CN114434214B - 一种大型五轴刨台式加工中心及其摆头结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型五轴刨台式加工中心及其摆头结构，涉及五轴加工技术领域；为了解决缠线问题；具体包括工作台，X/Y轴滑移部，其固定安装于工作台顶部外壁，Z轴升降部，其连接于X/Y轴滑移部活动端，摆头加工部，其固定连接于Z轴升降部活动端，所述摆头加工部包括相互固定的壳罩与骨架，用于驱动的驱动部，用于驱动部与摆头结构传动连接的传动部，所述摆头结构包括转动连接于骨架内壁的外轴以及转动连接于外轴内壁的阶梯轴，用于摆头且旋转加工的摆头结构。本发明自旋转加工与摆头的动力轴‑阶梯轴与锥轮一其一转动时并不会导致另一随动，从而防止了驱动源的绕线问题，提高了安全性能。

Description

一种大型五轴刨台式加工中心及其摆头结构

技术领域

本发明涉及五轴加工技术领域，尤其涉及一种大型五轴刨台式加工中心及其摆头结构。

背景技术

五轴加工一般分为两种，一种是将加工旋转轴纳入五轴内，结合原本X/Y/Z三轴加工的基础上，增加加工头的左右摆动轴，另一种为将加工旋转轴不纳入五轴内，在X/Y/Z三轴加工的基础上，增加加工头的左右摆动以及竖直轴线旋转(A与C)轴，实现五轴加工。

经检索，中国专利公开号为CN113334098B的专利，公开了一种高速五轴加工中心，包括装置外壳体，所述装置外壳体下端设置有固定设置有固定底座，装置外壳体上设置有操作面板，所述装置外壳体上设置有柜门；所述装置外壳体内部设置有机床，所述机床包括X轴加工模块，Y轴加工模块，Z轴加工模块，A轴加工模块以及C轴加工模块。

上述专利存在以下不足：其无论是A轴还是C轴以及加工旋转轴均为相互独立，各自配合电机，导致在A或C轴驱动旋转时，C与加工旋转轴或A与加工旋转轴的驱动电机均随之转动，而驱动电机需要配备相应导线，这就会存在一定的导线缠绕断裂风险，还有待进一步改进。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种大型五轴刨台式加工中心及其摆头结构。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种大型五轴刨台式加工中心，包括：工作台；

X/Y轴滑移部，其固定安装于工作台顶部外壁；

Z轴升降部，其连接于X/Y轴滑移部活动端；

摆头加工部，其固定连接于Z轴升降部活动端；

所述摆头加工部包括相互固定的壳罩与骨架；

用于摆头且旋转加工的摆头结构；

用于驱动的驱动部；

用于驱动部与摆头结构传动连接的传动部。

优选地：所述摆头结构包括转动连接于骨架内壁的外轴以及转动连接于外轴内壁的阶梯轴，所述阶梯轴与外轴的外壁分别固定安装有锥轮五与锥轮一，锥轮五与锥轮一的外壁分别啮合有锥轮四与锥轮二，锥轮二的另一侧外壁啮合有锥轮三，锥轮三通过转轴固定连接有加工头，且该转轴的外壁转动连接有支撑板二，支撑板二的另一端固定连接于锥轮四的底部，所述锥轮二通过转轴转动连接有固定安装于骨架外壁的支撑板一，锥轮四的底部通过转轴转动连接于骨架的外壁。

进一步地：所述传动部包括带键传动主轴和两个分别固定安装于阶梯轴与外轴外壁的传动齿轮，所述传动齿轮的外壁啮合的设置有内齿齿圈，内齿齿圈的外壁通过连接套筒焊接固定有带槽传递环，带槽传递环可轴向滑动的设置于带键传动主轴的外壁。

在前述方案的基础上：所述带槽传递环的外壁固定安装有T型滑环，T型滑环的外壁转动连接有滑移套。

在前述方案中更佳的方案是：所述驱动部包括固定于壳罩内壁的伸缩件与主电机，所述主电机的输出轴与带键传动主轴通过联轴器连接，所述伸缩件的伸缩端固定安装于滑移套的外壁。

作为本发明进一步的方案：所述Z轴升降部包括支撑板三和固定安装于支撑板三顶部外壁的升降气缸，所述支撑板三的外壁通过直线滑轨A滑动连接有电动滑块A，摆头加工部固定于电动滑块A的外壁，且所述升降气缸的伸缩端固定安装于电动滑块A的顶部外壁。

同时，所述X/Y轴滑移部包括两个固定于工作台顶部外壁的“凸”型支撑座和阶梯滑枕，所述阶梯滑枕的每个阶梯处顶部外壁均固定安装有直线滑轨B，直线滑轨B的外壁滑动配合有电动滑块B，电动滑块B均通过支架固定安装于支撑板三的外壁。

作为本发明的一种优选的：所述“凸”型支撑座的顶部外壁固定安装有直线滑轨C，直线滑轨C的外壁滑动配合有电动滑块C，电动滑块C的顶部外壁固定安装有滑台，滑台与阶梯滑枕固定连接。

同时，所述滑台的底部设置有支撑件。

作为本发明的一种更优的方案：所述支撑件包括固定安装于滑台底部外壁的缸体和滚动连接于“凸”型支撑座顶部外壁的支撑胶轮，所述支撑胶轮的外壁转动连接有轮架，轮架的顶部外壁固定安装有活塞杆，活塞杆的顶部外壁固定安装有滑动配合于缸体内壁的活塞，且所述缸体的内腔通过单向阀连接于升降气缸的高压气路，且缸体的内腔连接有电磁泄压阀。

本发明的有益效果为：

1.本发明，当阶梯轴转动时，其带动锥轮一转动。通过锥轮二与锥轮三带动加工头转动加工，当外轴转动时，其通过锥轮五带动锥轮四转动，从而通过支撑板二带动加工头转动实现摆头动作，并且自旋转加工与摆头的动力轴-阶梯轴与锥轮一其一转动时并不会导致另一随动，从而防止了驱动源的绕线问题，提高了安全性能。

2.本发明，由于带槽传递环与带键传动主轴可轴向滑动，当滑移套轴向移动时，其能带动带槽传递环轴向移动，从而带动内齿齿圈轴线移动，当内齿齿圈移动至仅与右侧传动齿轮啮合时，其带动阶梯轴转动，当内齿齿圈移动至与两个传动齿轮啮合时，其带动阶梯轴与外轴同步转动，当内齿齿圈移动至仅与左侧传动齿轮啮合时，其带动外轴转动，从而实现了摆头与加工的动力综合，并且可实现单驱-双驱-单驱的切换功能，节省成本的同时也节约了空间。

3.本发明，通过将阶梯滑枕设置为阶梯型，每个阶梯处的外壁均设置一组直线滑轨B与电动滑块B，从而安装支撑板三的纵向，设置多组支撑承力处，增加了整体的受力面积，从而减小单位面积的应力，可有效的防止直线滑轨B受到的重心偏移扭矩而导致的变形情况，增加了装置的可靠性与寿命。

4.本发明，通过设置支撑件，当装置启动时，高压气路向缸体内充入一定压力的气压，从而通过活塞的作用力将支撑胶轮顶出，通过支撑胶轮与“凸”型支撑座的压力提供反向支撑力，降低电动滑块C与直线滑轨C的载荷，降低其变形风险。

5.本发明，当装置完全断电时，高压气路压力消失，支撑胶轮的压力也随之消失，从而防止支撑胶轮长时间受力造成的本身变形，进一步降低变形损伤风险，另外，本装置通过高压气路的气压提供纵向支撑，而气压支撑具有柔性支撑特点，一方面即使使用过程中，支撑胶轮出现磨损，其依旧能通过气压压力提供可靠支撑，另一方面即使支撑胶轮的表面不平整，其也能起到缓冲作用，从而提高了装置的可靠性。

附图说明

图1为本发明提出的一种大型五轴刨台式加工中心的整体结构示意图；

图2为本发明提出的一种大型五轴刨台式加工中心的头加工部结构示意图；

图3为本发明提出的一种大型五轴刨台式加工中心的摆头结构结构示意图；

图4为本发明提出的一种大型五轴刨台式加工中心的传动部分解结构示意图；

图5为本发明提出的一种大型五轴刨台式加工中心的Z轴升降部结构示意图；

图6为本发明提出的一种大型五轴刨台式加工中心的X/Y轴滑移部局部结构示意图一；

图7为本发明提出的一种大型五轴刨台式加工中心的X/Y轴滑移部局部结构示意图二；

图8为本发明提出的一种大型五轴刨台式加工中心的支撑件剖视结构示意图；

图9为本发明提出的一种大型五轴刨台式加工中心的气路结构示意图。

图中：1-工作台、2-X/Y轴滑移部、3-Z轴升降部、4-摆头加工部、5-壳罩、6-摆头结构、7-骨架、8-传动部、9-驱动部、10-阶梯轴、11-外轴、12-锥轮一、13-支撑板一、14-锥轮二、15-锥轮三、16-加工头、17-支撑板二、18-锥轮四、19-锥轮五、20-传动齿轮、21-带键传动主轴、22-伸缩件、23-主电机、24-滑移套、25-T型滑环、26-带槽传递环、27-连接套筒、28-内齿齿圈、29-升降气缸、30-直线滑轨A、31-支撑板三、32-电动滑块A、33-阶梯滑枕、34-直线滑轨B、35-电动滑块B、36-支架、37-滑台、38-直线滑轨C、39-“凸”型支撑座、40-支撑件、41-电动滑块C、42-缸体、43-活塞、44-活塞杆、45-轮架、46-支撑胶轮。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。

在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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专利和简化描述，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专利的限制。

在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。

实施例1：

一种大型五轴刨台式加工中心，如图1-9所示，包括工作台1、固定安装于工作台1顶部外壁的X/Y轴滑移部2、连接于X/Y轴滑移部2活动端的Z轴升降部3以及固定连接于Z轴升降部3活动端的摆头加工部4，所述摆头加工部4包括用于支撑防护且相互固定的壳罩5与骨架7以及用于摆头且旋转加工的摆头结构6、用于驱动的驱动部9和用于驱动部9与摆头结构6传动连接的传动部8。

为了解决防缠线问题；如图3所示，所述摆头结构6包括转动连接于骨架7内壁的外轴11以及转动连接于外轴11内壁的阶梯轴10，所述阶梯轴10与外轴11的外壁分别焊接有锥轮五19与锥轮一12，锥轮五19与锥轮一12的外壁分别啮合有锥轮四18与锥轮二14，锥轮二14的另一侧外壁啮合有锥轮三15，锥轮三15通过转轴固定连接有加工头16，且该转轴的外壁转动连接有支撑板二17，支撑板二17的另一端固定连接于锥轮四18的底部，所述锥轮二14通过转轴转动连接有通过螺栓固定于骨架7外壁的支撑板一13，锥轮四18的底部通过转轴转动连接于骨架7的外壁；本装置在使用时，当阶梯轴10转动时，其带动锥轮一12转动。通过锥轮二14与锥轮三15带动加工头16转动加工，当外轴11转动时，其通过锥轮五19带动锥轮四18转动，从而通过支撑板二17带动加工头16转动实现摆头动作，并且自旋转加工与摆头的动力轴-阶梯轴10与锥轮一12其一转动时并不会导致另一随动，从而防止了驱动源的绕线问题，提高了安全性能。

为了解决联动问题；如图2、4所示，所述传动部8包括带键传动主轴21和两个分别焊接于阶梯轴10与外轴11外壁的传动齿轮20，所述传动齿轮20的外壁啮合的设置有内齿齿圈28，内齿齿圈28的外壁通过连接套筒27焊接固定有带槽传递环26，带槽传递环26可轴向滑动的设置于带键传动主轴21的外壁；当带键传动主轴21转动时，其能带动带槽传递环26转动，从而通过连接套筒27带动内齿齿圈28转动，最后通过内齿齿圈28与传动齿轮20的啮合带动阶梯轴10和外轴11转动，实现加工与摆头动作。

为了解决动力综合问题；如图4所示，所述带槽传递环26的外壁焊接有T型滑环25，T型滑环25的外壁转动连接有滑移套24，由于带槽传递环26与带键传动主轴21可轴向滑动，当滑移套24轴向移动时，其能带动带槽传递环26轴向移动，从而带动内齿齿圈28轴线移动，当内齿齿圈28移动至仅与右侧传动齿轮20啮合时，其带动阶梯轴10转动，当内齿齿圈28移动至与两个传动齿轮20啮合时，其带动阶梯轴10与外轴11同步转动，当内齿齿圈28移动至仅与左侧传动齿轮20啮合时，其带动外轴11转动，从而实现了摆头与加工的动力综合，并且可实现单驱-双驱-单驱的切换功能，节省成本的同时也节约了空间。

为了解决驱动问题；如图4所示，所述驱动部9包括固定于壳罩5内壁的伸缩件22与主电机23，所述主电机23的输出轴与带键传动主轴21通过联轴器连接，所述伸缩件22的伸缩端通过螺栓固定于滑移套24的外壁；主电机23启动时，其能带动带键传动主轴21旋转，从而为自转加工与摆头提供旋转动力，当伸缩件22伸缩时，其能带动滑移套24移动，从而完成功能切换。

本实施例在使用时,主电机23启动时，其能带动带键传动主轴21旋转，当伸缩件22伸缩时，其能带动滑移套24移动，当内齿齿圈28移动至仅与右侧传动齿轮20啮合时，其带动阶梯轴10转动，当内齿齿圈28移动至与两个传动齿轮20啮合时，其带动阶梯轴10与外轴11同步转动，当内齿齿圈28移动至仅与左侧传动齿轮20啮合时，其带动外轴11转动，当阶梯轴10转动时，其带动锥轮一12转动。通过锥轮二14与锥轮三15带动加工头16转动加工，当外轴11转动时，其通过锥轮五19带动锥轮四18转动，从而通过支撑板二17带动加工头16转动实现摆头动作。

实施例2：

一种大型五轴刨台式加工中心，如图1-9所示，为了解决升降问题；本实施例在实施例1的基础上作出以下改进：所述Z轴升降部3包括支撑板三31和通过螺栓固定于支撑板三31顶部外壁的升降气缸29，所述支撑板三31的外壁通过直线滑轨A30滑动连接有电动滑块A32，摆头加工部4固定于电动滑块A32的外壁，且所述升降气缸29的伸缩端通过螺栓固定于电动滑块A32的顶部外壁；当升降气缸29启动伸缩时，其能带动电动滑块A32移动，从而带动整个摆头加工部4升降加工。

为了解决变形问题，如图6所示，所述X/Y轴滑移部2包括两个固定于工作台1顶部外壁的“凸”型支撑座39和阶梯滑枕33，所述阶梯滑枕33的每个阶梯处顶部外壁均通过螺栓固定有直线滑轨B34，直线滑轨B34的外壁滑动配合有电动滑块B35，电动滑块B35均通过支架36固定安装于支撑板三31的外壁；电动滑块B35可沿着直线滑轨B34直线滑动，并且，通过将阶梯滑枕33设置为阶梯型，每个阶梯处的外壁均设置一组直线滑轨B34与电动滑块B35，从而安装支撑板三31的纵向，设置多组支撑承力处，增加了整体的受力面积，从而减小单位面积的应力，可有效的防止直线滑轨B34受到的重心偏移扭矩而导致的变形情况，增加了装置的可靠性与寿命。

为了解决滑移问题，如图7所示，所述“凸”型支撑座39的顶部外壁通过螺栓固定有直线滑轨C38，直线滑轨C38的外壁滑动配合有电动滑块C41，电动滑块C41的顶部外壁通过螺栓固定有滑台37，滑台37与阶梯滑枕33固定连接；当电动滑块C41沿着直线滑轨C38滑动时，其能带动阶梯滑枕33滑动，从而配合直线滑轨B34与电动滑块B35完成装置的X/Y轴滑移功能。

本实施例中,当电动滑块C41沿着直线滑轨C38滑动时，其能带动阶梯滑枕33滑动，从而配合直线滑轨B34与电动滑块B35完成装置的X/Y轴滑移功能，通过将阶梯滑枕33设置为阶梯型，每个阶梯处的外壁均设置一组直线滑轨B34与电动滑块B35，从而安装支撑板三31的纵向，设置多组支撑承力处，增加了整体的受力面积，从而减小单位面积的应力，可有效的防止直线滑轨B34受到的重心偏移扭矩而导致的变形情况。

实施例3：

一种大型五轴刨台式加工中心，如图7-9所示，为了进一步解决变形问题；本实施例在实施例1与2的基础上作出以下改进：所述滑台37的底部设置有支撑件40，所述支撑件40包括通过螺栓固定于滑台37底部外壁的缸体42和滚动连接于“凸”型支撑座39顶部外壁的支撑胶轮46，所述支撑胶轮46的外壁转动连接有轮架45，轮架45的顶部外壁通过螺栓固定有活塞杆44，活塞杆44的顶部外壁通过螺栓固定有滑动配合于缸体42内壁的活塞43，且所述缸体42的内腔通过单向阀连接于升降气缸29的高压气路，且缸体42的内腔连接有电磁泄压阀，电磁泄压阀断电为全开状态。

由于整个装置自重较大，完全依靠直线滑轨C38与电动滑块C41的配合承重会导致其载荷较高，长时间容易导致直线滑轨C38变形，电动滑块C41运行滑移失效。

本实施例中：通过设置支撑件40，当装置启动时，高压气路向缸体42内充入一定压力的气压，从而通过活塞43的作用力将支撑胶轮46顶出，通过支撑胶轮46与“凸”型支撑座39的压力提供反向支撑力，降低电动滑块C41与直线滑轨C38的载荷，降低其变形风险，并且当装置完全断电时，高压气路压力消失，支撑胶轮46的压力也随之消失，从而防止支撑胶轮46长时间受力造成的本身变形，进一步降低变形损伤风险，另外，本装置通过高压气路的气压提供纵向支撑，而气压支撑具有柔性支撑特点，一方面即使使用过程中，支撑胶轮46出现磨损，其依旧能通过气压压力提供可靠支撑，另一方面即使支撑胶轮46的表面不平整，其也能起到缓冲作用，从而提高了装置的可靠性。

实施例4：

一种大型五轴刨台式加工中心的摆头结构，其为实施例1-3中的摆头结构6。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种大型五轴刨台式加工中心，其特征在于，包括：工作台(1)；

X/Y轴滑移部(2)，其固定安装于工作台(1)顶部外壁；

Z轴升降部(3)，其连接于X/Y轴滑移部(2)活动端；

摆头加工部(4)，其固定连接于Z轴升降部(3)活动端；

所述摆头加工部(4)包括相互固定的壳罩(5)与骨架(7)；

用于摆头且旋转加工的摆头结构(6)；

用于驱动的驱动部(9)；

用于驱动部(9)与摆头结构(6)传动连接的传动部(8)；

所述摆头结构(6)包括转动连接于骨架(7)内壁的外轴(11)

以及转动连接于外轴(11)内壁的阶梯轴(10)，所述阶梯轴(10)与外轴(11)的外壁分别固定安装有锥轮五(19)与锥轮一(12)，锥轮五(19)与锥轮一(12)的外壁分别啮合有锥轮四(18)与锥轮二(14)，锥轮二(14)的另一侧外壁啮合有锥轮三(15)，锥轮三(15)通过转轴固定连接有加工头(16)，且该转轴的外壁转动连接有支撑板二(17)，支撑板二(17)的另一端固定连接于锥轮四(18)的底部，所述锥轮二(14)通过转轴转动连接有固定安装于骨架(7)外壁的支撑板一(13)，锥轮四(18)的底部通过转轴转动连接于骨架(7)的外壁；

所述传动部(8)包括带键传动主轴(21)和两个分别固定安装于阶梯轴(10)与外轴(11)外壁的传动齿轮(20)，所述传动齿轮(20)的外壁啮合的设置有内齿齿圈(28)，内齿齿圈(28)的外壁通过连接套筒(27)焊接固定有带槽传递环(26)，带槽传递环(26)可轴向滑动的设置于带键传动主轴(21)的外壁；

所述带槽传递环(26)的外壁固定安装有T型滑环(25)，T型滑环(25)的外壁转动连接有滑移套(24)。

2.根据权利要求1所述的一种大型五轴刨台式加工中心，其特征在于，所述驱动部(9)包括固定于壳罩(5)内壁的伸缩件(22)与主电机(23)，所述主电机(23)的输出轴与带键传动主轴(21)通过联轴器连接，所述伸缩件(22)的伸缩端固定安装于滑移套(24)的外壁。

3.根据权利要求1所述的一种大型五轴刨台式加工中心，其特征在于，所述Z轴升降部(3)包括支撑板三(31)和固定安装于支撑板三(31)顶部外壁的升降气缸(29)，所述支撑板三(31)的外壁通过直线滑轨A(30)滑动连接有电动滑块A(32)，摆头加工部(4)固定于电动滑块A(32)的外壁，且所述升降气缸(29)的伸缩端固定安装于电动滑块A(32)的顶部外壁。

4.根据权利要求3所述的一种大型五轴刨台式加工中心，其特征在于，所述X/Y轴滑移部(2)包括两个固定于工作台(1)顶部外壁的“凸”型支撑座(39)和阶梯滑枕(33)，所述阶梯滑枕(33)的每个阶梯处顶部外壁均固定安装有直线滑轨B(34)，直线滑轨B(34)的外壁滑动配合有电动滑块B(35)，电动滑块B(35)均通过支架(36)固定安装于支撑板三(31)的外壁。

5.根据权利要求4所述的一种大型五轴刨台式加工中心，其特征在于，所述“凸”型支撑座(39)的顶部外壁固定安装有直线滑轨C(38)，直线滑轨C(38)的外壁滑动配合有电动滑块C(41)，电动滑块C(41)的顶部外壁固定安装有滑台(37)，滑台(37)与阶梯滑枕(33)固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种大型五轴刨台式加工中心，其特征在于，所述滑台(37)的底部设置有支撑件(40)。

7.根据权利要求6所述的一种大型五轴刨台式加工中心，其特征在于，所述支撑件(40)包括固定安装于滑台(37)底部外壁的缸体(42)和滚动连接于“凸”型支撑座(39)顶部外壁的支撑胶轮(46)，所述支撑胶轮(46)的外壁转动连接有轮架(45)，轮架(45)的顶部外壁固定安装有活塞杆(44)，活塞杆(44)的顶部外壁固定安装有滑动配合于缸体(42)内壁的活塞(43)，且所述缸体(42)的内腔通过单向阀连接于升降气缸(29)的高压气路，且缸体(42)的内腔连接有电磁泄压阀。

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