CN114290119A - 一种高精度五轴联动加工中心的装置、方法及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明属于五轴联动加工技术领域，具体是一种高精度五轴联动加工中心的装置、方法及存储介质，包括底座，所述底座的顶部设有支架，所述支架的一侧设有控制器，所述支架的一侧设有Z轴驱动装置，所述Z轴驱动装置的输出端设有伺服主轴，所述伺服主轴的输出端设有刀具；所述底座的顶部设有Y轴驱动装置，所述Y轴驱动装置的输出端设有移动台，所述移动台的顶部设有X轴驱动装置，所述X轴驱动装置的输出端设有滑动架，所述滑动架的一侧设有第一转动电机，所述第一转动电机的输出端设有转动台；本发明不仅可以实现对工件五轴联动加工，同时还能提高对工件的装夹精度和装夹效果，保证工件在翻转时不会发生脱离掉落，保证加工效果，提高加工精度。

Description

一种高精度五轴联动加工中心的装置、方法及存储介质

技术领域

本发明属于五轴联动加工技术领域，具体是一种高精度五轴联动加工中心的装置、方法及存储介质。

背景技术

五轴联动是指在一台机床上至少有五个坐标轴(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，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，这种机床系统对一个国家的航空、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。

中国发明专利CN200910028286.3公开了一种五轴联动数控加工中心，包括床身(10)、龙门架(30)，龙门架(30)包含有左右两个龙门立柱(32)，以及固定龙门横梁(35)，龙门立柱(32)的前部安装有可使工作台(26)同时绕A、C轴转动的直驱式双轴精密转台(20)；龙门架(30)上设置有可Y向运动的横梁(40)，横梁(40)前部设置有可X向运动的溜板(50)，溜板(50)前部设置有可Z向运动的主轴箱(60)，主轴箱(60)上设有用以安装主轴(70)的主轴安装孔(66)；床身(10)和龙门架(30)之间的空腔内设置有刀库(80)，该装置无法对工件进行精准定位，加工精度低，加工难度大。

中国发明专利CN201710226560.2涉及一种数控加工机床，尤其涉及一种小型双转台五轴数控铣床。该小型双转台五轴数控铣床包括铣床底座、立柱、X轴移动模块、Y轴移动模块、Z轴移动模块、主轴模块、A轴转动模块、C轴转动模块、可伸缩性防尘罩以及主轴水冷系统；所述立柱通过螺纹连接固定安装在所述铣床底座上；所述X轴移动模块滑动安装在所述Y轴移动模块上；所述Y轴移动模块固定安装在所述铣床底座上；所述Z轴移动模块固定安装在所述立柱前侧面上；所述A轴转动模块包括两个转台基座、A轴伺服电机、减速机、凸缘联轴器、U型转台；所述A轴转动模块固定在所述X轴移动模块上；所述C轴转动模块包括C轴伺服电机、C轴电机座和回转台，该装置无法对不规则形状的工件进行装夹，从而降低装置的适应性，提高加工难度。

现有的五轴联动加工中心的转台在发生偏转时，转台顶部的工件会随之发生倾斜，则工件重量过大时会发生倾斜滑动，从而降低加工精度；同时转台自身发生转动时，工件的倾斜位置会发生变化，因此工件所需固定方向同步发生变化。

发明内容

本发明针对以上问题，提供了一种高精度五轴联动加工中心的装置、方法及存储介质，该装置可以有效地提高转台顶部的定位精度，可以对不规则形状的工件进行装夹，并且在转台发生偏转以及转动时可以提高对顶部工件的适应性，保证工件始终处于最佳的加工位置以及加工状态。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高精度五轴联动加工中心的装置，包括底座，所述底座的顶部设有支架，所述支架的一侧设有控制器，所述支架的一侧设有Z轴驱动装置，所述Z轴驱动装置的输出端设有伺服主轴，所述伺服主轴的输出端设有刀具；

所述底座的顶部设有Y轴驱动装置，所述Y轴驱动装置的输出端设有移动台，所述移动台的顶部设有X轴驱动装置，所述X轴驱动装置的输出端设有滑动架，所述滑动架的一侧设有第一转动电机，所述第一转动电机的输出端设有转动台，所述转动台的顶部设有第二转动电机，所述第二转动电机的顶部设有固定台；

所述固定台包括多组气泵，所述气泵均匀阵列设于第二转动电机顶部，所述气泵的顶部设有第一通气口，所述第一通气口的顶部设有波纹管，所述第一通气口的内部通过多组连接杆设有电动伸缩杆，所述电动伸缩杆的顶部穿过波纹管并设有弹性垫，所述弹性垫的底部与波纹管的顶部固定连接，所述弹性垫顶部设有压力传感器用以检测其顶部的压力值，所述弹性垫的内部均匀阵列设有多组第二通气口，所述第二通气口内部设有单向阀，所述单向阀的方向为由第二通气口至第一通气口，所述第二通气口的底部与波纹管相连通，所述第二通气口内部设有气压传感器用以检测其内部的气压值；

所述弹性垫四周侧壁均设有通孔，所述通孔内部设有气囊，所述气囊远离电动伸缩杆一端设有挡板，所述挡板位于靠近挡块的一侧设有位移传感器用以检测挡板的位移值；

当对工件进行定位时，所述控制器控制电动伸缩杆伸长，所述气泵向气囊内充气，所述气囊体积增大并带动挡板向远离挡块一侧移动；当对工件进行加工，所述压力传感器检测到的压力值减小时，所述控制器控制对应的气泵增大抽气，工件底部受到的吸力增大；

一种高精度五轴联动加工中心的方法，包括以下步骤：

S1、将工件放置到所述固定台顶部，所述控制器控制一侧电动伸缩杆伸长，所述电动伸缩杆带动弹性垫向上移动；

S2、所述控制器控制伸长的电动伸缩杆底部的气泵向气囊内充气，所述气囊体积增大，所述气囊带动挡板向外侧移动，所述位移传感器检测挡板向外侧移动的距离；

S3、所述第一转动电机启动带动转动台绕X轴发生偏转，工件在自身重力的作用下向挡板移动并进行支撑定位，所述第二转动电机启动带动工件绕Z轴转动改变定位位置，通过多位置支撑定位实现对工件的精准定位；

S4、当所述压力传感器检测到压力值增大时，所述控制器控制对应位置的气泵启动抽气，工件底部在吸力作用下固定在所述固定台顶部，当所述压力传感器增大至所设阈值时，所述气压传感器检测到的气压值增大至所设阈值，所述气泵吸力不再增加；

S5、当工件底部不平整时，部分所述压力传感检测到的压力值存在但小于所设阈值，所述控制器控制对应位置的电动伸缩杆伸长，所述控制器控制气泵抽气，所述气压传感器检测到的气压阈值不变，当所述压力传感器检测到的压力值达到所设的阈值时，所述电动伸缩杆停止伸长，所述弹性垫顶部与工件底部紧密接触完成装夹；

S6、所述控制器控制Z轴驱动装置启动带动刀具在Z轴上移动，所述Y轴驱动装置带动移动台在Y轴上移动，所述X轴驱动装置带动滑动架在X轴方向上移动，所述第一转动电机带动转动台绕X轴转动，所述第二转动电机带动固定台绕Z轴转动，从而实现对工件的五轴联动加工；

S7、当第一转动电机带动工件绕X轴发生偏转时，所述压力传感器检测到的压力值减小，所述控制器控制对应的气泵的吸力增大，所述气压传感器检测到的气压值增大，当所述压力传感器检测到的压力值恢复时，所述控制器控制对应的气泵吸力不再增大；

S8、当第一转动电机带动工件绕X轴发生偏转角度过大时，多组所述压力传感器检测到的压力值均低于所设的压力阈值，此时所述控制器控制位于工件底侧的电动伸缩杆伸长且气泵向气囊内充气，所述气囊体积增大并带动挡板伸出对工件底侧进行临时支撑；

S9、待加工完成后，所述控制器控制气泵停止抽气，将工件从所述固定台取出；

一种计算机设备，所述计算机设备包括一个或多个控制器和一个或多个存储器，所述一个或多个存储器中存储有至少一条程序代码，所述程序代码由所述一个或多个控制器加载并执行时，用于实现所述的一种高精度五轴联动加工中心的方法；

一种存储介质，所述存储介质中存储有至少一条程序代码，所述程序代码由控制器加载并执行时，用于实现所述的一种高精度五轴联动加工中心的方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本申请通过设置控制器、Z轴驱动装置、X轴驱动装置、Y轴驱动装置、刀具、移动台、滑动架、第一转动电机、转动台、第二转动电机和固定台等部件的相互配合，实现了五轴联动加工，将工件装夹至固定台顶部，Z轴驱动装置带动刀具在Z轴上发生移动，Y轴驱动装置带动移动台在Y轴上发生移动，X轴驱动装置带动滑动架在X轴上发生移动，第一转动电机带动转动台绕X轴转动，第二转动电机带动固定台绕Z轴发生转动，从而实现了装置的五轴联动加工，大大提高加工范围，保证加工质量。

2、本申请通过气泵、第一通气口、电动伸缩杆、波纹管、第二通气口、弹性垫、气囊、挡板等部件的相互配合，解决了对工件的定位装夹问题，将工件放置在固定台顶部，控制器控制一侧电动伸缩杆伸长，电动伸缩杆带动弹性垫向上移动，气泵排气，气囊体积增大，挡板向外移动，第一转动电机启动带动工件偏转，且下滑方向为朝伸长的电动伸缩杆侧伸长，则挡板会对工件进行定位支撑，第二转动电机带动工件转动90度对相邻侧面进行重复上述的过程，结合多组侧面共同配合从而对工件在固定台顶部的位置进行精准的定位，定位完成后压力传感器检测到压力值的对位位置的气泵开始抽气，借助气泵的吸力对工件底部进行装夹，该装置装夹效果好，且可以同时对工件除底面外的另外五个面进行加工，配合其五轴联动加工方式可以大幅度提高加工范围，保证加工效果，提高加工精度，减少装夹次数，降低劳动强度，节省加工时间。

3、本申请通过压力传感器和气压传感器等部件的相互配合，共同解决了对地面不平整的工件的装夹以及固定，在对底面不平整的工件进行定位时，重复上述过程，定位完成后，控制器控制移动的多组弹性垫中间位置的电动伸缩杆伸长，则该位置的弹性垫与工件底部进行接触，气泵开始抽气对工件进行固定，并通过刀具对工件高度进行检测，当工件某一位置过高时，控制器控制该侧电动伸缩杆缩短，从而带动工件在该位置下降，在加工过程中，工件发生偏转时，压力传感器检测到的压力值降低时，控制器控制该侧气泵增大抽气，工件在该侧的吸力增大从而对工件进行支撑固定，当工件翻转程度过大时，挡板可以对工件侧面进行临时支撑，该装置可以有效地对底面不平整的工件进行定位装夹，装夹效果好，装夹精度高，并且配合五轴联动加工中心的加工过程，在工件发生偏转时对改变对工件底部的吸力大小，从而解决底面不平整的工件的加工过程中出现的倾斜翻转的问题，在翻转角度过大时还能有效地对工件做临时支撑，保证加工效果，提高加工精度。

4、本申请对该高精度五轴联动加工中心的加工方法以及存储介质进行详细阐述，便于快速高效地对本设备进行合理的规划以及使用，从而大大保证该装置的使用便捷性，保证装置的加工精度以及加工效果。

附图说明

图1为本申请中结构示意图；

图2为本申请中正视示意图；

图3为本申请中图1的A处放大示意图；

图4为本申请中图1的B处放大示意图；

图5为本申请中图1的C处放大示意图；

图6为本申请中固定台的正视剖视示意图；

图7为本申请中第二实施例的固定台的正视剖视示意图；

图8为本申请中图7的D处放大示意图；

图9为本申请中第三实施例的固定台的正视剖视示意图；

图10为本申请中图9的E处放大示意图；

图11为本申请加工步骤示意图。

附图标记：1、底座；2、支架；3、Z轴驱动装置；301、第一驱动电机；302、第一丝杆；303、第一滑轨；304、第一滑块；4、Y轴驱动装置；401、第二驱动电机；402、第二丝杆；403、第二滑轨；404、第二滑块；5、X轴驱动装置；501、第三驱动电机；502、第三丝杆；503、第三滑轨；504、第三滑块；6、伺服主轴；7、刀具、8、冷却装置；9、滑动架；10、第一转动电机；11、转动台；12、第二转动电机；13、固定台；14、气泵；15、第一通气口；16、电动伸缩杆；17、波纹管；18、第二通气口；19、弹性垫；20、挡块、21、气囊；22、挡板；23、移动台；24、控制器；25、通孔。

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。

第一实施例

如图1-6所示，一种高精度五轴联动加工中心的装置，包括底座1，底座1的顶部设有支架2，支架2的一侧设有控制器24，控制器24电性控制各电器元件，支架2的一侧设有Z轴驱动装置3，Z轴驱动装置3的输出端设有伺服主轴6，伺服主轴6的输出端设有刀具7，Z轴驱动装置3用以带动伺服主轴6实现在Z轴方向上的移动，伺服主轴6可以带动刀具7进行转动，从而对工件进行所需加工。

Z轴驱动装置3包括第一驱动电机301，第一驱动电机301的一侧与支架2的一侧固定连接，第一驱动电机301的输出端设有第一丝杆302，伺服主轴6通过第一螺母套与第一丝杆302滑动连接，因此第一驱动电机301启动后会带动第一丝杆302转动，第一丝杆302转动会通过第一螺母套带动伺服主轴6移动，因此实现伺服主轴6在Z轴上的水平移动，支架2的一侧设有第一滑轨303，第一滑轨303的内部滑动连接有第一滑块304，第一滑块304与伺服主轴6的一侧固定连接，通过第一滑轨303与第一滑块304滑动配合，不仅可以实现对伺服主轴6的限位支撑作用，同时还能提高装置的移动精度，保证伺服主轴6在Z轴方向上移动的准确性。

支架2的一侧设有冷却装置8，冷却装置8的内部设有冷却液，冷却装置8的输出端正对刀具7底部，在刀具7对工件进行加工时，冷却装置8通过喷出冷却液对刀具7与工件的加工位置进行冷却，从而有效地保证了装置的冷却性能，提高装置的使用寿命。

底座1的顶部设有Y轴驱动装置4，Y轴驱动装置4的输出端设有移动台23，Y轴驱动装置4包括第二驱动电机401，第二驱动电机401的底部与底座1的顶部固定连接，第二驱动电机401的输出端设有第二丝杆402，移动台23通过第二螺母套与第二丝杆402滑动连接，因此第二驱动电机401启动后会带动第二丝杆402转动，第二丝杆402转动会通过第二螺母套带动移动台23移动，因此实现移动台23在Y轴上的水平移动，底座1的顶部设有第二滑轨403，第二滑轨403的顶部滑动连接有第二滑块404，第二滑块404与移动台23的底部固定连接，通过第二滑轨403与第二滑块404滑动配合，不仅可以实现对移动台23的限位支撑作用，同时还能提高装置的移动精度，保证移动台23在Y轴方向上移动的准确性。

移动台23的顶部设有X轴驱动装置5，X轴驱动装置5的输出端设有滑动架9，X轴驱动装置5包括第三驱动电机501，第三驱动电机501的底部与移动台23的顶部固定连接，第三驱动电机501的输出端设有第三丝杆502，滑动架9通过第三螺母套与第三丝杆502滑动连接，因此第三驱动电机501启动后会带动第三丝杆502转动，第三丝杆502转动会通过第三螺母套带动滑动架9移动，因此实现滑动架9在X轴上的水平移动，移动台23的顶部设有第三滑轨503，第三滑轨503的顶部滑动连接有第三滑块504，第三滑块504与滑动架9的底部固定连接，通过第三滑轨503与第三滑块504滑动配合，不仅可以实现对滑动架9的限位支撑作用，同时还能提高装置的移动精度，保证滑动架9在X轴方向上移动的准确性。

滑动架9的一侧设有第一转动电机10，第一转动电机10的输出端设有转动台11，第一转动电机10转动可以带动转动台11转动，从而实现转动台11绕X轴转动，相较于传统三轴联动加工中心，能绕X轴转动的转动台11可以有效地提高加工精度，实现较为复杂的加工情况。

转动台11的顶部设有第二转动电机12，第二转动电机12的顶部设有固定台13，第二转动电机12可以带动固定台13进行绕Z轴转动，从而相较于传统的加工方式，该加工中心增加固定台13绕Z轴转动的方式，从而有效地提高了加工精度，保证加工质量。

使用时，将工件放置在固定台13顶部，使用定位装置将工件精准的定位在固定台13中心，并通过外加的装夹装置将工件固定装夹在固定台13顶部，启动第一驱动电机301，第一驱动电机301带动第一丝杆302转动，第一丝杆302转动带动伺服主轴6沿Z轴方向移动，伺服主轴6启动带动刀具7转动，刀具7转动对工件进行加工，同时冷却装置8启动对刀具7进行冷却，防止其长时间加工作业从而造成刀具7的损坏。

第二驱动电机401启动带动第二丝杆402转动，第二丝杆402转动带动移动台23沿Y轴发生移动，第三驱动电机501启动带动第三丝杆502转动，第三丝杆502转动带动滑动架9沿X轴方向发生移动，因此滑动架9可以在平面内发生任意方向的移动，并配合伺服主轴6在Z轴方向上的移动，提高刀具7对固定台13顶部的工件的加工精度以及加工效果。

第一转动电机10转动可以带动转动台11绕X轴方向发生转动，第二转动电机12转动可以带动固定台13绕Z轴方向发生转动，因此相较于传统的三轴加工中心，该装置又增加了绕X轴转动和绕Z轴转动两种加工方式，不仅可以有效地提高加工方式，实现五轴联动加工方式，从而可以做到对空间曲面的加工，大大提高了加工精度以及加工效率。

第二实施例

如图7和图8所示，基于第一实施例提供的一种高精度五轴联动加工中心的装置，在实际使用时仍需要借助外加的装置对工件在固定台13顶部进行定位以及装夹，该定位精度低，装夹效果差，无法满足实际需求，为了解决该问题，提高装置的定位精度以及装夹效果，该高精度五轴联动加工中心的装置还包括：固定台13包括多组气泵14，气泵14均匀阵列设于第二转动电机12顶部，气泵14的主要作用是抽气与排气，从而实现对固定台13顶部的工件的装夹，同时气泵14均匀阵列设置在第二转动电机12顶部，通过该设置方式可以很好地实现对工件的适应性，即不论工件尺寸如何，均可通过多组气泵14共同配合对其底部进行吸附装夹。

气泵14的顶部设有第一通气口15，第一通气口15与气泵14相连通，因此气泵14抽气或者排气均通过第一通气口15进行传递，第一通气口15的顶部设有波纹管17，波纹管17的长度可以发生变化，第一通气口15的内部通过多组连接杆设有电动伸缩杆16，电动伸缩杆16的长度可以通过控制器24进行控制，同时波纹管17的长度随电动伸缩杆16的长度增大而增大，波纹管17内流通气体时其形状不会发生变化。

电动伸缩杆16的顶部穿过波纹管17设有弹性垫19，弹性垫19的形状可随顶部的压力值的变化而发生变化，弹性垫19的底部与波纹管17的顶部固定连接，因此波纹管17内部为密封环境，不会发出现气体的流失，弹性垫19顶部设有压力传感器用以检测其顶部的压力值，主要是工件对弹性垫19的挤压力，并根据该挤压力测算出该工件的位置，从而提高对工件的定位精度，弹性垫19的内部均匀阵列设有多组第二通气口18，第二通气口18内部设有单向阀，单向阀的方向为由第二通气口18至第一通气口15，因此弹性垫19顶部的工件仅能受到底部的吸附装夹力，而当气泵14排气时，该气体由于单向阀的作用是无法通过第二通气口18排出装置的，第二通气口18的底部与波纹管17相连通，第二通气口18内部设有气压传感器用以检测其内部的气压值，从而有效地控制固定台13对工件的吸附力，保证装夹效果。

弹性垫19四周侧壁均设有通孔25，通孔25位于弹性垫19的下部，因此弹性垫19顶部受到工件挤压发生变形时不会对通孔25造成影响，通孔25内部设有气囊21，气囊21的体积随着第二通气口18的体积变化而发生变化，气囊21远离电动伸缩杆16一端设有挡板22，挡板22靠近挡块20的一侧设有位移传感器用以检测挡板22的位置值，通孔25顶部和底部均设有挡块20，挡块20远离电动伸缩杆16的一侧与挡板22相接触，因此当气泵14抽气时，第二通气口18内的气体量减小，气囊21体积减小，挡板22随着气囊21体积减小向电动伸缩杆16一侧移动并贴附在挡块20一侧，当气泵14排气时，第二通气口18内的气体量变大，由于单向阀的作用，第二通气口18内多余的气体进入气囊21内，气囊21体积变大，气囊21带动挡板22向远离电动伸缩杆16一侧移动，从而实现挡板22滑出通孔25并可以与工件进行支撑，提高装置对工件的定位精度，并配合气压传感器可以有效地获取第二通气口18内的气压值，间接获取气囊21的膨胀体积，并推算出挡板22移动距离，保证定位精度。

使用时，如第一实施例所述，将工件放置在固定台13顶部，若弹性垫19顶部的压力传感器检测到其压力值增大，则说明产品位于该部分弹性垫19顶部，若弹性垫19顶部的位移传感器检测到的压力值未发生变化，则说明产品未在该部分弹性垫19顶部。

当需要对工件进行精准定位时，控制器24根据工件的形状尺寸合理安排其在固定台13顶部位置，此时控制器24控制部分电动伸缩杆16伸长，电动伸缩杆16伸长会带动波纹管17随之发生适当的形变，此时固定台13顶部出现部分凸起，该凸起即为部分电动伸缩杆16伸长的位置，同时第一转动电机10启动，第一转动电机10带动转动台11绕着该凸起位置发生翻转，使得部分高度升高的弹性垫19相对向下运动，则在工件自身的重力作用下，工件会向凸起位置，即高度升高的弹性垫19位置发生移动，此时在弹性垫19侧向的支撑作用下就可以对工件的一侧进行支撑限位。

完成一侧定位后，第二转动电机12转动带动顶部的固定台13转动90度，此时重复上述过程，就可以对工件相邻一侧进行限位支撑，重复多组该过程，可以对工件侧面均进行精准的定位，保证定位精度，提高加工质量，保证加工效果。

当在实际使用时，工件相对两侧面的距离小于相对两个弹性垫19之间的距离，因此在对工件定位时就会出现对精度不够精准的问题，从而造成工件在横向两个弹性垫19之间不断滑动的情况发生，此时，即当弹性垫19侧面与中心线的距离大于所需距离时，电动伸缩杆16带动弹性垫19伸长后，气泵14启动进行排气，气泵14内的气体沿第一通气口15进入波纹管17，再沿波纹管17进入第二通气口18，由于第二通气口18内设有单向阀，且单向阀的方向为沿第二通气口18至第一通气口15，因此第二通气口18内的气体不会沿第二通气口18排出，第二通气口18内的气体含量不断增大，则第二通气口18内的气体会沿通孔25进入气囊21内部，气囊21体积不断增大，气囊21体积增大会带动挡板22向远离挡块20一侧向外移动，从而增大弹性垫19两侧相对长度，根据固定台13中心与弹性垫19靠近固定台13中心间的距离，以及工件所需在固定台13该侧的距离差，求出挡板22需要向固定台13中心侧伸长的距离，当位移传感器检测到的挡板22向固定台13中心一侧伸长的距离等于该距离时，气泵14停止排气，借助挡板22对工件进行定位支撑。

重复上述过程，第一转动电动10启动带动转动台11发生翻转，工件在自身重力的作用下向挡板22移动，并在挡板22的支撑力的作用下进行支撑定位，同时由于工件自重的原因，工件与挡板22接触时会造成气囊21受到挤压体积减小，此时需要气泵14重新启动排气，保证位移传感器检测到的位移值始终为所需的位移量。

当完成定位后，控制器24控制气泵14停止排气，气囊21体积缩小，则挡板22会回收至通孔25内，并在挡块20的阻挡效果下恢复原位，控制器24继续控制电动伸缩杆16收缩至原长度，弹性垫19恢复原位，这样就不会对后续对工件的加工造成干扰。

通过挡板22对弹性垫19侧面长度的补偿，可以有效地提高对工件在固定台13顶部的定位精度，保证定位效果，提高加工精度，大大降低劳动强度，提高加工效率。

当对工件的四个方向均完成定位后，当压力传感器检测到有压力值时，控制器24控制底部的气泵14启动抽气，借助抽气效果可以将波纹管17内的气体沿第一通气口15排出，则工件底部受到第二抽气口18的抽气效果可以与弹性垫19顶部固定接触，则有效的保证了工件的装夹效果，并且根据第二通气口18内的气压传感器检测第二通气口18内的气压，当气压传感器检测到的气压值为所设阈值，弹性垫19顶部的压力传感器检测到的压力值到达所设阈值时，说明工件的装夹效果良好。

该装置装夹效果好，且可以同时对工件除底面外的另外五个面进行加工，配合其五轴联动加工方式可以大幅度提高加工范围，保证加工效果，提高加工精度，减少装夹次数，降低劳动强度，节省加工时间。

第三实施例

如图9和图10，基于第二实施例提供的一种高精度五轴联动加工中心的装置，在实际使用时需要对工件的底面进行吸力装夹，因此都需要工件底部平整，但实际加工时工件底面可能不会属于完成水平状态，且在实际加工时由于工件底面不水平，则第一转动电机10启动带动转动台11绕X轴转动时，会带动固定台13顶部的工件发生倾斜，更有甚者会造成工件脱离，从而造成工件的损坏，为了解决该问题，结合上述过程，该高精度五轴联动加工中心的装置加工时还具备以下过程：

使用时，当工件的底面不水平时，将工件放置在固定台13顶部，首先按照第二实施例所述过程将工件定位在固定台13顶部，即通过控制器24控制部分电动伸缩杆16和气泵14协同配合将工件精准定位至固定台13顶部，此时控制器24控制四周位移传感器检测到的位移值发生变化的挡板22围起来的电动伸缩杆16均伸长，电动伸缩杆16带动弹性垫19伸长，弹性垫19与工件底部进行接触挤压，并借助挡板22对工件四周的支撑效果，从而保证对工件的精准定位和限位。

此时该部分的气泵14开始抽气，借助气泵14抽气将工件固定在弹性垫19顶部，由于弹性垫19自身的弹性形变能力，弹性垫19与工件底部紧密接触，且压力传感器检测到的压力值发生变化，控制器24控制气泵14开始抽气，且抽气使得第二通气口18内的气压传感器检测到的气压值为所设阈值，当部分压力传感器检测到的压力值未达到所设阈值时，控制器24控制对应位置的电动伸缩杆16伸长，使得弹性垫19与工件底部的接触挤压程度增大，当压力传感器检测到的压力值增大至所设阈值时，控制器24控制电动伸缩杆16停止伸长，从而完成对底面不平整的工件的夹持定位。

同时根据刀具7与工件顶部的多组触碰定位，即Z轴驱动装置3带动伺服主轴6在Z轴上移动，从而使得刀具7与工件顶部接触，可以检测工件顶部的水平度，当工件顶部某侧高度高于所需高度时，即刀具7下降的高度低于所需高度时，该位置的电动伸缩杆16下降，从而带动工件的该侧下降，根据多组检测可以实现工件顶部高度满足所需要求。

由于气泵14抽气，工件借助吸力固定在弹性垫19顶部，气压传感器检测到第二通气口18内的气压为所设阈值，且弹性垫19顶部的压力传感器检测到的压力值为一定值，通过多组气压值与压力值的检测数据，可以获取该工件的摆放程度以及摆放精准度。

将底面不水平的工件放置在固定台13顶部，当对工件进行加工时，第一转动电机10启动带动转动台11转动，由于工件底部不水平，因此工件底部与固定台13的接触程度不同，在工件随固定台13发生偏转时，工件在自身重力的作用下会有向下偏转倾倒的趋势，因此就需要对该过程问题进行解决。

当第一转动电机10启动使得工件绕X轴发生偏转时，工件有向下翻转的趋势，此时工件绕X轴翻转的下半部分对弹性垫19的压力值增大，而对应的工件绕X轴翻转的上半部分对弹性垫19的压力值减小，此时当压力传感器检测到的压力值变小时，说明工件有与固定台13脱落的趋势，此时控制器24控制压力值减小部分的气泵14增大抽气，该部分的气压传感器检测到的气压值增大，则该部分的气泵14对工件的吸力增大，从而有效地避免工件与固定台13发生脱离，最终出现脱落。

同时，如果工件的偏转角度过大时，仅靠气泵14的抽气效果已然无法满足工件稳定性时，压力传感器检测到的压力值均低于所设的压力阈值，此时控制器24控制位于工件偏转底侧的电动伸缩杆16伸长，电动伸缩杆16伸长带动弹性垫19伸长，同时该侧的气泵14进行排气，气泵14排气使得第二通气口18内的气压增大，气囊21体积增大，气囊21带动挡板22向弹性垫19两侧张开，挡板22与工件侧面接触进行支撑。

同样的，当第二转动电机12启动带动工件绕Z轴发生转动改变工件的倾斜位置时，第一转动电机10带动工件发生偏转，控制器24仍继续控制位于工件底侧的电动伸缩杆16伸长对工件进行临时支撑，避免工件在偏转角度过大时出现与固定台13脱落的问题。

当对工件完成加工后，只需控制器24控制电动伸缩杆16恢复原位，各气泵14停止抽气，最终将工件沿固定台13取走即算完成加工。

该装置可以有效地对底面不平整的工件进行定位装夹，装夹效果好，装夹精度高，并且配合五轴联动加工中心的加工过程，在工件发生偏转时对改变对工件底部的吸力大小，从而解决底面不平整的工件的加工过程中出现的倾斜翻转的问题，在翻转角度过大时还能有效地对工件做临时支撑，保证加工效果，提高加工精度。

第四实施例

如图11所示，该一种高精度五轴联动加工中心的方法，包括以下步骤：

S1、将工件放置到固定台13顶部，控制器24控制一侧电动伸缩杆16伸长，电动伸缩杆16带动弹性垫19向上移动；

S2、控制器24控制伸长的电动伸缩杆16底部的气泵14向气囊21内充气，气囊21体积增大，气囊21带动挡板22向外侧移动，位移传感器检测挡板22向外侧移动的距离；

S3、第一转动电机10启动带动转动台11绕X轴发生偏转，工件在自身重力的作用下向挡板22移动并进行支撑定位，第二转动电机12启动带动工件绕Z轴转动改变定位位置，通过多位置支撑定位实现对工件的精准定位；

S4、当压力传感器检测到压力值增大时，控制器24控制对应位置的气泵14启动抽气，工件底部在吸力作用下固定在固定台13顶部，当压力传感器增大至所设阈值时，气压传感器检测到的气压值增大至所设阈值，气泵14吸力不再增加；

S5、当工件底部不平整时，部分压力传感检测到的压力值存在但小于所设阈值，控制器24控制对应位置的电动伸缩杆16伸长，控制器24控制气泵14抽气，气压传感器检测到的气压阈值不变，当压力传感器检测到的压力值达到所设的阈值时，电动伸缩杆16停止伸长，弹性垫19顶部与工件底部紧密接触完成装夹；

S6、控制器24控制Z轴驱动装置3启动带动刀具7在Z轴上移动，Y轴驱动装置4带动移动台23在Y轴上移动，X轴驱动装置5带动滑动架9在X轴方向上移动，第一转动电机10带动转动台11绕X轴转动，第二转动电机12带动固定台13绕Z轴转动，从而实现对工件的五轴联动加工；

S7、当第一转动电机10带动工件绕X轴发生偏转时，压力传感器检测到的压力值减小，控制器24控制对应的气泵14的吸力增大，气压传感器检测到的气压值增大，当压力传感器检测到的压力值恢复时，控制器24控制对应的气泵14吸力不再增大；

S8、当第一转动电机10带动工件绕X轴发生偏转角度过大时，多组压力传感器检测到的压力值均低于所设的压力阈值，此时控制器24控制位于工件底侧的电动伸缩杆16伸长且气泵14向气囊21内充气，气囊21体积增大并带动挡板22伸出对工件底侧进行临时支撑；

S9、待加工完成后，控制器24控制气泵14停止抽气，将工件从固定台13取出。

一种计算机设备，计算机设备包括一个或多个控制器24和一个或多个存储器，一个或多个存储器中存储有至少一条程序代码，程序代码由一个或多个控制器24加载并执行时，用于实现一种高精度五轴联动加工中心的方法。

一种存储介质，存储介质中存储有至少一条程序代码，程序代码由控制器24加载并执行时，用于实现一种高精度五轴联动加工中心的方法。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性地包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

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 (10)

1.一种高精度五轴联动加工中心的装置，包括底座(1)，其特征在于：所述底座(1)的顶部设有支架(2)，所述支架(2)的一侧设有控制器(24)，所述支架(2)的一侧设有Z轴驱动装置(3)，所述Z轴驱动装置(3)的输出端设有伺服主轴(6)，所述伺服主轴(6)的输出端设有刀具(7)；

所述底座(1)的顶部设有Y轴驱动装置(4)，所述Y轴驱动装置(4)的输出端设有移动台(23)，所述移动台(23)的顶部设有X轴驱动装置(5)，所述X轴驱动装置(5)的输出端设有滑动架(9)，所述滑动架(9)的一侧设有第一转动电机(10)，所述第一转动电机(10)的输出端设有转动台(11)，所述转动台(11)的顶部设有第二转动电机(12)，所述第二转动电机(12)的顶部设有固定台(13)；

所述固定台(13)包括多组气泵(14)，所述气泵(14)均匀阵列设于第二转动电机(12)顶部，所述气泵(14)的顶部设有第一通气口(15)，所述第一通气口(15)的顶部设有波纹管(17)，所述第一通气口(15)的内部通过多组连接杆设有电动伸缩杆(16)，所述电动伸缩杆(16)的顶部穿过波纹管(17)并设有弹性垫(19)，所述弹性垫(19)的底部与波纹管(17)的顶部固定连接，所述弹性垫(19)顶部设有压力传感器用以检测其顶部的压力值，所述弹性垫(19)的内部均匀阵列设有多组第二通气口(18)，所述第二通气口(18)内部设有单向阀，所述单向阀的方向为由第二通气口(18)至第一通气口(15)，所述第二通气口(18)的底部与波纹管(17)相连通，所述第二通气口(18)内部设有气压传感器用以检测其内部的气压值；

所述弹性垫(19)四周侧壁均设有通孔(25)，所述通孔(25)内部设有气囊(21)，所述气囊(21)远离电动伸缩杆(16)一端设有挡板(22)，所述挡板(22)位于靠近挡块(20)的一侧设有位移传感器用以检测挡板(22)的位移值；

当对工件进行定位时，所述控制器(24)控制电动伸缩杆(16)伸长，所述气泵(14)向气囊内充气，所述气囊(21)体积增大并带动挡板(22)向远离挡块(20)一侧移动；当对工件进行加工，所述压力传感器检测到的压力值减小时，所述控制器(24)控制对应的气泵(14)增大抽气，工件底部受到的吸力增大。

2.基于权利要求1所述的一种高精度五轴联动加工中心的装置，其特征在于：所述Z轴驱动装置(3)包括第一驱动电机(301)，所述第一驱动电机(301)的一侧与支架(2)的一侧固定连接，所述第一驱动电机(301)的输出端设有第一丝杆(302)，所述伺服主轴(6)通过第一螺母套与第一丝杆(302)滑动连接，所述支架(2)的一侧设有第一滑轨(303)，所述第一滑轨(303)的内部滑动连接有第一滑块(304)，所述第一滑块(304)与伺服主轴(6)的一侧固定连接。

3.基于权利要求1所述的一种高精度五轴联动加工中心的装置，其特征在于：所述Y轴驱动装置(4)包括第二驱动电机(401)，所述第二驱动电机(401)的底部与底座(1)的顶部固定连接，所述第二驱动电机(401)的输出端设有第二丝杆(402)，所述移动台(23)通过第二螺母套与第二丝杆(402)滑动连接，所述底座(1)的顶部设有第二滑轨(403)，所述第二滑轨(403)的顶部滑动连接有第二滑块(404)，所述第二滑块(404)与移动台(23)的底部固定连接。

4.基于权利要求1所述的一种高精度五轴联动加工中心的装置，其特征在于：所述X轴驱动装置(5)包括第三驱动电机(501)，所述第三驱动电机(501)的底部与移动台(23)的顶部固定连接，所述第三驱动电机(501)的输出端设有第三丝杆(502)，所述滑动架(9)通过第三螺母套与第三丝杆(502)滑动连接，所述移动台(23)的顶部设有第三滑轨(503)，所述第三滑轨(503)的顶部滑动连接有第三滑块(504)，所述第三滑块(504)与滑动架(9)的底部固定连接。

5.基于权利要求1所述的一种高精度五轴联动加工中心的装置，其特征在于：所述支架(2)的一侧设有冷却装置(8)，所述冷却装置(8)的内部设有冷却液，所述冷却装置(8)的输出端正对刀具(7)底部。

6.基于权利要求1所述的一种高精度五轴联动加工中心的装置，其特征在于：所述波纹管(17)的长度随电动伸缩杆(16)的长度增大而增大，所述波纹管(17)内流通气体时其形状不会发生变化。

7.基于权利要求1所述的一种高精度五轴联动加工中心的装置，其特征在于：所述通孔(25)顶部和底部均设有挡块(20)，所述挡块(20)远离电动伸缩杆(16)的一侧与挡板(22)相接触，所述弹性垫(19)的形状随其顶部的压力值的变化而发生变化。

8.一种高精度五轴联动加工中心的方法，所述方法采用如权利要求1-7所述高精度五轴联动加工中心的装置加工工件，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将工件放置到所述固定台(13)顶部，所述控制器(24)控制一侧电动伸缩杆(16)伸长，所述电动伸缩杆(16)带动弹性垫(19)向上移动；

S2、所述控制器(24)控制伸长的电动伸缩杆(16)底部的气泵(14)向气囊(21)内充气，所述气囊(21)体积增大，所述气囊(21)带动挡板(22)向外侧移动，所述位移传感器检测挡板(22)向外侧移动的距离；

S3、所述第一转动电机(10)启动带动转动台(11)绕X轴发生偏转，工件在自身重力的作用下向挡板(22)移动并进行支撑定位，所述第二转动电机(12)启动带动工件绕Z轴转动改变定位位置，通过多位置支撑定位实现对工件的精准定位；

S4、当所述压力传感器检测到压力值增大时，所述控制器(24)控制对应位置的气泵(14)启动抽气，工件底部在吸力作用下固定在所述固定台(13)顶部，当所述压力传感器增大至所设阈值时，所述气压传感器检测到的气压值增大至所设阈值，所述气泵(14)吸力不再增加；

S5、当工件底部不平整时，部分所述压力传感检测到的压力值存在但小于所设阈值，所述控制器(24)控制对应位置的电动伸缩杆(16)伸长，所述控制器(24)控制气泵(14)抽气，所述气压传感器检测到的气压阈值不变，当所述压力传感器检测到的压力值达到所设的阈值时，所述电动伸缩杆(16)停止伸长，所述弹性垫(19)顶部与工件底部紧密接触完成装夹；

S6、所述控制器(24)控制Z轴驱动装置(3)启动带动刀具(7)在Z轴上移动，所述Y轴驱动装置(4)带动移动台(23)在Y轴上移动，所述X轴驱动装置(5)带动滑动架(9)在X轴方向上移动，所述第一转动电机(10)带动转动台(11)绕X轴转动，所述第二转动电机(12)带动固定台(13)绕Z轴转动，从而实现对工件的五轴联动加工；

S7、当第一转动电机(10)带动工件绕X轴发生偏转时，所述压力传感器检测到的压力值减小，所述控制器(24)控制对应的气泵(14)的吸力增大，所述气压传感器检测到的气压值增大，当所述压力传感器检测到的压力值恢复时，所述控制器(24)控制对应的气泵(14)吸力不再增大；

S8、当第一转动电机(10)带动工件绕X轴发生偏转角度过大时，多组所述压力传感器检测到的压力值均低于所设的压力阈值，此时所述控制器(24)控制位于工件底侧的电动伸缩杆(16)伸长且气泵(14)向气囊(21)内充气，所述气囊(21)体积增大并带动挡板(22)伸出对工件底侧进行临时支撑；

S9、待加工完成后，所述控制器(24)控制气泵(14)停止抽气，将工件从所述固定台(13)取出。

9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括一个或多个控制器(24)和一个或多个存储器，所述一个或多个存储器中存储有至少一条程序代码，所述程序代码由所述一个或多个控制器(24)加载并执行时，用于实现如权利要求8所述的一种高精度五轴联动加工中心的方法。

10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有至少一条程序代码，所述程序代码由控制器(24)加载并执行时，用于实现如权利要求8所述的一种高精度五轴联动加工中心的方法。

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