CN103273329B - 一种五轴数控机床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种五轴数控机床，包括床身、摇篮式工作台、第一支链、第二支链、第三支链、立柱、横梁、主轴架和电主轴；所述第一支链和所述第二支链布置在同一水平面内，组成两自由度并联机构，所述第一支链和第二支链的伸缩运动控制电主轴在水平面内的进给运动；第三支链铅垂设置，它的伸缩运动控制电主轴在竖直方向上的进给运动；两自由度摇篮式工作台可以控制工件的姿态。机床由五个驱动装置联合驱动实现工件加工，即实现五轴联动加工。本发明结构简单、工作空间与机构体积之比大，刚度高，精度高，灵活性好，适合做复杂空间曲面的数控加工。

Description

一种五轴数控机床

技术领域

本发明涉及一种数控机床，特别是涉及一种五轴数控机床。

背景技术

近十几年来，并联/混联数控机床是国内外数控机床研究领域非常关注的热点课题。并联/混联机床与传统结构形式的数控机床相比具有许多优点。传统数控机床都是按串联形式布置的，因此在五轴联动时运动惯性较大，刚度较弱，动态性能较差，一端切削精度较低。而并联机床由几条简单的串联支链组成，混联机床为并联机构和串联定位头组成，结构简单、工作空间与机构体积之比大，刚度高，精度高，灵活性好，适合做复杂空间曲面的数控加工。

由现有专利文献GB2173472(或EP0200369、US4790718)、SE8502327(或US4732525)、CN1524662、CN1709657A和CN1439492A可知，现有一类带定位头的空间混联机器人的结构，采用串联摆动定位头的结构形式，机床主轴的刚性较差，加工精度不高。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种五轴数控机床，该机床具有较高的整机刚度、精度和负载能力，能够有效地提高机械加工效率。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种五轴数控机床，包括床身、摇篮式工作台、第一支链、第二支链、第三支链、立柱、横梁、主轴架和电主轴；所述立柱固定在所述床身上，两根所述立柱上支撑有所述横梁；所述摇篮式工作台包括固定在所述床身上的支撑座、U型摇篮和回转工作台，在所述U型摇篮内的中心处设有与其通过转动副连接的所述回转工作台，所述U型摇篮通过转动副连接在所述支撑座上，所述回转工作台和所述U型摇篮均设有驱动装置；所述第一支链和所述第二支链布置在同一水平面内；所述第一支链包括水平设置的一支链托架、一支链直线驱动装置、第一滑架和第二滑架，所述一支链托架的一端与第三滑架铰接，所述第三滑架通过移动副与所述横梁连接，所述第一滑架通过转动副与所述床身连接，所述第一滑架和所述第二滑架均通过移动副连接在所述一支链托架上，所述一支链直线驱动装置的输出端与所述一支链托架连接；所述第二支链包括水平设置的二支链托架、二支链直线驱动装置和第四滑架，所述二支链托架的一端与所述第二滑架铰接，所述第四滑架通过转动副与所述床身连接，所述二支链直线驱动装置的输出端与所述二支链托架连接；所述第三支链包括铅垂设置的三支链托架、三支链直线驱动装置和第五滑架，所述三支链托架与所述第二滑架固接，所述三支链直线驱动装置的输出端与所述三支链托架连接，所述第五滑架通过移动副连接在所述三支链托架上；所述主轴架固定在所述第五滑架上，所述电主轴安装在所述主轴架上，并位于所述回转工作台的上方。

所述一支链直线驱动装置包括安装在所述一支链托架上的伺服电机、丝杠和螺母，所述丝杠由所述伺服电机驱动，所述丝杠支承在所述一支链托架上，所述螺母通过螺纹连接在所述丝杠上，所述螺母与所述第一滑架固接。

所述二支链直线驱动装置的结构和所述三支链直线驱动装置的结构均与所述一支链直线驱动装置的结构相同。

所述一支链直线驱动装置、所述二支链直线驱动装置和所述三支链直线驱动装置为直线电机、液压缸和气缸中的任意一种。

本发明具有的优点和积极效果是：

一)和传统机床相比，结构简单、工作空间与机构体积之比大，刚度高，精度高，灵活性好，适合做复杂空间曲面的数控加工；

二)由于结构简单、运动构件数量较少，降低了机床成本；

三)相比采用摆动式定位头的机床，机床主轴的刚性好，加工效率高；刀具长度对加工精度不会产生影响；加工不会产生形状误差；同样的行程，机床五轴加工范围会比采用摆动式定位头的机床更大；

四)具有高刚度、高精度和五自由度，可以实现五轴联动数控加工。

附图说明

图1(a)和图1(b)是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的各支链的结构示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1(a)和图1(b)，一种五轴数控机床，包括床身9、摇篮式工作台、第一支链1、第二支链2、第三支链3、立柱5、横梁4、主轴架33和电主轴34；所述立柱5固定在所述床身9上，两根所述立柱5上支撑有所述横梁4；所述摇篮式工作台包括固定在所述床身9上的支撑座8、U型摇篮7和回转工作台6，在所述U型摇篮7内的中心处设有与其通过转动副连接的所述回转工作台6，所述U型摇篮7通过转动副连接在所述支撑座8上，所述回转工作台6和所述U型摇篮7均设有驱动装置。所述摇篮式工作台具有两个旋转自由度，由驱动装置控制，用于调整工件的姿态。

请参阅图1(a)、图1(b)和图2，所述第一支链1和所述第二支链2布置在同一水平面内；所述第一支链1包括水平设置的一支链托架13、一支链直线驱动装置、第一滑架17和第二滑架110，所述一支链托架13的一端与第三滑架41铰接，所述第三滑架41通过移动副与所述横梁4连接，所述第一滑架17通过转动副与所述床身9连接，所述第一滑架17和所述第二滑架110通过均通过移动副连接在所述一支链托架13上，所述一支链直线驱动装置的输出端与所述一支链托架13连接；在本实施例中，所述一支链直线驱动装置包括安装在所述一支链托架13上的伺服电机11、丝杠15和螺母16，所述丝杠15由所述伺服电机11驱动，所述丝杠15支承在所述一支链托架13上，有一端部通过法兰和联轴器12与所述伺服电机11连接，所述螺母16通过螺纹连接在所述丝杠15上，所述螺母16与所述第一滑架17固接。当伺服电机11旋转时，带动丝杠15旋转，而与螺母16固接的第一滑架17与床身9通过铰链相连，因此，丝杠15带动所述一支链托架13沿第一滑架17移动，实现伸缩运动。在本实施例中，所述丝杠15通过位于其两端部的轴承支撑座14支撑在一支链托架13上。所述第一滑架17通过由滑块18和直线导轨19形成的移动副连接在所述一支链托架13上，滑块18固定在所述第一滑架17上，直线导轨19固定在所述一支链托架13上。本实施例中的移动副均采用如上所述的滑块和直线导轨形成。

一支链直线驱动装置的结构形式并不限于上述电机-丝杠模式，还可以是直线电机、液压缸和气缸中的任意一种。

所述第二支链2包括水平设置的二支链托架、二支链直线驱动装置和第四滑架21，所述二支链托架的一端与所述第二滑架110铰接，所述第四滑架21通过转动副与所述床身9连接，所述二支链直线驱动装置的输出端与所述二支链托架连接；在本实施例中，二支链托架与一支链托架13结构相同，二支链直线驱动装置与一支链直线驱动装置结构相同，第四滑架与第一滑架结构相同。

所述第三支链3包括铅垂设置的三支链托架32、三支链直线驱动装置和第五滑架31，所述三支链托架32与所述第二滑架110固接，所述三支链直线驱动装置的输出端与所述三支链托架32连接，所述第五滑架31通过移动副连接在所述三支链托架32上，在本实施例中，三支链直线驱动装置与一支链直线驱动装置结构相同，第五滑架31与第一滑架17结构相同。所述三支链托架32与第一支链1上的第二滑架110刚性相连，丝杠旋转即可带动第五滑架31和其中的滑块沿着直线导轨上下滑动。当第一支链1伸缩运动时，通过端部铰链带动第三滑架41和其中的滑块沿着横梁4上的直线导轨运动；当第二支链2伸缩运动时，通过端部铰链带动第二滑架110和其中的滑块沿着第一支链1上的直线导轨19运动。

所述主轴架33固定在所述第五滑架31上，所述电主轴34安装在所述主轴架33上，并位于所述回转工作台6的上方。

在本实施例中，上述所有转动副均是由销轴和轴承形成的。

在加工过程中，第一支链1和第二支链2组成了两自由度并联机构，所述第一支链1和第二支链2的伸缩运动控制电主轴34在水平面内的进给运动；第三支链3的伸缩运动控制电主轴34在竖直方向上的进给运动；两自由度摇篮式工作台可以控制工件的姿态。机床由五个驱动装置联合驱动实现工件加工，即实现五轴联动加工。

以上对本发明及其实施方式的描述是示意性的，不是限制性的，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，采用其他形式的支链、驱动装置、铰链连接以及工作台，不经过创造性设计，提出与上述技术方案相似的结构方式及实施方式，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种五轴数控机床，其特征在于，包括床身、摇篮式工作台、第一支链、第二支链、第三支链、立柱、横梁、主轴架和电主轴；

所述立柱固定在所述床身上，两根所述立柱上支撑有所述横梁；

所述摇篮式工作台包括固定在所述床身上的支撑座、U型摇篮和回转工作台，在所述U型摇篮内的中心处设有与其通过转动副连接的所述回转工作台，所述U型摇篮通过转动副连接在所述支撑座上，所述回转工作台和所述U型摇篮均设有驱动装置；

所述第一支链和所述第二支链布置在同一水平面内；

所述第一支链包括水平设置的一支链托架、一支链直线驱动装置、第一滑架和第二滑架，所述一支链托架的一端与第三滑架铰接，所述第三滑架通过移动副与所述横梁连接，所述第一滑架通过转动副与所述床身连接，所述第一滑架和所述第二滑架均通过移动副连接在所述一支链托架上，所述一支链直线驱动装置的输出端与所述一支链托架连接；

所述第二支链包括水平设置的二支链托架、二支链直线驱动装置和第四滑架，所述二支链托架的一端与所述第二滑架铰接，所述第四滑架通过转动副与所述床身连接，所述二支链直线驱动装置的输出端与所述二支链托架连接；

所述第三支链包括铅垂设置的三支链托架、三支链直线驱动装置和第五滑架，所述三支链托架与所述第二滑架固接，所述三支链直线驱动装置的输出端与所述三支链托架连接，所述第五滑架通过移动副连接在所述三支链托架上；

所述主轴架固定在所述第五滑架上，所述电主轴安装在所述主轴架上，并位于所述回转工作台的上方。

2.根据权利要求1所述的五轴数控机床，其特征在于，所述一支链直线驱动装置包括安装在所述一支链托架上的伺服电机、丝杠和螺母；

所述丝杠由所述伺服电机驱动，所述丝杠支承在所述一支链托架上，所述螺母通过螺纹连接在所述丝杠上，所述螺母与所述第一滑架固接。

3.根据权利要求1或2所述的五轴数控机床，其特征在于，所述二支链直线驱动装置的结构和所述三支链直线驱动装置的结构均与所述一支链直线驱动装置的结构相同。