CN105290807A - 基于五轴联动加工中心的轴系统及其构成的五轴联动加工中心 - Google Patents

基于五轴联动加工中心的轴系统及其构成的五轴联动加工中心 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于五轴联动加工中心的轴系统，主要解决了现有五轴联动加工中心性能差、易损坏加工零件等问题。该基于五轴联动加工中心的轴系统包括三个直线轴：X轴、Y轴和Z轴，一个回转轴：A轴，一个摆动轴：B轴，B轴和Y轴布置在机床的上方且位于被加工零件上方，Y轴方向与B轴摆动方向垂直，B轴用于带动主轴和刀具做摆动运动，Y轴用于带动主轴和刀具作前后直线运动；X轴、Z轴和A轴布置在机床的下方，其中，A轴用于带动被加工零件作回转运动，X轴位于被加工零件下方并用于带动被加工零件沿水平方向作左右直线运动，Z轴用于带动被加工零件沿垂直方向作上下直线运动。本发明设计合理、性能可靠，适合推广应用。

Description

基于五轴联动加工中心的轴系统及其构成的五轴联动加工中心
技术领域
本发明涉及一种五轴联动加工中心，具体的说，是涉及一种基于五轴联动加工中心的轴系统及其构成的五轴联动加工中心。
背景技术
五轴联动叶片加工中心轴系由X、Y、Z直线轴、回转A轴、摆动B轴组成。回转A轴用于夹持叶片零件做回转运动，摆动B轴用于带动主轴和刀具做摆动运动。
现有五轴联动叶片加工中心的总体布局结构有两种型式：
（一）X轴、Z轴及摆动B轴布置在被加工叶片零件上方，Y轴和回转A轴布置在被加工叶片零件下方。X轴拖动Z轴和摆动B轴一起做左右移动，X轴导轨在水平面上布置；Z轴拖动摆动B轴和主轴及刀具做上下移动，Z轴导轨在垂直面内沿垂直方向布置；Y轴拖动回转A轴和叶片零件做前后移动，Y轴导轨在水平面上布置。
此种结构主要存在以下缺点：
（1）X轴拖动的移动件质量大，移动加速度低，动态响应特性差，从而影响整机的五轴联动性能；
（2）摆动B轴叠加在X轴上，摆动方向与X轴运动方向平行，造成摆动B轴的钟摆效应，在X轴加减速运动的时候会影响摆动B轴的定位精度和加速性能；
（3）Z轴带动摆动B轴带动主轴和刀具布置在叶片零件的上方，当外部突然停电等意外状况发生时，主轴和刀具瞬间会不可避免的具有向下移动的现象，从而损坏昂贵的叶片；
（4）支撑被加工叶片零件的Y轴导轨在水平面内布置，导轨防护罩上方切屑易堆积不易排出。
（二）X轴和Y轴及摆动B轴布置在被加工叶片零件上方，Z轴和回转A轴布置在被加工叶片零件下方。X轴拖动Y轴和摆动B轴一起做左右移动，Y轴拖动摆动B轴和主轴及刀具做前后移动，XY导轨均在水平面内布置；Z轴拖动回转A轴和叶片零件做上下移动，Z轴导轨在垂直面内沿垂直方向布置。
此种结构主要存在以下缺点：
（1）X轴上集成的移动件质量太大负载太高，动态响应特性差，同时被加工叶片零件上方轴系的叠加连接环节太多，造成机床整体切削刚性降低，极大的影响整机的五轴联动性能发挥；
（2）摆动B轴叠加在X轴上，摆动方向与X轴运动方向平行，造成摆动B轴的钟摆效应，在X轴加减速运动的时候会影响摆动B轴的定位精度和加速性能。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种设计合理、性能稳定可靠的五轴联动加工中心的轴系布置方式。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于五轴联动加工中心的轴系统，包括三个直线轴：X轴、Y轴和Z轴，一个回转轴：A轴，一个摆动轴：B轴，所述B轴和Y轴布置在机床的上方且位于被加工零件上方，Y轴方向与B轴摆动方向垂直，B轴用于带动主轴和刀具做摆动运动，Y轴用于带动B轴及B轴上的主轴和刀具作前后直线运动；
所述X轴、Z轴和A轴布置在机床的下方，其中，A轴用于带动被加工零件作回转运动，Z轴用于带动A轴及A轴上的被加工零件沿垂直方向作上下直线运动，X轴位于被加工零件下方并用于带动Z轴、A轴及Z轴和A轴上的移动件和被加工零件沿水平方向作左右直线运动。
进一步的，所述A轴包括同步双驱的A1轴和A2轴，二者之间具有间距。
进一步的，所述Z轴包括同步双驱的Z1轴和Z2轴，所述Z1轴和所述Z2轴之间具有可调节的距离。
一种五轴联动加工中心，包括床身，具有主轴的主轴箱，还包括B轴：B轴滑座和B轴驱动电机，所述B轴滑座位于所述床身上方，所述主轴箱安装在B轴滑座上，所述B轴驱动电机驱动所述主轴箱和主轴在B轴滑座上作摆动运动，B轴的其余配套设备为可根据实际需要进行设置，本领域技术人员在本文记载的内容基础上，可以毫无疑义地得知这些配套设备的设置方式，故在此不作赘述。
Y轴：Y轴导轨和Y轴驱动电机，所述Y轴导轨水平设置在所述床身上方，所述B轴滑座安装在所述Y轴导轨上，所述Y轴驱动电机驱动所述B轴滑座沿所述Y轴导轨方向作前后直线运动，Y轴导轨移动方向与所述主轴箱和主轴的摆动方向垂直，Y轴的其余配套设备为可根据实际需要进行设置，本领域技术人员在本文记载的内容基础上，可以毫无疑义地得知这些配套设备的设置方式，故在此不作赘述。
A轴：转台座、转台和A轴驱动电机，所述转台安装在所述转台座上并位于所述床身下方，被加工零件安装在所述转台上由所述A轴驱动电机驱动作回转运动，A轴的其余配套设备为可根据实际需要进行设置，本领域技术人员在本文记载的内容基础上，可以毫无疑义地得知这些配套设备的设置方式，故在此不作赘述。
Z轴：滑鞍、Z轴导轨和Z轴驱动电机，所述滑鞍设置在所述床身下方，所述Z轴导轨安装在滑鞍的垂直面上，所述转台座安装在所述Z轴导轨上，所述Z轴电机驱动所述转台座在垂直面内沿垂直方向做上下直线移动，Z轴的其余配套设备为可根据实际需要进行设置，本领域技术人员在本文记载的内容基础上，可以毫无疑义地得知这些配套设备的设置方式，故在此不作赘述。
X轴：X轴导轨和X轴驱动电机，所述X轴导轨设置在所述床身下方垂直面上，所述滑鞍安装在所述X轴导轨上，所述X轴驱动电机驱动所述滑鞍、转台座、转台在垂直面内沿水平方向做左右直线移动，X轴的其余配套设备为可根据实际需要进行设置，本领域技术人员在本文记载的内容基础上，可以毫无疑义地得知这些配套设备的设置方式，故在此不作赘述。
进一步的，所述A轴包括同步双驱的A1轴和A2轴，二者之间具有间距；A1轴包括左转台和A1轴驱动电机，A2轴包括右转台和A2轴驱动电机；
进一步的，所述Z轴包括同步双驱的Z1轴和Z2轴，二者之间具有可调节的距离；所述Z1轴包括Z1轴导轨和Z1轴驱动电机，所述Z2轴包括Z2轴导轨和Z2轴驱动电机；所述滑鞍包括左滑鞍和右滑鞍，所述Z1轴导轨安装在所述左滑鞍上，所述Z2轴导轨安装在所述右滑鞍上。
进一步的，还包括用于调整Z1轴和Z2轴间距的U轴。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
（1）本发明中B轴与Y轴设置在机床上方，将移动质量比较大的摆动B轴机构只叠加在一个直线轴（Y轴）上，且避免与摆动方向平行的轴系叠加，从而可使各运动轴系质量分配均匀，拥有最好的加速性能和动态响应特性，同时，也可以避免与摆动方向平行的轴系加减速运动的时候对摆动B轴的定位精度及加速性能的影响。
（2）本发明中采用Z轴拖动被加工另加上下运动，将被加工叶片零件设计在Z轴上，由此在加工过程中因停电等意外状况发生的瞬间零件会随着Z轴下移远离刀具，从而避免了刀具损坏叶面，保护昂贵的叶片。
（3）本发明将X轴布置在被加工零件下方，且X轴导轨在垂直面内沿水平方向布置，X轴的导轨防护罩也在垂直面内沿水平方向布置，由此被加工叶片零件的切屑可以避开X向导轨防护罩，而无阻拦的垂直落入机床下方的排屑器里，避免了排屑和较少切屑热量对机床热变形的影响。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，附图标记所对应的名称如下：1-床身，2-主轴，3-主轴箱，4-B轴滑座，5-Y轴导轨，6-转台座，7-转台。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例
如图1所示，本实施例提供了一种五轴联动加工中心，该加工中心主要用于叶片零件加工，其主要包括床身、主轴、主轴箱及五个轴系，其中，床身可采用现有床身及其适合的配套零件，床身的结构并不作特别限定；主轴和主轴箱为配套设施，其可采用现有成熟的主轴及主轴箱结构，与现有的五轴联动加工中心相比，本实施例最大的改进点在于对于五个轴系的布置方式。
五轴联动加工中心的五个轴心分别为：三个直线轴：X轴、Y轴和Z轴，一个回转轴：A轴，一个摆动轴：B轴；其中，X轴、Z轴和A轴布置在机床的下方，Y轴和B轴布置在机床上方。主轴和刀具由B轴驱动摆动，被加工叶片零件在A轴驱动回转，通过五轴联动数控控制系统实现五轴联动叶片加工。
本实施例中五个轴系的具体介绍如下：
摆动轴：B轴包括B轴滑座和B轴驱动电机，此外，B轴还可包括有其它与之配套的零部件，这些零部件为现有结构，并非本实施例的改进部分，且本领域技人员可以毫无疑义地得知，故在此不做赘述。B轴滑座位于床身上方，主轴箱安装在B轴滑座上，B轴通过驱动主轴箱、主轴摆动来控制刀具的摆动，实现B轴运动。
直线轴：Y轴包括Y轴导轨和Y轴驱动电机，此外，Y轴还可包括有其它与之配套的零部件，这些零部件为现有结构，并非本实施例的改进部分，且本领域技人员可以毫无疑义地得知，故在此不做赘述。B轴滑座安装在Y轴导轨上，Y轴导轨移动方向与B轴摆动方向垂直，Y轴导轨在水平面上布置，Y轴拖动摆动B轴和主轴及刀具作前后移动。
Y轴和B轴均位于机床及被加工零件的上方，B轴机构只叠加在一个Y轴上，且避免与摆动方向平行的轴系叠加，由此可使各运动轴系质量分配均匀。
回转轴：A轴包括转台座、转台和A轴驱动电机，转台安装在转台座上并位于床身下方，此外，A轴还可包括有其它与之配套的零部件，这些零部件为现有结构，并非本实施例的改进部分，且本领域技人员可以毫无疑义地得知，故在此不做赘述。被加工零件安装在转台上由A轴驱动电机驱动作回转运动（回转A轴带动被加工零件沿平行X轴方向做旋转运动），实现被加工零件的A轴运动。进一步的，本实施例中，A轴包括有A1轴和A2轴，两个轴系为同步双驱，且二者之间具有一定的间距，在涉及某些零件加工时，可同时将零件的两端分别夹持在左转台和右转台上。
直线轴：Z轴包括Z轴导轨和Z轴驱动电机，此外，Z轴还可包括有其它与之配套的零部件，这些零部件为现有结构，并非本实施例的改进部分，且本领域技人员可以毫无疑义地得知，故在此不做赘述。Z轴导轨设置在床身下方，转台座安装在Z轴导轨上，Z轴拖动回转A轴（转台座）和叶片零件做上下移动，Z轴导轨在垂直面内沿垂直方向布置，由此实现被加工零件的Z轴运动。与同步双驱的A轴对应的，Z轴也包括Z1轴和Z2轴两个轴系，两个轴系为同步双驱，且二者之间具有一定间距，其中，Z1轴与A1轴对应，Z2轴与A2轴对应，用于驱动对应轴系的上下移动。通过上述设置，将被加工叶片零件设计在Z轴上，由此可避免在突然断电时，被加工零件未及时离开刀具而导致的零件受损的情况。
直线轴：X轴包括X轴导轨和X轴驱动电机，X轴导轨设置在床身下方，此外，X轴还可包括有其它与之配套的零部件，这些零部件为现有结构，并非本实施例的改进部分，且本领域技人员可以毫无疑义地得知，故在此不做赘述。Z轴导轨安装在X轴导轨上，X轴通过驱动Z轴在垂直面上沿水平方向左右移动来驱动被加工零件的左右直线运动，即X轴拖动Z轴和回转A轴及叶片零件一起做左右移动，由此实现被加工零件的X轴运动。通过设置，将X轴布置在被加工零件下方，且X轴导轨在垂直面内沿水平方向布置，X轴的导轨防护罩也在垂直面内沿水平方向布置，由此确保了加工排屑的正常进行，避免了排屑及切屑热量对机床的影响。
本实施例中只举例说明了本申请公开的针对叶片零件的五轴联动加工中心；本申请所公开的轴系布置方式，还可应用于针对其它零件的五轴联动加工中心。
按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述设计原理的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明所公开的结构基础上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于五轴联动加工中心的轴系统，包括三个直线轴：X轴、Y轴和Z轴，一个回转轴：A轴，一个摆动轴：B轴，其特征在于：
所述B轴和Y轴布置在机床的上方且位于被加工零件上方，Y轴方向与B轴摆动方向垂直，B轴用于带动主轴和刀具做摆动运动，Y轴用于带动B轴及B轴上的主轴和刀具作前后直线运动；
所述X轴、Z轴和A轴布置在机床的下方，其中，A轴用于带动被加工零件作回转运动，Z轴用于带动A轴及A轴上的被加工零件沿垂直方向作上下直线运动，X轴位于被加工零件下方并用于带动Z轴、A轴及Z轴和A轴上的移动件和被加工零件沿水平方向作左右直线运动。
2.根据权利要求1所述的基于五轴联动加工中心的轴系统，其特征在于，所述A轴包括同步双驱的A1轴和A2轴，二者之间具有间距。
3.根据权利要求2所述的基于五轴联动加工中心的轴系统，其特征在于，所述Z轴包括同步双驱的Z1轴和Z2轴，所述Z1轴和所述Z2轴之间具有可调节的距离。
4.一种五轴联动加工中心，包括床身（1），具有主轴（2）的主轴箱（3），其特征在于，还包括B轴：B轴滑座（4）和B轴驱动电机，所述B轴滑座（4）位于所述床身（1）上方，所述主轴箱（3）安装在B轴滑座（4）上，所述B轴驱动电机驱动所述主轴箱（3）和主轴（2）在B轴滑座（4）上作摆动运动；
还包括Y轴：Y轴导轨（5）和Y轴驱动电机，所述Y轴导轨（5）水平设置在所述床身（1）上方，所述B轴滑座（4）安装在所述Y轴导轨（5）上，所述Y轴驱动电机驱动所述B轴滑座（4）沿所述Y轴导轨（5）方向作前后直线运动，Y轴导轨（5）移动方向与所述主轴箱（3）和主轴（2）的摆动方向垂直；
还包括A轴：转台座（6）、转台（7）和A轴驱动电机，所述转台（7）安装在所述转台座（6）上并位于所述床身（1）下方，被加工零件安装在所述转台（7）上由所述A轴驱动电机驱动作回转运动；
还包括Z轴：滑鞍、Z轴导轨和Z轴驱动电机，所述滑鞍设置在所述床身（1）下方，所述Z轴导轨安装在滑鞍的垂直面上，所述转台座（6）安装在所述Z轴导轨上，所述Z轴电机驱动所述转台座（6）在垂直面内沿垂直方向做上下直线移动；
还包括X轴：X轴导轨和X轴驱动电机，所述X轴导轨设置在所述床身（1）下方垂直面上，所述滑鞍安装在所述X轴导轨上，所述X轴驱动电机驱动所述滑鞍、转台座（6）、转台（7）在垂直面内沿水平方向做左右直线移动。
5.根据权利要求4所述的五轴联动加工中心，其特征在于，所述A轴包括同步双驱的A1轴和A2轴，二者之间具有间距；A1轴包括左转台和A1轴驱动电机，A2轴包括右转台和A2轴驱动电机。
6.根据权利要求4或5所述的五轴联动加工中心，其特征在于，所述Z轴包括同步双驱的Z1轴和Z2轴，二者之间具有可调节的距离；所述Z1轴包括Z1轴导轨和Z1轴驱动电机，所述Z2轴包括Z2轴导轨和Z2轴驱动电机；所述滑鞍包括左滑鞍和右滑鞍，所述Z1轴导轨安装在所述左滑鞍上，所述Z2轴导轨安装在所述右滑鞍上。
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