CN107310057A - 五轴加工中心及其石材加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种五轴加工中心及其石材加工方法，其是由X轴、Y轴、Z轴、C轴和B轴组成的五轴联动结构，框架主体呈龙门式结构；Y轴左右对称设置且纵向设置于Y轴底座上；X轴横向设置于横梁上，横梁横跨连接于一对Y轴滑台上；垂直设置的Z轴通过Z轴滑台与X轴滑台连接，Z轴主体下端面与C轴连接，C轴输出盘与B轴中的U型头连接，U型头通过连接法兰与主轴电机连接；在两个高架墙之间设有工作台总成，在高架墙内侧面设有刀库总成，在高架墙外侧设有电气控制柜。本发明通过五轴联动能够自动完成异型板材切割和立体石材雕刻，装夹更加容易，定位准确，加工成本低，工作效率高，工件表面光洁度优良，提高加工精度，有效保证每件产品质量。

Description

五轴加工中心及其石材加工方法

技术领域

本发明涉及石材机械技术领域，尤其是涉及五轴加工中心及其石材加工方法。

背景技术

目前，传统的三轴机床只有X轴、Y轴、Z轴结构，功能单一，只能进行简单的切割旋铣加工，对于复杂工件的加工则需要通过多种特定夹具的配合并经过多次装夹、多道加工工序才能达到最终成品。但多次装夹带来定位不准，相对精度下降，工作效率降低，操作麻烦对操作工人的要求高，加工耗时长等不足。另外，加工完的板材需人工移走，增加了劳动强度，也不安全卫生。

现有的立体雕刻大多数以人工雕刻为主，劳动强度大，所需人工量巨大，生产效率低，不能大批量生产，无法适应巨大的市场需求，并且人工雕刻质量无法保证，产品品质主要依赖于人工技艺。也有少数采用XYZ三轴加工方式，只能加工出比较简单的图案；四轴即XYZ和旋转轴加工方式只能在圆柱面上加工字体和图案；上述三轴与四轴加工方式都只能加工位于阳面上的图案，无法加工复杂图形和阴面图案，使用范围较窄。

现有的异型加工在曲面加工过程中，只能加工工件比较简单的曲面，无法加工工件的阴面和复杂的侧面，加工效率低，定位相对麻烦。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种能够克服上述不足的五轴加工中心，其通过五轴联动能够自动完成异型板材切割和立体石材雕刻，装夹更加容易，定位准确，加工成本低，工作效率高，工件表面光洁度优良，提高了加工精度，有效保证每件产品质量。

为了解决上述第一个技术问题，本发明所采用的技术方案是：

五轴加工中心，其是由X轴、Y轴、Z轴、C轴和B轴组成的五轴联动结构，框架主体呈龙门式结构；Y轴由左右对称设置的两部分结构组成，固定于高架墙上的Y轴底座上纵向设置有Y轴；X轴横向设置于横梁上，横梁横跨连接于一对Y轴滑台上；垂直设置的Z轴通过Z轴滑台与X轴滑台连接，Z轴主体下端面与C轴中的基座上端面固定连接，C轴输出盘与B轴中的U型头连接，U型头通过连接法兰与主轴电机连接；在两个高架墙之间设置有工作台总成，在高架墙的内侧面设置有刀库总成，在高架墙的外侧设置有电气控制柜。

所述Y轴由Y轴伺服电机驱动Y轴滚珠丝杠带动Y轴滑台及横梁沿Y轴直线导轨进行前后纵向移动；所述X轴由X轴伺服电机驱动X轴滚珠丝杠带动X轴滑台及Z轴沿X轴直线导轨进行左右横向移动；所述Z轴由Z轴伺服电机驱动Z轴滚珠丝杠带动Z轴主体以及C轴和B轴沿Z轴滑台进行垂直上下移动。

所述Z轴主体的下端两侧对称设置有一对气缸支座，在一对气缸支座上设置有一对平衡气缸。

所述C轴中的C轴伺服电机通过C轴同步带与C轴减速器传动连接，C轴减速器与C轴输出盘固定连接，并带动C轴输出盘绕Z轴旋转；安全限位机构中的限位顶板上安装有两个限位开关，限位开关与限位同步带轮上设有的限位块配合，限制C轴旋转角度为-420°至+420°。

所述B轴中的B轴伺服电机通过B轴同步带与B轴减速机传动连接，B轴减速机通过转动设置于U型头内腔中的连接法兰与主轴电机固定连接，并带动主轴电机绕Y轴旋转；在连接法兰的外端面上设置有两个限位开关，限制B轴旋转角度为-120°至+120°。

所述工作台总成包括主工作台、副工作台和上料机构，其中主工作台与两个高架墙固定连接，副工作台设置于主工作台面上，该副工作台为一层铺设于主工作台面上的木方；该上料机构中的上料架设置于副工作台面上，并通过设置在主工作台一侧的转轴与主工作台转动连接；液压油缸体铰接于支腿上，液压油缸杆铰接于上料架上；工作时由液压油缸驱动上料架以主工作台一侧设有的转轴为旋转支点进行正反旋转，实现上料与下料。

所述刀库总成包括固定板、刀夹、刀柄、刀具，其中固定板的内侧面上等距排列有用于安装刀柄的多个刀夹，刀柄上安装有刀具；该刀具包括有铣刀、钻头、圆锯片、磨料、抛光轮。

还包括电气控制部分，其由数控系统和电器组件组成；该电器组件包括断路器、接触器、变压器、继电器、开关电源；该数控系统包括实现自动控制的控制柜、实现人机数据交换的操作面板、伺服系统、安全限位装置，其中伺服系统由伺服电机和驱动器组成，接受控制系统发出的指令后动作和响应，并将响应后的数据反馈给伺服系统，实现闭环控制；安全限位装置由各个轴的限位开关组成。

还包括冷却系统、压缩空气系统，其中冷却系统包括通过内循环给主轴电机降温的冷却机、冷却管；压缩空气系统给气缸提供气压，并给真空发生器提供能量。

本发明所要解决的第二个技术问题是增设真空吸附装置，从而在异型板材切割时通过真空吸附装置能将已切割好的板材或者其它需要移位的板材移动到指定位置，有利于后续加工工序；不用时可自行拆卸，腾出更大的工作空间。

为了解决上述第二个技术问题，本发明所采用的技术方案是：

还包括设置于U型头侧面的真空吸附装置，所述真空吸附装置中的L型板上对称固定有一对导向块，对称设置于真空吸附气缸两侧的一对导向杆垂直穿过一对导向块并能随同真空吸附气缸杆的伸缩进行上下移动，在导向杆上设置有起限位作用的双紧固螺母；真空吸附气缸体固定在L型板上，真空吸附气缸杆和一对导向杆垂直穿过吸盘钢板，安装在吸盘钢板上的真空吸盘下表面附着有密封圈。

本发明所要解决的第三个技术问题是提供一种由五轴加工中心实施并能实现异型板材切割的石材加工方法。

为了解决上述第三个技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种由五轴加工中心实施的石材加工方法，其用于异型板材切割时包括如下步骤：

⑴上料：将毛坯板材通过上料机构放置于工作台的中心位置；使毛坯板材的长度方向与X轴平行放置，宽度方向与Y轴平行放置，并进行固定；

⑵系统对刀：将锯片移动到指定位置，并将当前位置记录在系统坐标上，对刀完成；

⑶自动运行：开启自动加工模式，系统根据预设程序开始加工；

⑷吸附动作：真空吸附装置根据编程预设的程序自动工作；真空吸附装置将已切割好的成型板材或者需要移位的板材移动到指定位置；

⑸返回原点：切割完毕后锯片移动到指定位置待命。

本发明所要解决的第四个技术问题是提供一种由五轴加工中心实施并能实现立体石材雕刻的石材加工方法。

为了解决上述第四个技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种由五轴加工中心实施的石材加工方法，其用于立体石材雕刻时包括如下步骤：

⑴摆放工件：将工件摆放于工作台中心位置；使工件的长度方向与X轴平行放置，宽度方向与Y轴平行放置，并进行固定；

⑵系统对刀：对雕刻所用的多把刀具长度进行一一测量，并输入系统，系统换刀时会自动提取刀长；选取加工的第一把刀进行对刀，将刀具移动到指定的对刀位置，并将当前位置记录在系统坐标上，对刀完成；

⑶自动运行：开启自动加工模式，系统根据预设程序开始加工；

⑷自动换刀：系统根据预设程序自动选取刀库中的刀具；换刀时，系统会根据换刀路径自动运行，换刀结束；

⑸返回原点：切割完毕后刀具移动到指定位置待命。

本发明与已有技术相比，具有以下优点和积极效果：

本发明采用三个直线座标轴和两个旋转座标轴同时运动形成五轴联动结构，使刀具与工件能够按照规定的运动轨迹进行切削加工，通过两个旋转轴控制刀具两个方向摆动，实现对复杂型面工件的加工，不管是阳面和阴面的工件形状均能加工，并且能够自动进行刀具更换，一机多用，大大提高了加工效率。

本发明通过五轴联动能够自动完成异型板材切割和立体石材雕刻，全部加工过程都由计算机控制完成，大大降低了加工工艺的难度，减化了程序，工件加工成型快，大幅度提高了加工效率，有利于大批量规模化生产，并且能够保证每一件产品的加工质量和加工精度。

本发明只需要一次装夹即可完成工件的整个加工过程，避免了因多次重复装夹而导致定位不准的情况发生，从而使装夹更加容易，定位准确；节省了许多夹具和特殊刀具，相应降低了夹具和刀具成本。由于采用伺服系统作为运动控制，所以各轴移动精度高，工件表面光洁度要优于传统机床，工件加工精度大大提高。

真空吸附装置主要是用作板材加工时，将切割完毕的成型板材或者需要移位的板材及时移走，实现后续工件复杂形状的切割。在圆周雕刻时可自行拆掉真空吸附装置，以腾出更大的工作空间，防止后续加工时发生干涉。

本发明通过五轴联动不仅能够自动实现各种复杂形状、图形如异型柱体的立体石材雕刻，而且通过五轴联动还能自动切割出各种异型板材如斜面、弧面，适用范围广。本发明具有占地少，节约空间，运行平稳，性能稳定，使用方便安全，加工效率高，加工成本低，加工产品质量好、精度高等优点。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为图1的左视图；

图3为X轴的主视图；

图4为图3的左视图；

图5为Y轴的主视图；

图6为图5的左视图；

图7为Z轴的主视图；

图8为图7的左视图；

图9为B轴的剖视图；

图10为C轴的主视图；

图11为图10的轴向剖视图；

图12为工作台总成的主视图；

图13为图12的左视图；

图14为图12的俯视图；

图15为刀库总成的主视图；

图16为图15的左视图；

图17为真空吸附装置的主视图；

图18为图17的左视图；

图19为数控系统的控制原理方框图。

图1-图2中的部件说明：

100、X轴；200、Y轴；300、Z轴；400、B轴；500、C轴；600、工作台总成；700、刀库总成；800、电气控制柜；900、真空吸附装置；

图3-图4中的部件说明：

101、横梁；102、106、一对X轴丝杠支座；103、X轴滚珠丝杠；104、X轴直线导轨；105、X轴滑台主板；107、X轴轴承座；108、X轴联轴器；109、X轴减速器；110、X轴伺服电机；111、X轴滑台横板；112、X轴螺母座；113、X轴导轨滑块；

图5-图6中的部件说明：

201、Y轴伺服电机；202、Y轴减速器；203、Y轴联轴器；204、Y轴轴承座；205、209、一对Y轴丝杠支座；206、Y轴滑台；207、Y轴直线导轨；208、Y轴滚珠丝杠；210、Y轴螺母座；211、Y轴导轨滑块；212、Y轴底座；

图7-图8中的部件说明：

301、Z轴伺服电机；302、电机座；303、Z轴主体；304、风琴挡板；305、Z轴导轨滑块；306、Z轴同步带；307、Z轴同步带轮大轮；308、312、一对Z轴丝杠支座；309、Z轴滚珠丝杠；310、Z轴直线导轨；311、Z轴滑台；313、平衡气缸；314、气缸支座；

图9中的部件说明：

401、U型头；402、主轴电机；403、B轴伺服电机；404、B轴电机同步带轮；405、B轴减速器；406、连接法兰；407、B轴减速器同步带轮；408、B轴同步带；409、两个限位开关；

图10-图11中的部件说明：

501、C轴伺服电机；502、电机垫板；503、C轴同步带预紧块；504、顶板；505、基座；506、C轴输出盘；507、C轴传动同步带；508、限位同步带；509、限位垫板；510、限位顶板；511、限位同步带轮；512、C轴减速器同步带轮；513、C轴减速器；514、限位传动轴；515、C轴电机同步带轮；

图12-图14中的部件说明：

601、主工作台；602、副工作台；603、液压油缸；604、上料架；605、转轴；606、支腿；

图15-图16中的部件说明：

701、固定板；702、刀夹；703、刀柄；704、刀具；

图17-图18中的部件说明：

901、L型板；902、双紧固螺母；903、导向杆；904、真空吸附气缸；905、导向块；906、吸盘钢板；907、真空吸盘；908、密封圈。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地详细说明。

由图1-图19可知，本发明为由X轴、Y轴、Z轴、C轴、B轴组成的五轴联动结构，框架主体呈龙门式结构；Y轴由左右对称设置的两部分结构组成，固定在高架墙上的Y轴底座212上纵向设置有Y轴200；X轴100横向设置于横梁上，横梁101横跨连接于一对Y轴滑台206上；在X轴滑台上固定有Z轴滑台311，垂直设置的Z轴主体下端面与C轴中的基座上端面固定连接，C轴输出盘506与B轴中的U型头401连接，U型头401通过连接法兰406与用于安装刀具的主轴电机402连接。在U型头401的侧面安装有真空吸附装置900。在两个高架墙之间设置有工作台总成600，在高架墙的内侧面设置有刀库总成700，在高架墙的外侧设置有电气控制柜800。下面对各组成部分的结构及作用原理分别进行详细说明：

(一)机械部分

⑴框架主体：参照图1、图2。

框架主体呈龙门式结构，其主要由方管焊接组成。功能是为五轴提供支撑，固定作用。

⑵X轴：参照图3、图4。

X轴设置于横梁101上，X轴的移动方向为左右横向移动。

X轴100包括横梁101、X轴伺服电机110、X轴减速器109、X轴联轴器108、X轴轴承座107、一对X轴丝杠支座102、106、X轴直线导轨104、X轴导轨滑块113、X轴滚珠丝杠103、X轴螺母座112、X轴滑台横板111、X轴滑台主板105；其中：

X轴伺服电机110与X轴减速器109连接，并通过X轴联轴器108与X轴滚珠丝杠103的一端连接，X轴滚珠丝杠103通过一对X轴丝杠支座102、106和X轴轴承座107横向设置于横梁101上。

X轴直线导轨104为一对，分别横向设置于横梁101呈90°夹角的两个面上。一对X轴导轨滑块113分别设置在呈90°夹角的X轴滑台主板105、X轴滑台横板111上，并与一对X轴直线导轨104相配合。与X轴滚珠丝杠103相配合的X轴螺母座112固定在X轴滑台主板105上。X轴滑台主板105与X轴滑台横板111呈90°夹角设置，二者组成X轴滑台。

工作时，X轴伺服电机通过X轴减速器、X轴联轴器驱动X轴滚珠丝杠转动，X轴滚珠丝杠通过X轴螺母座带动X轴滑台主板、X轴滑台横板111沿X轴直线导轨进行左右横向移动，从而实现刀具的左右横向移动。

⑶Y轴：参照图5、图6。

Y轴设置于Y轴底座212上，Y轴的移动方向为前后纵向移动。

Y轴200由左右对称设置的两部分结构组成；Y轴以Y轴底座为主体，两个Y轴底座左右对称设置，该Y轴底座固定于高架墙上。

Y轴200包括Y轴伺服电机201、Y轴减速器202、Y轴联轴器203、Y轴直线导轨207、Y轴导轨滑块211、Y轴轴承座204、一对Y轴丝杠支座205、209、Y轴滚珠丝杠208、Y轴螺母座210、Y轴滑台206、Y轴底座212；其中：

Y轴伺服电机201与Y轴减速器202连接，并通过Y轴联轴器与Y轴滚珠丝杠208的一端连接，Y轴滚珠丝杠通过一对Y轴丝杠支座205、209和Y轴轴承座204纵向设置于Y轴底座212上。固定于Y轴滑台206上的Y轴螺母座210与Y轴滚珠丝杠208相配合。

一对Y轴直线导轨207纵向设置于Y轴底座212上；该Y轴直线导轨207与设置在Y轴滑台206上的Y轴导轨滑块211相配合。

Y轴与X轴的结构和工作原理基本相同，只是安装位置与安装方向有所不同。Y轴伺服电机驱动Y轴滚珠丝杠旋转，由Y轴滚珠丝杠带动Y轴滑台沿Y轴直线导轨进行前后纵向移动，从而实现刀具的前后纵向移动。

⑷Z轴：参照图7、图8。

Z轴滑台311固定于X轴滑台主板105上，Z轴的移动方向为垂直上下移动。

Z轴300包括Z轴主体303、Z轴伺服电机301、Z轴同步带轮大轮307、Z轴同步带306、Z轴直线导轨310、Z轴导轨滑块305、一对Z轴丝杠支座308、312、Z轴滚珠丝杠309、Z轴螺母座、Z轴滑台311、电机座302、风琴挡板304、平衡气缸313、气缸支座314；其中：

Z轴伺服电机301通过电机座302安装在Z轴主体303的顶部。Z轴伺服电机301上设有的Z轴同步带轮通过Z轴同步带306与Z轴滚珠丝杠309上设有的Z轴同步带轮大轮307传动连接。

Z轴滚珠丝杠309通过一对Z轴丝杠支座308、312垂直设置在Z轴主体303上。Z轴螺母座固定在Z轴滑台311上，并与Z轴滚珠丝杠309相配合。

一对Z轴直线导轨310垂直设置在Z轴主体303的前部。设置在Z轴滑台311上的一对Z轴导轨滑块305与一对Z轴直线导轨310相配合。Z轴直线导轨310上设置有风琴挡板304，起防尘保护作用。

气缸支座314为一对，对称设置在Z轴主体303的下端两侧，一对气缸支座314上对称安装有一对平衡气缸313。平衡气缸的作用是：由于Z轴垂直设置且本身具有重量，因此为了克服Z轴重量，保持Z轴升降时受力均匀而设置有一对平衡气缸。

工作时，Z轴伺服电机301通过Z轴同步带306驱动Z轴滚珠丝杠309转动，Z轴滚珠丝杠通过Z轴螺母座带动Z轴滑台311沿Z轴直线导轨310进行垂直上下移动，从而实现刀具的垂直上下移动。

⑸C轴：参照图10、图11。

C轴中的基座上端面与Z轴主体下端面固定连接，C轴的运动方向为绕Z轴做旋转运动。

C轴500包括C轴伺服电机501、C轴电机同步带轮515、C轴传动同步带507、C轴同步带预紧块503、C轴减速器同步带轮512、C轴减速器513、C轴输出盘506、电机垫板502、顶板504、基座505、安全限位机构，其中：

C轴伺服电机501通过电机垫板502固定于顶板504上。C轴伺服电机501上设有C轴电机同步带轮515，通过C轴传动同步带507与C轴减速器同步带轮512传动连接；C轴同步带预紧块503用于涨紧C轴传动同步带507。C轴减速器同步带轮512、C轴减速器513和C轴输出盘506均安装在限位传动轴514上。C轴减速器513设置在基座505内腔中，并与C轴输出盘506固定连接。C轴输出盘506安装在C轴减速器513的输出端。

工作时，C轴伺服电机501通过C轴传动同步带507传动C轴减速器同步带轮512旋转，通过C轴减速器513的旋转带动C轴输出盘506旋转，保证C轴绕Z轴的旋转角度为-420°至+420°。

安全限位机构包括限位传动轴514、限位同步带508、限位同步带轮511、限位垫板509、限位顶板510、两个限位开关，其中：限位传动轴514上设置有与其一体结构的一限位同步带轮，该限位同步带轮通过限位同步带508传动连接另一限位同步带轮511，该另一限位同步带轮511与限位顶板510固定连接，最终实现限位顶板510的转动。限位同步带轮511安装在限位垫板509上，限位垫板509用于涨紧限位同步带508。在限位顶板510上安装有两个限位开关，与限位同步带轮511上设有的限位块配合，能够限制C轴绕Z轴的旋转角度。

⑹B轴：参照图9。

B轴通过U型头401与C轴输出盘506连接。B轴的运动方向为绕Y轴做旋转运动。

B轴400包括B轴伺服电机403、B轴电机同步带轮404、B轴同步带408、B轴减速器405、B轴减速器同步带轮407、U型头401、连接法兰406、主轴电机402、两个限位开关409，其中：

B轴伺服电机403上设置有B轴电机同步带轮404，B轴电机同步带轮404通过B轴同步带408与B轴减速器同步带轮407传动连接。连接法兰406转动设置于U型头上，B轴减速器405通过连接法兰406与主轴电机402固定连接。

在连接法兰406远离B轴减速器405的外端面上设置有呈240°夹角的两个限位开关409。两个限位开关用于限制B轴绕Y轴的旋转角度。

工作时，B轴伺服电机403通过B轴同步带408传动B轴减速器405转动，并通过连接法兰406带动主轴电机402绕Y轴旋转，保证B轴绕Y轴的旋转角度为-120°至+120°。

⑺刀库总成：参照图15、图16。

刀库总成设置于高架墙的内侧面上。其作用是放置加工所需要的刀柄，实现快速换刀。根据预定程序，主轴电机自身具有自动换刀功能。

刀库总成700包括固定板701、刀夹702、刀柄703、刀具704，其中：在固定板701的内侧面上等距排列有多个刀夹702，刀夹上安装有刀柄703，刀柄上安装有可拆卸的刀具704。刀具通过刀柄安装于主轴电机上。

刀具704包括有铣刀、钻头、圆锯片、磨料、抛光轮等，可根据实际加工需要进行刀具的选择与更换。

⑻工作台总成：参照图12、图13、图14。

工作台总成设置于两个高架墙之间，并与刀具工作区域相对应。其作用是放置待加工件，固定加工件。

工作台总成600包括主工作台601、副工作台602、支腿606、上料机构，其中：

主工作台601固定连接于两个高架墙之间，主工作台由方管焊接而成。在主工作台601的下面设置有多个支腿606。

在主工作台601上面设置有副工作台602，该副工作台602为一层铺设在主工作台面上的木方，木方为易损耗件，可以更换。

上料机构包括上料架604、转轴605、液压油缸603，其中：上料架604的横断面呈形，其设置于副工作台面上的部分呈m形。上料架604通过设置于主工作台一侧的转轴605与主工作台601形成转动连接。液压油缸体铰接于支腿606上，液压油缸杆与上料架604远离转轴605的部位铰接。

工作时，由液压油缸603驱动上料架604，以设置于主工作台一侧的转轴605为旋转支点进行正反旋转90°，实现毛坯板材的上料与大规格板材的下料。

⑼真空吸附装置：参照图17、图18。

真空吸附装置设置于U型头的侧面。其作用是将已加工好的成型板材或者需要移位的板材移动到指定位置，有利于后续加工工序。

真空吸附装置900包括真空发生器、真空吸附气缸904、导向杆903、导向块905、L型板901、密封圈908、真空吸盘907、吸盘钢板906、双紧固螺母902，其中：

在L型板901上对称固定有一对导向块905，一对导向杆垂直穿过上述一对导向块并能随同真空吸附气缸杆的伸缩进行上下移动；在导向杆903上设置有起限位作用的双紧固螺母902。真空吸附气缸904固定在L型板901上，一对导向杆903对称设置于真空吸附气缸两侧，真空吸附气缸杆和一对导向杆垂直穿过L型板后与吸盘钢板906连接。在吸盘钢板906上安装有真空吸盘907，在真空吸盘907的下表面附着有密封圈908。

真空发生器安装在L型板901上，作用是为真空吸盘907提供负压，使真空吸盘具备吸附板材的吸力。

(二)电气控制部分：参照图19。

电气控制部分除了显示器、控制面板、HK键盘之外的结构全部设置于电气控制柜800内，其组成部分及其作用如下：

⑴电器组件包括断路器、接触器、变压器、继电器、开关电源，其作用是为系统提供电源并接受系统发出的指令，产生相应的动作。

⑵数控系统：包括系统主机、显示器、控制面板、RIO模组、手轮、系统电源、HK键盘，其作用是接收指令，经过运算后给伺服系统发出指令，从而实现自动控制。

数控系统的控制程序由以下两部分组成：

a、不可编程部分。不可编程部分是由系统二次开发者根据设备的实际需求和功能进行的软件编程，主要是对系统的PLC和HMI进行定制化编程。完成编程后将固化到系统存储器中，掉电保持数据，后续操作者只能读取不能修改。不可编程部分是整个系统的核心，通过这部分的编程可以完成对整个机床各个部分的整合与协调，保证整个机床的安全与可靠。

b、可编程部分。可编程部分由操作者通过外部键盘或者通过可存储设备对系统进行编程。系统根据接收的数据自行编译，并执行。可编程部分是系统的主要功能，也是后期加工的重要依据，通过这部分的编程可控制整个机床的所有功能，实现各种加工方案。

数控系统在加工过程中的作用及步骤：

a、要根据机床的有效行程确定好加工工艺。

b、根据加工工艺确定加工所需要的刀具。

c、确定好刀具后进入工件的编程。编程部分根据工件的难易程度可通过键盘编写或者通过软件编写，也可以整体编写或者分成几部分来编写。

d、完成编程后通过系统的编译后转换为系统能读写的数据。可通过系统软件进行模拟加工，查看编程是否有问题。

e、进入实际加工阶段。伺服系统在数控系统的指引下按照程序预定的指令运动，通过RTCP功能实现五轴联动，实现自动加工。

f、根据工件的实际需要，来选择是否需要真空吸附装置作为辅助加工。真空吸附主要是用作板材加工时，对板材进行位移，实现复杂形状的切割。在圆周雕刻时可自行拆掉，减少因占空间所引起的干涉。

g、机床可按预定指令进行换刀，提高加工效率。

h、根据实际加工的尺寸与图纸尺寸的对比后，可对机床进行数据补偿，保证工件精度。

i、工件加工完毕后可按照预定指令移动到指定位置，待命。系统会自动保存加工时间和加工件数。⑶操作面板：作用是给系统发出指令，实现人机数据交换，对整个设备全方面操控。

⑷伺服系统：由伺服电机和驱动器组成，其作用是接收控制系统发出的指令后动作和响应，并将响应的数据反馈给伺服系统，实现闭环控制。

⑸安全限位装置：由各个轴的限位开关组成，其作用是当系统一旦出现意外情况时，保证系统各轴不会超出最大移动范围，从而达到安全保护的作用。

(三)辅助部分

辅助部分的组成及其作用如下：

⑴冷却系统。冷却系统主要是指冷却机、冷却管，其作用是通过内循环给主轴电机降温。

⑵压缩空气系统。压缩空气系统的作用是给气缸提供气压，并给真空发生器提供能量。

(四)本发明五轴加工中心的加工过程是：参照图1-图19。

本发明能够进行X轴、Y轴、Z轴的刀具移动，同时进行刀具B轴和C轴的旋转，从而实现自动化异型板材切割和立体石材雕刻，并且加工效率高，产品加工精度高、质量好。

为了完成异型板材切割，五轴加工中心所采用的加工方法包括如下步骤：

⑴上料：将毛坯板材通过上料机构放置于副工作台的中心位置，使毛坯板材的长度方向与X轴平行放置，宽度方向与Y轴平行放置，并进行固定。

⑵系统对刀：将锯片通过铰铣头安装在主轴电机上。将锯片移动到指定位置，并将当前位置记录在系统坐标上，对刀完成。

⑶自动运行：开启自动加工模式，系统根据预设程序开始加工。

⑷吸附动作：真空吸附装置根据编程预设的程序自动工作。通过真空吸附装置将已切割好的成型板材或者需要移位的板材移动到指定位置。

⑸返回原点：切割完毕后锯片移动到指定位置待命。

为了完成立体石材雕刻，五轴加工中心所采用的加工方法包括如下步骤：

⑴摆放工件：将工件摆放于副工作台中心位置，使工件的长度方向与X轴平行放置，宽度方向与Y轴平行放置，并进行固定。

⑵系统对刀：由于雕刻需要多把刀具，所以需要对所用的刀具长度进行一一测量，并输入系统，系统换刀时会自动提取刀长。选取加工的第一把刀进行对刀，将刀具移动到指定的对刀位置，并将当前位置记录在系统坐标上，对刀完成。

⑶自动运行：开启自动加工模式，系统根据预设程序开始加工。

⑷自动换刀：系统根据预设程序自动选取刀库中的刀具。换刀时，系统会根据换刀路径自动运行，换刀结束。

⑸返回原点：切割完毕后刀具移动到指定位置待命。

Claims (12)

1.五轴加工中心，其特征是，其是由X轴、Y轴、Z轴、C轴和B轴组成的五轴联动结构，框架主体呈龙门式结构；Y轴由左右对称设置的两部分结构组成，固定于高架墙上的Y轴底座上纵向设置有Y轴；X轴横向设置于横梁上，横梁横跨连接于一对Y轴滑台上；垂直设置的Z轴通过Z轴滑台与X轴滑台连接，Z轴主体下端面与C轴中的基座上端面固定连接，C轴输出盘与B轴中的U型头连接，U型头通过连接法兰与主轴电机连接；在两个高架墙之间设置有工作台总成，在高架墙的内侧面设置有刀库总成，在高架墙的外侧设置有电气控制柜。

2.根据权利要求1所述的五轴加工中心，其特征是，所述Y轴由Y轴伺服电机驱动Y轴滚珠丝杠带动Y轴滑台及横梁沿Y轴直线导轨进行前后纵向移动；所述X轴由X轴伺服电机驱动X轴滚珠丝杠带动X轴滑台及Z轴沿X轴直线导轨进行左右横向移动；所述Z轴由Z轴伺服电机驱动Z轴滚珠丝杠带动Z轴主体以及C轴和B轴沿Z轴滑台进行垂直上下移动。

3.根据权利要求2所述的五轴加工中心，其特征是，所述Z轴主体的下端两侧对称设置有一对气缸支座，在一对气缸支座上设置有一对平衡气缸。

4.根据权利要求3所述的五轴加工中心，其特征是，所述C轴中的C轴伺服电机通过C轴同步带与C轴减速器传动连接，C轴减速器与C轴输出盘固定连接，并带动C轴输出盘绕Z轴旋转；安全限位机构中的限位顶板上安装有两个限位开关，限位开关与限位同步带轮上设有的限位块配合，限制C轴旋转角度为-420°至+420°。

5.根据权利要求4所述的五轴加工中心，其特征是，所述B轴中的B轴伺服电机通过B轴同步带与B轴减速机传动连接，B轴减速机通过转动设置于U型头内腔中的连接法兰与主轴电机固定连接，并带动主轴电机绕Y轴旋转；在连接法兰的外端面上设置有两个限位开关，限制B轴旋转角度为-120°至+120°。

6.根据权利要求5所述的五轴加工中心，其特征是，所述工作台总成包括主工作台、副工作台和上料机构，其中主工作台与两个高架墙固定连接，副工作台设置于主工作台面上，该副工作台为一层铺设于主工作台面上的木方；该上料机构中的上料架设置于副工作台面上，并通过设置在主工作台一侧的转轴与主工作台转动连接；液压油缸体铰接于支腿上，液压油缸杆铰接于上料架上；工作时由液压油缸驱动上料架以主工作台一侧设有的转轴为旋转支点进行正反旋转，实现上料与下料。

7.根据权利要求6所述的五轴加工中心，其特征是，所述刀库总成包括固定板、刀夹、刀柄、刀具，其中固定板的内侧面上等距排列有用于安装刀柄的多个刀夹，刀柄上安装有刀具；该刀具包括有铣刀、钻头、圆锯片、磨料、抛光轮。

8.根据权利要求7所述的五轴加工中心，其特征是，还包括电气控制部分，其由数控系统和电器组件组成；该电器组件包括断路器、接触器、变压器、继电器、开关电源；该数控系统包括实现自动控制的控制柜、实现人机数据交换的操作面板、伺服系统、安全限位装置，其中伺服系统由伺服电机和驱动器组成，接受控制系统发出的指令后动作和响应，并将响应后的数据反馈给伺服系统，实现闭环控制；安全限位装置由各个轴的限位开关组成。

9.根据权利要求8所述的五轴加工中心，其特征是，还包括冷却系统、压缩空气系统，其中冷却系统包括通过内循环给主轴电机降温的冷却机、冷却管；压缩空气系统给气缸提供气压，并给真空发生器提供能量。

10.根据权利要求9所述的五轴加工中心，其特征是，还包括设置于U型头侧面的真空吸附装置，所述真空吸附装置中的L型板上对称固定有一对导向块，对称设置于真空吸附气缸两侧的一对导向杆垂直穿过一对导向块并能随同真空吸附气缸杆的伸缩进行上下移动，在导向杆上设置有起限位作用的双紧固螺母；真空吸附气缸固定在L型板上，真空吸附气缸杆和一对导向杆垂直穿过L型板后与吸盘钢板连接，安装在吸盘钢板上的真空吸盘下表面附着有密封圈。

11.一种由权利要求1至10中的任一项所述的五轴加工中心实施的石材加工方法，其特征是，其用于异型板材切割时包括如下步骤：

⑴上料：将毛坯板材通过上料机构放置于工作台的中心位置；使毛坯板材的长度方向与X轴平行放置，宽度方向与Y轴平行放置，并进行固定；

⑵系统对刀：将锯片移动到指定位置，并将当前位置记录在系统坐标上，对刀完成；

⑶自动运行：开启自动加工模式，系统根据预设程序开始加工；

⑷吸附动作：真空吸附装置根据编程预设的程序自动工作；真空吸附装置将已切割好的成型板材或者需要移位的板材移动到指定位置；

⑸返回原点：切割完毕后锯片移动到指定位置待命。

12.一种由权利要求1至10中的任一项所述的五轴加工中心实施的石材加工方法，其特征是，其用于立体石材雕刻时包括如下步骤：

⑴摆放工件：将工件摆放于工作台中心位置；使工件的长度方向与X轴平行放置，宽度方向与Y轴平行放置，并进行固定；

⑵系统对刀：对雕刻所用的多把刀具长度进行一一测量，并输入系统，系统换刀时会自动提取刀长；选取加工的第一把刀进行对刀，将刀具移动到指定的对刀位置，并将当前位置记录在系统坐标上，对刀完成；

⑶自动运行：开启自动加工模式，系统根据预设程序开始加工；

⑷自动换刀：系统根据预设程序自动选取刀库中的刀具；换刀时，系统会根据换刀路径自动运行，换刀结束；

⑸返回原点：切割完毕后刀具移动到指定位置待命。