CN110270843A - 五轴雕刻机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种五轴雕刻机，涉及雕刻机领域,以解决现有技术中由于采用串联结构导致末端加工误差累积，加工精度差以及结构复杂制造成本高的技术问题。本发明提供的五轴雕刻机，包括：并联机构、雕刻机构以及设置于雕刻机构下方的摇摆机构；摇摆机构包括旋转台以及摇摆台；旋转台用于夹装工件；摇摆台能够绕第一水平轴方向转动；旋转台能够在摇摆台内沿顺时针或逆时针方向转动；雕刻机构包括主轴座和雕刻主轴，雕刻主轴固定设置于主轴座上，且雕刻主轴的雕刻端朝向摇摆台内的工件；并联机构包括至少三个伸缩臂；伸缩臂的驱动端与主轴座转动连接，多个伸缩臂配合运动用于改变雕刻主轴的空间位置。

Description

五轴雕刻机

技术领域

本发明涉及雕刻机技术领域，尤其是涉及一种五轴雕刻机。

背景技术

随着社会的发展，电子与数字控制的全自动雕刻机纷纷面世。早期雕刻机只有单面雕刻能力，随着技术的发展，多面加工也开始普及，其中最常用的是多个工序加工，五轴联动雕刻机则能够一次装夹进行五面加工，因此五轴雕刻机在雕刻应用上面日益重要。

但现阶段的五轴雕刻机主要的结构为具有串联性质的联动关系结构或为有组合关系的串联五轴结构。虽然这两种结构的五轴雕刻机具有组合灵活度高，工作范围大等优点。

但这两种结构的缺点也非常明显，由于受结构的限制，摆动坐标的刚性较低，成为整个雕刻机的薄弱环节，为了提高摆动头部的刚性从而需要提高整体结构的刚性，导致整体制造成本增加；采用串联结构，在底层结构出现误差时会和上级误差叠加，导致末端加工时误差累积，加工精度差，且连接关节较多，关节处受力较大，需要复杂的传动结构，导致技术成本增大、建造周期延长以及维护复杂的问题。

因此，继续提供一种五轴雕刻机以在一定程度上解决由于采用串联结构导致末端加工误差累积，加工精度差以及结构复杂制造成本高的技术问题。

发明内容

本发明提供一种五轴雕刻机，以解决现有技术中由于液压油缸出现泄油导致活塞杆回落，从而使被支起部分下落危及操作者安全的技术问题。

本发明提供一种五轴雕刻机，包括：并联机构、雕刻机构以及设置于所述雕刻机构下方的摇摆机构；所述摇摆机构包括摇摆台以及旋转台；所述摇摆台能够绕第一水平轴方向转动；所述旋转台用于夹装工件，且所述旋转台能够在所述摇摆台内沿顺时针或逆时针方向转动；所述雕刻机构包括主轴座和雕刻主轴，所述雕刻主轴固定设置于所述主轴座上，且所述雕刻主轴的雕刻端朝向所述摇摆台内的所述工件；所述并联机构包括至少三个伸缩臂；所述伸缩臂的驱动端与所述主轴座转动连接，多个所述伸缩臂配合运动用于改变所述雕刻主轴的空间位置。

其中，所述伸缩臂为驱动缸，所述伸缩臂为驱动缸，所述伸缩臂的两端分别连接有第一铰链和第二铰链，所述伸缩臂通过所述第二铰链与所述主轴座转动连接。

具体地，本发明提供的五轴雕刻机，还包括摇摆机构支架；所述摇摆机构支架的纵向截面为槽型，且所述槽型架的开口方向朝向所述雕刻主轴；所述摇摆台位于所述摇摆机构支架内，并通过水平连接轴与所述摇摆机构支架转动连接，所述水平连接轴为所述第一水平轴。

进一步地，本发明提供的五轴雕刻机，还包括外部固定框架；所述外部固定框架由多个C型立柱组成；所述摇摆机构支架固定设置在所述外部固定框架内的底部中心处；所述伸缩臂通过所述第一铰链与所述外部固定框架的顶部转动连接，且所述伸缩臂与所述C型立柱一一对应设置。

其中，所述伸缩臂上设有第一驱动装置，所述第一驱动装置包括第一驱动电机以及第一减速器；所述第一驱动电机配合所述第一减速器驱动所述伸缩臂的伸缩。

具体地，所述槽型架的两平行槽壁外侧设有第二驱动装置，所述第二驱动装置包括第二驱动电机以及第二减速器；所述第二减速器的输出轴与所述第一水平轴相连接；所述第二驱动电机配合所述第二减速器驱动所述摇摆台沿所述第一水平轴摇摆。

进一步地，所述摇摆台绕所述第一水平轴的摇摆角度小于等于90°。

其中，所述旋转台为圆形格栅结构。

具体地，所述摇摆台背离所述旋转台的一侧设有第三驱动装置；所述第三驱动装置包括第三驱动电机以及第三减速器；所述第三减速器的输出轴穿过所述摇摆机构支架与所述旋转台相连接；所述第三驱动电机配合所述第三减速器驱动所述旋转台在所述摇摆台内沿顺时针或逆时针方向转动。

进一步地，所述主轴座的中心位置开设有通孔，所述雕刻主轴固定设置在所述通孔内，且所述雕刻主轴的轴心与所述通孔的孔心位于同一直线上。

相对于现有技术，本发明所述的五轴雕刻机具有以下优势：

本发明提供的五轴雕刻机，包括：并联机构、雕刻机构以及设置于雕刻机构下方的摇摆机构；摇摆机构包括摇摆台以及旋转台；摇摆台能够绕第一水平轴方向转动；旋转台用于夹装工件，且旋转台能够在摇摆台内沿顺时针或逆时针方向转动；雕刻机构包括主轴座和雕刻主轴，雕刻主轴固定设置于主轴上，且雕刻主轴的雕刻端朝向摇摆台内的工件；并联机构包括至少三个伸缩臂；伸缩臂的驱动端与主轴座转动连接，多个伸缩臂配合运动用于改变雕刻主轴的空间位置。

由此分析可知，本发明提供的五轴雕刻机中，伸缩臂与主轴座相连，通过多个伸缩臂的耦合运动，控制主轴座能够在X轴、Y轴以及Z轴上运动，从而改变雕刻主轴的空间位置。

再通过摇摆台在第一水平轴方向的摆动以及摇摆台上的旋转台沿顺时针或逆时针转动，实现雕刻工作的五轴雕刻目的。

并联机构与摇摆机构配合实现五轴雕刻，提高了加工精度的同时，由于两机构独立工作，因此互不干扰。有效避免了现有技术中由于采用串联结构导致末端加工误差累积，加工精度差以及结构复杂制造成本高的技术问题。

综述，本发明实施例提供的五轴雕刻机，主要具有以下几点优势：

一、并联机构与摇摆机构互相配合且互不干扰，避免了加工误差的累积；

二、结构简单，制造成本低，且维修方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的五轴雕刻机的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的五轴雕刻机中摇摆机构整体结构示意图；

图3为本发明实施例提供的五轴雕刻机中主轴座的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的五轴雕刻机中旋转台的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的五轴雕刻机中伸缩臂的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的五轴雕刻机中铰链的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的五轴雕刻机中外部固定框架的结构示意图。

图中：1-伸缩臂；101-第一驱动装置；2-第一铰链；3-第二铰链；4-主轴座；401-通孔；5-雕刻主轴；6-摇摆台；601-第二驱动装置；7-摇摆机构支架；8-外部固定框架；9-旋转台；901-第三驱动装置。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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系统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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明实施例提供的五轴雕刻机的整体结构示意图；图2为本发明实施例提供的五轴雕刻机中摇摆机构整体结构示意图；图3为本发明实施例提供的五轴雕刻机中伸缩臂的结构示意图；图4为本发明实施例提供的五轴雕刻机中铰链的结构示意图；图5为本发明实施例提供的五轴雕刻机中伸缩臂的结构示意图；图6为本发明实施例提供的五轴雕刻机中铰链的结构示意图；图7为本发明实施例提供的五轴雕刻机中外部固定框架的结构示意图。

如图1结合图2及图3所示，本发明实施例提供的五轴雕刻机，包括：并联机构、雕刻机构以及设置于雕刻机构下方的摇摆机构；摇摆机构包括摇摆台6以及旋转台9；摇摆台6能够绕第一水平轴方向转动；旋转台9用于夹装工件，且旋转台9能够在摇摆台6内沿顺时针或逆时针方向转动；雕刻机构包括主轴座4和雕刻主轴5，雕刻主轴5固定设置于主轴座4上，且雕刻主轴5的雕刻端朝向摇摆台6内的工件；并联机构包括至少三个伸缩臂1；伸缩臂1的驱动端与主轴座4转动连接，多个伸缩臂1配合运动用于改变雕刻主轴5的空间位置。

相对于现有技术，本发明实施例的五轴雕刻机具有以下优势：

本发明提供的五轴雕刻机中，伸缩臂1与主轴座4相连，通过多个伸缩臂1的耦合运动，控制主轴座4能够在X轴、Y轴以及Z轴上运动，从而改变雕刻主轴5的空间位置。

再通过摇摆台6在第一水平轴方向的摆动以及摇摆台6上的旋转台9沿顺时针或逆时针转动，实现雕刻工作的五轴雕刻目的。

通过并联机构与摇摆机构配合实现五轴雕刻，提高了加工精度的同时，由于两机构独立工作，因此互不干扰。有效避免了现有技术中由于采用串联结构导致末端加工误差累积，加工精度差以及结构复杂制造成本高的技术问题。

此处需要补充说明的是，每一个伸缩臂1可同时进行工作也可独立伸缩，以改变雕刻主轴5的空间位置；并联机构的伸缩臂1至少为三个但不仅限于三个，也可采用四自由度的并联机构实现多轴雕刻。

其中，如图1结合图5及图6所示，伸缩臂1为驱动缸，伸缩臂1的两端分别连接有第一铰链2和第二铰链3，伸缩臂1通过第一铰链2与主轴座4转动连接。

本申请中的铰链优选的采用虎克铰链；通过三条驱动缸的耦合运动及虎克铰链的限制使整体并联结构拥有X轴平移、Y轴平移和Z轴平移，从而控制雕刻主轴5在空间上的变换。

具体地，如图1结合图2所示，本发明提供的五轴雕刻机，还包括摇摆机构支架7；摇摆机构支架7的纵向截面为槽型，且槽型架的开口方向朝向雕刻主轴5；摇摆台6位于摇摆机构支架7内，并通过水平连接轴与摇摆机构支架7转动连接，水平连接轴为第一水平轴。

此处需要补充说明的是，槽型架的两平行槽壁上均开设有连接孔，且连接孔的孔径大于连接轴的直径；使用时，连接轴穿入连接孔内，实现摇摆台6在第一水平轴的摆动；连接轴及连接孔设置在两平行槽的任意槽壁上，也可两平行槽壁上对称设置，对称设置的连接孔及连接轴可以使摇摆台6稳定的进行摆动。

槽型架的结构简单，且加工方便，制造成本低，同时通过槽型支架可以使摇摆机构稳定的沿第一水平轴上摇摆运动，以最低的成本和最简单的方式达到了最佳的效果。

进一步地，如图1结合图7所示，本发明提供的五轴雕刻机，还包括外部固定框架8；外部固定框架8由多个C型立柱组成；摇摆机构支架7固定设置在外部固定框架8的底部中心处；伸缩臂1通过第一铰链2与外部固定框架8的顶部转动连接；且伸缩臂1与C型立柱一一对应设置。

外部固定框架8优选的将三个C型立柱呈等腰三角形排列组成构成，以达到稳定整个结构作用，但也可采用三个以上的C型立柱进行制造。本申请采用三个立柱可以在实现稳定整体结构的同时，节省用料，降低成本。

此处需要补充说明的是，外部固定框架8与摇摆机构支架7以及每一个第一铰链2的连接处均开设有螺孔，摇摆机构支架7以及第一铰链2上均设有螺杆，通过螺杆与螺孔，使摇摆机构与并联机构稳定的安装在外部固定框架8上，且由于是可拆卸连接，因此，拆装简单方便，同时，当任一部分损坏需要更换时，仅更换损坏配件即可，无需整体更换，降低了使用及维修成本。

其中，如图1结合图7所示，伸缩臂1上设有第一驱动装置101，第一驱动装置101包括第一驱动电机以及第一减速器；第一驱动电机配合第一减速器驱动伸缩臂1的伸缩。

由于伸缩臂1采用驱动缸，因此，通过第一电机及第一减速器的配合带动驱动缸实现将转矩转换为直线力矩，达到驱动缸的驱动端在直线上往复运动。

此处需要补充说明的是，伸缩臂1不仅限于采用驱动缸的方式，采用液压缸等方式也可实现直线上往复运动的目的。

具体地，如图1结合图2所示，槽型架的两平行槽壁外侧设有第二驱动装置601，第二驱动装置601包括第二驱动电机以及第二减速器；第二减速器的输出轴与第一水平轴相连接；第二驱动电机配合第二减速器驱动摇摆台6沿第一水平轴摇摆。

第二驱动装置601可以在两平行槽壁的任意一端设置也可两端设置，第二减速器的输出轴穿过上述摇摆机构支架7上的连接孔与摇摆台6的两端连接，使摇摆台6能够沿第一水平轴摆动。

此处需要补充说明的是，当摇摆台6上设有连接轴时，连接轴可直接穿过连接孔与第二减速器的输出端连接，使摇摆台6在第二驱动装置601的控制下完成摇摆。

当摇摆台6的两端且沿第一水平轴的位置开设减速器输出轴连接孔时，第二减速器的输出轴穿过摇摆机构支架7上的连接孔，直接与摇摆台6上的第二减速器输出轴连接孔固定连接，使摇摆台6在第一水平轴上摆动。

摇摆台6的连接轴的轴心或第二减速器输出轴连接孔的孔心以及第二减速器输出轴的轴心和摇摆机构支架7的连接孔的孔心均在第一水平轴上；摇摆台连接孔的孔径大于第二减速器输出轴的直径和第二减速器输出轴连接孔的孔径，第二减速器输出轴与第二减速器输出轴连接孔固定连接，与摇摆台连接孔转动连接。

进一步地，如图1结合图2所示，摇摆台6绕第一水平轴的摇摆角度小于等于90°。

摇摆台6的最大极限位置为翻转90°，若超出这个范围，雕刻主轴5无法对工件进行雕刻工作，因此，将摇摆台6的摇摆角度控制在摇摆台6沿第一水平轴的摇摆角度小于等于90°之间。

其中，如图2结合图4所示，旋转台9为圆形格栅结构。

使用时，工件加装在旋转台9上进行雕刻工作，因此，采用格栅结构能够增加工件在旋转台9上的摩擦力，使工件可以稳定的被加工。

此处需要补充说明的是，摇摆台6的中心位置可以开设凹槽，使旋转台9能够设置在凹槽内，节省了工作空间；旋转台9架设在摇摆台6的凹槽内，与摇摆台6不接触，可以有效的减少了旋转台9在进行顺时针或逆时针转动时的摩擦，且旋转台9始终与摇摆台6保持在同一平面上。

具体地，如图2所示，摇摆台6背离旋转台9的一侧设有第三驱动装置901；第三驱动装置901包括第三驱动电机以及第三减速器；第三减速器的输出轴穿过摇摆机构支架7与旋转台9相连接；第三驱动电机配合第三减速器驱动旋转台9在摇摆台6内沿顺时针或逆时针方向转动。

摇摆台6的中心位置开设有旋转台连接孔，旋转台9的中心位置开设有第三减速器输出轴连接孔，第三减速器的输出轴穿过旋转台连接孔与第三减速器输出轴连接孔固定连接，配合第三驱动电机，使旋转台9能够进行顺时针或逆时针方向的转动。

此处需要补充说明的是，旋转台连接孔的孔径大于第三减速器输出轴和第三减速器输出轴连接孔；第三减速器输出轴与第三减速器输出轴连接孔固定连接，与旋转台连接孔转动连接。

进一步地，如图1结合图3所示，主轴座4的中心位置开设有通孔401，雕刻主轴5固定设置在通孔401内，且雕刻主轴5的轴心与通孔401的孔心位于同一直线上。

雕刻主轴5固定在主轴座4的通孔401中，可以有效的降低并联机构伸缩臂1的力直接传导至雕刻主轴5上，导致雕刻主轴5调整幅度不均匀以及不稳定的问题。通过主轴座4将伸缩臂1的力传导至雕刻主轴5上，可以根据雕刻的精度需要对雕刻主轴5进行调整，能够实现精确雕刻的目的。

此处需要补充说明的是，上述驱动装置中的驱动电机采用伺服电机，伺服电机的控制可以由计算机数控系统完成实现。

本申请提供的五轴雕刻机，通过并联结构，实现三个位置自由度的变化，通过摇摆机构，实现两个位置自由度的变化。因此，使整体装置拥有五个坐标轴的空间变化，而且通过计算机数控(CNC)系统的控制下同时协调运动进行加工。

通过并联机构、摇摆机构以及雕刻机构的共同配合，在一定程度上解决了现有技术中由于采用串联结构导致末端加工误差累积，加工精度差以及结构复杂制造成本高的技术问题。因此将本申请的五轴雕刻机应用在雕刻领域上具有巨大的优势。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种五轴雕刻机，其特征在于，包括：并联机构、雕刻机构以及设置于所述雕刻机构下方的摇摆机构；

所述摇摆机构包括摇摆台以及旋转台；

所述摇摆台能够绕第一水平轴方向转动；所述旋转台用于夹装工件，且所述旋转台能够在所述摇摆台内沿顺时针或逆时针方向转动；

所述雕刻机构包括主轴座和雕刻主轴，所述雕刻主轴固定设置于所述主轴座上，且所述雕刻主轴的雕刻端朝向所述摇摆台内的所述工件；

所述并联机构包括至少三个伸缩臂；所述伸缩臂的驱动端与所述主轴座转动连接，多个所述伸缩臂配合运动用于改变所述雕刻主轴的空间位置。

2.根据权利要求1所述的五轴雕刻机，其特征在于，所述伸缩臂为驱动缸，所述伸缩臂的两端分别连接有第一铰链和第二铰链，所述伸缩臂通过所述第二铰链与所述主轴座转动连接。

3.根据权利要求2所述的五轴雕刻机，其特征在于，还包括摇摆机构支架；

所述摇摆机构支架的纵向截面为槽型，且所述槽型架的开口方向朝向所述雕刻主轴；

所述摇摆台位于所述摇摆机构支架内，并通过水平连接轴与所述摇摆机构支架转动连接，所述水平连接轴为所述第一水平轴。

4.根据权利要求3所述的五轴雕刻机，其特征在于，还包括外部固定框架；

所述外部固定框架由多个C型立柱组成；

所述摇摆机构支架固定设置在所述外部固定框架内的底部中心处；

所述伸缩臂通过所述第一铰链与所述外部固定框架的顶部转动连接，且所述伸缩臂与所述C型立柱一一对应设置。

5.根据权利要求2所述的五轴雕刻机，其特征在于，所述伸缩臂上设有第一驱动装置，所述第一驱动装置包括第一驱动电机以及第一减速器；

所述第一驱动电机配合所述第一减速器驱动所述伸缩臂的伸缩。

6.根据权利要求3所述的五轴雕刻机，其特征在于，所述槽型架的两平行槽壁外侧设有第二驱动装置，所述第二驱动装置包括第二驱动电机以及第二减速器；

所述第二减速器的输出轴与所述第一水平轴相连接；

所述第二驱动电机配合所述第二减速器驱动所述摇摆台沿所述第一水平轴摇摆。

7.根据权利要求6所述的五轴雕刻机，其特征在于，所述摇摆台绕所述第一水平轴的摇摆角度小于等于90°。

8.根据权利要求3所述的五轴雕刻机，其特征在于，所述旋转台为圆形格栅结构。

9.根据权利要求8所述的五轴雕刻机，其特征在于，所述摇摆台背离所述旋转台的一侧设有第三驱动装置；

所述第三驱动装置包括第三驱动电机以及第三减速器；

所述第三减速器的输出轴穿过所述摇摆机构支架与所述旋转台相连接；

所述第三驱动电机配合所述第三减速器驱动所述旋转台在所述摇摆台内沿顺时针或逆时针方向转动。

10.根据权利要求1所述的五轴雕刻机，其特征在于，所述主轴座的中心位置开设有通孔，所述雕刻主轴固定设置在所述通孔内，且所述雕刻主轴的轴心与所述通孔的孔心位于同一直线上。