CN111390579B - 一种立式五轴联动机床 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种立式五轴联动机床，包括机床床身、底座、X轴移动组件、Y轴移动组件、Z轴移动组件、摇篮式工作台及缓冲防撞组件，缓冲防撞组件包括圆筒、活塞、推杆、第一弹簧及密封环，圆筒之中设有第一腔室及第二腔室，第一腔室的侧壁上设有多个第一通孔，多个所述第一通孔的孔径沿第一腔室的底部往第一腔室的开口方向依次递增，活塞与第一腔室的内侧壁滑动密封连接，推杆的一端与活塞固定连接，第一弹簧的一端与第二腔室的一端固定连接，另一端与密封环固定连接，密封环与第二腔室的内侧壁滑动密封连接，第二腔室的一端侧壁设有第二通孔。本发明通过设置缓冲防撞组件可以防止五轴联动机床因直线电机失控而导致的危险事故。

Description

一种立式五轴联动机床

技术领域

本发明涉及数控机床技术领域，具体而言，涉及一种立式五轴联动机床。

背景技术

五轴联动机床是指至少有五个坐标轴（三个直线坐标和两个旋转坐标），而且可在计算机数控(CNC)系统的控制下同时协调运动进行加工的数控机床。五轴联动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，对一个国家的航空、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。采用直线电机进给系统的五轴联动机床由于其进给系统为零传动方式，故而可以克服传统的滚珠丝杆传动方式存在的先天性缺点，其具有速度高、加速度大以及行程长度不受限制等优点。由于直线电机在运行过程中存在强烈的惯性冲击，因此需要在直线电机初级或者直线电机次级的两侧安装缓冲防撞装置，以避免直线电机次级失控后造成危险事故。

发明内容

为了克服现有五轴联动机床存在的因直线电机次级失控而导致危险事故的问题，本发明提供了一种立式五轴联动机床，其具体技术方案如下：

一种立式五轴联动机床，包括机床床身、底座、X轴移动组件、Y轴移动组件、Z轴移动组件以及摇篮式工作台，所述底座固定安装在机床床身之上，所述X轴移动组件包括设于底座上方的X轴滑台、设于X轴滑台与底座之间的用于驱动X轴滑台沿X轴方向自由往复移动的X轴驱动装置以及设于底座之上的X轴滑轨，所述X轴滑台与X轴滑轨滑动连接，所述Y轴移动组件包括设于X轴滑台上方的Y轴滑台、设于Y轴滑台与X轴滑台之间的用于驱动Y轴滑台沿Y轴方向自由往复移动的Y轴驱动装置以及设于X轴滑台之上的Y轴滑轨，所述Y轴滑台与Y轴滑轨滑动连接，所述Z轴移动组件包括设于Y轴滑台侧面的Z轴滑台以及设于Z轴滑台与Y轴滑台之间的用于驱动Z轴滑台沿Z轴方向自由往复移动的Z轴驱动装置以及设于Y轴滑台侧面的Z轴滑轨，所述Z轴滑台与Z轴滑轨滑动连接，所述摇篮式工作台设于机床床身之上并位于Z轴滑台的下方，所述X轴滑轨、Y轴滑轨以及Z轴滑轨的两端均设有缓冲防撞组件，所述缓冲防撞组件包括圆筒、活塞、推杆、第一弹簧以及密封环，所述圆筒之中设有一端开口一端密闭的第一腔室以及位于第一腔室外侧且呈圆环状的两端密闭的第二腔室，所述第一腔室的侧壁上设有多个连通第一腔室和第二腔室的第一通孔，多个所述第一通孔的孔径沿第一腔室的底部往第一腔室的开口方向依次递增，所述活塞与第一腔室的内侧壁滑动密封连接，所述推杆的一端与活塞固定连接，所述推杆的另一端位于第一腔室的外侧，所述第一弹簧的一端与第二腔室远离第一通孔的一端固定连接，所述第一弹簧的另一端与密封环固定连接，所述密封环与第二腔室的内侧壁滑动密封连接，所述第二腔室的与第一弹簧的一端相接触的侧壁设有第二通孔。

可选的，所述Z轴滑台之上设有自锁滑块，所述自锁滑块包括与Z轴滑台固定连接的滑块座，所述滑块座之中设有U型凹槽，所述凹槽由内往外依次设有第二弹簧、横板、支杆、呈L字型的喷气管以及与Z轴滑轨抵接的橡胶块，所述第二弹簧的一端与凹槽的底部固定连接，所述第二弹簧的另一端与横板固定连接，所述支杆的一端与横板固定连接，所述支杆的另一端与橡胶块固定连接，所述橡胶块以及横板均与凹槽的内侧壁滑动密封连接，所述凹槽位于所述橡胶块与横板之间的侧壁上设有进气孔，所述凹槽的底部设有出气孔，所述喷气管的进气口与进气孔连通，所述喷气管的出气口正对横板的上表面，横板上设有至少一个通气孔。

可选的，所述自锁滑块还包括一端固定安装在凹槽的底部的圆柱体形状记忆合金，所述圆柱体形状记忆合金的轴心线与第二弹簧的轴心线相互平行。

可选的，所述X轴驱动装置包括X轴直线电机初级以及X轴直线电机次级，所述X轴直线电机初级设于底座之上，所述X轴直线电机次级设于X轴滑台的底部且位于X轴直线电机初级的正上方。

可选的，所述Y轴驱动装置包括Y轴直线电机初级以及Y轴直线电机次级，所述Y轴直线电机初级设于X轴滑台之上，所述Y轴直线电机次级设于Y轴滑台的底部且位于Y轴直线电机初级的正上方。

可选的，所述Z轴驱动装置包括Z轴直线电机初级以及Z轴直线电机次级，所述Z轴直线电机初级设于Y轴滑台的侧面，所述Z轴直线电机次级设于Z轴滑台之上且正对所述Y轴滑台。

本发明所取得的有益效果包括：当X轴滑台、Y轴滑台或者Z轴滑台高速运动到各自相对应滑轨的两端时，其撞击在推杆之上，推杆将往第一腔室底部运动并迫使第一腔室内的空气或水或油或者水油混合物通过通孔往第二腔室流动。由于多个所述第一通孔的孔径沿第一腔室的底部往第一腔室的开口方向依次递增，推杆往第一腔室底部运动的过程所产生的缓冲力量逐步增大，其可以对直线电机在运行过程中所产生的惯性冲击起到一个很好的缓冲防撞作用，密封环以及第一弹簧则可以对直线电机在运行过程中所产生的惯性冲击进一步缓冲，并在X轴滑台、Y轴滑台或者Z轴滑台离开各自相对应滑轨两端后，迫使密封环以及推杆复位。也就是说，所述缓冲防撞组件可以防止五轴联动机床因直线电机失控而导致的危险事故，其简单而巧妙，相比于传统的橡胶块以及第一弹簧缓冲装置，具有更好的缓冲防撞效果。

附图说明

从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明，将重点放在示出实施例的原理上。

图1是本发明实施例中一种立式五轴联动机床的整体结构示意图；

图2是本发明实施例中一种立式五轴联动机床的右示图；

图3是本发明实施例中一种立式五轴联动机床的后示图；

图4是本发明实施例中一种立式五轴联动机床的俯视图；

图5是本发明实施例中Z轴移动组件与Y轴滑台之间的结构关系示意图；

图6是本发明实施例中缓冲防撞组件的整体结构示意图；

图7是本发明实施例中自锁滑块的结构示意图一；

图8是本发明实施例中自锁滑块的结构示意图二；

图9是本发明实施例中X轴滑轨与缓冲防撞组件之间的结构关系示意图；

图10是本发明实施例中Y轴滑轨与缓冲防撞组件之间的结构关系示意图；

图11是本发明实施例中Z轴滑轨与缓冲防撞组件之间的结构关系示意图。

附图标记说明：

1、机床床身；2、底座；3、X轴移动组件；4、Y轴移动组件；5、Z轴移动组件；6、摇篮式工作台；7、缓冲防撞组件；8、自锁滑块；30、X轴滑台；31、X轴滑轨；32、X轴直线电机初级；33、X轴直线电机次级；40、Y轴滑台；41、Y轴滑轨；42、Y轴直线电机初级；43、Y轴直线电机次级；50、Z轴滑台；51、Z轴滑轨；52、Z轴直线电机初级；53、Z轴直线电机次级；70、圆筒；71、活塞；72、推杆；73、第一弹簧；74、密封环；75、第一腔室；76、第二腔室；77、第一通孔；78、第二通孔；80、滑块座；81、第二弹簧；82、横板；83、支杆；84、橡胶块；85、圆柱体形状记忆合金；86、进气孔；87、出气孔；88、凹槽；89、喷气管；90、通气孔；91、开孔。

具体实施方式

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。

本发明为一种立式五轴联动机床，根据附图所示讲述以下实施例：

实施例一：

如图1、图2、图3、图4、图5所示，一种立式五轴联动机床，包括机床床身1、底座2、X轴移动组件3、Y轴移动组件4、Z轴移动组件5以及摇篮式工作台6，所述底座2固定安装在机床床身1之上，所述X轴移动组件3包括设于底座2上方的X轴滑台30、设于X轴滑台30与底座2之间的用于驱动X轴滑台30沿X轴方向自由往复移动的X轴驱动装置以及设于底座2之上的X轴滑轨31，所述X轴滑台30与X轴滑轨31滑动连接，所述Y轴移动组件4包括设于X轴滑台30上方的Y轴滑台40、设于Y轴滑台40与X轴滑台30之间的用于驱动Y轴滑台40沿Y轴方向自由往复移动的Y轴驱动装置以及设于X轴滑台30之上的Y轴滑轨41，所述Y轴滑台40与Y轴滑轨41滑动连接，所述Z轴移动组件5包括设于Y轴滑台40侧面的Z轴滑台50以及设于Z轴滑台50与Y轴滑台40之间的用于驱动Z轴滑台50沿Z轴方向自由往复移动的Z轴驱动装置以及设于Y轴滑台40侧面的Z轴滑轨51，所述Z轴滑台50与Z轴滑轨51滑动连接。

所述摇篮式工作台6设于机床床身1之上并位于Z轴滑台50的下方，其提供B、C两个旋转轴。X轴滑轨31、Y轴滑轨41以及Z轴滑轨51分别设有两条或以上，且X轴滑轨31与Y轴滑轨41相互垂直。

如图9、图10以及图11所示，所述X轴滑轨31、Y轴滑轨41以及Z轴滑轨51的两端均设有缓冲防撞组件7，所述缓冲防撞组件7的安装位置包括并不限于X轴滑轨31、Y轴滑轨41以及Z轴滑轨51的两端，根据需要也可以安装在机床其它位置上。对于用于反馈位置的直线光栅尺、极限开关、拖链以及防护罩等部件，由于是本领域常规技术手段，本实施例在此不再赘述。

如图6所示，所述缓冲防撞组件7包括圆筒70、活塞71、推杆72、第一弹簧73以及密封环74，所述推杆72的直径等于第一腔室75的内径，所述圆筒70分别固定安装在X轴滑轨31、Y轴滑轨41以及Z轴滑轨51的两端。所述圆筒70之中设有一端开口一端密闭的第一腔室75以及位于第一腔室75外侧且呈圆环状的两端密闭的第二腔室76，所述第一腔室75的侧壁上设有多个连通第一腔室75和第二腔室76的第一通孔77，多个所述第一通孔77的孔径沿第一腔室75的底部往第一腔室75的开口方向依次递增，所述活塞71与第一腔室75的内侧壁滑动密封连接，所述推杆72的一端与活塞71固定连接，所述推杆72的另一端位于第一腔室75的外侧，所述第一弹簧73的一端与第二腔室76远离第一通孔77的一端固定连接，所述第一弹簧73的另一端与密封环74固定连接，所述密封环74与第二腔室76的内侧壁滑动密封连接，所述第二腔室76的与第一弹簧73的一端相接触的侧壁设有第二通孔78，所述密封环74、第二腔室76、第一腔室75以及活塞71之间形成一个密闭的容腔，在容腔之中填充有空气或水或油或者水油混合物。

当X轴滑台30、Y轴滑台40或者Z轴滑台50高速运动到各自相对应滑轨的两端时，其撞击在推杆72之上，推杆72以及活塞71将往第一腔室75底部运动并迫使第一腔室75内的空气或水或油或者水油混合物通过通孔往第二腔室76流动。由于多个所述第一通孔77的孔径沿第一腔室75的底部往第一腔室75的开口方向依次递增，推杆往第一腔室75底部运动的过程所产生的缓冲力量逐步增大，其可以对直线电机在运行过程中所产生的惯性冲击起到一个很好的缓冲防撞作用，密封环74以及第一弹簧73则可以对直线电机在运行过程中所产生的惯性冲击进一步缓冲，并在X轴滑台30、Y轴滑台40或者Z轴滑台50离开各自相对应滑轨两端后，迫使密封环74、推杆72以及活塞71复位。也就是说，所述缓冲防撞组件7可以防止五轴联动机床因直线电机失控而导致的危险事故，其简单而巧妙，相比于传统的橡胶块以及弹簧缓冲装置，具有更好的缓冲防撞效果。

实施例二：

本实施例应当理解为包含前述实施例全部技术特征，并在前述实施例的基础上进一步的具体描述。

如图7所示，所述Z轴滑台50之上设有自锁滑块8，所述自锁滑块8包括与Z轴滑台50固定连接的滑块座80，所述滑块座80之中设有U型凹槽88，所述凹槽88由内往外依次设有第二弹簧81、横板82、支杆83、呈L字型的喷气管89以及与Z轴滑轨51抵接的橡胶块84，所述第二弹簧81的一端与凹槽88的底部固定连接，所述第二弹簧81的另一端与横板82固定连接，所述支杆83的一端与横板82固定连接，所述支杆83的另一端与橡胶块84固定连接，所述橡胶块84以及横板82均与凹槽88的内侧壁滑动密封连接，所述凹槽88位于所述橡胶块84与横板82之间的侧壁上设有进气孔86，所述凹槽88的底部设有出气孔87，所述喷气管89的进气口与进气孔86连通，所述喷气管89的出气口正对横板82的上表面，横板82上设有至少一个通气孔90。作为一种优选的技术方案，如图7以及图8所示，支杆83中部开设有贯穿支杆83的开孔91，喷气管89由硬质塑料或者不锈钢制成，其包括一个进气口以及两个出气口，喷气管89穿过开孔91并且喷气管89的两个出气口分别位于支杆83的两侧，开孔91的高度大于喷气管89的直径。开孔91的高度大于喷气管89的直径的作用是为了使喷气管89可以穿过开孔91且使得横板82在气流的喷射压力下可以向下移动。横板82、支杆83以及橡胶块84在气流喷射压力下移动的距离取决于喷气管89与开孔91之间的间隙距离，该间隙距离可以根据实际需要进行设定，在此不再赘述。

横板82上设有至少一个贯穿横板82上下表面的通气孔90且通气孔90的直径小于喷气管89的内径，通气孔90的位置与喷气管89的出气口位置相互错开。为了使从喷气管89喷射出来的空气可以快速从通气孔90排泄出去，通气孔90设有两个以上且直径大于喷气管89的内径。喷气管89设置两个分别位于支杆83两侧的出气口，可以使横板82受到均衡的气流压力，以更好地通过气流驱动横板82、支杆83以及橡胶块84往下移动。其中，本发明以横板82与支杆83相接触表面为上，以横板82与弹簧29相接触面为下。

在自由状态下，自锁滑块8在第二弹簧81预压弹力作用下，抱死Z轴滑轨51，此时产生垂直向上的静摩擦力，可以锁住Z轴驱动装置以及Z轴滑台50，防止Z轴驱动装置以及Z轴滑台50因自重滑落。在工作状态，通过进气孔86以及喷气管89往凹槽88内通气，一定压力气流经由喷气管89的出气口推动横板82往下移动，并克服第二弹簧81预压弹力，带动支杆83以及橡胶块84往下移动，自锁滑块8与Z轴滑轨51之间的静摩擦力消失，可以解锁Z轴驱动装置以及Z轴滑台50并使其可以在Z轴上自由往复运动。

如图8所示，所述自锁滑块8还包括一端固定安装在凹槽88的底部的圆柱体形状记忆合金85，所述圆柱体形状记忆合金85的轴心线与第二弹簧81的轴心线相互平行。圆柱体形状记忆合金85具有随着温度升高而体积沿轴向膨胀的特性，并在当超过预设温度范围时，该圆柱体形状记忆合金85能够伸长并克服第二弹簧81弹力，推动横板82、支杆83以及橡胶块84往Z轴滑轨51方向运动以抱紧Z轴滑轨51。通过设置圆柱体形状记忆合金85，可以在Z轴驱动装置温度过高时，利用机械方式锁死Z轴驱动装置，避免五轴联动机床因高温工作而造成的意外事故。

实施例三：

本实施例应当理解为包含前述实施例全部技术特征，并在前述实施例的基础上进一步的具体描述。

如图1、图2、图3、图4、图5所示，所述X轴驱动装置包括X轴直线电机初级32以及X轴直线电机次级33，所述X轴直线电机初级32设于底座2之上，所述X轴直线电机次级33设于X轴滑台30的底部且位于X轴直线电机初级32的正上方，所述Y轴驱动装置包括Y轴直线电机初级42以及Y轴直线电机次级43，所述Y轴直线电机初级42设于X轴滑台30之上，所述Y轴直线电机次级43设于Y轴滑台40的底部且位于Y轴直线电机初级42的正上方，所述Z轴驱动装置包括Z轴直线电机初级52以及Z轴直线电机次级53，所述Z轴直线电机初级52设于Y轴滑台40的侧面，所述Z轴直线电机次级53设于Z轴滑台50之上且正对所述Y轴滑台40。

X轴驱动装置、Y轴驱动装置以及Z轴驱动装置采用直线电机作为驱动方式，以克服传统滚珠丝杆传动方式所存在的因机械元件产生的弹性变形、摩擦、反向间隙等因素而造成进给运动的滞后的缺陷。直线电机的类型可以是平板式的，也可以是U型槽式或者管式，直线电机的初级以及次级的具体安装方式可以根据实际需要进行安装调整，在本实施例中不再赘述。

综上所述，本发明公开的一种五轴联动机床，所产生的有益技术效果包括：当X轴滑台、Y轴滑台或者Z轴滑台高速运动到各自相对应滑轨的两端时，其撞击在推杆之上，推杆将往第一腔室底部运动并迫使第一腔室内的空气或水或油或者水油混合物通过通孔往第二腔室流动。由于多个所述第一通孔的孔径沿第一腔室的底部往第一腔室的开口方向依次递增，推杆往第一腔室底部运动的过程所产生的缓冲力量逐步增大，其可以对直线电机在运行过程中所产生的惯性冲击起到一个很好的缓冲防撞作用，密封环以及第一弹簧则可以对直线电机在运行过程中所产生的惯性冲击进一步缓冲，并在X轴滑台、Y轴滑台或者Z轴滑台离开各自相对应滑轨两端后，迫使密封环以及推杆复位。也就是说，所述缓冲防撞组件可以防止五轴联动机床因直线电机失控而导致的危险事故，其简单而巧妙，相比于传统的橡胶块以及弹簧缓冲装置，具有更好的缓冲防撞效果。

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 (6)

1.一种立式五轴联动机床，包括机床床身、底座、X轴移动组件、Y轴移动组件、Z轴移动组件以及摇篮式工作台，所述底座固定安装在机床床身之上，所述X轴移动组件包括设于底座上方的X轴滑台、设于X轴滑台与底座之间的用于驱动X轴滑台沿X轴方向自由往复移动的X轴驱动装置以及设于底座之上的X轴滑轨，所述X轴滑台与X轴滑轨滑动连接，所述Y轴移动组件包括设于X轴滑台上方的Y轴滑台、设于Y轴滑台与X轴滑台之间的用于驱动Y轴滑台沿Y轴方向自由往复移动的Y轴驱动装置以及设于X轴滑台之上的Y轴滑轨，所述Y轴滑台与Y轴滑轨滑动连接，所述Z轴移动组件包括设于Y轴滑台侧面的Z轴滑台以及设于Z轴滑台与Y轴滑台之间的用于驱动Z轴滑台沿Z轴方向自由往复移动的Z轴驱动装置以及设于Y轴滑台侧面的Z轴滑轨，所述Z轴滑台与Z轴滑轨滑动连接，所述摇篮式工作台设于机床床身之上并位于Z轴滑台的下方，其特征在于：所述X轴滑轨、Y轴滑轨以及Z轴滑轨的两端均设有缓冲防撞组件，所述缓冲防撞组件包括圆筒、活塞、推杆、第一弹簧以及密封环，所述圆筒之中设有一端开口一端密闭的第一腔室以及位于第一腔室外侧且呈圆环状的两端密闭的第二腔室，所述第一腔室的侧壁上设有多个连通第一腔室和第二腔室的第一通孔，多个所述第一通孔的孔径沿第一腔室的底部往第一腔室的开口方向依次递增，所述活塞与第一腔室的内侧壁滑动密封连接，所述推杆的一端与活塞固定连接，所述推杆的另一端位于第一腔室的外侧，所述第一弹簧的一端与第二腔室远离第一通孔的一端固定连接，所述第一弹簧的另一端与密封环固定连接，所述密封环与第二腔室的内侧壁滑动密封连接，所述第二腔室的与第一弹簧的一端相接触的侧壁设有第二通孔。

2.如权利要求1所述的一种立式五轴联动机床，其特征在于，所述Z轴滑台之上设有自锁滑块，所述自锁滑块包括与Z轴滑台固定连接的滑块座，所述滑块座之中设有U型凹槽，所述凹槽由内往外依次设有第二弹簧、横板、支杆、呈L字型的喷气管以及与Z轴滑轨抵接的橡胶块，所述第二弹簧的一端与凹槽的底部固定连接，所述第二弹簧的另一端与横板固定连接，所述支杆的一端与横板固定连接，所述支杆的另一端与橡胶块固定连接，所述橡胶块以及横板均与凹槽的内侧壁滑动密封连接，所述凹槽位于所述橡胶块与横板之间的侧壁上设有进气孔，所述凹槽的底部设有出气孔，所述喷气管的进气口与进气孔连通，所述喷气管的出气口正对横板的上表面，横板上设有至少一个通气孔。

3.如权利要求2所述的一种立式五轴联动机床，其特征在于，所述自锁滑块还包括一端固定安装在凹槽的底部的圆柱体形状记忆合金，所述圆柱体形状记忆合金的轴心线与第二弹簧的轴心线相互平行。

4.如权利要求3所述的一种立式五轴联动机床，其特征在于，所述X轴驱动装置包括X轴直线电机初级以及X轴直线电机次级，所述X轴直线电机初级设于底座之上，所述X轴直线电机次级设于X轴滑台的底部且位于X轴直线电机初级的正上方。

5.如权利要求4所述的一种立式五轴联动机床，其特征在于，所述Y轴驱动装置包括Y轴直线电机初级以及Y轴直线电机次级，所述Y轴直线电机初级设于X轴滑台之上，所述Y轴直线电机次级设于Y轴滑台的底部且位于Y轴直线电机初级的正上方。

6.如权利要求5所述的一种立式五轴联动机床，其特征在于，所述Z轴驱动装置包括Z轴直线电机初级以及Z轴直线电机次级，所述Z轴直线电机初级设于Y轴滑台的侧面，所述Z轴直线电机次级设于Z轴滑台之上且正对所述Y轴滑台。

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