CN103769997B - 一种基于矩形阵列同步摆动机构的多轴联动加工机床 - Google Patents
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Abstract
一种基于矩形阵列同步摆动机构的多轴联动加工机床，该机构由砂轮或工件(A01)、主轴或夹具(A02)、螺母座(A03)、滚动螺母(A04)、滚珠丝杠(A05)、丝杠后支撑组件(A06)、静止框(A07)、摆动单元底座(A08)、轴承(A09)、主摆动座(A10)、直线导轨(A11)、移动框(A12)、从摆动座(A14)、直线轴承(A15)、摆杆(A16)、轴承(A17)、端盖(A18)、电机座组件(A19)、伺服电机(A20)元件组成；它是一种不同于传统多点同步仿形机床的新型机床，能在一平方米范围安装数以百计的主轴和工件，用于大幅度提高单台机床的加工效率，在机械加工领域有广阔地应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于矩形阵列同步摆动机构的多轴联动加工机床，属于复杂曲面加工及多轴数控加工机床技术领域。
背景技术
复杂曲面的加工已经普遍采用3-5轴的数控机床，包括数控铣床和数控磨床等，但是这类机床通常只安装1支主轴，一台机床一次只加工1个零件。只有极少的大型叶片铣床同时安装2-3个主轴头，可同时加工2-3个大型叶片，这种机床的多个叶片采用多转台分别驱动方式，但共用了三个移动轴，因此可以显著提高机床的利用效率。在仿形加工方面，也出现了利用蜗轮蜗杆机构同时驱动多个叶片同步旋转的跳舞铣床，可大大提高叶片加工效率。这类机床一般都需要使叶片绕其纵轴旋转，这大大增加了机械系统的复杂程度和制造成本，难以制造成具有数十个主轴同时加工数十个叶片的机床。我们发现，在磨削中小型叶片时，叶片可以悬臂安装和加工，主轴和砂轮的轴线可以和叶片纵向靠近，但可以保持一个不干涉的较小角度，加工一段叶片后可以采用夹具或低熔点合金固定这一段然后加工另一段，这种方法可以用于加工很长的叶片。此时，叶片只需要相对主轴摆动而非转动，主轴围绕叶片的转动可以采用直线轴的插补运动实现。目前的四到五轴机床存在的另一个问题是，回转运动轴的驱动多采用数控转台，这种装置成本高，与直线轴之间的联动运动精度的调整难度大，因此导致五轴机床和四轴机床的应用受到很大限制。
发明内容
(1)目的：本发明的目的是提供一种基于矩形阵列同步摆动机构的多轴联动加工机床，它是一种不同于传统多点同步仿形机床的新原理机床，可以在一平方米范围安装数以百计的主轴和工件，用于大幅度提高单台机床的加工效率。
(2)技术方案：图1和图2分别是矩形阵列同步摆动机构的主视图和左视图。该机构主要由砂轮或工件A01、主轴或夹具A02、螺母座A03、滚动螺母A04、滚珠丝杠A05、丝杠后支撑组件A06、静止框A07、摆动单元底座A08、轴承A09、主摆动座A10、直线导轨A11、移动框A12、从摆动座A14、直线轴承A15、摆杆A16、轴承A17、端盖A18、电机座组件A19、伺服电机A20等元件组成。它们之间的位置连接关系是：静止框A07和移动框A12分别为典型的直线运动单元的底座和滑台，它们通过两组直线导轨A11连接起来并能沿着该导轨相对移动。静止框A07与摆动单元底座A08相连接，而摆动单元底座A08用于将摆动单元固定在机床的底座或其它运动单元之上。固定在静止框A07上的丝杠后支撑组件A06和电机座组件A19中的两组滚动轴承支撑着滚珠丝杠A05，位于滚珠丝杠A05中部的滚动螺母A04则通过螺母座A03固定于移动框A12中部的筋板上，伺服电机A20安装于电机座组件A19上，该电机的输出轴通过联轴节与滚珠丝杠A05连接在一起。当伺服电机A20旋转时，滚珠丝杠A05会与该电机的输出轴同速回转，并通过滚动螺母A04推动移动框A12相对于静止框A07做移动运动，运动的位移S取决于伺服电机转过的角度。一组主摆动座A10平行地通过两端的轴承A09可旋转地支撑于静止框A07上，一组从摆动座A14平行地通过两端的轴承A17可旋转地支撑于移动框A12上，每组对应的主摆动座A10和从摆动座A14则通过两组直线轴承A15和摆杆A16组成的机构活动地连接在一起，因此摆杆A16和主摆动座A10、从摆动座A14都具有相同的摆动角度A，该角度由上述的移动框A12相对于静止框A07的位移S决定。一组主轴或夹具A02固定在多个(图中为4个，实际可以为多个)主摆动座A10上对应的安装孔中，设每个主摆动座A10上有m个安装孔，机构中共有n个主摆动座A10，则可以同时安装的主轴或夹具A02的数量为m×n个。砂轮或工件A01又可以同时安装于这m×n个主轴或夹具A02上，从而形成矩形阵列结构。采用该机构所有的m×n个主轴或夹具A02都可在一个或对称地布置于两侧的两个伺服电机A20的驱动下同步地做摆动角度为A的摆动运动。
图1和图2分别是矩形阵列同步摆动机构既可以用来同步驱动m×n个主轴，也可以用来同步驱动m×n个主轴做摆动运动。采用1个这种机构来驱动工件或主轴，或同时采用两个这种机构分别驱动工件和主轴，并与常规的三轴机床结合就可以构造出多种结构的新型的4轴或5轴数控机床。按照主轴和工件的摆动角度为零时是与水平面垂直还是平行可以构造出立式和卧室两种机床机构，后者更加便于工具和工件的安装和拆卸。
其中，一种矩形阵列同步摆动机构的螺母座A03、滚动螺母A04、滚珠丝杠A05、丝杠后支撑组件A06、电机座组件A19、伺服电机A20所组成的直线传动部分可以安装于非对称中心位置。
其中，一种矩形阵列同步摆动机构中的两组由直线轴承A15和摆杆A16构成的摆杆装置可以安装于静止框和移动框的外侧，便于调整。
其中，一种矩形阵列同步摆动机构中的两组由直线轴承A15和摆杆A16构成的摆杆装置在主轴较少时可以只保留1组。
其中，一种矩形阵列同步摆动机构中的移动框和静止框可以互换，即可将权利要求1中的移动框与摆动单元底座相连，而使其中的静止框做往复移动。
图3和图4分别是利用矩形阵列同步摆动机构构造的一种典型矩形阵列5轴联动数控机床的结构图的右视图和主视图。该矩形阵列五轴联动数控机床由横梁01、底座02、X向直线运动单元03、Y向直线运动单元04、工件阵列摆动运动单元05、工件安装夹具06、工件07、砂轮08、主轴09、主轴摆动运动单元10、垂直运动单元11等组成。X向直线运动单元03和Y向直线运动单元04是典型的分离式直线运动单元，它们也可以通过将二者中相对静止的构件集成为单一构件的方式设计成具有更高刚度的机床。垂直运动单元11在本图中采用的是滑枕结构，它由伺服电机B01、电机座组件B02、滚珠丝杠B03、滚动螺母B04、滑枕B05等组成。伺服电机B01安装在电机座组件B02上、后者则安装在横梁01上，滚珠丝杠B03通过电机座组件B02的轴承进行轴向和径向的定位，其端部则通过电机座组件B02中的一个联轴节与伺服电机B01的输出轴相连。滚珠丝杠B03上的滚动螺母B04则固定在滑枕B05的端部、滑枕B05通过多条直线导轨(一般用4条，尺寸小时可用两条)连接于横梁01上，并只能沿垂直方向相对横梁01移动。工作时，伺服电机B01驱动滚珠丝杠B03转动，滚珠丝杠B03驱动滚动螺母B04移动，从而带动滑枕B05做上下移动运动。工件阵列摆动运动单元05是一套矩形阵列同步摆动机构，其上可安装m×n个工件安装夹具06、而该组夹具上可同时安装m×n个工件07。该机构固定于上述Y向直线运动单元04上。主轴摆动运动单元10是一套矩形阵列同步摆动机构，其上可安装m×n个主轴09、而该组主轴09上可同时安装m×n个砂轮08，该机构固定于上述滑枕B05上。但需要注意主轴摆动运动单元10和工件阵列摆动运动单元05的摆动轴应该分别为X轴和Y轴。该机床工作时，工件阵列摆动运动单元05通过其摆动单元底座A08固定于Y向直线运动单元04上方的运动平台上，并随该平台一起做沿着y向的直线移动，而Y向直线运动单元04的底座则固定于X向直线运动单元03上方的运动平台上，X向直线运动单元03的底座固定于机床底座02上，因此可以确保工件在绕Y轴摆动的同时可以沿着Y向和X向移动，即工件相对机床底座02具有3个运动自由度。主轴摆动运动单元10的摆动单元底座A08则固定于垂直运动单元11的滑枕B05上并可随着滑枕B05做沿着垂直轴线即Z轴的直线移动，同时工件可在主轴摆动运动单元10的控制下做绕X轴的摆动运动，因此位于主轴末端的砂轮阵列可同时具有2个运动自由度，即沿着Z向的移动和绕X轴的摆动。因此，该机床一共能保证工件相对砂轮具有5个运动自由度，即构成5轴联动机床，可以用于同时加工多个中小型复杂曲面或复杂结构零件。
当主轴摆动运动单元10或/和工件阵列摆动运动单元05的摆动轴在加工过程不摆动时，该机床就简化成3轴或4轴矩形阵列机床，此时，所述的矩形阵列同步摆动机构中的无相对运动的件可以集成为一个整体件而简化机床的结构。
当将图3和图4所示的机床绕一个水平轴线旋转90度后，我们可以得到卧式的矩形阵列机床结构，当主轴和工件超过一定数量(如100件)时，这种结构更加易于接近和对砂轮和工件进行快速调整和更换。具体实施时需要增加水平直线移动单元的行程以保证工具更换区与工件更换区彼此错开，使之有足够的空间使操作者接近。
其中，该主轴摆动运动单元10和工件阵列摆动运动单元05可以不配置伺服电机而构成手动调整装置，即两个摆动角度可由操作人员调整后锁定，可以用于在三轴机床上对复杂的零件进行加工。
其中，该主轴摆动运动单元10和工件阵列摆动运动单元05可以不配置传动部分和从摆动座、摆杆机构，使每个主摆动座的角度可以分别调整，这样可以同时利用主轴阵列中的多个主轴构成小组对复杂零件进行三轴分区加工，从而可以实现用三轴机床加工复杂零件的功能。
其中，该机床可以绕一个水平轴旋转90度形成卧式机床布局，并通过延长水平运动轴的行程而使主轴摆动运动单元10和工件阵列摆动运动单元05的人工操作位置错开，确保主轴和工件数量过多时易于调整和更换。
(3)优点及功效：本发明提出一种基于矩形阵列同步摆动机构的多轴联动加工机床，其优点是：1)利用直线运动单元和滑块摆杆机构相结合，将直线运动转换成旋转运动或摆动运动，可以实现无间隙的摆动运动，由于滚动丝杠的推力放大作用和误差缩小作用，可以大幅度降低小角度转台的制造难度，与蜗轮蜗杆机构相比可消除间隙，与力矩电机相比可增加系统的稳定性和降低成本。2)与传统的线性排列的多轴同步仿形机构(如仿形木工雕刻机、叶片跳舞铣床)相比，本发明的机构为面阵机构，同时可以实现对m×n个零件的加工，例如中小型叶片、首饰、电子零件等。由于主轴可以采用软轴驱动，因此每个主轴的直径可以小到30-60mm，设主轴间距为100mm,m＝10,n＝10,则在1000mmX1000mm的区域中可以容纳100个主轴，同时可加工100件工件。这意味着将100台五轴联动数控机床压缩到一台小型机床中，以每台常规五轴机床300万元计算，本发明的具有100个主轴头的矩形阵列机床的价值与100台上述常规机床相当，即等效价值为3亿元。
附图说明
图1矩形阵列同步摆动机构主视图。
图2矩形阵列同步摆动机构左视图。
图3典型矩形阵列5轴联动数控机床的结构图右视图。
图4典型矩形阵列5轴联动数控机床的结构图主视图。
图中符号说明如下:
A01砂轮或工件、A02主轴或夹具、A03螺母座、A04滚动螺母、A05滚珠丝杠、A06丝杠后支撑组件、A07静止框、A08摆动单元底座、A09轴承、A10主摆动座、A11直线导轨、A12移动框、A14从摆动座、A15直线轴承、A16摆杆、A17轴承、A18端盖、A19电机座组件、A20伺服电机
01横梁、02底座、03X向直线运动单元、04Y向直线运动单元、05工件阵列摆动运动单元、06工件安装夹具、07工件、08砂轮、09主轴、10主轴摆动运动单元、11垂直运动单元
B01伺服电机、B02电机座组件、B03滚珠丝杠、B04滚动螺母、B05滑枕
具体实施方式
本发明可具有多种实施方式，其中比较简单的一种是在一种典型的立式三轴数控机床上增加一个工件阵列摆动运动单元05和一个主轴摆动运动单元10来实现预期功能，所述的工件阵列摆动运动单元05和主轴摆动运动单元10都是结构基本相同或相近但安装方位不同的矩形阵列同步摆动机构。
图1和图2分别是矩形阵列同步摆动机构的主视图和左视图。该机构主要由砂轮或工件A01、主轴或夹具A02、螺母座A03、滚动螺母A04、滚珠丝杠A05、丝杠后支撑组件A06、静止框A07、摆动单元底座A08、轴承A09、主摆动座A10、直线导轨A11、移动框A12、从摆动座A14、直线轴承A15、摆杆A16、轴承A17、端盖A18、电机座组件A19、伺服电机A20等元件组成。静止框A07和移动框A12分别为典型的直线运动单元的底座和滑台，它们通过两组直线导轨A11连接起来并能沿着该导轨相对移动。静止框A07与摆动单元底座A08相连接，而摆动单元底座A08用于将摆动单元固定在机床的底座或其它运动单元之上。固定在静止框A07上的丝杠后支撑组件A06和电机座组件A19中的两组滚动轴承支撑着滚珠丝杠A05、位于滚珠丝杠A05中部的滚动螺母A04则通过螺母座A03固定于移动框A12中部的筋板上，伺服电机A20安装于电机座组件A19上，该电机的输出轴通过联轴节与滚珠丝杠A05连接在一起。当伺服电机A20旋转时，滚珠丝杠A05会与该电机的输出轴同速回转，并通过滚动螺母A04推动移动框A12相对于静止框A07做移动运动，运动的位移S取决于伺服电机转过的角度。一组主摆动座A10平行地通过两端的轴承A09可旋转地支撑于静止框A07上，一组从摆动座A14平行地通过两端的轴承A17可旋转地支撑于移动框A12上，每组对应的主摆动座A10和从摆动座A14则通过两组直线轴承A15和摆杆A16组成的机构活动地连接在一起，因此摆杆A16和主摆动座A10、从摆动座A14都具有相同的摆动角度A，该角度由上述的移动框A12相对于静止框A07的位移S决定。一组主轴或夹具A02固定在多个(图中为4个，实际可以为多个)主摆动座A10上对应的安装孔中，设每个主摆动座A10上有m个安装孔，机构中共有n个主摆动座A10，则可以同时安装的主轴或夹具A02的数量为m×n个。砂轮或工件A01又可以同时安装于这m×n个主轴或夹具A02上，从而形成矩形阵列结构。采用该机构所有的m×n个主轴或夹具A02都可在一个或对称地布置于两侧的两个伺服电机A20的驱动下同步地做摆动角度为A的摆动运动。
其中，一种矩形阵列同步摆动机构的螺母座A03、滚动螺母A04、滚珠丝杠A05、丝杠后支撑组件A06、电机座组件A19、伺服电机A20所组成的直线传动部分可以安装于非对称中心位置。
其中，一种矩形阵列同步摆动机构中的两组由直线轴承A15和摆杆A16构成的摆杆装置可以安装于静止框和移动框的外侧，便于调整。
其中，一种矩形阵列同步摆动机构中的两组由直线轴承A15和摆杆A16构成的摆杆装置在主轴较少时可以只保留1组。
其中，一种矩形阵列同步摆动机构中的移动框和静止框可以互换，即可将权利要求1中的移动框与摆动单元底座相连，而使其中的静止框做往复移动。
图3和图4分别是利用矩形阵列同步摆动机构构造的一种典型矩形阵列5轴联动数控机床的结构图的右视图和主视图。该矩形阵列五轴联动数控机床由横梁01、底座02、X向直线运动单元03、Y向直线运动单元04、工件阵列摆动运动单元05、工件安装夹具06、工件07、砂轮08、主轴09、主轴摆动运动单元10、垂直运动单元11等组成。X向直线运动单元03和Y向直线运动单元04是典型的分离式直线运动单元，它们也可以通过将二者中相对静止的构件集成为单一构件的方式设计成具有更高刚度的机床。垂直运动单元11在本图中采用的是滑枕结构，它由伺服电机B01、电机座组件B02、滚珠丝杠B03、滚动螺母B04、滑枕B05等组成。伺服电机B01安装在电机座组件B02上、后者则安装在横梁01上，滚珠丝杠B03通过电机座组件B02的轴承进行轴向和径向的定位，其端部则通过电机座组件B02中的一个联轴节与伺服电机B01的输出轴相连。滚珠丝杠B03上的滚动螺母B04则固定在滑枕B05的端部、滑枕B05通过多条直线导轨(一般用4条，尺寸小时可用两条)连接于横梁01上，并只能沿垂直方向相对横梁01移动。工作时，伺服电机B01驱动滚珠丝杠B03转动，滚珠丝杠B03驱动滚动螺母B04移动，从而带动滑枕B05做上下移动运动。工件阵列摆动运动单元05是一套矩形阵列同步摆动机构，其上可安装m×n个工件安装夹具06、而该组夹具上可同时安装m×n个工件07。该机构固定于上述Y向直线运动单元04上。主轴摆动运动单元10是一套矩形阵列同步摆动机构，其上可安装m×n个主轴09、而该组主轴09上可同时安装m×n个砂轮08，该机构固定于上述滑枕B05上。但需要注意主轴摆动运动单元10和工件阵列摆动运动单元05的摆动轴应该分别为X轴和Y轴。该机床工作时，工件阵列摆动运动单元05通过其摆动单元底座A08固定于Y向直线运动单元04上方的运动平台上，并随该平台一起做沿着y向的直线移动，而Y向直线运动单元04的底座则固定于X向直线运动单元03上方的运动平台上，X向直线运动单元03的底座固定于机床底座02上，因此可以确保工件在绕Y轴摆动的同时可以沿着Y向和X向移动，即工件相对机床底座02具有3个运动自由度。主轴摆动运动单元10的摆动单元底座A08则固定于垂直运动单元11的滑枕B05上并可随着滑枕B05做沿着垂直轴线即Z轴的直线移动，同时工件可在主轴摆动运动单元10的控制下做绕X轴的摆动运动，因此位于主轴末端的砂轮阵列可同时具有2个运动自由度，即沿着Z向的移动和绕X轴的摆动。因此，该机床一共能保证工件相对砂轮具有5个运动自由度，即构成5轴联动机床，可以用于同时加工多个中小型复杂曲面或复杂结构零件。
其中，该主轴摆动运动单元10和工件阵列摆动运动单元05可以不配置伺服电机而构成手动调整装置，即两个摆动角度可由操作人员调整后锁定，可以用于在三轴机床上对复杂的零件进行加工。
其中，该主轴摆动运动单元10和工件阵列摆动运动单元05可以不配置传动部分和从摆动座、摆杆机构，使每个主摆动座的角度可以分别调整，这样可以同时利用主轴阵列中的多个主轴构成小组对复杂零件进行三轴分区加工，从而可以实现用三轴机床加工复杂零件的功能。
其中，该机床可以绕一个水平轴旋转90度形成卧式机床布局，并通过延长水平运动轴的行程而使主轴摆动运动单元10和工件阵列摆动运动单元05的人工操作位置错开，确保主轴和工件数量过多时易于调整和更换。
Claims (9)
1.一种基于矩形阵列同步摆动机构的多轴联动加工机床，其特征在于：该机构由砂轮或工件(A01)、主轴或夹具(A02)、螺母座(A03)、第一滚动螺母(A04)、第一滚珠丝杠(A05)、丝杠后支撑组件(A06)、静止框(A07)、摆动单元底座(A08)、轴承(A09)、主摆动座(A10)、直线导轨(A11)、移动框(A12)、从摆动座(A14)、直线轴承(A15)、摆杆(A16)、轴承(A17)、端盖(A18)、第一电机座组件(A19)、第一伺服电机(A20)元件组成；静止框(A07)和移动框(A12)分别为直线运动单元的底座和滑台，它们通过两组直线导轨(A11)连接起来并能沿着该导轨相对移动；静止框(A07)与摆动单元底座(A08)相连接；固定在静止框(A07)上的丝杠后支撑组件(A06)和第一电机座组件(A19)中的两组滚动轴承支撑着第一滚珠丝杠(A05)，位于第一滚珠丝杠(A05)中部的第一滚动螺母(A04)则通过螺母座(A03)固定于移动框(A12)中部的筋板上，第一伺服电机(A20)安装于第一电机座组件(A19)上，该电机的输出轴通过联轴节与第一滚珠丝杠(A05)连接在一起；当第一伺服电机(A20)旋转时，第一滚珠丝杠(A05)会与该电机的输出轴同速回转，并通过第一滚动螺母(A04)推动移动框(A12)相对于静止框(A07)做移动运动，运动的位移S取决于第一伺服电机(A20)转过的角度；一组主摆动座(A10)平行地通过两端的轴承(A09)旋转地支撑于静止框(A07)上，一组从摆动座(A14)平行地通过两端的轴承(A17)旋转地支撑于移动框(A12)上，每组对应的主摆动座(A10)和从摆动座(A14)则通过两组直线轴承(A15)和摆杆(A16)组成的机构活动地连接在一起，因此摆杆(A16)和主摆动座(A10)、从摆动座(A14)都具有相同的摆动角度A，该角度由上述的移动框(A12)相对于静止框(A07)的位移S决定；一组主轴或夹具(A02)固定在复数个主摆动座(A10)上对应的安装孔中，设每个主摆动座(A10)上有m个安装孔，机构中共有n个主摆动座(A10)，则同时安装的主轴或夹具(A02)的数量为m×n个；砂轮或工件(A01)又同时安装于这m×n个主轴或夹具(A02)上，从而形成矩形阵列结构；采用该机构所有的m×n个主轴或夹具(A02)都在一个或对称地布置于两侧的两个第一伺服电机(A20)的驱动下同步地做摆动角度为A的摆动运动；采用1个这种机构来驱动工件或主轴，或同时采用两个这种机构分别驱动工件和主轴，并与常规的三轴机床结合就构造出多种结构的新型的4轴或5轴数控机床；按照主轴和工件的摆动角度为零时是与水平面垂直还是平行构造出立式和卧室两种机床机构，后者更加便于工具和工件的安装和拆卸。
2.根据权利要求1所述的一种基于矩形阵列同步摆动机构的多轴联动加工机床，其特征在于：一种矩形阵列同步摆动机构的螺母座(A03)、第一滚动螺母(A04)、第一滚珠丝杠(A05)、丝杠后支撑组件(A06)、第一电机座组件(A19)、第一伺服电机(A20)所组成的直线传动部分安装于非对称中心位置。
3.根据权利要求1所述的一种基于矩形阵列同步摆动机构的多轴联动加工机床，其特征在于：一种矩形阵列同步摆动机构中的两组由直线轴承(A15)和摆杆(A16)构成的摆杆装置安装于静止框和移动框的外侧，便于调整。
4.根据权利要求1所述的一种基于矩形阵列同步摆动机构的多轴联动加工机床，其特征在于：一种矩形阵列同步摆动机构中的两组由直线轴承(A15)和摆杆(A16)构成的摆杆装置在主轴较少时只保留1组。
5.根据权利要求1所述的一种基于矩形阵列同步摆动机构的多轴联动加工机床，其特征在于：一种矩形阵列同步摆动机构中的移动框和静止框能互换，即将权利要求1中的移动框与摆动单元底座相连，而使其中的静止框做往复移动。
6.根据权利要求1所述的一种基于矩形阵列同步摆动机构的多轴联动加工机床，其特征在于：矩形阵列五轴联动数控机床由横梁(01)、底座(02)、X向直线运动单元(03)、Y向直线运动单元(04)、工件阵列摆动运动单元(05)、工件安装夹具(06)、工件(07)、砂轮(08)、主轴(09)、主轴摆动运动单元(10)、垂直运动单元(11)组成；X向直线运动单元(03)和Y向直线运动单元(04)是分离式直线运动单元，它们通过将二者中相对静止的构件集成为单一构件的方式设计成具有更高刚度的机床；垂直运动单元(11)采用的是滑枕结构，它由第二伺服电机(B01)、第二电机座组件(B02)、第二滚珠丝杠(B03)、第二滚动螺母(B04)、滑枕(B05)组成，第二伺服电机(B01)安装在第二电机座组件(B02)上、后者则安装在横梁(01)上，第二滚珠丝杠(B03)通过第二电机座组件(B02)的轴承进行轴向和径向的定位，其端部则通过第二电机座组件(B02)中的一个联轴节与第二伺服电机(B01)的输出轴相连；第二滚珠丝杠(B03)上的第二滚动螺母(B04)则固定在滑枕(B05)的端部，滑枕(B05)通过复数条直线导轨连接于横梁(01)上，并只能沿垂直方向相对横梁(01)移动；工作时，第二伺服电机(B01)驱动第二滚珠丝杠(B03)转动，第二滚珠丝杠(B03)驱动第二滚动螺母(B04)移动，从而带动滑枕(B05)做上下移动运动；工件阵列摆动运动单元(05)是一套矩形阵列同步摆动机构，其上安装m×n个工件安装夹具(06)、而该组夹具上同时安装m×n个工件(07)；该机构固定于上述Y向直线运动单元(04)上，主轴摆动运动单元(10)是一套矩形阵列同步摆动机构，其上安装m×n个主轴(09)、而该组主轴(09)上同时安装m×n个砂轮(08)，该机构固定于上述滑枕(B05)上；但主轴摆动运动单元(10)和工件阵列摆动运动单元(05)的摆动轴应该分别为X轴和Y轴；该机床工作时，工件阵列摆动运动单元(05)通过其摆动单元底座(A08)固定于Y向直线运动单元(04)上方的运动平台上，并随该平台一起做沿着y向的直线移动，而Y向直线运动单元(04)的底座则固定于X向直线运动单元(03)上方的运动平台上，X向直线运动单元(03)的底座固定于机床底座(02)上，因此确保工件在绕Y轴摆动的同时沿着Y向和X向移动，即工件相对机床底座(02)具有3个运动自由度；主轴摆动运动单元(10)的摆动单元底座(A08)则固定于垂直运动单元(11)的滑枕(B05)上并随着滑枕(B05)做沿着垂直轴线即Z轴的直线移动，同时工件在主轴摆动运动单元(10)的控制下做绕X轴的摆动运动，因此位于主轴末端的砂轮阵列同时具有2个运动自由度，即沿着Z向的移动和绕X轴的摆动；因此，该机床一共能保证工件相对砂轮具有5个运动自由度，即构成5轴联动机床，用于同时加工多个中小型复杂曲面或复杂结构零件；当主轴摆动运动单元(10)或/和工件阵列摆动运动单元(05)的摆动轴在加工过程不摆动时，该机床就简化成3轴或4轴矩形阵列机床，此时，所述的矩形阵列同步摆动机构中的无相对运动的件集成为一个整体件而简化机床的结构。
7.根据权利要求6所述的一种基于矩形阵列同步摆动机构的多轴联动加工机床，其特征在于：该主轴摆动运动单元(10)和工件阵列摆动运动单元(05)不配置第二伺服电机(B01)而构成手动调整装置，即两个摆动角度由操作人员调整后锁定，用于在三轴机床上对复杂的零件进行加工。
8.根据权利要求6所述的一种基于矩形阵列同步摆动机构的多轴联动加工机床，其特征在于：该主轴摆动运动单元(10)和工件阵列摆动运动单元(05)不配置传动部分和从摆动座、摆杆机构，使每个主摆动座的角度分别调整，这样能同时利用主轴阵列中的复数个主轴构成小组对复杂零件进行三轴分区加工，从而实现用三轴机床加工复杂零件的功能。
9.根据权利要求6所述的一种基于矩形阵列同步摆动机构的多轴联动加工机床，其特征在于：该机床绕一个水平轴旋转90度形成卧式机床布局，并通过延长水平运动轴的行程而使主轴摆动运动单元(10)和工件阵列摆动运动单元(05)的人工操作位置错开，确保主轴和工件数量过多时易于调整和更换。
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