动装置(8)；第二滑动块(3)一端铰接有摆臂(4)一端，摆臂(4)另一端与第一滑动块(2)一端分别与加工头安装部(7)两端铰接。
3.根据权利要求2所述的一种五轴精雕加工设备，其特征在于，所述加工头安装部(7)包括相互转动连接的旋转驱动装置(72)和加工头安装座(71)，摆臂(4)与第一滑动块(2)分别与旋转驱动装置(72)的两端铰接。
4.根据权利要求2所述的一种五轴精雕加工设备，其特征在于，所述基座(1)与第一滑动块(2)之间、基座(1)与第二滑动块(3)之间均设有第一滑轨结构(9)；第一滑轨结构(9)包括滑动配合的条形轨道(91)和第一滑块(92)；条形轨道(91)设置在基座(1)上，第一滑块(92)设置在第一滑动块(2)和第二滑动块(3)上。
5.根据权利要求4所述的一种五轴精雕加工设备，其特征在于，所述第一滑动块(2)和第二滑动块(3)两者均设有至少两个第一滑轨结构(9)；第一滑动块(2)的各第一滑轨结构(9)分布在第一滑动块(2)的至少两个非平行的侧面上；第二滑动块(3)的各第一滑轨结构(9)分布在第二滑动块(3)的至少两个非平行的侧面上。
6.根据权利要求2所述的一种五轴精雕加工设备，其特征在于，所述第一驱动装置(6)包括相联动的第一驱动电机(63)和第一滚珠丝杆(62)，第一滚珠丝杆(62)上还螺纹配合有第一滚珠滑块(61)，第一滚珠滑块(61)设置在第一滑动块(2)上；所述第二驱动装置(8)包括相联动的第二驱动电机(83)和第二滚珠丝杆(82)，第二滚珠丝杆(82)上还螺纹配合有第二滚珠滑块(81)，第二滚珠滑块(81)设置在第二滑动块(3)上。
7.根据权利要求1所述的一种五轴精雕加工设备，其特征在于，所述基座(1)设有分别与龙门架(12)顶面和侧面相对应的上配合面和侧配合面；所述X轴驱动总成包括X轴驱动机构(16)和至少两条第二滑轨结构(15)；各第二滑轨结构(15)分别在基座(1)的上配合面与龙门架(12)顶面之间、基座(1)的侧配合面与龙门架(12)的侧面之间；X轴驱动机构(16)连接在基座(1)的侧配合面与龙门架(12)的侧面之间。
8.根据权利要求1所述的一种五轴精雕加工设备，其特征在于，所述Y轴驱动总成包括Y轴驱动机构(14)和第三滑轨结构(13)；Y轴驱动机构(14)和第三滑轨结构(13)均安装在加工平台(11)与底座(10)之间。
9.根据权利要求1所述的一种五轴精雕加工设备，其特征在于，所述底座(10)上设有加工头更换机构1(17)；所述加工头更换机构1(17)包括机构底座(21)，机构底座(21)上设有支架(18)，支架(18)通过旋转电机(19)连接有加工头放置盘(20)；机构底座(21)通过平移机构与底座(10)连接。
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