CN216066379U - 一种多轴加工模拟平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机械制造设备领域，公开了一种多轴加工模拟平台，所述模拟平台包括Z主轴、A轴、X轴工作台、Y轴工作台；所述Z主轴竖直设置，通过丝杠与第一电机连接；所述Z主轴与第二电机连接带动Z主轴下方的夹头旋转；所述Z主轴通过B轴旋转盘与第三电机连接；所述A轴水平设置，并与第四电机通过同步带轮连接；所述第四电机带动A轴旋转；所述X轴工作台水平放置，并通过丝杠与第五电机连接；所述X轴工作台的上方一侧设置A轴，另一侧设置尾座；所述Y轴工作台水平放置，并通过丝杠与第六电机连接；所述Y轴工作台上方设置X轴工作台；Y轴工作台带动X轴工作台前后运动。本实用新型解决了多轴加工设备体积大、成本贵、操作不便的问题。

Description

一种多轴加工模拟平台

技术领域

本实用新型属于机械制造设备领域，更具体地涉及一种多轴加工模拟平台。

背景技术

随着社会发展，数控机床成为新兴的加工设备，数控加工技术作为现代机械制造技术的基础，使得机械制造过程发生了显著的变化。现代数控加工技术与传统加工技术相比，多轴指在一台机床上至少具备第4轴。通常所说的多轴数控加工是指4轴以上的数控加工，其中具有代表性的是5轴数控加工。工业多轴加工设备具有体积巨大、成本昂贵、结构复杂、操作困难、危险系数程度高，难以对微小精细元件进行加工且不适于高等院校的教学的缺点。

实用新型内容

为解决现有技术中多轴加工设备体积巨大、成本昂贵、结构复杂、难以对微小精细元件进行加工且不适于高等院校的教学的问题，本实用新型提供一种多轴加工模拟平台。

本实用新型采用的具体方案为：一种多轴加工模拟平台，所述模拟平台包括Z主轴、A轴、X轴工作台、Y轴工作台；

所述Z主轴竖直设置，并通过丝杠与第一电机连接；所述Z主轴与第二电机连接带动Z主轴下方的夹头旋转；所述Z主轴通过B轴旋转盘与第三电机连接，所述第三电机驱动Z主轴沿竖直方向左、右摆动；

所述A轴水平设置，并与第四电机通过同步带轮连接；所述第四电机带动A轴旋转；

所述X轴工作台水平放置，并通过丝杠与第五电机连接；所述X轴工作台的上方一侧设置A轴，另一侧设置尾座；所述尾座前端设置支撑件；

所述Y轴工作台水平放置，并通过丝杠与第六电机连接；所述Y轴工作台上方设置X轴工作台；Y轴工作台带动X轴工作台前后运动。

所述Z主轴与丝杠导轨连接，所述丝杠导轨与丝杠连接，所述丝杠与第一电机连接，第一电机驱动Z主轴上下移动。

所述Z主轴为电主轴。

所述第四电机的输出轴与小同步带轮连接，所述小同步带轮通过同步带与大同步带轮连接，所述大同步带轮的旋转中心与A轴一端连接。

所述第五电机的输出端通过联轴器与丝杠连接，所述丝杠设置在X轴工作台底部，所述X轴工作台与丝杠导轨滑动连接。

所述尾座末端设置手摇轮，所述尾座内部设置丝杠，所述丝杠一端与手摇轮连接，另一端与支撑件连接，所述支撑件前方设置夹具，与待测工件连接。

所述第六电机的输出端通过联轴器与丝杠连接，所述丝杠设置在Y轴工作台底部，所述Y轴工作台与丝杠导轨连接。

所述模拟平台包括控制手柄，所述控制手柄与Z主轴、A轴、X轴工作台、Y轴工作台的输出线路连接。

所述控制手柄将信号传给控制器；所述控制器通过USB接头与电脑连接。

所述第一电机为步进电机。

本实用新型相对于现有技术具有如下有益效果：

1.本实用新型通过对Z主轴、A轴、X轴工作台、Y轴工作台的统一设计，采用不同的驱动模式，实现了多轴联合加工的小型模拟化，解决了多轴加工设备体积巨大、成本昂贵结构复杂、操作困难、危险系数程度高的问题，方便了高校师生对多轴加工平台的认识，便于进一步理解多轴加工的原理。

2.本实用新型所述的多轴加工模拟平台中通过电脑实现自动化控制，使多轴模拟加工平台为电脑承载式的加工平台，可以应用于教育平台互动教学：支持局域网、互联网、卫星微波等多种数据传输方式。教师和学生可以三维互动观看对方的操作，进行互动交流。

附图说明

图1为本实用新型的主视图；

图2为本实用新型的左视图；

图3为本实用新型中X轴工作台及A轴示意图；

图4为本实用新型中A轴细节放大图；

图5为本实用新型中Y轴工作台示意图；

图6为本实用新型中Z主轴左视图；

图7为本实用新型中控制器示意图；

图8为本实用新型中控制手柄示意图。

其中，附图标记分别为：

1-第一电机；2-Z主轴；3-Z主轴支撑架；4-尾座；5-X轴工作台；6-Y轴工作台；7-A轴；8-照明灯；9-A轴支撑板；10-防尘保护罩；11-冷却油收集装置；12-散热风扇；13-立柱；14-电源指示灯；15-控制器外罩；16-数显屏幕；17-急停按钮；18-电源开关；19-主机开关；20-手摇编码器；21-轴选择开关；22-倍速选择开关；23-数据线接口；24-B轴旋转盘；25-丝杠螺母；26-丝杠滑轨；27-丝杠；28-联轴器；29-小同步带轮；30-同步带；31-大同步带轮；32-第二电机；33-第三电机；34-第四电机；35-第五电机；36-第六电机；37-控制手柄；38-控制器；39-模拟工作台底座；40-三爪卡盘；41-控制箱；42-夹头；43-手摇轮。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

本实用新型提供一种多轴加工模拟平台，一种多轴加工模拟平台，所述模拟平台包括Z主轴2、A轴7、X轴工作台5、Y轴工作台6；

所述Z主轴2竖直设置，并通过丝杠与第一电机1连接，第一电机1旋转带动丝杠旋转带动丝杠螺母上下移动，实现Z主轴2上下移动；所述Z主轴2为电主轴，直接连Z主轴第二电机32带动主轴2下方的夹头42旋转,所述夹头为刀具夹头；第三电机通过控制箱41带动B轴旋转盘24旋转，实现Z主轴2沿竖直方向左、右摆动；

所述B轴旋转盘24与Z主轴支撑架固定连接，所述第三电机33驱动B轴旋转盘24沿竖直方向左、右摆动。

所述A轴7水平设置，并与第四电机34连接；所述第四电机34带动A轴7旋转；

所述X轴工作台5水平放置，并通过丝杠27与第五电机35连接；所述X轴工作台5的上方一侧设置A轴7，另一侧设置尾座4；所述尾座4前端设置支撑件，后端连接手摇轮43；

所述Y轴工作台6水平放置，并通过丝杠27与第六电机36连接；所述Y轴工作台6上方设置X轴工作台5；Y轴工作台6带动X轴工作台5前后运动。

所述Z主轴2与丝杠导轨连接，所述丝杠导轨与丝杠连接，所述丝杠27与第一电机1连接，第一电机1驱动丝杠，带动Z主轴2上下移动。

所述Z主轴2为电主轴。A轴7为从动轴。

本实用新型中Z主轴2的运动包括3部分，具体为：第一部分为第一电机1带动Z主轴2上下运动，Z主轴2与丝杠导轨连接，丝杠导轨与丝杠配合，第一电机1输出端与丝杠连接，驱动丝杠，继而带动Z主轴2，实现Z主轴2的上下移动。第二部分为第二电机32与驱动Z主轴2连接，所述第二电机32与Z主轴2的连接方式为直接连接，第二电机32驱动Z主轴2下方的刀具夹头42旋转。所述Z主轴2通过B轴旋转盘24与第三电机32连接，所述第三电机32驱动Z主轴2沿竖直方向左、右摆动，实现了对曲面的工件加工。

本实用新型中采用3种不同的Z主轴2的驱动方式，实现了Z主轴2上下、左右、夹头的驱动，适用于各种类型的工件的加工。本实用新型克服了现有技术中多轴加工平台巨大，无法采用多重驱动的方式完成工件加工的技术阻力，突破多轴加工平台难以小型化的技术阻力。

所述第四电机34的输出轴与小同步带轮29连接，所述小同步带轮29通过同步带与大同步带轮31连接，所述大同步带轮31的旋转中心与A轴7一端同轴连接。A轴的驱动采用第四电机34驱动同步带轮转动，继而带动A轴运动，此方法主要以小轮带大轮方式，使用小电机产生大传动力矩的一种形式，保证加工过程切削力。

所述第五电机35的输出端通过联轴器28与丝杠27连接，所述丝杠27设置在X轴工作台5底部，所述X轴工作台5与丝杠导轨连接。X轴工作台5可沿水平方向移动，满足了对工件的位置控制的要求。

所述尾座末端设置手摇轮43，所述尾座内部设置丝杠，所述丝杠一端与手摇轮43连接，另一端与支撑件连接，所述支撑件前方设置夹具，与待测工件连接。手摇轮43的设置方便人工对工件位置的调整，更加人性化，便于操作，突破该类型长轴类零件夹持变形的技术阻力。

所述第六电机36的输出端通过联轴器28与丝杠27连接，所述丝杠27设置在Y轴工作台6底部，所述Y轴工作台6与丝杠导轨连接，实现了Y轴工作台6的前后移动。

所述模拟平台包括控制手柄37，所述控制手柄37与Z主轴2、A轴7、控制箱41、X轴工作台5、Y轴工作台6的输出线路连接。

本实用新型所述模拟平台的背部下方设置冷却油收集装置11，用于存放为主轴降温的冷却油，便于更换，方便快捷。

本实用新型所述模拟平台的背部中部设置散热风扇12，在本实用新型工作时机用于对机械降温，延长了本实用新型的使用年限。

本实用新型设置立柱13，用于连接Y轴工作台6和控制箱41，形成模拟平台的主体框架。

所述第一电机优选步进电机。本实用新型通过步进电机内部的转子永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。实现了位置，速度和力矩的闭环控制；克服了步进电机失步的问题。

所述控制手柄37将信号传给控制器38；所述控制器38通过USB接头与电脑连接。

所述控制手柄37上设置轴选择开关21、倍速选择开关22。本实用新型所述控制手柄37、控制器38购买自现有技术中的产品。

本实用新型的工作过程：接通电源将电脑与控制器连接，抬起急停按钮并按下主机开关，电源灯亮起打开控制手柄中的轴选择开关调整到需要的运动轴，开始调整速度转换装置选择合适的工件加工速度，调整输入主轴速度，实现Z主轴开始运转、左右旋转加工移动；第六电机步进电机带动丝杠传动Y轴工作台进行加工移动；A轴带动三爪卡盘转动，调整尾座的位置与三爪卡盘配合进行工件夹持固定；开始加工，通过管道喷出冷却油收纳盒风扇运转降温，使机器Z、A、B、X、Y五轴相互联动实现五轴教学及精细工件加工。本实用新型不仅实现了教学任务，同时可以现实的完成对于小型的精细工件的加工。

其中，控制器通电Z主轴开始运转，进行竖直正负方向的加工移动；步进电机带动B轴旋转盘使Z主轴进行B轴正负方向摆动加工；开始加工通过冷却油收纳盒为主轴降温风扇运转降温，机器正常加工。联轴器辅助电机带动丝杠通过丝杠轴承辅助丝杠滑块带动；X轴工作台正负方向移动，步进电机带动A轴加工旋转，三爪卡盘与尾座夹持需要被夹的工件。

步进电机带动传动皮带小轮经过传动皮带带动皮带大轮旋转，使A轴可以进行正负方向的旋转移动，A轴前端安装有三爪卡盘，进行工件夹持；同时X轴工作台移动，可实现多轴加工运行。

电动机开始运转，通过联轴器与丝杠连接，在Y轴工作台相连接，实现Y轴工作台方向前后移动工作。

电脑承载式加工模拟平台也可以通过软件与控制器连接，实现加工编程程序输入与五轴联动加工,操作便捷；简单方便。

现有技术中的多轴加工采用X轴工作台摆动形式，增加了整体机构的占用空间，不适于小型化，本实用新型以可旋转的A轴代替，传统X轴工作台的旋转功能，突破空间限制，使得本实用新型实现小型化。另一方面，本实用新型采用三爪卡盘与尾座夹紧的方式，实现现有的多轴加工对小微零件难以加紧的问题。

本实用新型通过电脑安装驱动软件以及电脑USB接口，利用数据线进行数据传送，模拟平台控制部分可以接受数据并完成指定动作。

(1)多轴加工模拟平台为电脑承载式模拟平台，能够提供真实、全面的图形操作功能，模拟数控系统的操作和使用，完全仿照真实的数控系统。所支持的数控代码达到95％或以上。本实用新型实现五轴加工中心的五轴联动加工和多方向平面定位加工仿真，能够实现RTCP(刀尖自动跟踪)功能；能够提供工作台旋转(P型)和工作台旋转+主轴旋转(M型)两种机床结构的多种机床模型；能够实现旋转轴为Z轴、B轴、A轴、AB轴等各种四轴或者五轴加工中心的加工仿真。

(2)加工运行全环境的仿真：仿真数控程序的自动运行和MDI运行模式；三维工件的时时切削，刀具轨迹的三维显示；提供刀具补偿、坐标系设置等系统参数设定。精度方面：采用数据库统一管理刀具材料和性能参数库，刀具库含数百种不同材料和形状的车刀、铣刀、支持用户自定义刀具以及相关特征参数。数控程序的处理：能通过DNC导入各种CAD/CAM软件生成的数控指令程序，例如MasterCAM、Pro/E、UG、CAXA-ME等，也可导入手工编制的文本格式数控指令程序，还能够直接通过面板手工编辑、输入、输出数控程序。效率方面：在零件加工时具有仿真加工倍率设定功能，高达百倍，且可用。加工方面：车削可对切削线速度、转速、每转进给量、有效切削刃长等工艺参数进行设置和在线监测；铣削可对切削线速度、切厚、切深等工艺参数进行设置和在线监测；当监测到刀具切削状态超出设定的参数许可范围，具有报警提示功能。

(3)可进行铣床工件自动测量，车床工件智能测量。高精度实时三维模型测量算法要达到7-8位有效数字原材料方面：相比工业十万以上的多轴加工设备成本小，价格低廉，操作简单，可以达到结构完全开放，更加适用于多轴加工机床的教学和空间路线运动的观察，可以达到节省空间，更好的了解多轴机床的加工。操作方面：电脑承载式多轴加工模拟平台主要应用电脑安装驱动软件以及电脑USB接口，利用数据线进行数据传送，模拟平台控制部分可以接受数据并完成指定动作，该项目完成后主要应用于教育平台互动教学:支持局域网、互联网、卫星微波等多种数据传输方式。教师和学生可以三维互动观看对方的操作，进行互动交流。

Claims (10)

1.一种多轴加工模拟平台，其特征在于，所述模拟平台包括Z主轴(2)、A轴(7)、X轴工作台(5)、Y轴工作台(6)；

所述Z主轴(2)竖直设置，并通过丝杠(27)与第一电机(1)连接；所述Z主轴(2)外接第二电机(32)，所述第二电机(32)驱动Z主轴(2)下方的夹头(42)旋转；所述Z主轴(2)通过B轴旋转盘(24)与第三电机(33)连接，所述第三电机(33)驱动Z主轴(2)沿竖直方向左、右摆动；

所述A轴(7)水平设置，并与第四电机(34)连接；所述第四电机(34)带动A轴(7)旋转；

所述X轴工作台(5)水平放置，并通过丝杠(27)与第五电机连接；所述X轴工作台(5)的上方一侧设置A轴，另一侧设置尾座；所述尾座前端设置支撑件；

所述Y轴工作台(6)水平放置，并通过丝杠(27)与第六电机连接；所述Y轴工作台(6)上方设置X轴工作台(5)；Y轴工作台(6)带动X轴工作台(5)前后运动。

2.根据权利要求1所述的多轴加工模拟平台，其特征在于，所述Z主轴(2)与丝杠(27)导轨连接，所述丝杠导轨与丝杠(27)连接，所述丝杠(27)与第一电机(1)连接，第一电机(1)驱动Z主轴(2)上下移动。

3.根据权利要求1所述的多轴加工模拟平台，其特征在于，所述Z主轴(2)为电主轴。

4.根据权利要求1所述的多轴加工模拟平台，其特征在于，所述第四电机(34)的输出轴与小同步带轮(29)连接，所述小同步带轮(29)通过同步带(30)与大同步带轮(31)连接，所述大同步带轮(31)的旋转中心与A轴(7)一端连接。

5.根据权利要求1所述的多轴加工模拟平台，其特征在于，所述第五电机(35)的输出端通过联轴器(28)与丝杠(27)连接，所述丝杠(27)设置在X轴工作台(5)底部，所述X轴工作台(5)与丝杠(27)导轨连接。

6.根据权利要求1所述的多轴加工模拟平台，其特征在于，所述尾座(4)末端设置手摇轮(43)，所述尾座内部设置丝杠(27)，所述丝杠(27)一端与手摇轮连接，另一端与支撑件连接，所述支撑件前方设置夹具，与待测工件连接。

7.根据权利要求1所述的多轴加工模拟平台，其特征在于，所述第六电机(36)的输出端通过联轴器(28)与丝杠(27)连接，所述丝杠(27)设置在Y轴工作台(6)底部，所述Y轴工作台(6)与丝杠导轨连接。

8.根据权利要求1-7任一项所述的多轴加工模拟平台，其特征在于，所述第一电机(1)为步进电机。

9.根据权利要求1-7任一项所述的多轴加工模拟平台，其特征在于，所述模拟平台包括控制手柄(37)，所述控制手柄(37)与Z主轴(2)、A轴(7)、X轴工作台(5)、Y轴工作台(6)的输出线路连接。

10.根据权利要求9所述的多轴加工模拟平台，其特征在于，所述控制手柄(37)将信号传给控制器(38)；所述控制器(38)通过USB接头与电脑连接。

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