CN110625443B - 一种五轴联动数控机床 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及数控机床技术领域，特别是一种五轴联动数控加工中心，包括床身、通过主轴箱驱动的两个主轴，床身具有第一倾斜面和第二倾斜面；在第一倾斜面上通过X轴导轨可滑动地安装有X轴滑座；在X轴滑座的顶部平面通过Y轴导轨可滑动地安装有Z轴滑座；在Z轴滑座的安装面上通过Z轴导轨可滑动地安装有Z轴滑板；主轴箱驱动的两个主轴固定安装在Z轴滑板上。该数控机床的床身采用双斜面设计，提高了数控机床的稳定性且利于废料的排出。

Description

一种五轴联动数控机床
技术领域
本发明涉及数控机床技术领域，特别是涉及一种五轴联动数控加工中心。
背景技术
高档的加工中心正朝着五轴控制的方向发展。五轴联动加工中心有高效率、高精度的特点，工件一次装夹就可完成复杂曲面的加工。五轴联动数控机床是一种科技含量高、精密度高专门用于加工复杂曲面的机床，其对航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等行业，有着举足轻重的影响力。
例如，申请号为US6708867B2的美国发明专利公开了一种机加工设备。该机加工设备加工效率较高，但是其床身X向导轨水平布置，不利于铁屑排出。此外，现有的五轴联动加工中心的主流布局是机床整体布局是床身一体式铸造结构，前部为AC双摆角数控转台，工件放置于转台上， X轴运动的滑板安装在后部底座上，Y轴运动的滑座安装在X轴运动的滑板上，Z轴运动的主轴箱安装在Y轴运动的滑座上，刀库布置在机床后部或一侧。此种结构布局的缺点在于：Y轴悬臂大，切削刚性不足；一个主轴加一个工作台，一次只能加工一个工件，效率低。
发明内容
为克服上述现有技术中的缺陷与不足，本发明提供一种整体刚度较强、有利于铁屑排出且稳定性较高的五轴联动数控机床，其包括床身和通过主轴箱驱动的两个主轴，床身具有第一倾斜面和第二倾斜面；在所述第一倾斜面上通过X轴导轨可滑动地安装有X轴滑座；在该X轴滑座的顶部平面通过Y轴导轨可滑动地安装有Z轴滑座；在该Z轴滑座的安装面上通过Z轴导轨可滑动地安装有Z轴滑板；通过所述主轴箱驱动的两个主轴固定安装在所述Z轴滑板上。
通过此种结构设计，按照本发明的五轴联动数控机床的稳定性较高，床身设置的两个倾斜面减小了整个机床的高度，便于小型化和装配，且在一定程度上减小了五轴联动数控机床的高度。
优选的是，该五轴联动数控机床为一种数控加工中心，特别是用于加工小型叶轮的数控加工中心，例如直径≤400mm的叶轮。
在上述任一方案中优选的是，在所述第二倾斜面的一端固定安装有A轴左箱体，在所述第二倾斜面的另一端安装有A轴右箱体。采用此种对称双驱动结构提高了五轴联动数控机床工作过程中的稳定性。
在上述任一方案中优选的是，在所述A轴左箱体和所述A轴右箱体之间可转动地安装有C轴回转体。这样便可进一步提高工作台的加工范围。
在上述任一方案中优选的是，在所述C轴回转体的顶部平面上可转动地安装有工作台。
在上述任一方案中优选的是，工作台的数量为两个。两个工作台的设置提高了工作效率。
在上述任一方案中优选的是，所述C轴回转体带动两个工作台可围绕所述A轴转动。此种结构设置增大了工作台的加工范围。
在上述任一方案中优选的是，所述工作台为圆形结构。圆形结构的工作台可进行360°旋转提高了加工效率。
在上述任一方案中优选的是，所述第一倾斜面和所述第二倾斜面相互平行。平行设置的第一倾斜面和第二倾斜面的设置利于工作台的加工和制造。
在上述任一方案中优选的是，所述第一倾斜面低于所述第二倾斜面。这样可以进一步提高五轴联动数控机床的稳定性。
在上述任一方案中优选的是，在所述Z轴滑座的两侧均固定安装有刀库。
在上述任一方案中优选的是，所述刀库为机械手刀库。机械手刀库的设置在此位置便于换刀。
在上述任一方案中优选的是，所述机械手刀库为圆盘形结构。圆盘形结构的机械手刀库有利于提高了换刀效率。
在上述任一方案中优选的是，还包括X轴驱动装置。
在上述任一方案中优选的是，还包括Y轴驱动装置。
在上述任一方案中优选的是，还包括Z轴驱动装置。
在上述任一方案中优选的是，第二倾斜面处于处于床身的顶部。
在上述任一方案中优选的是，所述第一斜面相对于第二斜面处于床身的后部。
在上述任一方案中优选的是，所述X轴驱动装置为伺服电机。
在上述任一方案中优选的是，所述Y轴驱动装置为伺服电机。
在上述任一方案中优选的是，所述Z轴驱动装置为伺服电机。
按照本发明的五轴联动数控叶轮加工中心采用双主轴设计，双机械手刀库同时快速换刀；床身表面双斜面设计，与通常的平床身相比，增大了滑座在X向两导轨之间的跨距，刚性更好，而且重量相对减轻。另外，斜床身便于铁屑快速排出，适于干切削；没有采用传统立式加工中心的工作台，而采用轻巧的双工位C轴回转体固定在床身上，C轴回转体上设置有两个工作台，两个工作台可同时夹持一个工件或分别夹持一个零件，这样便于采用机械手自动上下料。
附图说明
图1为按照本发明的五轴联动数控加工中心的一优选实施例的立体结构示意图。
图2为按照本发明的五轴联动数控加工中心的图1所示实施例的主视结构示意图。
图3为按照本发明的五轴联动数控加工中心的图2所示实施例的左视结构示意图。
图4为按照本发明的五轴联动数控加工中心的图2所示实施例的俯视结构示意图。
图5为按照本发明的五轴联动数控加工中心的图1所示实施例中床身的立体结构示意图。
图6为按照本发明的五轴联动数控加工中心的图1所示实施例中C轴回转体7的立体结构示意图。
图7为按照本发明的五轴联动数控加工中心的图1所示实施例的机械手刀库的立体结构示意图。
图中附图标记为：机械手刀库1、X轴滑座 2、 X轴导轨3、床身 4、 A轴左箱体5、地脚6、C轴回转体7、工作台8、Y轴导轨9、A轴右箱体10、主轴11、主轴箱14 、Z轴滑板12、Z轴导轨13、主轴箱14、第一倾斜面15、第二倾斜面16、Z轴滑座17、X轴驱动装置18、Y轴驱动装置19、Z轴驱动装置20、过渡面21、下料口22、机械手23、换刀电机24、镶嵌插槽25。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例作进一步阐述说明；
在本发明的实施例描述中，需要理解的是，术语“前部”、“后部、“顶部”、“左”、“右”、“顶”、“底”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”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
实施例1：
图1-7示出了作为本发明的五轴联动数控加工中心，该五轴联动数控加工中心，包括床身4和通过两个主轴箱14分别驱动的两个主轴11。两个主轴11相互平行。床身4具有两个倾斜面，第一倾斜面15和第二倾斜面16。在本实施例中，第一倾斜面15和第二倾斜面16相互平行，第二倾斜面16处于床身4的顶部，第一斜面15相对于第二斜面16处于床身4的后部。在本实施例中，第二倾斜面16的面积小于第一倾斜面15的面积。反之亦然。在第一倾斜面15上通过X轴导轨3可滑动地安装有X轴滑座2。X轴滑座2通过X轴驱动装置18驱动，沿着X轴导轨3移动。在本实施例中，X轴驱动装置18为伺服电机，X轴驱动装置18设置在床身4的任一侧边上，X轴滑座2的底部具有与床身4的顶部第一斜面15结构相互配合的斜面结构。
在X轴滑座2的顶部平面通过Y轴导轨9可滑动地安装有Z轴滑座17。Y轴导轨9垂直于X轴导轨3。Z轴滑座17通过Y轴驱动装置19进行驱动，实现Z轴滑座17在Y轴导轨9上的移动。同样，Y轴驱动装置19为伺服电机，设置在X轴滑座2的后部。在Z轴滑座17的安装面上通过Z轴导轨13可滑动地安装有Z轴滑板12，其通过安装在Z轴滑座17顶部的Z轴驱动装置20的驱动，实现在Z轴滑板12在Z轴导轨13上的上下移动。主轴箱14驱动的两个平行的主轴11固定安装在Z轴滑板12上。实现主轴箱14驱动的两个主轴11沿着Z轴滑板12上下移动。Z轴驱动装置20为伺服电机。
在第二倾斜面16的一端固定安装有A轴左箱体5，另一端安装有A轴右箱体10。A轴左箱体5和A轴右箱体10同轴驱动。在A轴左箱体5和A轴右箱体10之间可转动地安装有C轴回转体7。C轴回转体7的一端与A轴左箱体5内的驱动电机主轴固定连接，C轴回转体7的另一端与A轴右箱体10内的驱动电机主轴固定连接。在C轴回转体7的顶部平面上同时可转动地安装有两个平行的工作台8。通过此种结构，C轴回转体7可实现带动工作台8的摆动或转动。工作台8在本实施例中为圆形结构。工作台8可随着在C轴回转体7摆动。
实施例2：
仍然参照图1-7，在实施例1的基础之上，提供一种五轴联动叶轮加工中心，在本实施例中与实施例1不同的是，工作台8的数量为一个。
实施例3：
仍然参照图1-7，在实施例1的基础之上，在C轴回转体7内安装有驱动两个工作台8转动的驱动电机。
实施例4：
再次参照图1-7，一种五轴联动叶轮加工中心，包括床身4和通过两个主轴箱14分别驱动的两个主轴11。两个主轴11相互平行。床身4具有倾斜的两个倾斜面，第一倾斜面15和第二倾斜面16。第一倾斜面15和第二倾斜面16相互平行，第二倾斜面16处于床身4的顶部。第一斜面15相对于第二斜面16处于床身4的后部。第二倾斜面16的面积小于第一倾斜面15的面积。在第一倾斜面15上通过X轴导轨3可滑动地安装有X轴滑座2。X轴滑座2通过X轴驱动装置18进行驱动并且沿着X轴导轨3上移动。在本实施例中，X轴驱动装置18为伺服电机。X轴驱动装置18设置在床身4的任一侧边上。X轴滑座2的底部具有与床身4的顶部第一斜面15结构相互配合的斜面结构。在本实施例中，床身4的底部平面上安装有支撑床身4的地脚6。在X轴滑座2的顶部平面通过Y轴导轨9可滑动地安装有Z轴滑座17。Y轴导轨9垂直于X轴导轨3。Z轴滑座17通过Y轴驱动装置19驱动，实现Z轴滑座17在Y轴导轨9上的移动。同样，Y轴驱动装置19为伺服电机。Y轴驱动装置19设置在X轴滑座2的后部。在Z轴滑座17的安装面上通过Z轴导轨13可滑动地安装有Z轴滑板12。Z轴滑板12通过安装在Z轴滑座17顶部的Z轴驱动装置20驱动，实现Z轴滑板12在Z轴导轨13上的上下移动。主轴箱14驱动的两个平行的主轴11固定安装在Z轴滑板12上。实现主轴箱14驱动的两个主轴11沿着Z轴滑板12上下移动。Z轴驱动装20置为伺服电机。
在本实施例中，在第一倾斜面15和第二倾斜面16之间设置有过渡面21。过渡面21的一边与第一倾斜面15衔接、过渡面21的另一边与第二倾斜面16衔接。在第二倾斜面16的一端固定安装有A轴左箱体5，另一端安装有A轴右箱体10。A轴左箱体5和A轴右箱体10同轴。在A轴左箱体5与A轴右箱体10之间的第二倾斜面16上设置有下料口22。该下料口22的设置便于切削废料的排出。在A轴左箱体5和A轴右箱体10之间可转动地安装有C轴回转体7。C轴回转体7的一端与A轴左箱体内的驱动电机主轴固定连接，C轴回转体7的另一端与A轴右箱体10内的驱动电机主轴固定连接。该所述下料口处于C轴回转体7的下部。在C轴回转体7的顶部平面上安装有两个工作台8。C轴回转体7通过A轴左箱体5和A轴右箱体10内的驱动电机同步驱动可实现带动两个工作台8的摆动或转动。工作台8为圆形结构。
实施例4：
如图1-4所示，一种五轴联动数控机床，该五轴联动数控机床可实现对小型叶轮的加工。加工叶轮的直径≤400mm。该五轴联动数控机床包括床身4和通过两个主轴箱14分别驱动的两个主轴11。两个主轴11相互平行。床身4具有倾斜的两个倾斜面，包括第一倾斜面15和第二倾斜面16。在本实施例中，第一倾斜面15和第二倾斜面16相互平行且第二倾斜面16处于处于床身4的顶部。第一斜面15相对于第二斜面16处于床身4的后部。进一步的第二倾斜面16的面积小于第一倾斜面15的面积。在第一倾斜面15上通过X轴导轨3可滑动地安装有X轴滑座2。X轴滑座2通过X轴驱动装置18进行驱动并且沿着X轴导轨3上移动。在本实施例中，X轴驱动装置18为伺服电机。X轴驱动装置18设置在床身4的任一侧边上。X轴滑座2的底部具有与床身4的顶部第一斜面15结构相互配合的斜面结构。
在X轴滑座2的顶部平面通过Y轴导轨9可滑动地安装有Z轴滑座17。Y轴导轨9垂直于X轴导轨3。Z轴滑座17通过Y轴驱动装置19进行驱动实现Z轴滑座17在Y轴导轨9上的移动。同样，Y轴驱动装置19为伺服电机。Y轴驱动装置19设置在X轴滑座2的后部。在Z轴滑座17的安装面上通过Z轴导轨13可滑动地安装有Z轴滑板12。Z轴滑板12通过安装在Z轴滑座17顶部的Z轴驱动装置20驱动实现在Z轴滑板12在Z轴导轨13上的上下移动。在实施例中，在Z轴滑座17的两侧固定安装有可转动的机械手刀库1。机械手刀库1的机械手23为圆盘形结构。在机械手刀库1的端面上设置有多个镶嵌插槽25。镶嵌插槽25呈环形布置。机械手刀库1还具有换刀电机24。机械手23与换刀电机24的转动轴固定连接且通过换刀电机24驱动。
主轴箱14驱动的两个平行的主轴11固定安装在Z轴滑板12上。实现主轴箱14驱动的两个主轴11沿着Z轴滑板12上下移动。Z轴驱动装20置为伺服电机。在第二倾斜面16的一端固定安装有A轴左箱体5，另一端安装有A轴右箱体10。在A轴左箱体5和A轴右箱体10之间可转动地安装有C轴回转体7。C轴回转体7的一端与A轴左箱体内的驱动电机主轴固定连接，C轴回转体7的另一端与A轴右箱体10内的驱动电机主轴固定连接。同样，在第一倾斜面15和第二倾斜面16之间设置有过渡面21。过渡面21的一边与第一倾斜面15衔接，过渡面21的另一边与第二倾斜面16衔接。A轴左箱体5与A轴右箱体10之间的过渡面21上设置有下料口。该下料口的设置便于切削废料的排出。该所述下料口处于C轴回转体7的下部。同样，在C轴回转体7的顶部平面上同时对称且可转动地安装有两个平行的圆形结构的工作台8。C轴回转体7可实现带动两个圆形工作台8摆动或转动。C轴回转体7通过A轴左箱体5和A轴右箱体10内的驱动电机同步驱动可实现带动两个工作台8的摆动或转动。
上述实施例都是一五轴联动叶轮加工中心，但业内人员可以理解，本发明不限于五轴联动叶轮加工中心，而是可以拓展到具有本发明的基本特征的所有五轴联动数控机床，例如还可以是铣床、刨床、钻床等。
以上所述仅是本发明的优选实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
阅读了本说明书后，本领域技术人员不难看出，本发明由现有技术的结合构成，这些构成发明的各部分的现有技术有些在此给予了详细描述，有些则出于说明书简明考虑并未事无巨细地赘述，但本领域技术人员阅读了说明书后便知所云。而且本领域技术人员也不难看出，为构成本发明而对这些现有技术的结合是饱含大量创造性劳动，是发明人多年理论分析和大量实验的结晶。本领域技术人员同样可以从说明书中看出，这里所披露的每个技术方案以及各个特征的任意组合都属于发明的一部分。

Claims (19)

1.一种五轴联动数控机床，包括床身和通过主轴箱驱动的两个主轴，其特征在于：床身具有第一倾斜面和第二倾斜面；在所述第一倾斜面上通过X轴导轨滑动地安装有X轴滑座；在该X轴滑座的顶部平面通过Y轴导轨滑动地安装有Z轴滑座；在该Z轴滑座的安装面上通过Z轴导轨滑动地安装有Z轴滑板；通过所述主轴箱驱动的两个主轴固定安装在所述Z轴滑板上，所述第一倾斜面和所述第二倾斜面相互平行，所述第一倾斜面低于所述第二倾斜面，床身表面双斜面设计，增大了滑座在X向两导轨之间的跨距，刚性更好，而且重量相对减轻，在所述第一倾斜面和第二倾斜面之间设置有过渡面，所述过渡面的一边与所述第一倾斜面衔接，所述过渡面的另一边与所述第二倾斜面衔接；在所述第二倾斜面的一端固定安装有A轴左箱体，在所述第二倾斜面的另一端安装有A轴右箱体；在A轴左箱体与A轴右箱体之间的第二倾斜面上设置有下料口。
2.如权利要求1所述的五轴联动数控机床，其特征在于：其为一种数控加工中心。
3.如权利要求2的五轴联动数控机床，其特征在于：其用于加工小型叶轮。
4.如权利要求1所述的五轴联动数控机床，其特征在于：在所述A轴左箱体和所述A轴右箱体之间摆动地安装有C轴回转体。
5.如权利要求4所述的五轴联动数控机床，其特征在于：在所述C轴回转体的顶部平面上安装有转动的工作台。
6.如权利要求5所述的五轴联动数控机床，其特征在于：所述工作台的数量为两个。
7.如权利要求6所述的五轴联动数控机床，其特征在于：所述C轴回转体带动两个工作台围绕所述A轴转动。
8.如权利要求5所述的五轴联动数控机床，其特征在于：所述工作台为圆形结构。
9.如权利要求1所述的五轴联动数控机床，其特征在于：在所述Z轴滑座的两侧均固定安装有刀库。
10.如权利要求9中所述的五轴联动数控机床，其特征在于：所述刀库为机械手刀库。
11.如权利要求10所述的五轴联动数控机床，其特征在于：所述机械手刀库为圆盘形结构。
12.如权利要求1-11中任一项所述的五轴联动数控机床，其特征在于：还包括X轴驱动装置。
13.如权利要求12所述的五轴联动数控机床，其特征在于：还包括Y轴驱动装置。
14.如权利要求12所述的五轴联动数控机床，其特征在于：还包括Z轴驱动装置。
15.如权利要求1所述的五轴联动数控机床，其特征在于：第二倾斜面处于床身的顶部。
16.如权利要求1或15所述的五轴联动数控机床，其特征在于：所述第一倾斜面相对于第二倾斜面处于床身的后部。
17.如权利要求13所述的五轴联动数控机床，其特征在于：所述X轴驱动装置为伺服电机。
18.如权利要求13所述的五轴联动数控机床，其特征在于：所述Y轴驱动装置为伺服电机。
19.如权利要求14所述的五轴联动数控机床，其特征在于：所述Z轴驱动装置为伺服电机。
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