CN110561197A - 一种可五轴联动的立式加工中心 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可五轴联动的立式加工中心，包括底座，底座顶部的中心处固定连接有第一Y轴移动机构，底座顶部的两侧均固定连接有第二Y轴移动机构，底座的顶部设置有X轴移动机构，X轴移动机构的底部分别与第一Y轴移动机构和第二Y轴移动机构活动连接，X轴移动机构的顶部活动连接有工作台，在工作台的右侧嵌入安装旋转移动部件，在Z轴移动部分改变原有主轴连接形式，在原有的主轴与滑鞍连接处增加摆头装置，主轴具有左右摆动的功能。通过设置底座、第一Y轴移动机构、第二Y轴移动机构、主轴箱移动机构、摇摆头机构、工作台、X轴移动机构、数控转台机构和电主轴，解决了现有的立式加工中心不能实现五轴联动加工的问题。

Description

一种可五轴联动的立式加工中心

技术领域

本发明涉及立式加工中心技术领域，具体为一种可五轴联动的立式加工中心。

背景技术

加工中心；是带有刀库和自动换刀装置的一种高度自动化的多功能数控机床，立式加工中心是指主轴轴线与工作台垂直设置的加工中心，立式加工中心要适用于加工板类、盘类、模具及小型壳体类复杂零件。立式加工中心能完成铣、镗削、钻削、攻螺纹和用切削螺纹等工序，随着社会的不断发展进步，立式加工中心的应用越发的广泛，现有的立式加工中心在运行的过程中基本为三轴运行，由于不能实现五轴联动加工，因此加工效率较低，从而给使用者的使用带来了极大的不便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可五轴联动的立式加工中心，具备可实现五轴联动加工的优点，解决了现有的立式加工中心不能实现五轴联动加工的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可五轴联动的立式加工中心，包括底座，所述底座顶部的中心处固定连接有第一Y轴移动机构，所述底座顶部的两侧均固定连接有第二Y轴移动机构，所述底座的顶部设置有X轴移动机构，所述X轴移动机构的底部分别与第一Y轴移动机构和第二Y轴移动机构活动连接，所述X轴移动机构的顶部活动连接有工作台，所述工作台的顶部右侧贯穿固定连接有数控转台机构，所述底座的后侧固定连接有主轴箱移动机构，所述主轴箱移动机构前侧的顶部活动连接有摇摆头机构，所述摇摆头机构的前侧固定连接有电主轴机构。

优选的，所述X轴移动机构的前后两侧均固定连接有第一伸缩保护罩，所述底座顶部的前后两侧均与第一伸缩保护罩固定连接，所述第一Y轴移动机构位于第一伸缩保护罩的底部。

优选的，所述X轴移动机构正表面的两侧和后侧的两侧均固定连接有第二伸缩保护罩，所述底座顶部的前后两侧均与第二伸缩保护罩固定连接，所述第二Y轴移动机构位于第二伸缩保护罩的底部。

优选的，所述工作台的顶部右侧开设有安装槽，且安装槽与数控转台机构配合使用，安装槽的顶部呈圆形。

优选的，所述摇摆头机构位于工作台的顶部，垂直于工作台，所述工作台的两侧均固定连接有第三伸缩保护罩，所述第三伸缩保护罩远离工作台的底部的一侧与X轴移动机构固定连接。

一种可五轴联动的立式加工中心的使用方法：具体操作步骤如下：

A：当需要移动前后移动工作台的位置时，启动第一Y轴移动机构和第二Y轴移动机构驱动X轴移动机构在第一Y轴移动机构和第二Y轴移动机构的表面进行前后移动，以此通过X轴移动机构驱动工作台进行前后移动位置，便于后续的使用，在这个过程中X轴移动机构同时会带动第一伸缩保护罩和第二伸缩保护罩进行伸长或缩短；

B：当需要左右移动工作台的位置时，启动X轴移动机构驱动工作台在X轴移动机构的表面进行左右移动，便于后续的使用，在这个过程中，工作台的左右移动会带动第三伸缩保护罩的伸长或缩短；

C：当需要使用到主轴箱移动机构和摇摆头机构时，启动主轴箱移动机构的运行，主轴箱移动机构内的驱动元件可驱动摇摆头机构的上下移动，同时摇摆头机构在主轴箱移动机构垂直的位置可以±100°做连续的摇摆动作，增加一个新的自由度，摇摆头由力矩电机驱动，液压夹持，加装高定位精度编码器，实现高精度加工；

D：当需要使用到数控转台机构时，数控转台机构的使用可增加一个旋转自由度，360°连续旋转，数控转台机构通过力矩电机驱动，液压夹持；

E：在立式加工中心原有X轴移动机构、第一Y轴移动机构、第二Y轴移动机构和主轴箱移动机构等三轴的基础上增加摇摆头机构和数控转台机构，实现五轴联动加工；

另外，因为数控转台机构是嵌入工作台的内部，电主轴机构如果更换成车铣复合主轴，还可以在铣削的基础上，实现车削的功能。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明通过设置底座、第一Y轴移动机构、第二Y轴移动机构、主轴箱移动机构、摇摆头机构、工作台、X轴移动机构、数控转台机构和电主轴机构的配合使用，解决了现有的立式加工中心不能实现五轴联动加工的问题，该立式加工中心，具备可实现五轴联动加工的优点，值得推广。

2、本发明通过设置底座，方便底座顶部的结构进行安装以及主轴箱移动机构进行安装；

通过设置第一伸缩保护罩，起到对第一Y轴移动机构进行遮挡保护的作用，避免第一Y轴移动机构直接裸露在外界，从而影响后续的使用；

通过设置第二伸缩保护罩，起到对第二Y轴移动机构进行遮挡保护的作用，避免第二Y轴移动机构直接裸露在外界，从而影响后续的使用；

通过设置第三伸缩保护罩，起到对X轴移动机构进行遮挡保护的作用，避免X轴移动机构直接裸露在外界，从而影响后续的使用；

通过设置安装槽，便于数控转台机构与工作台安装在一起；

通过设置第一Y轴移动机构和第二Y轴移动机构，方便驱动X轴移动机构的前后移动；

通过设置X轴移动机构，方便驱动工作台的左右移动；

通过设置主轴箱移动机构，启动驱动摇摆头机构上下移动的作用；

通过设置摇摆头机构，在立式加工中心的原主轴箱位置增加摇摆头环节，摇摆头在主轴垂直的位置可以±100°做连续的摇摆动作，增加一个新的自由度，摇摆头通过力矩电机驱动，液压夹持，加装高定位精度编码器，实现高精度加工；

通过设置数控转台机构，增加一个旋转自由度，360°连续旋转，数控转台通过力矩电机驱动，液压夹持，卧式集成在机床工作台内，此方案得以让机床床面充分利用而不受限制，数控转台是一种重要的机床附件，它的应用为机床提供了回转坐标，通过第四轴，第五轴驱动转台完成等分，不等分或连续的回转加工，力矩电机是一种具有软机械特征的宽调速范围电机，当负载增加时，电机出轴的转速随之降低而输出力矩增加，保持与负载平衡，由于其输出力矩大，因此有些公司将该产品直接称为力矩伺服，与传统的电机不同，该产品的大力矩使其可以直接与运动装置连接，从而省去了诸如减速器，齿轮箱，皮带等等连接机构，因此才会称其为直驱电机，由于一般该型电机都配置了高解析度的编码器，因此使该产品可以达到比普通伺服高一个等级的精度，又由于采用直接连接方式，减少了由于机械结构产生的定位误差，使得工艺精度得以保证，另对于部分凸轮轴控制方式，一方面减少了由于机械结构摩擦而产生尺寸方面的误差，另一方面也对安装，使用时的噪音等方面降低了很多。

力矩电机具有以下优点：

1.间隙误差被消除：普通的传动机构由于有减速机、联轴器、齿轮、皮带或丝杠等中间环节，间隙误差是肯定无法避免的，尤其是对于长时间运转所造成的机械磨损更是无法补偿，由于力矩电机直接驱动的安装方式，误差被减为最少；而且它的伺服特性也可以随时修正误差，达到最理想的控制精度。

2.高解析度和高定位精度：力矩电机选配的编码器分辨率上万线，电器控制精度高，已经超过普通伺服的控制精度几个数量级，由于制作相当精密，神钢力矩电机最终的绝对精度控制一般可以达到15s以内。

3.高刚性，结构紧凑，使用效率高：力矩电机的刚性很强，与负载结合后特性很硬，对于其驱动器要求更高，驱动器可以提供在线增益调试和共振滤波，力矩电机的定子是永久磁铁，可以产生恒定磁场，在单位电流下能够产生最大的扭矩输出，力矩电机和输出同等扭矩的伺服型马达相比，电功率消耗低，发热量少，在低速下能够保持恒定扭矩输出，不会产生低速下扭矩的死区，在停止定位的时候由于永久磁铁产生的永久磁场，因此能够在更短的时间内实现精确定位，小于20ms的时间可以把位置固定，力矩电机中空独特设计不但减轻了自身惯量，也给客户提供了更多的安装形式，组合后的机械结构会更加紧凑，使用效率比较其他方式更高。

数控转台使客户加工复杂曲面变成可能，扩大了机床的加工范围，数控转台的运动是由力矩电机驱动，当数控转台工作台静止时，处于锁紧状态，目前锁紧方式有两种：鼠牙盘锁紧：只用于中、小型数控转台上，锁紧力小，液压锁紧：由一只环形液压缸压紧离合片夹紧工作台，特点就是锁紧力大，用于大型数控转台上，数控转台安装有圆光栅尺，圆光栅尺是绝对值光栅尺，随机零点，加工时位置准确，方便控制。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明结构的右视图；

图3为本发明结构的俯视图；

图4为本发明立体示意图一；

图5为本发明立体示意图二。

图中：1底座、2第一伸缩保护罩、3第一Y轴移动机构、4第二伸缩保护罩、5第二Y轴移动机构、6主轴箱移动机构、7摇摆头机构、8第三伸缩保护罩、9工作台、10 X轴移动机构、11数控转台机构、12电主轴机构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

在发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”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。

在发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，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。

本发明中的底座1、第一伸缩保护罩2、第一Y轴移动机构3、第二伸缩保护罩4、第二Y轴移动机构5、主轴箱移动机构6、摇摆头机构7、第三伸缩保护罩8、工作台9、X轴移动机构10、数控转台机构11和电主轴机构12等部件均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本领域技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。

请参阅图1-5，一种可五轴联动的立式加工中心，包括底座1，底座1顶部的中心处固定连接有第一Y轴移动机构3，底座1顶部的两侧均固定连接有第二Y轴移动机构5，底座1的顶部设置有X轴移动机构10，X轴移动机构10的底部分别与第一Y轴移动机构3和第二Y轴移动机构5活动连接，X轴移动机构10的顶部活动连接有工作台9，工作台9的顶部贯穿固定连接有数控转台机构11，底座1的后侧固定连接有主轴箱移动机构6，主轴箱移动机构6前侧的顶部活动连接有摇摆头机构7，摇摆头机构7的前侧固定连接有电主轴机构12；

X轴移动机构10的前后两侧均固定连接有第一伸缩保护罩2，底座1顶部的前后两侧均与第一伸缩保护罩2固定连接，第一Y轴移动机构3位于第一伸缩保护罩2的底部；

X轴移动机构10正表面的两侧和后侧的两侧均固定连接有第二伸缩保护罩4，底座1顶部的前后两侧均与第二伸缩保护罩4固定连接，第二Y轴移动机构5位于第二伸缩保护罩4的底部；

工作台9的顶部开设有安装槽，且安装槽与数控转台机构11配合使用，安装槽的顶部呈圆形；

摇摆头机构7位于工作台9的顶部，工作台9的两侧均固定连接有第三伸缩保护罩8，第三伸缩保护罩8远离工作台9的底部的一侧与X轴移动机构10固定连接；

通过设置底座1、第一伸缩保护罩2、第一Y轴移动机构3、第二伸缩保护罩4、第二Y轴移动机构5、主轴箱移动机构6、摇摆头机构7、第三伸缩保护罩8、工作台9、X轴移动机构10和数控转台机构11的配合使用，解决了现有的立式加工中心不能实现五轴联动加工的问题，该立式加工中心，具备可实现五轴联动加工的优点；

通过设置底座1，方便底座1顶部的结构进行安装以及主轴箱移动机构6进行安装；

通过设置第一伸缩保护罩2，起到对第一Y轴移动机构3进行遮挡保护的作用，避免第一Y轴移动机构3直接裸露在外界，从而影响后续的使用；

通过设置第二伸缩保护罩4，起到对第二Y轴移动机构5进行遮挡保护的作用，避免第二Y轴移动机构5直接裸露在外界，从而影响后续的使用；

通过设置第三伸缩保护罩8，起到对X轴移动机构10进行遮挡保护的作用，避免X轴移动机构10直接裸露在外界，从而影响后续的使用；

通过设置安装槽，便于数控转台机构11与工作台9安装在一起；

通过设置第一Y轴移动机构3和第二Y轴移动机构5，方便驱动X轴移动机构10的前后移动；

通过设置X轴移动机构10，方便驱动工作台9的左右移动；

通过设置主轴箱移动机构6，启动驱动摇摆头机构7上下移动的作用；

通过设置摇摆头机构7，在立式加工中心的原主轴箱位置增加摇摆头环节，摇摆头在主轴垂直的位置可以±100°做连续的摇摆动作，增加一个新的自由度，摇摆头机械传动，液压夹持，加装高定位精度编码器，实现高精度加工；

通过设置数控转台机构11，增加一个旋转自由度，360°连续旋转，数控转台通过力矩电机驱动，液压夹持，卧式集成在机床工作台9内，此方案得以让机床床面充分利用而不受限制，数控转台是一种重要的机床附件，它的应用为机床提供了回转坐标，通过第四轴，第五轴驱动转台完成等分，不等分或连续的回转加工，力矩电机是一种具有软机械特征的宽调速范围电机，当负载增加时，电机出轴的转速随之降低而输出力矩增加，保持与负载平衡，由于其输出力矩大，因此有些公司将该产品直接称为力矩伺服，与传统的电机不同，该产品的大力矩使其可以直接与运动装置连接，从而省去了诸如减速器，齿轮箱，皮带等等连接机构，因此才会称其为直驱电机，由于一般该型电机都配置了高解析度的编码器，因此使该产品可以达到比普通伺服高一个等级的精度，又由于采用直接连接方式，减少了由于机械结构产生的定位误差，使得工艺精度得以保证，另对于部分凸轮轴控制方式，一方面减少了由于机械结构摩擦而产生尺寸方面的误差，另一方面也对安装，使用时的噪音等方面降低了很多；

力矩电机具有以下优点：

1.间隙误差被消除：普通的传动机构由于有减速机、联轴器、齿轮、皮带或丝杠等中间环节，间隙误差是肯定无法避免的，尤其是对于长时间运转所造成的机械磨损更是无法补偿，由于力矩电机直接驱动的安装方式，误差被减为最少；而且它的伺服特性也可以随时修正误差，达到最理想的控制精度；

2.高解析度和高定位精度：力矩电机选配的编码器分辨率上万线，电器控制精度高，已经超过普通伺服的控制精度几个数量级，由于制作相当精密，神钢力矩电机最终的绝对精度控制一般可以达到15s以内；

3.高刚性，结构紧凑，使用效率高：力矩电机的刚性很强，与负载结合后特性很硬，对于其驱动器要求更高，驱动器可以提供在线增益调试和共振滤波，力矩电机的定子是永久磁铁，可以产生恒定磁场，在单位电流下能够产生最大的扭矩输出，力矩电机和输出同等扭矩的伺服型马达相比，电功率消耗低，发热量少，在低速下能够保持恒定扭矩输出，不会产生低速下扭矩的死区，在停止定位的时候由于永久磁铁产生的永久磁场，因此能够在更短的时间内实现精确定位，小于20ms的时间可以把位置固定，力矩电机中空独特设计不但减轻了自身惯量，也给客户提供了更多的安装形式，组合后的机械结构会更加紧凑，使用效率比较其他方式更高；

数控转台使客户加工复杂曲面变成可能，扩大了机床的加工范围，数控转台的运动是由力矩电机驱动，当数控转台工作台静止时，处于锁紧状态，目前锁紧方式有两种：鼠牙盘锁紧：只用于中、小型数控转台上，锁紧力小，液压锁紧：由一只环形液压缸压紧离合片夹紧工作台，特点就是锁紧力大，用于大型数控转台上，数控转台安装有圆光栅尺，圆光栅尺是绝对值光栅尺，随机零点，加工时位置准确，方便控制。

一种可五轴联动的立式加工中心的使用方法：具体操作步骤如下：

A：当需要移动前后移动工作台9的位置时，启动第一Y轴移动机构3和第二Y轴移动机构5驱动X轴移动机构10在第一Y轴移动机构3和第二Y轴移动机构5的表面进行前后移动，以此通过X轴移动机构10驱动工作台9进行前后移动位置，便于后续的使用，在这个过程中X轴移动机构10同时会带动第一伸缩保护罩2和第二伸缩保护罩4进行伸长或缩短；

B：当需要左右移动工作台9的位置时，启动X轴移动机构10驱动工作台9在X轴移动机构10的表面进行左右移动，便于后续的使用，在这个过程中，工作台9的左右移动会带动第三伸缩保护罩8的伸长或缩短；

C：当需要使用到主轴箱移动机构6和摇摆头机构7时，启动主轴箱移动机构6的运行，主轴箱移动机构6内的驱动元件可驱动摇摆头机构7的上下移动，同时摇摆头机构7在主轴箱移动机构6垂直的位置可以±100°做连续的摇摆动作，增加一个新的自由度，摇摆头由力矩电机驱动，液压夹持，加装高定位精度编码器，实现高精度加工；

D：当需要使用到数控转台机构11时，数控转台机构11的使用可增加一个旋转自由度，360°连续旋转，数控转台机构11通过力矩电机驱动，液压夹持；

E：在立式加工中心原有X轴移动机构10、第一Y轴移动机构3、第二Y轴移动机构5和主轴箱移动机构6等三轴的基础上增加摇摆头机构7和数控转台机构11，实现五轴联动加工；

另外，因为数控转台机构11是嵌入工作台9的内部，电主轴机构12如果更换成车铣复合主轴，还可以在铣削的基础上，实现车削的功能。

综上所述：该可五轴联动的立式加工中心，通过设置底座1、第一Y轴移动机构3、第二Y轴移动机构5、主轴箱移动机构6、摇摆头机构7、工作台9、X轴移动机构10、数控转台机构11和电主轴机构12的配合使用，解决了现有的立式加工中心不能实现五轴联动加工的问题。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种可五轴联动的立式加工中心，包括底座(1)，其特征在于：所述底座(1)顶部的中心处固定连接有第一Y轴移动机构(3)，所述底座(1)顶部的两侧均固定连接有第二Y轴移动机构(5)，所述底座(1)的顶部设置有X轴移动机构(10)，所述X轴移动机构(10)的底部分别与第一Y轴移动机构(3)和第二Y轴移动机构(5)活动连接，所述X轴移动机构(10)的顶部活动连接有工作台(9)，所述工作台(9)的右侧贯穿固定连接有数控转台机构(11)，所述底座(1)的后侧固定连接有主轴箱移动机构(6)，所述主轴箱移动机构(6)前侧的顶部活动连接有摇摆头机构(7)，所述摇摆头机构(7)的前侧固定连接有电主轴机构(12)。

2.根据权利要求1所述的一种可五轴联动的立式加工中心，其特征在于：所述X轴移动机构(10)的前后两侧均固定连接有第一伸缩保护罩(2)，所述底座(1)顶部的前后两侧均与第一伸缩保护罩(2)固定连接，所述第一Y轴移动机构(3)位于第一伸缩保护罩(2)的底部。

3.根据权利要求1所述的一种可五轴联动的立式加工中心，其特征在于：所述X轴移动机构(10)正表面的两侧和后侧的两侧均固定连接有第二伸缩保护罩(4)，所述底座(1)顶部的前后两侧均与第二伸缩保护罩(4)固定连接，所述第二Y轴移动机构(5)位于第二伸缩保护罩(4)的底部。

4.根据权利要求1所述的一种可五轴联动的立式加工中心，其特征在于：所述工作台(9)的顶部右侧开设有安装槽，且安装槽与数控转台机构(11)配合使用，安装槽的顶部呈圆形。

5.根据权利要求1所述的一种可五轴联动的立式加工中心，其特征在于：所述摇摆头机构(7)位于工作台(9)的顶部垂直于工作台，所述工作台(9)的两侧均固定连接有第三伸缩保护罩(8)，所述第三伸缩保护罩(8)远离工作台(9)的底部的一侧与X轴移动机构(10)固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种可五轴联动的立式加工中心的使用方法：具体操作步骤如下：

A：当需要移动前后移动工作台(9)的位置时，启动第一Y轴移动机构(3)和第二Y轴移动机构(5)驱动X轴移动机构(10)在第一Y轴移动机构(3)和第二Y轴移动机构(5)的表面进行前后移动，以此通过X轴移动机构(10)驱动工作台(9)进行前后移动位置，便于后续的使用，在这个过程中X轴移动机构(10)同时会带动第一伸缩保护罩(2)和第二伸缩保护罩(4)进行伸长或缩短；

B：当需要左右移动工作台(9)的位置时，启动X轴移动机构(10)驱动工作台(9)在X轴移动机构(10)的表面进行左右移动，便于后续的使用，在这个过程中，工作台(9)的左右移动会带动第三伸缩保护罩(8)的伸长或缩短；

C：当需要使用到主轴箱移动机构(6)和摇摆头机构(7)时，启动主轴箱移动机构(6)的运行，主轴箱移动机构(6)内的驱动元件可驱动摇摆头机构(7)的上下移动，同时摇摆头机构(7)在主轴箱移动机构(6)垂直的位置可以±100°做连续的摇摆动作，增加一个新的自由度，摇摆头由力矩电机驱动，液压夹持，加装高定位精度编码器，实现高精度加工；

D：当需要使用到数控转台机构(11)时，数控转台机构(11)的使用可增加一个旋转自由度，360°连续旋转，数控转台机构(11)通过力矩电机驱动，液压夹持；

E：在立式加工中心原有X轴移动机构(10)、第一Y轴移动机构(3)、第二Y轴移动机构(5)和主轴箱移动机构(6)等三轴的基础上增加摇摆头机构(7)和数控转台机构(11)，实现五轴联动加工；

另外，因为数控转台机构(11)是嵌入工作台(9)的内部，电主轴机构(12)如果更换成车铣复合主轴，还可以在铣削的基础上，实现车削的功能。