CN114505522A - 一种数字控制的五轴联动的叶片铣削中心 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种数字控制的五轴联动的叶片铣削中心，包括床身和立柱，床身上设置有Y轴导轨和X轴导轨，Y轴导轨上安装有Y轴滑板支撑座，Y轴滑板支撑座的两侧分别安装左头架和U轴导轨，左头架内安装有用于装夹待加工件的旋转A1轴；U轴导轨上设置有右头架，右头架内安装有用于与待加工的工件连接并预拉紧的旋转A2轴；X轴导轨上安装有立柱，Z轴导轨设置在立柱上，Z轴导轨上安装有滑板，滑板的中心位置处安装有用于驱动主轴箱体旋转的力矩电机，主轴箱体前端安装有主轴，主轴用于安装加工用的刀具；床身一侧设置支撑架，支撑架上设置有刀库。该叶片铣削中心具有消耗功率少，移动速度快等优点；对叶片加工的插补运动起到了良好的补偿效果。

Description

一种数字控制的五轴联动的叶片铣削中心

技术领域

本发明涉及叶片加工技术领域，特别是涉及一种数字控制的五轴联动的叶片铣削中心。

背景技术

五轴联动加工中心是机加工中高端装备，可以高效地不换刀或少换刀地一次加工出叶轮、叶片等复杂曲面。同时可实现自动化生产线。叶片加工中心是一种专门用于加工叶片这样的复杂曲面的加工设备,具有高效率、高精度的特点。

但是现有的叶片加工中心均存在加工效果不理想的问题，例如，专利号为ZL201120234052.7的中国实用新型专利提供了一种五轴联动叶片加工中心，其包括床身及X1、X2、Y、Z1、Z2五个直线轴和A轴、副A轴、B轴三个回转轴，在床身上方设有X1轴拖板，X1轴拖板上方设有Y轴拖板，在Y轴拖板上固定安装B轴，铣削主轴通过支架与B轴联接在一起，在床身前方设有Z1轴拖板、Z2轴拖板。这种布局方式各轴动态性能良好，可以有效地避免叶片加工过程中的“过切”现象。但缺点是刀具主轴随Y轴悬伸出来，整体刚性不好；X、Z轴的插补运动过多导致误差增大。此外，该五轴联动叶片加工中心的Y、Z、B轴都布置在工件上方，X、A、U轴布置在工件下方。刀具通过Z轴滑板、Y轴滑板、主轴等部件实现Z、Y、B轴运动，工件通过安装于X轴滑板的。

专利号为201910935441.3的中国实用新型专利提供了一种五轴联动叶片加工中心，包括床身和立柱，在床身的前部水平的设置有X轴导轨，在X轴导轨的一端可滑动地安装有Y轴滑板支撑座，在X轴导轨的另一端可滑动地安装有U轴滑板；在Y轴滑板支撑座的顶部平面上固定安装有第一Y轴导轨，在第一Y轴导轨上可滑动地安装有Y轴滑座及头架，在U轴滑板的顶部平面上安装有第二Y轴导轨，在第二Y轴导轨的顶部平面可滑动地安装有与所述Y轴滑座及头架,该五轴联动叶片加工中心的刀轴为卧式布局,B轴为立式,这种布局方式各轴动态性能良好，可以有效地避免叶片加工过程中的“过切”现象。但缺点是立柱结构为U型对加工要求高，且Z轴为单驱且无配重，Z轴的动态性能差，从而影响B轴的插补，加工效果不理想，同时第二Y轴导轨上头架实现不了对工件的预紧。影响工件在加工过程中的变形，此结构占地面积大，工件装夹非常困难，同时排屑非常不易，易堆屑，维护成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种数字控制的五轴联动的叶片铣削中心，以解决上述现有技术存在的问题，可以起到减少由于B轴摆动引起的X、Z两轴频繁的补偿运动的作用，并且具有消耗功率少，移动速度快等优点；此种结构布局对叶片加工的插补运动起到了良好的补偿效果。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种数字控制的五轴联动的叶片铣削中心，包括床身和立柱，所述床身的前部水平滑动设置有Y轴导轨，所述Y轴导轨上安装有Y轴滑板支撑座，所述Y轴滑板支撑座的上端左侧安装左头架，左头架内安装有旋转A1轴，所述旋转A1轴用于装夹待加工的工件；所述Y轴滑板支撑座的上端右侧滑动设置有U轴导轨，U轴导轨上设置有右头架，所述右头架内安装有旋转A2轴，所述旋转A2轴用于与待加工的工件连接并预拉紧；

所述床身的后部水平滑动设置有与Y轴导轨垂直的X轴导轨，所述X轴导轨上安装有所述立柱，所述立柱的前端安装有竖向的Z轴导轨，所述Z轴导轨上安装有滑板，滑板的中心位置处安装有力矩电机，所述力矩电机用于驱动主轴箱体在滑板上旋转，主轴箱体前端安装有主轴，所述主轴用于安装加工用的刀具；

所述床身的左侧设置有支撑架，支撑架上面设置有U1轴导轨，U1轴导轨上安装有支架，支架与刀库连接，所述刀库内安装有用于加工工件所需要的刀具。

优选地，所述旋转A1轴和旋转A2轴均采用的是莫氏刀柄结构。

优选地，所述主轴为HSK刀柄结构，且所述主轴定义为SP1轴。

优选地，所述刀库采用机械手刀库。

优选地，所述床身上设置有Y轴丝杆组件，所述Y轴丝杠组件用于驱动Y轴滑板支撑座沿Y轴导轨前后移动；所述床身上还设置有X轴丝杠组件，所述X轴丝杠组件用于驱动所述立柱沿X轴导轨左右移动。

优选地，所述Y轴滑板支撑座上设置有U轴丝杆组件，所述U轴丝杠组件用于驱动右头架沿U轴导轨左右移动；所述支撑架上设置有U1轴丝杆组件，所述U1轴丝杠组件用于驱动支架和刀库沿U1轴导轨左右移动；所述立柱上设置有Z轴丝杆组件，所述Z轴丝杠驱动组件用于驱动滑板沿立柱上下移动。

优选地，所述滑板上开设有圆弧导轨，安装在滑板中心处的所述力矩电机的前端与主轴箱体连接，所述力矩电机用于驱动主轴箱体实现旋转定位。

优选地，所述主轴箱体的旋转角度为±40°，且所述滑板的上端设置有配重。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

本发明中的数字控制的五轴联动的叶片铣削中心，U轴与X轴分别用一套导轨。采用此种布局方式可以起到减少由于B轴摆动引起的X、Z两轴频繁的补偿运动的作用，并且具有消耗功率少，移动速度快等优点。此种结构布局对叶片加工的插补运动起到了良好的补偿效果，主要插补轴为A轴，Y轴，Z轴。将此三轴重量设计为最轻，振动最小等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为数字控制的五轴联动的叶片铣削中心的轴测图；

图2为数字控制的五轴联动的叶片铣削中心的主视图；

图3为数字控制的五轴联动的叶片铣削中心的俯视图；

其中，1床身；2X轴导轨；4力矩电机；5立柱；6圆弧导轨；7主轴箱体；8主轴；9Z轴导轨；10Y轴滑板支撑座；11旋转A2轴；12右头架；13Y轴导轨；14U轴导轨；15左头架；16旋转A1轴；17支撑架；18U1轴导轨；19支架；20刀库；21X轴丝杆组件；22Y轴丝杆组件；23Z轴丝杆组件；24滑板；25U轴丝杆组件；26U1轴丝杆组件。

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。

本发明的目的是提供一种数字控制的五轴联动的叶片铣削中心，以解决上述现有技术存在的问题，可以起到减少由于B轴摆动引起的X、Z两轴频繁的补偿运动的作用，并且具有消耗功率少，移动速度快等优点；此种结构布局对叶片加工的插补运动起到了良好的补偿效果。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-3所示，本实施例提供一种关键插补轴的部件较轻，受偏心力矩影响较小、移动部重量较轻、减小频繁差补运动、能够增强整体刚性的一种数字控制的五轴联动的叶片铣削中心。

具体地，该数字控制的五轴联动的叶片铣削中心(以下方向定义均以人正视机床为准)，包括床身1和立柱5，在床身1的前部水平的设置有Y轴导轨13，在Y轴导轨13上安装有Y轴滑板支撑座10，在Y轴滑板支撑座10上端左侧安装左头架15，左头架15内安装了旋转A1轴16，旋转A1轴16采用的是莫氏刀柄结构。

在Y轴滑板支撑座10上端右侧设置了U轴导轨14，U轴导轨14上设置了右头架12，右头架12内安装了旋转A2轴11，旋转A2轴11采用的是莫氏刀柄结构，旋转A1轴16通过专用工装装夹待加工的工件，旋转A2轴11同样通过专用工装与待加工的工件连接并预拉紧，有效减少工件的热变形及提高整体加工刚度。

在床身1的后部水平的设置有与Y轴导轨13垂直的X轴导轨2，在X轴导轨2上安装有立柱5，在立柱5前端安装有竖向的Z轴导轨9，在Z轴导轨上安装有滑板24，滑板24中心位置处安装有力矩电机4，力矩电机4前端与主轴箱体7连接。主轴箱体7前端安装有主轴8，主轴8为HSK刀柄结构，主轴连接加工用的刀具，定义为SP1轴。

在床身1的左侧设置有支撑架17，支撑架17上面设置有U1轴导轨18，U1轴导轨18上安装了支架19，支架19与刀库20连接，刀库20内安装了加工所需要的刀具，刀库20为机械手刀库。

进一步地，为了实现各轴的运动，本实施例中床身1上设置有Y轴丝杆组件22，Y轴丝杠组件22用于驱动Y轴滑板支撑座10沿Y轴导轨13前后移动；床身1上还设置有X轴丝杠组件21，X轴丝杠组件21用于驱动立柱5沿X轴导轨2左右移动。Y轴滑板支撑座10上设置有U轴丝杆组件25，U轴丝杠组件25用于驱动右头架12沿U轴导轨14左右移动；支撑架17上设置有U1轴丝杆组件26，U1轴丝杠组件26用于驱动支架19和刀库20沿U1轴导轨18左右移动；立柱5上设置有Z轴丝杆组件23，Z轴丝杆组件23为左右对称的两个丝杠组件构成述Z轴丝杠驱动组件23采用双驱动的形式用于驱动滑板24沿立柱5上下移动。前述的各轴的丝杠组件均采用现有的丝杠螺母机构。

于本实施例中，主轴箱体7通过力矩电机4驱动实现旋转定位，定义为B轴，力矩电机4驱动主轴箱体7组件旋转±40°，滑板24部件沿圆弧导轨6进行导向旋转角度，滑板24部件上端设置有配重装置。

本发明中的数字控制的五轴联动的叶片铣削中心的工作过程如下：

首先，通过专用工装将待加工的工件的一端装夹到旋转A1轴16处，同样通过专用工装将待加工的工件的另一端连接并预拉紧在旋转A2轴11处；然后气动叶片铣削中心，支撑架17上面的U1轴导轨18向立柱5侧靠近，安装在U1轴导轨18上的支架19带动刀库20向前移动，机械手刀库选取加工所需要的刀具并将刀具安装到主轴8处；刀具安装到位后，Y轴丝杠组件22、X轴丝杠组件21、U轴丝杆组件25以及Z轴丝杆组件23均根据待加工的工件移动到位，主轴箱体7通过力矩电机4驱动实现旋转定位，力矩电机4驱动主轴箱体7组件旋转±40°，滑板24部件沿圆弧导轨6进行导向旋转角度，从而使得主轴8上安装的刀具实现对待加工的工件的铣削。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种数字控制的五轴联动的叶片铣削中心，其特征在于：包括床身和立柱，所述床身的前部水平滑动设置有Y轴导轨，所述Y轴导轨上安装有Y轴滑板支撑座，所述Y轴滑板支撑座的上端左侧安装左头架，左头架内安装有旋转A1轴，所述旋转A1轴用于装夹待加工的工件；所述Y轴滑板支撑座的上端右侧滑动设置有U轴导轨，U轴导轨上设置有右头架，所述右头架内安装有旋转A2轴，所述旋转A2轴用于与待加工的工件连接并预拉紧；

所述床身的后部水平滑动设置有与Y轴导轨垂直的X轴导轨，所述X轴导轨上安装有所述立柱，所述立柱的前端安装有竖向的Z轴导轨，所述Z轴导轨上安装有滑板，滑板的中心位置处安装有力矩电机，所述力矩电机用于驱动主轴箱体在滑板上旋转，主轴箱体前端安装有主轴，所述主轴用于安装加工用的刀具；

所述床身的左侧设置有支撑架，支撑架上面设置有U1轴导轨，U1轴导轨上安装有支架，支架与刀库连接，所述刀库内安装有用于加工工件所需要的刀具。

2.根据权利要求1所述的数字控制的五轴联动的叶片铣削中心，其特征在于：所述旋转A1轴和旋转A2轴均采用的是莫氏刀柄结构。

3.根据权利要求1所述的数字控制的五轴联动的叶片铣削中心，其特征在于：所述主轴为HSK刀柄结构，且所述主轴定义为SP1轴。

4.根据权利要求1所述的数字控制的五轴联动的叶片铣削中心，其特征在于：所述刀库采用机械手刀库。

5.根据权利要求1所述的数字控制的五轴联动的叶片铣削中心，其特征在于：所述床身上设置有Y轴丝杆组件，所述Y轴丝杠组件用于驱动Y轴滑板支撑座沿Y轴导轨前后移动；所述床身上还设置有X轴丝杠组件，所述X轴丝杠组件用于驱动所述立柱沿X轴导轨左右移动。

6.根据权利要求1所述的数字控制的五轴联动的叶片铣削中心，其特征在于：所述Y轴滑板支撑座上设置有U轴丝杆组件，所述U轴丝杠组件用于驱动右头架沿U轴导轨移动；所述支撑架上设置有U1轴丝杆组件，所述U1轴丝杠组件用于驱动支架和刀库沿U1轴导轨移动；所述立柱上设置有Z轴丝杆组件，所述Z轴丝杠驱动组件用于驱动滑板沿立柱上下移动。

7.根据权利要求1所述的数字控制的五轴联动的叶片铣削中心，其特征在于：所述滑板上开设有圆弧导轨，安装在滑板中心处的所述力矩电机的前端与主轴箱体连接，所述力矩电机用于驱动主轴箱体实现旋转定位。

8.根据权利要求7所述的数字控制的五轴联动的叶片铣削中心，其特征在于：所述主轴箱体的旋转角度为±40°，且所述滑板的上端设置有配重。

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