CN111390578A - 一种五轴联动数控机床 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种五轴联动数控机床，其包括底座；所述底座上设有沿其X轴、Y轴和Z轴往复运动的主轴；所述底座上还设有位于所述主轴下方的工作台；所述工作台包括支撑架和与所述支撑架旋转连接的调整装置；所述调整装置包括可带动工件转动的转台和与所述转台通信连接用于获取工件动平衡值的测量模块；所述测量模块与所述主轴通信连接并基于所述测量模块提供的工件动平衡值控制所述主轴的位置及其进给量。本发明具有智能化程度高、加工自由度高且可满足高精度工件的多维度加工的要求，实用性强便于推广。

Description

一种五轴联动数控机床
技术领域
本发明涉及数控机床设备，具体而言，涉及一种五轴联动数控机床。
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CN110625443A公开了一种五轴联动数控加工中心，其包括床身、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。但申请人发现，该五轴联动数控加工中心虽然加工效率较高，但其加工自由度少、智能化水平低和无法满足高精度多维度加工的需要。所以，需要开发或者改进一种五轴联动数控机床。
发明内容
本发明的目的在于提供一种五轴联动数控机床以解决现有的数控机床其加工自由度少、智能化水平低和无法满足高精度多维度加工的的问题。
为实现上述目的，本发明所提供的一种五轴联动数控机床，其包括底座；所述底座上设有沿其X轴、Y轴和Z轴往复运动的主轴；所述底座上还设有位于所述主轴下方的工作台；所述工作台包括支撑架和与所述支撑架旋转连接的调整装置；所述调整装置包括可带动工件转动的转台和与所述转台通信连接用于获取工件动平衡值的测量模块；所述测量模块与所述主轴通信连接并基于所述测量模块提供的工件动平衡值控制所述主轴的位置及其进给量。
优选的是，所述主轴包括主轴本体和铣刀；所述铣刀包括刀座、压紧套和多个刀块；所述刀座上设有贯穿其两端面用于与所述主轴本体连接的通孔；所述刀座的周侧沿其边缘设置有多个呈间隔设置的刀槽；所述刀槽内形成有导屑区和用于安装所述刀块的切削区；所述刀座的顶部对应每个所述切削区的位置设置有与所述刀槽和外界连通的避空口；所述刀块的一端部嵌合于所述避空口内；所述压紧套通过螺栓盖合于所述避空口上。
优选的是，所述压紧套的周侧沿其周向设置有多个螺纹孔；还包括压紧块，所述压紧块包括经所述避空口抵接于所述刀块上的压合部和插接于所述螺纹孔且螺纹连接的螺杆部。
优选的是，所述刀块包括刀块本体和握持部；所述握持部与所述刀块本体为可拆卸连接。
优选的是，所述刀座的外轮廓为圆盘状。
优选的是，主轴还包括图像热扫描模块、图像整合分析模块、特征提取模块、模型训练模块和判定单元；
其中，所述图像热扫描模块，用于获取多张工件的轮廓图像；
所述图像整合分析模块，用于对每一张工件的轮廓图像标记上相应的标签，且进一步对每一张已有标签的工件的轮廓图像进行图像分割处理，分割出每一张已有标签的工件的轮廓图像的目标区域图像；
所述特征提取模块，用于对已分割出的每一个目标区域图像进行图像特征提取，得到每一个目标区域图像特征提取后的特征数据，且进一步将每一个目标区域图像特征提取后的特征数据进行预处理并建立数据集；
所述模型训练模块，用于基于预设的机器学方法，对所述数据集中的预处理后的特征数据进行训练，构建出轮廓图像识别模型；
所述判定单元，用于获取一张待测工件的轮廓图像并导入所构建出的工件缺陷轮廓图像识别模型中进行检测，确定出所述待测工件的轮廓图像是否为工件缺陷轮廓图像。
优选的是，所述调整装置还包括基座；所述基座上设有开口朝上的安装槽；所述安装槽内安设有旋转装置；所述旋转装置包括旋转支架；所述转台位于所述旋转支架的上方；所述旋转支架包括支架块、位于所述支架块下方的连接座、连接套筒、以及用于控制所述连接套筒旋转运动和控制所述连接座沿所述连接套筒升降运动的驱动组件；所述支架块和连接座均套设于所述连接套筒上且同步转动；所述旋转装置还包括至少两个卡爪组件和与每个所述卡爪组件一一对应用于驱动所述卡爪组件翻转抵接所述转台的驱动臂组；所述卡爪组件的一端与所述支架块转动连接，另一端与所述驱动臂组铰接连接。
上述技术方案所提供的一种五轴联动数控机床，与现有技术相比，其有益效果包括：通过设置有可沿底座X轴、Y轴和Z轴往复运动的主轴、可相对支撑架转动的调整装置和可带动工件转动的转台，从而实现了多自由度多维度加工工件；通过设置有测量模块，从而获取工件动平衡值，进而控制转台的转动量、主轴与工作台的相对位置和主轴的进给量，进而在满足高精度工件的加工要求的同时提高智能化水平。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
图1是本发明实施例中一种五轴联动数控机床的工作台的结构示意图；
图2是本发明实施例中一种五轴联动数控机床的工作台的剖视结构示意图；
图3是本发明实施例中一种五轴联动数控机床的的旋转装置的结构示意图之一；
图4是本发明实施例中一种五轴联动数控机床的旋转装置的结构示意图之二；
图5是本发明实施例中一种五轴联动数控机床的旋转支架的结构示意图；
图6是本发明实施例中一种五轴联动数控机床的旋转支架的俯视结构示意图；
图7是图6中A-A的结构示意图；
图8是本发明实施例中一种五轴联动数控机床的结构示意图；
图9是本发明实施例中一种五轴联动数控机床的铣刀的结构示意图之一；
图10是本发明实施例中一种五轴联动数控机床的铣刀的结构示意图之二；
图11是本发明实施例中一种五轴联动数控机床的铣刀的爆炸结构示意图。
附图标记说明：1-基座；2-旋转装置；3-旋转支架；31-支架块；32-连接座；33-连接套筒；4-转台；5-卡爪组件；6-驱动臂组；61-第一连接臂；62-第二连接臂；7-缺口；8-凸出块；9-抵接块；10-第一连接轴；11-第二连接轴；12-安装座；13-旋转轴；14-驱动轴；15-限位柱；16-支撑柱；17-底座；18-主轴；19-工作台；20-支撑架；21-调整装置；22-刀座；23-压紧套；24-刀块；241-刀块本体；242-握持部；25-通孔；26-刀槽；27-压紧块；28-铣刀。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明。
如图1～11所示的一种五轴联动数控机床，其包括底座17；所述底座17上设有沿其X轴、Y轴和Z轴往复运动的主轴18；所述底座17上还设有位于所述主轴18下方的工作台19；所述工作台19包括支撑架20和与所述支撑架20旋转连接的调整装置21；所述调整装置21包括可带动工件转动的转台4和与所述转台4通信连接用于获取工件动平衡值的测量模块；所述测量模块与所述主轴18通信连接并基于所述测量模块提供的工件动平衡值控制所述主轴18的位置及其进给量。
在机加工领域中，对某些工件的加工，其平衡量要求较高，产品需要进行动平衡检测，并且根据检测结果用去去除不平衡量，以达到产品的平衡要求。然而目前多采用硬支撑动平衡对产品进行不平衡量检测，得到检测结果后，再把产品从动平衡机上拆下，再转移到铣床上依据检测数据进行去重，去除不平衡量需要重复装拆、检测、去重操作，直到产品符合要求为止。操作过程中，操作工人劳动强度大、生产效率低而且误差大。因此，本实施例通过设置有可沿底座17的X轴、Y轴和Z轴往复运动的主轴18、可相对支撑架20转动的调整装置21和可带动工件转动的转台4，从而实现了多自由度多维度加工工件；通过设置有测量模块，从而获取工件动平衡值，进而控制转台4的转动量、主轴18与工作台19的相对位置和主轴18的进给量，进而在满足高精度工件的加工要求的同时提高智能化水平。
其中，如图9～11所示，为了提高加工效率，保证加工精度，本实施例中的所述主轴18包括主轴本体和铣刀28；所述铣刀28包括刀座22、压紧套23和多个刀块24；所述刀座22上设有贯穿其两端面用于与所述主轴本体连接的通孔25；所述刀座22的周侧沿其边缘设置有多个呈间隔设置的刀槽26；所述刀槽26内形成有导屑区和用于安装所述刀块24的切削区；所述刀座22的顶部对应每个所述切削区的位置设置有与所述刀槽26连通且与外界连通的避空口；所述刀块24的一端部嵌合于所述避空口内；所述压紧套23通过螺栓盖合于所述避空口上；其中，所述刀座22的外轮廓为圆盘状。通过设置有压紧套23从而提高了刀块24在作业过程中的稳定性；通过设置有导屑区加快了废屑的导出，提高了加工精度。
本实施例中的所述压紧套23的周侧沿其周向设置有多个螺纹孔；还包括压紧块27，所述压紧块27包括经所述避空口抵接于所述刀块24上的压合部和插接于所述螺纹孔且螺纹连接的螺杆部；通过设置有压紧块27从而压紧刀块24，避免了刀块24在作业时产生跳动从而影响加工精度。
此外，所述刀块24包括刀块本体241和握持部242；所述握持部242与所述刀块本体241为可拆卸连接；通过设置有握持部242，从而便于刀块本体241的取出，同时便于刀块本体241的安装，从而避免了在拆装过程中工具对刀座22的损伤；。
为了提高该数控机床的智能化水平，本实施例中的主轴18还包括图像热扫描模块、图像整合分析模块、特征提取模块、模型训练模块和判定单元；
其中，所述图像热扫描模块，用于获取多张工件的轮廓图像；
所述图像整合分析模块，用于对每一张工件的轮廓图像标记上相应的标签，且进一步对每一张已有标签的工件的轮廓图像进行图像分割处理，分割出每一张已有标签的工件的轮廓图像的目标区域图像；
所述特征提取模块，用于对已分割出的每一个目标区域图像进行图像特征提取，得到每一个目标区域图像特征提取后的特征数据，且进一步将每一个目标区域图像特征提取后的特征数据进行预处理并建立数据集；
所述模型训练模块，用于基于预设的机器学方法，对所述数据集中的预处理后的特征数据进行训练，构建出轮廓图像识别模型；
所述判定单元，用于获取一张待测工件的轮廓图像并导入所构建出的工件缺陷轮廓图像识别模型中进行检测，确定出所述待测工件的轮廓图像是否为工件缺陷轮廓图像。
如图1～7所示，本实施例中的调整装置21的还包括基座1；所述基座1上设有开口朝上的安装槽；所述安装槽内安设有旋转装置2；所述旋转装置2包括旋转支架3；所述转台4位于所述旋转支架3的上方；所述旋转支架3包括支架块31、位于所述支架块31下方的连接座32、连接套筒33、用于控制所述连接套筒33旋转运动、以及用于控制所述连接座32靠近和远离所述支架块31的驱动组件；所述支架块31和连接座32均套设于所述连接套筒33上且同步转动；所述旋转装置2还包3个卡爪组件5和与每个所述卡爪组件5一一对应用于驱动所述卡爪组件5翻转抵接所述转台4的驱动臂组6；所述卡爪组件5的一端与所述支架块31转动连接，另一端与所述驱动臂组6铰接连接；其中，所述连接套筒33呈竖直方向设置；所述转台4的外轮廓为圆盘状；3个所述卡爪组件5沿所述转台4的外轮廓均布。
本实施例解决了如何快速安装和拆卸转台的问题；通过设置有支架块31、连接座32、连接套筒33和驱动组件，从而实现了连接套筒33的旋转运动和连接座32沿连接套筒33的长度方向的升降运动，进一步实现了支架块31和连接座32的同步转动，同时也避免了旋转运动和升降运动的相互干涉；通过设置有卡爪组件5和驱动臂组6，从而实现了由于连接座32的升降运动从而带动驱动臂组6的运动进而实现了控制多个卡爪组件5的翻转夹持转台4；通过设置卡爪组件5的一端与支架块31转动连接，另一端与驱动臂组6铰接连接，从而实现了卡爪组件5快速夹紧转台4和快速松开转台4的运动。
其中，如图6所示，为了保证卡爪组件5有足够的翻转空间，从而适应不同尺寸的转台4，本实施例中的所述支架块31上绕其边缘设置有3个与外界连通且用于供所述卡爪组件5翻转运动的缺口7；每个所述缺口7对应一个所述卡爪组件5。
其中，如图4～5所示，为了驱动3个卡爪组件5翻转抵接于转台4上，从而实现夹持转台4，本实施例中的所述驱动臂组6包括第一连接臂61和第二连接臂62；所述第一连接臂61的一端与所述连接座32铰接连接，另一端与所述第二连接臂62铰接连接；所述第二连接臂62远离所述第一连接臂61的一端朝所述缺口7延伸有凸出块8，且所述凸出块8嵌合于所述缺口7内。
而且，如图5所示，为了保证卡爪组件5能稳固夹持转台4，防止旋转过程中由于旋转的惯性导致转台4脱落造成安全事故，本实施例中的所述卡爪组件5包括轴组和套设于所述轴组两端用于抵接所述转台4的抵接块9；所述轴组包括呈平行设置的第一连接轴10和第二连接轴11；所述第一连接轴10依次穿过所述支架块31、缺口7和凸出块8；所述支架块31和所述凸出块8均与所述第一连接轴10转动连接；所述第二连接轴11穿过所述第二连接臂62且与所述第二连接臂62转动连接。其中，所述抵接块9朝向所述转台4的一侧上设有用于抵接所述转台4的抵接面和用于引导所述转台4滑动至所述抵接面的引导斜面；所述抵接面和引导斜面相接且所述引导斜面靠近所述支架块31。
此外，本实施例中的所述连接套筒33上远离所述支架块31的一端上套设有安装座12，且所述连接套筒33与所述安装座12转动连接；所述安装座12与所述基座1固定连接；所述连接座32位于所述安装座12和所述支架块31之间。
如图7所示，为了保证连接座32转动运动和升降运动，且互不干涉，本实施例中的所述连接套筒33上于所述安装座12和所述支架块31之间设有通槽；所述通槽的长度方向沿所述连接套筒33的长度方向设置；所述驱动组件包括旋转轴13、驱动所述旋转轴13相对所述连接套筒33伸缩运动和旋转运动的驱动装置；所述旋转轴13远离所述驱动装置的一端插接于所述连接套筒33内且连接有驱动轴14；所述驱动轴14穿过所述通槽并与所述连接座32连接。
此外，为了辅助支撑转台4，保证转台4的水平放置，本实施例中的所述支架块31远离所述连接座32的一端面上设有多个用于支撑所述转台4的支撑柱16。
如图6所示，本实施例中的所述支架块31的外轮廓为Y型，所述缺口7形成于Y型的每个端部；所述支架块31朝向所述连接座32的一端面上设有可供第二连接臂62嵌入的避空槽；而且，支架块31朝向转台4的一端面上设有多个限位柱15；所述限位柱15位于所述缺口7的旁侧；其中，所述限位柱15的中轴线与支架块31的中轴线之间的垂直距离大于所述抵接块9的中轴线与所述支架块31的中轴线的垂直距离。
本实施例中的测量模块包括称重单元、基于所述称重子单元的数据并进行计算的计算子单元、以及基于所述计算子单元与预设值进行比较的对比子单元；所述计算子单元的计算过程如下：首先，算出工件的允许的工件动平衡值, 其计算公式如下：
Hyuc=（H×1000）/（n/10） ×
Figure 958386DEST_PATH_IMAGE002
其中Hyuc-工件动平衡值的单位为μ；M-工件质量；H-动平衡精度，一般取6.3；n-转台的工作时的转速单位为r/min。最后将动平衡值与预设分布值进行比较,并将比较结构发送至主轴，并控制所述主轴的位置及其进给量。
工作原理：首先将转台4放置于支撑柱16上；进一步，驱动装置驱动旋转轴13上升，进而驱动轴14驱动连接座32上升；进一步，驱动臂组6控制卡爪组件5朝转台4翻转并夹持转台4，转台4受力从而从引导斜面滑向抵接面，从而实现卡接转台4；进一步，驱动装置驱动旋转轴13转动继而驱动轴14带动连接套筒33和连接座32转动，从而实现转台4的转动；当需要松开转台4时，只需要驱动装置控制旋转轴13下降，从而驱动轴14沿滑槽的长度方向下滑，继而连接座32失去驱动轴14的支撑并在重力的作用下下降，驱动臂组6转动从而带动卡爪组件5朝外翻转从而松开转台4。
以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (7)

1.一种五轴联动数控机床，其特征在于，其包括底座；所述底座上设有沿其X轴、Y轴和Z轴往复运动的主轴；所述底座上还设有位于所述主轴下方的工作台；所述工作台包括支撑架和与所述支撑架旋转连接的调整装置；所述调整装置包括可带动工件转动的转台和与所述转台通信连接用于获取工件动平衡值的测量模块；所述测量模块与所述主轴通信连接并基于所述测量模块提供的工件动平衡值控制所述主轴的位置及其进给量。
2.根据权利要求1所述的五轴联动数控机床，其特征在于，所述主轴包括主轴本体和铣刀；所述铣刀包括刀座、压紧套和多个刀块；所述刀座上设有贯穿其两端面用于与所述主轴本体连接的通孔；所述刀座的周侧沿其边缘设置有多个呈间隔设置的刀槽；所述刀槽内形成有导屑区和用于安装所述刀块的切削区；所述刀座的顶部对应每个所述切削区的位置设置有与所述刀槽和外界连通的避空口；所述刀块的一端部嵌合于所述避空口内；所述压紧套通过螺栓盖合于所述避空口上。
3.根据权利要求2所述的五轴联动数控机床，其特征在于，所述压紧套的周侧沿其周向设置有多个螺纹孔；还包括压紧块，所述压紧块包括经所述避空口抵接于所述刀块上的压合部和插接于所述螺纹孔且螺纹连接的螺杆部。
4.根据权利要求3所述的五轴联动数控机床，其特征在于，所述刀块包括刀块本体和握持部；所述握持部与所述刀块本体为可拆卸连接。
5.根据权利要求2所述的五轴联动数控机床，其特征在于，所述刀座的外轮廓为圆盘状。
6.根据权利要求1所述的五轴联动数控机床，其特征在于，主轴还包括图像热扫描模块、图像整合分析模块、特征提取模块、模型训练模块和判定单元；
其中，所述图像热扫描模块，用于获取多张工件的轮廓图像；
所述图像整合分析模块，用于对每一张工件的轮廓图像标记上相应的标签，且进一步对每一张已有标签的工件的轮廓图像进行图像分割处理，分割出每一张已有标签的工件的轮廓图像的目标区域图像；
所述特征提取模块，用于对已分割出的每一个目标区域图像进行图像特征提取，得到每一个目标区域图像特征提取后的特征数据，且进一步将每一个目标区域图像特征提取后的特征数据进行预处理并建立数据集；
所述模型训练模块，用于基于预设的机器学方法，对所述数据集中的预处理后的特征数据进行训练，构建出轮廓图像识别模型；
所述判定单元，用于获取一张待测工件的轮廓图像并导入所构建出的工件缺陷轮廓图像识别模型中进行检测，确定出所述待测工件的轮廓图像是否为工件缺陷轮廓图像。
7.根据权利要求1所述的五轴联动数控机床，其特征在于，所述调整装置还包括基座；所述基座上设有开口朝上的安装槽；所述安装槽内安设有旋转装置；所述旋转装置包括旋转支架；所述转台位于所述旋转支架的上方；所述旋转支架包括支架块、位于所述支架块下方的连接座、连接套筒、以及用于控制所述连接套筒旋转运动和控制所述连接座沿所述连接套筒升降运动的驱动组件；所述支架块和连接座均套设于所述连接套筒上且同步转动；所述旋转装置还包括至少两个卡爪组件和与每个所述卡爪组件一一对应用于驱动所述卡爪组件翻转抵接所述转台的驱动臂组；所述卡爪组件的一端与所述支架块转动连接，另一端与所述驱动臂组铰接连接。
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Denomination of invention: A five-axis linkage CNC machine tool

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Pledgee: Foshan Dali sub branch of Bank of Guangzhou Co.,Ltd.

Pledgor: FOSHAN NANHAI FUDA PRECISION MACHINERY Co.,Ltd.

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