CN108145535B - 一种桌面五自由度微小型复合加工机床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桌面五自由度微小型复合加工机床，包括工件转动模块、刀具模块、控制系统、X向驱动模块、Y向驱动模块及Z向驱动模块，工件转动模块包括摆动工作台、装夹装置以及用于带动所述摆动工作台摆动的旋转驱动装置，所述装夹装置包括车削夹具和/或铣削夹具，所述铣削夹具由车削夹具固定；所述刀具模块包括车刀架以及设置在车刀架上的多个车刀，所述车刀在X向驱动模块、Y向驱动模块及Z向驱动模块的协同作用下移动至装夹装置，实现对装夹装置上待加工工件的加工。利用本发明有助于减少机床的冗余生产力或功能闲置，降低制造能耗和成本、提高微器件的加工质量，加速产品制造的系统化、集成化和智能化进程。

Description

一种桌面五自由度微小型复合加工机床

技术领域

本发明属于微纳机械加工设备技术领域，尤其涉及一种桌面五自由度微小型复合加工机床。

背景技术

随着航空航天、微电子工业、介\植入医学微器件、非球面光学构件等高科技产业的迅猛发展，对精密微小型复杂零件的需求量呈指数式增加。微小型零件通常指的是宏观尺寸在毫米级，部分零件尺寸特征精度在微米级的零件。

由于缺乏针对微小型零件的专用加工设备，完成一个微小型零件的加工依循常规尺度零件的加工工艺，通常采用多个工艺步骤完成零件的多种加工尺寸精度、几何精度和表面质量的要求，这就需要对微小零件采用多种设备进行装夹和拆卸，这种工艺步骤增加了装夹累积误差，造成了现有工艺和设备加工微小型零件时的较差精度，且较低的加工效率。

因此，提供一种能够适应高柔性产品、实现宽尺度范围和多种材料特征的微小型零件的复合加工设备成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明为避免上述现有技术存在的不足之处，提供了一种桌面五自由度微小型复合加工机床，以提高微小型零件的加工质量。

本发明所采用的技术方案为：

一种桌面五自由度微小型复合加工机床，包括工件转动模块、刀具模块、控制系统、带动所述刀具模块沿X轴方向作往复直线运动的X向驱动模块、带动所述刀具模块沿Y轴方向作往复直线运动的Y向驱动模块以及带动所述刀具模块沿Z轴方向作升降运动的Z向驱动模块，所述工件转动模块包括摆动工作台、设置在摆动工作台上方且用于装夹待加工工件的装夹装置以及用于带动所述摆动工作台摆动的旋转驱动装置，所述装夹装置包括车削夹具和/或铣削夹具，所述铣削夹具由车削夹具固定；所述刀具模块包括车刀架以及设置在车刀架上的多个车刀，所述X向驱动模块、Y向驱动模块、Z向驱动模块以及旋转驱动装置均受控于所述控制系统，所述车刀在X向驱动模块、Y向驱动模块及Z向驱动模块的协同作用下移动至装夹装置，实现对装夹装置上待加工工件的加工。

所述旋转驱动装置包括旋转电机和连杆机构，连杆机构包括固定件、主动连杆、从动连杆及用于连接主动连杆和从动连杆的摆杆，所述主动连杆的一端和从动连杆的一端均与所述固定件转动连接，主动连杆的另一端和从动连杆的另一端均与所述摆杆相铰接，主动连杆由所述旋转电机驱动旋转，从动连杆与所述摆动工作台静连接。

所述旋转驱动装置还包括固定底板及设置在固定底板一侧的弧形凸台，弧形凸台的顶端面呈弧形，所述摆动工作台放置在所述弧形凸台上；所述旋转驱动装置还包括用于对摆动工作台的摆动进行限位的限位机构，限位机构包括电磁铁和吸盘卡件，弧形凸台的一端开设有与所述吸盘卡件相适配的卡槽，摆动工作台上开设有与电磁铁相适配的电磁铁安置槽，电磁铁置入所述电磁铁安置槽内，当摆动工作台摆动至所需位置时，吸盘卡件的一端插入所述卡槽内、另一端吸附在电磁铁上。

所述X向驱动模块包括X向直线电机，所述Z向驱动模块安装在X向直线电机上并在X向直线电机的驱动下沿X轴方向作往复直线运动；所述Z向驱动模块包括升降驱动导向机构，升降驱动导向机构包括竖梁和升降滑块，竖梁的前端面上沿竖向设置有与所述升降滑块相适配的竖向导轨，所述车刀架与升降滑块相连并随升降滑块同步升降；所述竖梁的下部一侧设置有第一配重，竖梁的上部背侧设置有第二配重；所述Z向驱动模块还包括Z向直线电机，Z向直线电机与所述升降滑块相连并带动升降滑块作往复升降运动。

所述Y向驱动模块包括左侧Y向驱动模块和右侧Y向驱动模块，左、右侧Y向驱动模块均包括Y向直线电机，所述X向驱动模块的两侧分别搭接在左、右侧Y向驱动模块的Y向直线电机上，并在Y向直线电机的驱动下沿Y轴方向作往复直线运动。

所述加工机床还包括视觉模块，视觉模块受控于所述控制系统，视觉模块包括CCD微摄像头、用于安装所述CCD微摄像头的微调平台以及用于安装所述微调平台的L型支架，L型支架设置在刀具模块的一侧并在刀具模块的带动下带动视觉模块整体分别沿X轴方向、Y轴方向及Z轴方向移动；所述视觉模块还包括用于对所述CCD微摄像头的位置进行微调的位置调节机构，L型支架包括相连的横板和竖板，位置调节机构包括带动所述微调平台沿横板的长度方向移动的第一调节组件以及带动所述微调平台沿横板的厚度方向移动第二调节组件。

所述第一调节组件包括微调齿轮和调节板，微调齿轮安装在所述横板上，调节板面向微调齿轮的一侧设置有与所述微调齿轮相适配的齿条，调节板面向横板的一侧开设有第一导向滑槽，横板顶端面上沿横板长度方向设置有与所述第一导向滑槽相适配的导向凸台，微调齿轮旋转通过所述齿条带动调节板整体沿横板的长度方向移动；所述第二调节组件包括调节螺杆，微调平台的背侧设置有第二导向凸台，第二导向凸台沿其自身的长度方向开设有与所述调节螺杆相适配的螺纹孔，所述调节板的前端设置有用于安装所述微调平台的定位板，定位板上开设有与所述第二导向凸台相适配的第二导向滑槽。

所述加工机床还包括工作台底座模块和防振减振模块，所述工作台底座模块包括工作台底板，所述Y向驱动模块和旋转驱动装置均安装在所述工作台底板上；所述防振减振模块包括隔振上底板和隔振下底板，隔振上底板位于工作台底板的下方，隔振下底板位于隔振上底板的下方，隔振上、下底板之间设置有空气弹簧及若干个第一超磁致伸缩制动器，所述防振减振模块还包括设置在工作台底板前后左右侧的若干个第二超磁致伸缩制动器。

所述刀具模块还包括车刀塞、主轴架及气动主轴，所述车刀架上设置有与车刀数量相同的车刀安装位，一个车刀对应设置在一个车刀安装位内，每个车刀安装位内设置有一个车刀塞以实现车刀的定位，所述主轴架设置在车刀架的一侧且与车刀架相连，所述气动主轴设置在主轴架的一侧，气动主轴与主轴架之间为可拆卸式连接，且气动主轴呈水平安装或垂直安装在主轴架上；所述加工机床还包括气控系统，气控系统包括空气压缩机、保压气罐、电触点压力表、压力表、第一调压旋转开关、第二调压旋转开关、气缸、调速阀和三位四通换向阀，所述空气压缩机和保压气罐之间的气体管路上设置有单向阀，所述气控系统还包括与保压气罐相连的压力开关和安全阀，电触点压力表也与保压气罐相连，保压气罐与压力表之间的气体管路上设置有过滤器和减压阀，减压阀分别与所述第一、第二调压旋转开关相连，第一、第二调压旋转开关分别与气动主轴相连，所述气缸的活塞杆与升降滑块相连，三位四通换向阀的进气端与保压气罐相连、出气端与气缸相连，且调速阀设置在三位四通换向阀与气缸之间的气体管路上。

所述控制系统包括工控机，所述工控机包括上位机和下位机，下位机包括第一单片机、第二单片机和第三单片机，所述第一、第二、第三单片机通过CAN总线与上位机通信连接；所述第一单片机用于控制所述X向驱动模块和Y向驱动模块动作，第二单片机用于控制Z向驱动模块和刀具模块动作，所述第三单片机用于控制旋转驱动装置动作，所述控制系统还包括三个位移传感器和一个速度传感器，位移传感器和速度传感器将检测到的数据实时传输至第三单片机，三个位移传感器分别用于检测X向直线电机、Y向直线电机和Z向直线电机的直线位移量，并将检测到的直线位移量转换成电信号，用于控制X向、Y向、Z向直线电机的进给；所述控制系统还包括警报器，警报器与第三单片机相连，当位移传感器检测到X向直线电机、Y向直线电机和/或Z向直线电机一旦超出设定的进给量，第三单片机就会控制警报器发出警报，所述速度传感器用于检测刀具模块7的上升和下降速度；所述控制系统还包括机床控制面板或APP智能终端，所述上位机与机床控制面板或APP智能终端通信连接。

由于采用了上述技术方案，本发明所取得的有益效果为：

1、本发明能实现对待加工工件的有效夹持和定位，并能够对车刀实现精准定位，提高了加工精度。利用本发明有助于减少机床的冗余生产力或功能闲置，降低制造能耗和成本、提高微器件的加工质量，加速产品制造的系统化、集成化和智能化进程。此外，本发明结构紧凑，能实现机床的微小型化，有助于实现零件的超高精度要求。

2、本发明结构简单，布局合理，自动化、智能化程度高，控制方式简单易行，有效地降低了操作人员的操作难度和劳动强度，保证了微小型零件加工成形质量的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为本发明加工机床的内部整体结构示意图。

图2为本发明加工机床的箱体图。

图3为本发明中防振减振模块的结构示意图。

图4为本发明中下箱体、工作台底座模块及防振减振模块的装配图。

图5为本发明中工件转动模块的结构示意图。

图6为本发明中固定底板及弧形凸台的结构示意图。

图7为本发明中减速器的结构示意图。

图8为本发明中连杆机构和摆动工作台的装配图。

图9为本发明中摆动工作台的结构示意图。

图10为本发明中传动装置的结构示意图。

图11为本发明中车削夹具的结构示意图。

图12为本发明中铣削夹具的结构示意图。

图13为本发明中右侧Y向驱动模块的结构示意图。

图14为本发明中Y向直线电机固定底板的结构示意图。

图15为本发明中X向驱动模块的结构示意图。

图16为本发明中车刀模块与气动主轴的装配示意图，该图中气动主轴沿水平方向布置。

图17为本发明中车刀模块的结构示意图。

图18为本发明中车刀架的结构示意图。

图19为本发明中主轴架的结构示意图。

图20为本发明中车刀模块、Z向驱动模块和升降驱动导向机构的装配图，该图中气动主轴沿竖直方向布置。

图21为本发明中车刀模块、Z向驱动模块和升降驱动导向机构的装配图，该图中气动主轴沿水平方向布置。

图22为本发明中升降滑块的结构示意图。

图23为本发明中视觉模块的结构示意图。

图24为本发明中微调平台的结构示意图。

图25为本发明中调节板的结构示意图。

图26为本发明中控制原理图。

图27为本发明中车削工件时的控制流程图。

图28为本发明中铣削工件时的控制流程图。

图29为本发明中各信息采集原理图。

图30为本发明中气控系统的原理图。

其中，

1、防振减振模块 101、隔振下底板 102、第一超磁致伸缩制动器 103、空气弹簧104、隔振上底板

2、工作台底座模块 201、工作台底板 202、第二超磁致伸缩制动器

3、工件转动模块 301、固定底板 302、减速器 303、旋转电机 304、联轴器，305、连杆机构 305.1、固定件 305.2、主动连杆 305.3、摆杆 305.4、从动杆 306、铣削夹具 307、车削夹具 308、传动装置 309、摆动工作台 310、电磁铁 311、吸盘卡 件312、弧形凸台313、卡槽 314、电磁铁安置槽

4、右侧Y向驱动模块 401、Y向直线电机固定底板 402、Y向直线电机

5、X向驱动模块 501、移动轮 502、X向直线电机固定底板 503、X向直线电机

6、升降驱动导向机构 601、第一配重 602、升降滑块 603、竖梁 604、第二配重

7、刀具模块 701、车刀架 702、车刀塞 703、车刀 704、主轴架 705、气动主轴706、T型板 707、T型槽

8、连接板

9、Z向直线电机

10、视觉模块 1001、CCD微摄像头 1002、微调平台 1003、调节板 1004、微调齿轮1005、L型支架 1005.1、横板 1005.2、竖板 1006、调节螺杆 1007、第二导向凸台 1008、第一导向滑槽 1009、第二导向滑槽 1010、定位板

11、左侧Y向驱动模块

12、箱体模块 1201、下箱体 1202上箱体 1203、推拉门 1204、可视窗

13机床控制面板或APP智能终端 14、空气压缩机 15、单向阀 16、气罐 17、安全阀18、压力开关 19、电触点压力表 20、过滤器 21、减压阀 22、压力表，23、调压旋转开关Ⅰ24、调压旋转开关Ⅱ 25、气缸 26、调速阀 27、三位四通换向阀

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不限于这些实施例。

为方便描述，现将工作台的长度方向定义为X轴方向，将工作台的宽度方向定义为Y轴方向，将工作台的高度方向定义为Z轴方向。

如图1至图30所示，一种桌面五自由度微小型复合加工机床，包括箱体12，箱体12包括上箱体1202和下箱体1203，上箱体1202的前侧和后侧均设置有可视窗1204，各可视窗1204处分别设置有推拉门1203以打开或关闭所述可视窗1204。

所述加工机床还包括设置在所述箱体12内的工作台底座模块2和防振减振模块1。

所述工作台底座模块2包括工作台底板201，所述左侧Y向驱动模块11、右侧Y向驱动模块4及旋转驱动装置均安装在所述工作台底板201上。

所述防振减振模块1包括隔振上底板104和隔振下底板101，隔振上底板104位于工作台底板201的下方，隔振下底板101位于隔振上底板104的下方，隔振上、下底板之间设置有空气弹簧103及若干个第一超磁致伸缩制动器102。所述防振减振模块1还包括设置在工作台底板201前后左右侧的若干个第二超磁致伸缩制动器202。

所述箱体内还设置有工件转动模块3、刀具模块7、控制系统、带动所述刀具模块7沿X轴方向作往复直线运动的X向驱动模块5、带动所述刀具模块7沿Y轴方向作往复直线运动的Y向驱动模块以及带动所述刀具模块7沿Z轴方向作升降运动的Z向驱动模块。所述X向驱动模块、Y向驱动模块、Z向驱动模块以及工件转动模块3均受控于所述控制系统。所述刀具模块7在X向驱动模块5、Y向驱动模块及Z向驱动模块的协同作用下移动至下述装夹装置，实现对装夹装置上待加工工件的加工。

所述工件转动模块3包括摆动工作台309、设置在摆动工作台309上方且用于装夹待加工工件的装夹装置以及用于带动所述摆动工作台309摆动的旋转驱动装置，所述装夹装置包括车削夹具307和/或铣削夹具306，所述铣削夹具306由车削夹具307固定，即铣削夹具306可由车削夹具307的卡盘实现装夹定位。所述装夹装置还包括传动装置308。传动装置308设置在车削夹具307的下方，传动装置308通过电机带动一对齿轮副，控制车削夹具307以及安装在车削夹具307上的铣削夹具306的转动。

所述旋转驱动装置包括旋转电机303、联轴器304、减速器302和连杆机构305。所述连杆机构包括固定件305.1、主动连杆305.2、从动连杆305.4及用于连接主动连杆305.2和从动连杆305.4的摆杆305.3。所述主动连杆305.2的一端和从动连杆305.4的一端均与所述固定件305.1转动连接，主动连杆305.2的另一端和从动连杆305.4的另一端均与所述摆杆305.3相铰接，所述旋转电机303依次通过联轴器304、减速器302驱动主动连杆305.2旋转，从动连杆305.4与所述摆动工作台309静连接，从而带动摆动工作台309摆动。

所述旋转驱动装置还包括固定底板301及设置在固定底板301一侧的弧形凸台312，弧形凸台312的顶端面呈弧形，所述摆动工作台309放置在所述弧形凸台312上。所述旋转驱动装置还包括用于对摆动工作台309的摆动进行限位的限位机构，限位机构包括电磁铁310和吸盘卡件311，弧形凸台312的一端开设有与所述吸盘卡件311相适配的卡槽313，摆动工作台309一侧内部开设有与电磁铁310相适配的电磁铁安置槽314，电磁铁安置槽314呈弧形。电磁铁310置入所述电磁铁安置槽314内，当摆动工作台309摆动至所需位置时，即摆动工作台309带动位于其上方的待加工工件旋转至设定角度时，吸盘卡件311的一端插入所述卡槽313内、另一端吸附在电磁铁310上，从而实现摆动工作台309的定位。

所述X向驱动模块包括X向直线电机503，所述Z向驱动模块安装在X向直线电机503上并在X向直线电机503的驱动下沿X轴方向作往复直线运动。所述工作台底板201上沿X轴方向铺设有X向直线电机固定底板502，X向直线电机固定底板502不仅起到了支撑X向直线电机503的作用，还在X向直线电机503的往复直线运动中起到了导向作用。

所述Z向驱动模块包括升降驱动导向机构6，升降驱动导向机构6包括竖梁603和升降滑块602，升降滑块602可采用燕尾滑块。竖梁603的前端面上沿竖向设置有与所述升降滑块602相适配的竖向导轨，所述车刀架701与升降滑块602相连并随升降滑块602同步升降。

所述竖梁603的下部一侧设置有第一配重601，竖梁603的上部背侧设置有第二配重604。由于刀具模块7整体重量较重，当刀具模块7位于竖梁603上部时，竖梁603受力不均，易发生倾倒，故在竖梁603底部一侧设置所述第一配重601用于平衡刀具模块7的重力。同理，当道具模块7位于竖梁603下部时，竖梁603受力不均，易发生倾倒，故在竖梁603的上部设置了第二配重604，用于解决刀具模块7下移后竖梁603受力不均的现象。

所述Z向驱动模块还包括Z向直线电机9和Z向直线电机固定板。Z向直线电机固定板的顶端与竖梁603的顶端通过连接板8相连。Z向直线电机9与所述升降滑块602相连并带动升降滑块602作往复升降运动。

所述Y向驱动模块包括左侧Y向驱动模块11和右侧Y向驱动模块4，左、右侧Y向驱动模块均包括Y向直线电机402，所述X向驱动模块5的两侧分别搭接在左、右侧Y向驱动模块的Y向直线电机402上，并在Y向直线电机402的驱动下沿Y轴方向作往复直线运动。所述工作台底板201的左右两侧分别铺设有便于Y向直线电机402移动的Y向直线电机固定底板401，Y向直线电机固定底板401不仅起到了支撑Y向直线电机402的作用，同时还为Y向直线电机402的移动起导向作用。

所述Y向驱动模块还包括移动轮501，所述移动轮501设置在X向驱动模块5的下方，移动轮501的移动方向为Y轴方向。移动轮501的设置方便了刀具模块7、Z向驱动模块以及X向驱动模块5整体沿Y轴方向的移动。

所述加工机床还包括视觉模块10，视觉模块10受控于所述控制系统。所述视觉模块10包括CCD微摄像头1001、用于安装所述CCD微摄像头1001的微调平台1002以及用于安装所述微调平台1002的L型支架1005，L型支架1005设置在刀具模块7的一侧并在刀具模块7的带动下带动视觉模块10整体分别沿X轴方向、Y轴方向及Z轴方向移动。

所述视觉模块10还包括用于对所述CCD微摄像头1001的位置进行微调的位置调节机构，L型支架1005包括相连的横板1005.1和竖板1005.2。位置调节机构包括带动所述微调平台1002沿横板1005.1的长度方向移动的第一调节组件以及带动所述微调平台1002沿横板1005.1的厚度方向移动第二调节组件。

所述第一调节组件包括微调齿轮1004和调节板1003，微调齿轮1004安装在所述横板1005.1上，调节板1003面向微调齿轮1004的一侧设置有与所述微调齿轮1004相适配的齿条，调节板1003面向横板1005.1的一侧开设有第一导向滑槽1008，横板1005.1顶端面上沿横板1005.1长度方向设置有与所述第一导向滑槽1008相适配的导向凸台，微调齿轮1004旋转通过所述齿条带动调节板1003整体沿横板1005.1的长度方向移动。

所述第二调节组件包括调节螺杆1006，微调平台1002的背侧设置有第二导向凸台1007，第二导向凸台1007沿其自身的长度方向开设有与所述调节螺杆1006相适配的螺纹孔，所述调节板1003的前端设置有用于安装所述微调平台1002的定位板1010，定位板1010上开设有与所述第二导向凸台1007相适配的第二导向滑槽1009。

所述刀具模块7包括车刀架701以及设置在车刀架701上的三个车刀703。

所述刀具模块还包括车刀塞702、主轴架704及气动主轴705。所述车刀架701上设置有与车刀703数量相同的车刀安装位，一个车刀703对应设置在一个车刀安装位内，每个车刀安装位内设置有一个车刀塞702以实现车刀703的定位，所述主轴架704设置在车刀架701的一侧且与车刀架701相连。

所述气动主轴705设置在主轴架704的一侧。气动主轴705是机床主轴和刀具夹具的统一体，用于刀具的装夹、控制刀具的高速转动。气动主轴705与主轴架704之间为可拆卸式连接，且气动主轴705可呈水平安装或垂直安装在主轴架704上。当气动主轴705水平安装时，可以用于镗孔、钻孔等加工，当气动主轴705垂直安装时，该机床可作为立式铣床用于铣削加工、也可用于车外圆。

当气动主轴705需垂直安装时，气动主轴705可直接安装在主轴架704的侧面。当气动主轴705需水平安装时，将气动主轴705安装到T型板706上，主轴架704的侧面开设有与所述T型板706相适配的T型槽707，将T型板706的一端装入T型槽707内即可实现气动主轴705的安装定位。

所述加工机床还包括气控系统，气控系统包括空气压缩机14、保压气罐16、电触点压力表19、压力表22、第一调压旋转开关23、第二调压旋转开关24、气缸25、调速阀26和三位四通换向阀27。所述空气压缩机14和保压气罐16之间的气体管路上设置有单向阀15，所述气控系统还包括与保压气罐16相连的压力开关18和安全阀17，电触点压力表19也与保压气罐16相连，保压气罐16与压力表18之间的气体管路上设置有过滤器20和减压阀21，减压阀21分别与所述第一、第二调压旋转开关相连，第一、第二调压旋转开关分别与气动主轴705相连。所述气缸25的活塞杆与升降滑块602相连。升降滑块602的升降运动由所述Z向直线电机9和所述气缸25共同控制，由于重力的作用，在Z向直线电机9未通电时，或Z向直线电机无力矩输出时，会发生掉落事故，因此必须设置Z轴方向的刹车装置，因此本发明中的升降滑块602同时还可由气缸25控制升降以实现气动平衡，可以满足配重和刹车的双重作用。所述三位四通换向阀27的进气端与保压气罐16相连、出气端与气缸25相连，且调速阀26设置在三位四通换向阀27与气缸25之间的气体管路上。

所述升降滑块602的移动方向与气动主轴705的移动方向一致，气动主轴705上升时，空气压缩机14向保压气罐16充气，达到设定压力值时，三位四通换向阀27开启。三位四通换向阀27右位工作时，气缸25下腔压力升高，升降滑块602上升，从而带动气动主轴705上升；当到达指定位置时，三位四通换向阀27中位接通，气动回路自锁；气动主轴705下移时，三位四通换向阀27左位工作，气动主轴705平稳到达指定位置。

所述气动主轴控制系统有两个功能：一是控制主轴转动，二是平衡刀具模块7的受力。

当控制气动主轴705转动时，空气压缩机14通过单向阀15向保压气罐16充气，罐内压力上升至0.8Mpa，空气压缩机14停止供气，压缩气体通过滤网20和减压阀21进入第一调压旋转开关23和第二调压旋转开关24。打开第一调压旋转开关23，压力表22达到0.35MPa时，气动主轴705反转；第一调压旋转开关23关闭，第二调压旋转开关24打开，压力表22达到0.5MPa时，气动主轴705正转。当保压气罐16内压力升至调定的最高压力时，电触点压力表19通过中间继电器控制气动主轴705停转；当压力下降至调定的最低压力时，电触点压力表19又通过中间继电器控制空气压缩机14起动，向保压气罐16充气，使压力上升，以此保证气动主轴705的正常转动；当电触点压力表19或电路发生故障时，空气压缩机14若不能停止运转，则保压气罐16内压力会上升，安全阀17会开启向外界溢流，以保证气源的平稳与安全。

当平衡刀具模块7受力时，气动主轴705上升时，空气压缩机14向保压气罐16充气，达到设定压力值时，三位四通换向阀27开启。三位四通换向阀27右位工作时，气缸25下腔压力升高，升降滑块602上升，从而带动气动主轴705上升；当到达指定位置时，三位四通换向阀27中位接通，气动回路自锁；气动主轴705下移时，三位四通换向阀27左位工作，气动主轴705平稳到达指定位置。调速阀26可以控制气缸25内活塞的速度，避免了阀的重复开闭产生的振动和冲击。

所述控制系统包括工控机，所述工控机包括上位机和下位机。上位机选用ARM开发板，下位机选用单片机。下位机包括第一单片机、第二单片机和第三单片机。所述第一、第二、第三单片机通过CAN总线与上位机通信连接。所述第一单片机通过电机驱动器控制所述X向直线电机和Y向直线电机动作，第二单片机通过电机驱动器控制Z向直线电机和气动主轴705动作，所述第三单片机通过电机驱动器控制旋转电机动作。所述控制系统还包括三个位移传感器和一个速度传感器，所述位移传感器和速度传感器将检测到的数据实时传输至第三单片机。三个位移传感器分别用于检测X向直线电机503、Y向直线电机402和Z向直线电机9的直线位移量，并将检测到的直线位移量转换成电信号，用于控制X向、Y向、Z向直线电机的精确进给。所述控制系统还包括警报器，警报器与第三单片机相连，位移传感器检测到某一直线电机一旦超出设定的进给量，第三单片机就会控制警报器发出警报。所述速度传感器用于检测刀具模块7的上升和下降速度，以实现对刀具模块7上升和下降速度的控制，保证到达设定位置后能平稳的停下。所述控制系统还包括机床控制面板或APP智能终端13，机床控制面板或APP智能终端13设置在箱体的一侧。所述上位机与机床控制面板或APP智能终端13通信连接。

如图29所示，机床加工图像是通过CCD微摄像头1001实时获取的，CCD微摄像头1001将采集到的数据实时传输至上位机的图像采集卡，图像采集卡得到Windows环境下通用的DIB位图数据；位置传感器和速度传感器能及时的反馈机床的加工信息并进行摆动工作台的锁紧，位置传感器和速度传感器将采集到的数据实时传输至上位机的数据采集卡，由数据采集卡将信息汇总。图像、数据采集卡通过CAN总线和CAN-PC接口与工控机通讯连接，工控机对采集的信息进行分析，及时的调整机床的各运行参数。

如图27所述，利用上述加工机床对待加工零件进行微车削时，取下铣削夹具306和气动主轴705，将待加工工件置于车削夹具307上，根据客户目标模型导入加工程序，通过工控机控制刀具模块7、工件转动模块3分别到达指定位置。刀具模块7的运动由左侧Y向驱动模块4和右侧Y向驱动模块11的同步运动、X向驱动模块5、Z向直线电机9的共同驱动实现。装夹装置的运动由旋转电机303通过连杆机构305带动摆动工作台309转动实现。待加工工件到达准确位置后由电磁铁310和吸盘311锁紧摆动工作台。之后开始车削工序。

如图28所示，利用上述加工机床对待加工零件进行微铣削时，固定待加工工件的铣削夹具306由车削夹具307夹紧固定。根据客户目标模型导入加工程序，通过工控机控制刀具模块7、工件转动模块3分别到达指定位置。刀具模块7的运动由左侧Y向驱动模块4和右侧Y向驱动模块11的同步运动、X向驱动模块5、Z向直线电机9的共同驱动实现。装夹装置的运动由旋转电机303通过连杆机构305带动摆动工作台309转动实现。待加工工件到达准确位置后由电磁铁310和吸盘311锁紧摆动工作台。之后开始铣削工序。

本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种桌面五自由度微小型复合加工机床，其特征在于，

包括工件转动模块、刀具模块、控制系统、带动所述刀具模块沿X轴方向作往复直线运动的X向驱动模块、带动所述刀具模块沿Y轴方向作往复直线运动的Y向驱动模块以及带动所述刀具模块沿Z轴方向作升降运动的Z向驱动模块；

所述工件转动模块包括摆动工作台、设置在摆动工作台上方且用于装夹待加工工件的装夹装置以及用于带动所述摆动工作台摆动的旋转驱动装置，所述装夹装置包括车削夹具和/或铣削夹具，所述铣削夹具由车削夹具固定；

所述刀具模块包括车刀架以及设置在车刀架上的多个车刀；

所述X向驱动模块、Y向驱动模块、Z向驱动模块以及旋转驱动装置均受控于所述控制系统，所述车刀在X向驱动模块、Y向驱动模块及Z向驱动模块的协同作用下移动至装夹装置，实现对装夹装置上待加工工件的加工；

所述旋转驱动装置包括旋转电机和连杆机构，连杆机构包括固定件、主动连杆、从动连杆及用于连接主动连杆和从动连杆的摆杆，所述主动连杆的一端和从动连杆的一端均与所述固定件转动连接，主动连杆的另一端和从动连杆的另一端均与所述摆杆相铰接，主动连杆由所述旋转电机驱动旋转，从动连杆与所述摆动工作台静连接；

所述X向驱动模块包括X向直线电机，所述Z向驱动模块安装在X向直线电机上并在X向直线电机的驱动下沿X轴方向作往复直线运动；

所述Z向驱动模块包括升降驱动导向机构，升降驱动导向机构包括竖梁和升降滑块，竖梁的前端面上沿竖向设置有与所述升降滑块相适配的竖向导轨，所述车刀架与升降滑块相连并随升降滑块同步升降；

所述竖梁的下部一侧设置有第一配重，竖梁的上部背侧设置有第二配重；

所述Z向驱动模块还包括Z向直线电机，Z向直线电机与所述升降滑块相连并带动升降滑块作往复升降运动；

所述旋转驱动装置还包括固定底板及设置在固定底板一侧的弧形凸台，弧形凸台的顶端面呈弧形，所述摆动工作台放置在所述弧形凸台上；

所述旋转驱动装置还包括用于对摆动工作台的摆动进行限位的限位机构，限位机构包括电磁铁和吸盘卡件，弧形凸台的一端开设有与所述吸盘卡件相适配的卡槽，摆动工作台上开设有与电磁铁相适配的电磁铁安置槽，电磁铁置入所述电磁铁安置槽内，当摆动工作台摆动至所需位置时，吸盘卡件的一端插入所述卡槽内、另一端吸附在电磁铁上；

所述刀具模块还包括车刀塞、主轴架及气动主轴，所述车刀架上设置有与车刀数量相同的车刀安装位，一个车刀对应设置在一个车刀安装位内，每个车刀安装位内设置有一个车刀塞以实现车刀的定位，所述主轴架设置在车刀架的一侧且与车刀架相连，所述气动主轴设置在主轴架的一侧，气动主轴与主轴架之间为可拆卸式连接，且气动主轴呈水平安装或垂直安装在主轴架上；

所述加工机床还包括气控系统，气控系统包括空气压缩机、保压气罐、电触点压力表、压力表、第一调压旋转开关、第二调压旋转开关、气缸、调速阀和三位四通换向阀，所述空气压缩机和保压气罐之间的气体管路上设置有单向阀，所述气控系统还包括与保压气罐相连的压力开关和安全阀，电触点压力表也与保压气罐相连，保压气罐与压力表之间的气体管路上设置有过滤器和减压阀，减压阀分别与所述第一、第二调压旋转开关相连，第一、第二调压旋转开关分别与气动主轴相连，所述气缸的活塞杆与升降滑块相连，三位四通换向阀的进气端与保压气罐相连、出气端与气缸相连，且调速阀设置在三位四通换向阀与气缸之间的气体管路上。

2.根据权利要求1所述的一种桌面五自由度微小型复合加工机床，其特征在于，

所述Y向驱动模块包括左侧Y向驱动模块和右侧Y向驱动模块，左、右侧Y向驱动模块均包括Y向直线电机，所述X向驱动模块的两侧分别搭接在左、右侧Y向驱动模块的Y向直线电机上，并在Y向直线电机的驱动下沿Y轴方向作往复直线运动。

3.根据权利要求1所述的一种桌面五自由度微小型复合加工机床，其特征在于，

所述加工机床还包括视觉模块，视觉模块受控于所述控制系统，视觉模块包括CCD微摄像头、用于安装所述CCD微摄像头的微调平台以及用于安装所述微调平台的L型支架，L型支架设置在刀具模块的一侧并在刀具模块的带动下带动视觉模块整体分别沿X轴方向、Y轴方向及Z轴方向移动；

所述视觉模块还包括用于对所述CCD微摄像头的位置进行微调的位置调节机构，L型支架包括相连的横板和竖板，位置调节机构包括带动所述微调平台沿横板的长度方向移动的第一调节组件以及带动所述微调平台沿横板的厚度方向移动第二调节组件。

4.根据权利要求3所述的一种桌面五自由度微小型复合加工机床，其特征在于，

所述第一调节组件包括微调齿轮和调节板，微调齿轮安装在所述横板上，调节板面向微调齿轮的一侧设置有与所述微调齿轮相适配的齿条，调节板面向横板的一侧开设有第一导向滑槽，横板顶端面上沿横板长度方向设置有与所述第一导向滑槽相适配的导向凸台，微调齿轮旋转通过所述齿条带动调节板整体沿横板的长度方向移动；

所述第二调节组件包括调节螺杆，微调平台的背侧设置有第二导向凸台，第二导向凸台沿其自身的长度方向开设有与所述调节螺杆相适配的螺纹孔，所述调节板的前端设置有用于安装所述微调平台的定位板，定位板上开设有与所述第二导向凸台相适配的第二导向滑槽。

5.根据权利要求1所述的一种桌面五自由度微小型复合加工机床，其特征在于，

所述加工机床还包括工作台底座模块和防振减振模块，所述工作台底座模块包括工作台底板，所述Y向驱动模块和旋转驱动装置均安装在所述工作台底板上；

所述防振减振模块包括隔振上底板和隔振下底板，隔振上底板位于工作台底板的下方，隔振下底板位于隔振上底板的下方，隔振上、下底板之间设置有空气弹簧及若干个第一超磁致伸缩制动器，所述防振减振模块还包括设置在工作台底板前后左右侧的若干个第二超磁致伸缩制动器。

6.根据权利要求1所述的一种桌面五自由度微小型复合加工机床，其特征在于，

所述控制系统包括工控机，所述工控机包括上位机和下位机，下位机包括第一单片机、第二单片机和第三单片机，所述第一、第二、第三单片机通过CAN总线与上位机通信连接；

所述第一单片机用于控制所述X向驱动模块和Y向驱动模块动作，第二单片机用于控制Z向驱动模块和刀具模块动作，所述第三单片机用于控制旋转驱动装置动作，所述控制系统还包括三个位移传感器和一个速度传感器，位移传感器和速度传感器将检测到的数据实时传输至第三单片机，所述速度传感器用于检测刀具模块7的上升和下降速度三个位移传感器分别用于检测X向直线电机、Y向直线电机和Z向直线电机的直线位移量，并将检测到的直线位移量转换成电信号，用于控制X向、Y向、Z向直线电机的进给；

所述控制系统还包括警报器，警报器与第三单片机相连，当位移传感器检测到X向直线电机、Y向直线电机和/或Z向直线电机一旦超出设定的进给量，第三单片机就会控制警报器发出警报；

所述控制系统还包括机床控制面板或APP智能终端，所述上位机与机床控制面板或APP智能终端通信连接。

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