CN116214231B - 一种高精度定梁五轴龙门加工中心 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度定梁五轴龙门加工中心，涉及数控机床技术领域，包括：固定架；座体，其竖向滑动连接在固定架上；滑杆，其水平滑动连接在座体上；夹持头，其固定连接在滑杆的一端；杆体，其滑动连接在固定架上，杆体相对固定架的滑动方向与滑杆相对座体的滑动方向相同，杆体与滑杆之间竖向滑动连接；驱动机构，其分别用于间歇驱动杆体水平滑动以及座体竖向滑动，以使夹持头切换电主轴与刀库之间的刀具。本发明中，驱动机构分别间歇驱动杆体水平滑动以及座体竖向滑动，通过各部件之间的配合，从而实现夹持头从电主轴或刀库上装卸道具以及转送道具，进而实现夹持头切换电主轴与刀库之间的刀具，换刀方便快捷，操作简单。

Description

一种高精度定梁五轴龙门加工中心

技术领域

本发明涉及数控机床技术领域，具体为一种高精度定梁五轴龙门加工中心。

背景技术

高精度定梁五轴龙门加工中心为龙门框架固定、工作台移动结构，主要由工作台、床身、立柱、横梁、滑鞍、滑枕、液压系统、刀库系统、润滑系统、冷却过滤系统、排屑装置、旋转式操作面板以及电控系统等部件组成。

公开号为CN105500088B，名称为《一种数控机床自动换刀装置及方法》的中国专利，其包括机架，圆盘式刀库，刀库驱动马达，圆盘式刀库内设置有若干刀具，机架上设置倒刀气缸，机架上设置有机械手驱动马达，机械手驱动马达上设置有涡轮，涡轮上连接有机械手旋转轴，机械手旋转轴上设置有用于换刀的机械手，涡轮上设置有一组原位定位凹槽、扣刀定位凹槽；机架上设置有原位近接开关，扣刀定位近接开关；机架上还设置有加工主轴，主轴上连接设置有主轴马达，主轴上设置有与刀具相适配的装配腔，还包括数控系统。其能够有效解决现有的数控机床自动换刀过程中，容易发生主轴和机械手相撞，进而损坏主轴或机械手的问题，且结构简单、易于实现。

诸如上述专利的现有技术中，换刀机械手设计结构比较复杂，信号控制较为复杂，导致故障率较高，并且需要借助多个驱动源才能实现换刀操作。

发明内容

本发明的目的是提供一种高精度定梁五轴龙门加工中心，以解决上述现有技术中的不足之处。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高精度定梁五轴龙门加工中心，包括：固定架；座体，其竖向滑动连接在固定架上；滑杆，其水平滑动连接在座体上；夹持头，其固定连接在滑杆的一端；杆体，其滑动连接在固定架上，杆体相对固定架的滑动方向与滑杆相对座体的滑动方向相同，杆体与滑杆之间竖向滑动连接；驱动机构，其分别用于间歇驱动杆体水平滑动以及座体竖向滑动，以使夹持头切换电主轴与刀库之间的刀具。

进一步的，所述驱动机构包括第一液压缸与第二液压缸，第一液压缸用于驱动杆体相对固定架水平滑动，第二液压缸用于驱动座体相对固定架竖向滑动。

进一步的，所述驱动机构包括：第一间歇齿圈，其转动连接在固定架上，其内周侧间隔设置有第一齿组以及第二齿组；驱动单元，其用于驱动第一间歇齿圈相对固定架转动；第二间歇齿圈，其同轴固定连接在第一间歇齿圈上，其外周侧间歇设置有第三齿组；直齿条，其固定连接在杆体上；第一齿轮，其转动连接在固定架上，第一齿轮与直齿条啮合；第二齿轮，其与第一齿轮同轴固定连接，第二齿轮间歇啮合于第一齿组、第二齿组以及第三齿组；第一弧形齿条，其同轴固定连接在第一间歇齿圈上，其齿侧朝内；第二弧形齿条，其同轴固定连接在第二间歇齿圈上，其齿侧朝外；竖轴，其转动连接在固定架上，竖轴活动穿过开设在座体上的通孔，竖轴的周侧面开设有螺旋槽，所述通孔内设置有与螺旋槽滑动配合的凸起；第一锥齿轮，其同轴固定连接在竖轴上；第二锥齿轮，其转动连接在固定架上，第二锥齿轮与第一锥齿轮啮合；第三齿轮，其与第二锥齿轮同轴固定连接，第三齿轮间歇啮合于第一弧形齿条与第二弧形齿条。

进一步的，所述驱动单元包括固定安装在固定架上的伺服电机，伺服电机的输出轴驱动第一间歇齿圈往复转动。

进一步的，所述凸起为滚珠，滚珠滚动嵌设在通孔的内壁上，滚珠与螺旋槽滚动配合。

在上述技术方案中，本发明提供的一种高精度定梁五轴龙门加工中心，驱动机构分别间歇驱动杆体水平滑动以及座体竖向滑动，通过各部件之间的配合，从而实现夹持头从电主轴或刀库上装卸道具以及转送道具，进而实现夹持头切换电主轴与刀库之间的刀具，换刀方便快捷，操作简单。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1-2为本发明第二齿轮与第一齿组啮合初始时的示意图；

图3为本发明第二齿轮与第一齿组啮合末尾时且第三齿轮与第一弧形齿条啮合初始时的示意图；

图4为本发明第三齿轮与第一弧形齿条啮合末尾时且第二齿轮与第二齿组啮合初始时的示意图；

图5为本发明第二齿轮与第二齿组啮合末尾时且第三齿轮与第二弧形齿条啮合初始时的示意图；

图6为本发明第三齿轮与第二弧形齿条啮合末尾时且第二齿轮与第三齿组啮合初始时的示意图；

图7为本发明第二齿轮与第三齿组啮合末尾时的示意图；

图8为本发明固定架、座体、滑杆以及杆体之间的连接结构示意图；

图9为本发明竖轴、螺旋槽、通孔以及凸起的拆分结构示意图。

附图标记说明：

1、固定架；2、座体；3、滑杆；4、夹持头；5、杆体；6、第一间歇齿圈；6.1、第一齿组；6.2、第二齿组；7、第二间歇齿圈；7.1、第三齿组；8、直齿条；9、第一齿轮；10、第二齿轮；11、第一弧形齿条；12、第二弧形齿条；13、竖轴；14、螺旋槽；15、凸起；16、第一锥齿轮；17、第二锥齿轮；18、第三齿轮。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

请参阅图1-9，本发明实施例提供的一种高精度定梁五轴龙门加工中心，包括固定架1、座体2、滑杆3、夹持头4、杆体5以及驱动机构，其中，固定架1相当于固定基础，座体2竖向滑动连接在固定架1上，具体的，座体2与固定架1之间设置有滑动结构，如固定架1上开设有滑孔，座体2上固定连接有滑竿，滑竿滑动穿设过滑孔，滑竿的端部设置有限位帽；滑杆3水平滑动连接在座体2上，具体的座体2上设置有滑槽，滑杆3滑动嵌设在滑槽内，夹持头4固定连接在滑杆3的一端，夹持头4可选为现有技术中的夹具，优选的，夹持头4为具有缺口的环形结构，夹持头4跟随滑杆3水平运动时其缺口对准刀具柄部，道具柄部具有环形凹槽，从而使刀具柄部通过环形凹槽被夹持到环形结构内，环形凹槽在竖直方向上对环形结构限位，使刀具不能在竖直方向相对环形结构移动；杆体5滑动连接在固定架1上，具体的，杆体5与固定架1之间设置有滑动结构，如滑棱与滑动槽之间的滑动配合，杆体5相对固定架1的滑动方向与滑杆3相对座体2的滑动方向相同，杆体5与滑杆3之间竖向滑动连接，如杆体5与滑竿之间设置有直线轴承，驱动机构分别用于间歇驱动杆体5水平滑动以及座体2竖向滑动，以使夹持头4切换电主轴与刀库之间的刀具。

在上述技术方案中，本发明提供的一种高精度定梁五轴龙门加工中心，驱动机构分别间歇驱动杆体5水平滑动以及座体2竖向滑动，通过各部件之间的配合，从而实现夹持头4从电主轴或刀库上装卸道具以及转送道具，进而实现夹持头4切换电主轴与刀库之间的刀具，换刀方便快捷，操作简单。当给电主轴上刀(拉刀)时，驱动机构首先驱动滑杆3沿第一直线方向水平移动，滑杆3使夹持头4从初始位置沿第一直线方向移动，夹持头4水平夹持住刀库上的刀具，接着驱动机构驱动座体2竖向下移，座体2带动滑杆3、夹持头4一起竖向下移，夹持头4将刀具从刀库中向下拔出，然后驱动机构再次驱动滑杆3与夹持头4继续沿第一直线方向水平移动，夹持头4将其所夹持的刀具运送到电主轴的正下方，紧接着驱动机构驱动座体2竖向上移，座体2带动滑杆3、夹持头4一起竖向上移，夹持头4将刀具向上插入到电主轴上，最后驱动机构驱动滑杆3与夹持头4沿第一直线方向的相反方向水平移动，夹持头4水平脱离刀具，并移动复位到初始位置，从而实现电主轴上刀；当电主轴下刀(松刀)时，驱动机构首先驱动滑杆3沿第一直线方向移动，滑杆3使夹持头4从初始位置沿第一直线方向移动，夹持头4移动经过刀库的正下方后移动至电主轴的正下方，从而夹持头4水平夹持住电主轴上的刀具，接着驱动机构驱动座体2竖向下移，座体2带动滑杆3、夹持头4一起竖向下移，夹持头4将刀具从电主轴中向下拔出，然后驱动机构驱动滑杆3与夹持头4沿第一直线方向的相反方向移动，夹持头4将其所夹持的刀具运送到刀库的正下方，紧接着驱动机构驱动座体2竖向上移，座体2带动滑杆3、夹持头4一起竖向上移，夹持头4将刀具向上插入到刀库中，最后驱动机构驱动滑杆3与夹持头4继续沿第一直线方向的相反方向水平移动，夹持头4水平脱离刀具，并移动复位到初始位置，从而实现电主轴下刀。

作为本发明优选的技术方案，驱动机构包括第一液压缸与第二液压缸(图中未示出)，第一液压缸的缸座固安装在固定架1上，第一液压缸的液压杆端部与杆体5固定连接，第一液压缸水平伸缩，第一液压缸用于驱动杆体5相对固定架1水平滑动；第二液压缸的缸座固安装在固定架1上，第二液压缸的液压杆端部与座体2固定连接，第二液压缸竖向伸缩，第二液压缸用于驱动座体2相对固定架1竖向滑动。

本发明提供的另一个优选实施例中，驱动机构包括第一间歇齿圈6、驱动单元、第二间歇齿圈7、直齿条8、第一齿轮9、第二齿轮10、第一弧形齿条11、第二弧形齿条12、竖轴13、第一锥齿轮16、第二锥齿轮17以及第三齿轮18，其中，第一间歇齿圈6转动连接在固定架1上，第一间歇齿圈6的内周侧间隔设置有第一齿组6.1以及第二齿组6.2，驱动单元用于驱动第一间歇齿圈6相对固定架1转动，优选的，驱动单元包括固定安装在固定架1上的伺服电机(图中未示出)，伺服电机的输出轴驱动第一间歇齿圈6往复转动；第二间歇齿圈7同轴固定连接在第一间歇齿圈6上，具体的，固定架1转动连接有转轴，第一间歇齿圈6的一侧固定连接有支架，支架固定连接到转轴上，第二间歇齿圈7固定连接在支架上，第二间歇齿圈7的直径小于第一间歇齿圈6；第二间歇齿圈7的外周侧间歇设置有第三齿组7.1，第一齿组6.1、第二齿组6.2以及第三齿组7.1均是由连续的轮齿组成；直齿条8固定连接在杆体5上，或者直齿条8与杆体5一体成型，第一齿轮9转动连接在固定架1上，第一齿轮9与直齿条8啮合，第二齿轮10与第一齿轮9同轴固定连接，随着转轴的转动，第二齿轮10间歇啮合于第一齿组6.1、第二齿组6.2以及第三齿组7.1，即第二齿轮10位于第一间歇齿圈6的内周侧与第二间歇齿圈7的外周侧之间，第一弧形齿条11同轴固定连接在第一间歇齿圈6上，第一弧形齿条11的齿侧朝内，即第一弧形齿条11的齿位于圆弧形的内周侧上，第二弧形齿条12同轴固定连接在第二间歇齿圈7上，第二弧形齿条12的齿侧朝外，即第二弧形齿条12的齿位于圆弧形的外周侧上，竖轴13转动连接在固定架1上，竖轴13活动穿过开设在座体2上的通孔，竖轴13的直径与通孔的内径相适配，竖轴13的周侧面开设有螺旋槽14，通孔内壁上设置有与螺旋槽14滑动配合的凸起15，作为优选的，凸起15为滚珠，滚珠滚动嵌设在通孔的内壁上，滚珠与螺旋槽14滚动配合；第一锥齿轮16同轴固定连接在竖轴13上，第二锥齿轮17转动连接在固定架1上，第二锥齿轮17与第一锥齿轮16呈轴向90度啮合，第三齿轮18与第二锥齿轮17同轴固定连接，对着第一间歇齿圈6与第二间歇齿圈7的转动，第三齿轮18间歇啮合于第一弧形齿条11与第二弧形齿条12。

在本实施例中，参阅图1-2，第二齿轮10与第一齿组6.1处于恰好开始啮合的状态，滑杆3收缩在滑座内，夹持头4位于初始位置，当给电主轴上刀时，驱动单元驱动第一间歇齿圈6与第二间歇齿圈7一起沿第一时针方向(图1视角中的顺时针方向)转动，第二齿轮10与第一齿组6.1啮合配合，第一齿组6.1带动第二齿轮10沿第一时针方向转动，第二齿轮10带动第一齿轮9同步转动，第一齿轮9带动与之啮合的直齿条8沿第一直线方向(图1、3视角中向左的方向)水平移动，直齿条8带动滑杆3沿第一直线方向移动，滑杆3使夹持头4从初始位置沿第一直线方向移动到刀库的正下方，夹持头4水平夹持住刀库上的刀具，此时第二齿轮10与第一齿组6.1恰好啮合结束，并且第三齿轮18与第一弧形齿条11恰好开始啮合，参阅图3；驱动单元继续驱动第一间歇齿圈6与第二间歇齿圈7一起沿第一时针方向转动，第一弧形齿条11与第三齿轮18啮合以带动第三齿轮18沿第一时针方向转动，第三齿轮18通过第二锥齿轮17、第一锥齿轮16的传动带动竖杆转动(设为正转)，竖杆的螺旋槽14与凸起15滑动或滚动配合，使得滑座相对固定架1和杆体5竖直向下移动，滑座带动滑杆3、夹持头4以及夹持头4所夹持的刀具一起同步下移，从而夹持头4将刀具从刀库上拔下，此时第一弧形齿条11恰好与第三齿轮18啮合结束，并且第二齿组6.2与第二齿轮10恰好开始啮合，参阅图4；驱动单元继续驱动第一间歇齿圈6与第二间歇齿圈7一起沿第一时针方向转动，第二齿组6.2与第二齿轮10啮合使得第二齿轮10、第一齿轮9沿第一时针方向转动，第一齿轮9带动与之啮合的直齿条8沿第一直线方向移动，第一直齿条8带动杆体5、滑杆3、夹持头4以及夹持头4所夹持的刀具同步移动，直至夹持头4与刀具位于电主轴的正下方，此时第二齿组6.2与第二齿轮10恰好啮合结束，并且第二弧形齿条12与第三齿轮18恰好开始啮合上，参阅图5；驱动单元继续驱动第一间歇齿圈6与第二间歇齿圈7一起沿第一时针方向转动，第二弧形齿条12带动第三齿轮18沿第一时针方向的相反方向转动，第三齿轮18通过第二锥齿轮17、第一锥齿轮16的传动带动竖杆反转，竖杆的螺旋槽14与凸起15滑动或滚动配合，使得滑座相对固定架1和杆体5竖直向上移动，滑座带动滑杆3、夹持头4以及夹持头4所夹持的刀具一起同步上移，从而夹持头4将刀具向上插入到电主轴中，此时，第二弧形齿条12与第三齿轮18恰好啮合结束，并且第三齿组7.1与第二齿轮10恰好开始啮合上，参阅图6；驱动单元继续驱动第一间歇齿圈6与第二间歇齿圈7一起沿第一时针方向转动，第三齿组7.1带动第二齿轮10沿第一时针方向的相反方向转动，第二齿轮10带动第一齿轮9同步转动，第一齿轮9带动与之啮合的直齿条8沿第一直线方向的相反方向移动，直齿条8带动杆体5、滑杆3以及夹持头4同步沿第一直线方向的相反方向移动，夹持头4脱离刀具，并移动复位到初始位置，参阅图7。

当给电主轴下刀时，驱动单元驱动第一间歇齿圈6与第二间歇齿圈7一起沿第一时针方向的相反方向转动，第二齿轮10与第三齿组7.1啮合配合，第三齿组7.1带动第二齿轮10沿第一时针方向转动，第二齿轮10带动第一齿轮9同步转动，第一齿轮9带动与之啮合的直齿条8沿第一直线方向水平移动，直齿条8带动杆体5、滑杆3以及夹持头4一起沿第一直线方向移动，直至夹持头4从初始位置沿第一直线方向移动到电主轴的正下方，夹持头4水平夹持住电主轴上的刀具，此时第二齿轮10与第三齿组7.1恰好啮合结束，并且第二弧形齿条12与第三齿轮18恰好开始啮合，参阅图6；驱动单元继续驱动第一间歇齿圈6与第二间歇齿圈7一起沿第一时针方向的相反方向转动，第二弧形齿条12与第三齿轮18啮合以带动第三齿轮18沿第一时针方向转动，第三齿轮18通过第二锥齿轮17、第一锥齿轮16的传动带动竖杆正转，竖杆的螺旋槽14与凸起15滑动或滚动配合，使得滑座相对固定架1和杆体5竖直向下移动，滑座带动滑杆3、夹持头4以及夹持头4所夹持的刀具一起同步下移，从而夹持头4将刀具从电主轴上拔下，此时第二弧形齿条12恰好与第三齿轮18啮合结束，并且第二齿组6.2与第二齿轮10恰好开始啮合，参阅图5；驱动单元继续驱动第一间歇齿圈6与第二间歇齿圈7一起沿第一时针方向的相反方向转动，第二齿组6.2与第二齿轮10啮合使得第二齿轮10、第一齿轮9沿第一时针方向的相反转动，第一齿轮9带动与之啮合的直齿条8沿第一直线方向的相反方向移动，第一直齿条8带动杆体5、滑杆3、夹持头4以及夹持头4所夹持的刀具同步移动，直至夹持头4与刀具移动至刀库的正下方，此时第二齿组6.2与第二齿轮10恰好啮合结束，并且第一弧形齿条11与第三齿轮18恰好开始啮合上，参阅图4；驱动单元继续驱动第一间歇齿圈6与第二间歇齿圈7一起沿第一时针方向的相反方向转动，第一弧形齿条11带动第三齿轮18沿第一时针方向的相反方向转动，第三齿轮18通过第二锥齿轮17、第一锥齿轮16的传动带动竖杆反转，竖杆的螺旋槽14与凸起15滑动或滚动配合，使得滑座相对固定架1和杆体5竖直向上移动，滑座带动滑杆3、夹持头4以及夹持头4所夹持的刀具一起同步上移，从而夹持头4将刀具向上插入到刀库中，此时，第一弧形齿条11与第三齿轮18恰好啮合结束，并且第一齿组6.1与第二齿轮10恰好开始啮合上，参阅图3；驱动单元继续驱动第一间歇齿圈6与第二间歇齿圈7一起沿第一时针方向的相反方向转动，第一齿组6.1带动第二齿轮10沿第一时针方向的相反方向转动，第二齿轮10带动第一齿轮9同步转动，第一齿轮9带动与之啮合的直齿条8沿第一直线方向的相反方向移动，直齿条8带动杆体5、滑杆3以及夹持头4同步沿第一直线方向的相反方向移动，夹持头4脱离刀具，并移动复位到初始位置，参阅图1-2。

本实施例中，电主轴下刀的流程与电主轴上刀的流程是相反的，而驱动单元则只需更改输出的转动方向即可，只需驱动单元(即伺服电机)一个驱动源即可实现电主轴的上刀与下刀，换刀方便快捷，操作程序简洁不易出错。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (3)

1.一种高精度定梁五轴龙门加工中心，其特征在于，包括：

固定架；

座体，其竖向滑动连接在固定架上；

滑杆，其水平滑动连接在座体上；

夹持头，其固定连接在滑杆的一端；

杆体，其滑动连接在固定架上，杆体相对固定架的滑动方向与滑杆相对座体的滑动方向相同，杆体与滑杆之间竖向滑动连接；

驱动机构，其分别用于间歇驱动杆体水平滑动以及座体竖向滑动，以使夹持头切换电主轴与刀库之间的刀具；

所述驱动机构包括：

第一间歇齿圈，其转动连接在固定架上，其内周侧间隔设置有第一齿组以及第二齿组；

驱动单元，其用于驱动第一间歇齿圈相对固定架转动；

第二间歇齿圈，其同轴固定连接在第一间歇齿圈上，其外周侧间歇设置有第三齿组；

直齿条，其固定连接在杆体上；

第一齿轮，其转动连接在固定架上，第一齿轮与直齿条啮合；

第二齿轮，其与第一齿轮同轴固定连接，第二齿轮间歇啮合于第一齿组、第二齿组以及第三齿组；

第一弧形齿条，其同轴固定连接在第一间歇齿圈上，其齿侧朝内；

第二弧形齿条，其同轴固定连接在第二间歇齿圈上，其齿侧朝外；

竖轴，其转动连接在固定架上，竖轴活动穿过开设在座体上的通孔，竖轴的周侧面开设有螺旋槽，所述通孔内设置有与螺旋槽滑动配合的凸起；

第一锥齿轮，其同轴固定连接在竖轴上；

第二锥齿轮，其转动连接在固定架上，第二锥齿轮与第一锥齿轮啮合；

第三齿轮，其与第二锥齿轮同轴固定连接，第三齿轮间歇啮合于第一弧形齿条与第二弧形齿条。

2.根据权利要求1所述的一种高精度定梁五轴龙门加工中心，其特征在于，所述驱动单元包括固定安装在固定架上的伺服电机，伺服电机的输出轴驱动第一间歇齿圈往复转动。

3.根据权利要求1所述的一种高精度定梁五轴龙门加工中心，其特征在于，所述凸起为滚珠，滚珠滚动嵌设在通孔的内壁上，滚珠与螺旋槽滚动配合。