发明内容
本申请至少提供一种五轴联动卧式加工中心,能够实现一机多能,提高工作效率。
本申请提供了一种五轴联动卧式加工中心,包括:床身底座,床身底座上设有X轴模组和Z轴模组,X轴模组与Z轴模组的运动方向垂直;立柱,安装于X轴模组上,且面向Z轴模组的侧面设有运动方向分别垂直于X轴模组和Z轴模组两者运动方向的Y轴模组;主轴平台,安装于Y轴模组上,且主轴平台背向Y轴模组的一侧安装有主轴;两轴转台,包括工作台安装平台、工作台切换底座、工作台切换关节平台和工作台,工作台安装平台安装于Z轴模组上,工作台切换底座安装于工作台安装平台面向Y轴模组的切换斜面上,以控制安装于工作台切换底座上的工作台切换关节平台绕垂直于切换斜面的C轴旋转,工作台切换关节平台上安装有用于装夹加工元件的工作台,以控制工作台绕垂直于工作台的B轴旋转。
其中,工作台切换关节平台包括:第一动力装置,安装于工作台切换关节平台的一侧面,用于为工作台旋转提供动力;第一传动机构,用于将第一动力装置提供的动力传递至工作台,以控制工作台旋转。
其中,第一传动机构包括:第一齿形带轮,安装于工作台切换关节平台内,与第一动力装置的动力输出端连接;第二齿形带轮,通过齿形带与第一齿形带轮传动连接;第一蜗杆,与第二齿形带轮传动连接,第一蜗杆上设有第一齿面;第一涡轮,通过第一齿面与第一蜗杆传动连接,并且第一涡轮的中心轴与工作台固定连接。
其中,工作台切换底座包括:第二动力装置,安装于工作台切换底座的一侧面,用于为工作台切换关节平台旋转提供动力;第二传动机构,用于将第二动力装置提供的动力传递至工作台切换关节平台,以控制工作台切换关节平台旋转。
其中,第二传动机构包括:第一传动齿轮,安装于工作台切换底座内,与第二动力装置的动力输出端连接;第二传动齿轮,与第二传动齿轮传动连接;第二蜗杆,第二蜗杆与第二传动齿轮传动连接,第二蜗杆上设有第二齿面和第三齿面;第二涡轮,通过第二齿面与第二蜗杆传动连接,第二涡轮中心处安装有第一传动输出轴;第三涡轮,通过第三齿面与第二蜗杆传动连接,第三涡轮中心处安装有第二传动输出轴;第一齿轮,安装于第一传动输出轴上;第二齿轮,安装于第二传动输出轴上;大齿轮,与第一齿轮、第二齿轮传动连接,并且大齿轮与工作台切换关节平台固定连接。
其中,X轴模组包括:X轴导轨,安装于床身底座上,X轴导轨与立柱底部连接;X轴动力装置安装座,安装于床身底座上沿X轴导轨方向的一端;X轴丝杆螺母,与立柱底部连接;X轴动力装置,与X轴动力装置安装座连接,用于控制立柱在X轴导轨方向移动;X轴丝杆,通过X轴联轴器与X轴动力装置的动力输出端连接;X轴轴承座,安装于床身底座上沿X轴导轨方向的另一端,用于支撑X轴丝杆。
其中,Y轴模组包括:Y轴导轨,安装于立柱的侧面,Y轴导轨与主轴平台底部连接;Y轴动力装置安装座,安装于立柱上沿Y轴导轨方向的一端;Y轴丝杆螺母,与主轴平台底部连接;Y轴动力装置,与Y轴动力装置安装座连接,用于控制主轴平台在Y轴导轨方向移动;Y轴丝杆,通过Y轴联轴器与Y轴动力装置的动力输出端连接;Y轴轴承座,安装于立柱上沿Y轴导轨方向的另一端,用于支撑Y轴丝杆。
其中,Z轴模组包括:Z轴导轨,安装于床身底座上,Z轴导轨与工作台安装平台底部连接;Z轴动力装置安装座,安装于床身底座上沿Z轴导轨方向的一端;Z轴丝杆螺母,与工作台安装平台底部连接;Z轴动力装置,与Z轴动力装置安装座连接,用于控制工作台安装平台在Z轴导轨方向移动;Z轴丝杆,通过Z轴联轴器与Z轴动力装置的动力输出端连接;Z轴轴承座,安装于床身底座上沿Z轴导轨方向的另一端,用于支撑Z轴丝杆。
其中,卧式加工中心还包括:五轴数控系统,安装于床身底座上,用于控制X轴模组、Y轴模组、Z轴模组、主轴和两轴平台的运动、旋转。
其中,工作台安装平台的切换斜面与床身底座成45°;和/或,工作台绕B轴旋转角度为0-360°;和/或,工作台切换关节平台绕C轴为旋转角度为0-180°。
上述方案,工作台上用于装夹加工元件,通过X轴模组Y轴模组,可以控制主轴平台上的主轴在X轴模组方向和Y轴模组方向上移动,以此对加工元件进行加工,并且工作台安装平台安装在Z轴模组上,工作台安装平台可沿着Z轴模组方向靠近或是远离主轴,还通过工作台切换底座安装工作台切换关节平台绕垂直于切换斜面的C轴旋转和工作台切换关节平台控制工作台绕垂直于工作台的B轴旋转,依此改变工作台上装夹的加工元件的加工位置和加工角度,避免手动更换加工元件的加工位置,从而能够对加工元件进行多方面、多角度的加工处理,以减少装夹次数,提升工作效率。
应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的,而非限制本申请。
具体实施方式
下面结合说明书附图,对本申请实施例的方案进行详细说明。
以下描述中,为了说明而不是为了限定,提出了诸如特定系统结构、接口、技术之类的具体细节,以便透彻理解本申请。
本文中术语“和/或”,仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。
请参阅图1和图3,图1是本申请五轴联动卧式加工中心一实施例的结构示意图,图3是本申请五轴联动卧式加工中心一实施例的主视图。五轴联动卧式加工中心包括:床身底座1、立柱2、主轴平台5和两轴转台,床身底座1上设有X轴模组和Z轴模组,X轴模组与Z轴模组的运动方向垂直;立柱2安装在X轴模组上,且面向Z轴模组的侧面设有运动方向分别垂直于X轴模组和Z轴模组两者运动方向的Y轴模组;主轴平台5安装在Y轴模组上,且主轴平台5背向Y轴模组的一侧安装有主轴6;两轴转台包括工作台安装平台26、工作台切换底座25、工作台切换关节平台3和工作台4,工作台安装平台26安装于Z轴模组上,工作台切换底座25安装于工作台安装平台26面向Y轴模组的切换斜面上,以控制安装于工作台切换底座25上的工作台切换关节平台3绕垂直于切换斜面的C轴旋转,工作台切换关节平台3上安装有用于装夹加工元件的工作台4,以控制工作台4绕垂直于工作台4的B轴旋转。
在本申请中的五轴联动卧式加工中心主要应用于数控机床领域中,对半导体、新能源汽车、航空航天、医疗等相关产业中的材料或是结构进行加工。通过X轴模组、Y轴模组和Z轴模组,使得五轴联动卧式加工中心可进行三维空间上的运动,并通过工作台切换底座25和工作台切换关节平台3控制工作台4所装夹的加工元件在B轴和C轴上进行运动、旋转,以实现对加工元件的五轴联动加工处理。
在一些实施例中,工作台安装平台26的切换斜面与床身底座1成45°,而工作台切换底座25安装在该切换斜面上,也与床身底座1成45°。关于工作台切换关节平台3,其可以为一梯形块和一方形块的组合结构,该梯形块为直角梯形,其一斜角也为45°,并且该梯形块一直角的侧面为面向切换斜面,方形块则安装在该梯形块的倾斜侧面上,从而使得方形块与床身底座1平行,并将工作台4安装在方形块上,工作台4也与床身底座1平行,具体地可参阅图3。在整个工作台切换关节平台3旋转的过程中,工作台4的位置也将随之发生改变。可以理解的是,工作台安装平台26的切换斜面与床身底座1组成的夹角除了可以为45°外,也可以30°、40°、60°等夹角,在此不作具体的限定。
请结合参阅图2,X轴模组包括:X轴导轨、X轴动力装置安装座8、X轴丝杆螺母28、X轴动力装置7、X轴联轴器9、X轴丝杆10和X轴轴承座11。X轴导轨安装于床身底座1上,X轴导轨与立柱2底部连接;X轴动力装置安装座8安装于床身底座1上沿X轴导轨方向的一端;X轴丝杆螺母28与立柱2底部连接;X轴动力装置7与X轴动力装置安装座8连接,用于控制立柱2在X轴导轨方向移动;X轴丝杆10通过X轴联轴器9与X轴动力装置7的动力输出端连接;X轴轴承座11安装于床身底座1上沿X轴导轨方向的另一端,用于支撑X轴丝杆10。
在一些实施例中,可在床身底座1上铺设有两条平行的X轴导轨,该两条相互平行的X轴导轨均与立柱2底部滑动连接,使得立柱2可在X轴导轨方向上移动。X轴动力装置7可为X轴电机,为立柱2在X轴导轨方向上移动提供动力,X轴动力装置安装座8可为X轴电机座,用于安装、固定X轴电机。为更好的控制立柱2在X轴导轨方向上的移动,可在立柱2底部设置X轴丝杆螺母28,并将X轴丝杆10穿过X轴丝杆螺母28,再将X轴丝杆10的一端通过X轴联轴器9与X轴电机的输出轴连接,以此将X轴电机输出的动力传递至X轴丝杆10,从而控制立柱2在X轴导轨方向上移动,而X轴丝杆10的另一端与X轴轴承座11连接。可以理解的是,X轴动力装置7可以为电机等动力或是扭矩输出装置,在此不作具体的限定。
在一些实施例中,Y轴模组包括:Y轴导轨、Y轴动力装置安装座18、Y轴丝杆螺母27、Y轴动力装置17、Y轴联轴器19、Y轴丝杆20和Y轴轴承座21。Y轴导轨安装于立柱2的侧面,Y轴导轨与主轴平台5底部连接;Y轴动力装置安装座18安装于立柱2上沿Y轴导轨方向的一端;Y轴丝杆螺母27,与主轴平台5底部连接;Y轴动力装置17,与Y轴动力装置安装座18连接,用于控制主轴平台5在Y轴导轨方向移动;Y轴丝杆20,通过Y轴联轴器19与Y轴动力装置17的动力输出端连接;Y轴轴承座21,安装于立柱2上沿Y轴导轨方向的另一端,用于支撑Y轴丝杆20。
具体地,在立柱2面向Z轴模组的侧面上可设置有两条平行的Y轴导轨,这两条平行的Y轴导轨均与X轴模组、Z轴模组运动方向垂直,两条平行的Y轴导轨与主轴平台5底部滑动连接,使得主轴平台5可在Y轴导轨方向上移动。Y轴动力装置17安装在Y轴动力装置安装座18上,且位于Y轴导轨方向的一端,Y轴动力装置17为主轴平台5在Y轴导轨方向上运动提供动力。为更好的控制主轴平台5在Y轴导轨方向上的运动,可在主轴平台5的底部安装有Y轴丝杆螺母27,Y轴丝杆20穿过Y轴丝杆螺母27,其一端通过Y轴联轴器19与Y轴动力装置17的动力输出端连接,而Y轴丝杆20的另一端与Y轴轴承座21连接,Y轴轴承座21安装在Y轴导轨方向的另一端。可以理解的是,Y轴动力装置17可以为电机等动力或是扭矩输出装置,在此不作具体的限定。
在一些实施例中,Z轴模组包括:Z轴导轨、Z轴动力装置安装座13、Z轴丝杆螺母29、Z轴动力装置12、Z轴丝杆15、Z轴联轴器14和Z轴轴承座16。Z轴导轨安装于床身底座1上,Z轴导轨与工作台安装平台26底部连接;Z轴动力装置安装座13,安装于床身底座1上沿Z轴导轨方向的一端;Z轴丝杆螺母29,与工作台安装平台26底部连接;Z轴动力装置12与Z轴动力装置安装座13连接,用于控制工作台安装平台26在Z轴导轨方向移动;Z轴丝杆15,通过Z轴联轴器14与Z轴动力装置12的动力输出端连接;Z轴轴承座16,安装于床身底座1上沿Z轴导轨方向的另一端,用于支撑Z轴丝杆15。
具体地,在床身底座1上铺设有两条平行的Z轴导轨,Z轴导轨与X轴模组垂直,工作台安装平台26底部与该两条平行的Z轴导轨滑动连接,使得工作台安装平台26可在Z轴导轨方向上移动。在工作台安装平台26底部安装有Z轴丝杆螺母29,Z轴丝杆15穿过Z轴丝杆螺母29,并且Z轴丝杆15的一端通过Z轴联轴器14与Z轴动力装置12的动力输出端连接,从而将Z轴动力装置12输出的动力传递至工作台安装平台26,进而控制工作台安装平台26在Z轴导轨方向上移动。其中,Z轴动力装置12安装在Z轴动力装置安装座13,Z轴动力装置安装座13安装在Z轴导轨方向的一端,Z轴轴承座16安装在Z轴导轨方向的另一端,与Z轴丝杆15的另一端连接。可以理解的是,Z轴动力装置12可以为电机等动力或是扭矩输出装置,在此不作具体的限定。
请结合参阅图3和图4,在一些实施例中,工作台切换关节平台3包括:第一动力装置24和第一传动机构。第一动力装置24安装于工作台切换关节平台3的一侧面,用于为工作台4旋转提供动力;第一传动机构,用于将第一动力装置24提供的动力传递至工作台4,以控制工作台4旋转。
具体地,结合图6,第一传动机构包括:第一齿形带轮44、第二齿形带轮31、第一蜗杆32和第一涡轮33。第一齿形带轮44安装于工作台切换关节平台3内,与第一动力装置24的动力输出端连接;第二齿形带轮31通过齿形带30与第一齿形带轮44传动连接;第一蜗杆32,与第二齿形带轮31传动连接,第一蜗杆32上设有第一齿面;第一涡轮33,通过第一齿面与第一蜗杆32传动连接,并且第一涡轮33的中心轴与工作台4固定连接。
第一动力装置24启动后,将带动与其动力输出端连接的第一齿形带轮44,通过齿形带30带动第二齿形带轮31转动,第二齿形带轮31再带动第一蜗杆32旋转,第一蜗杆32和第一涡轮33可组成蜗杆涡轮传动机构,由于第一涡轮33和工作台4的中心通过轴承固定连接,因此,蜗杆涡轮传动机构将带动工作台4绕B轴旋转。其中,工作台4绕B轴旋转的角度为0-360°。
在一些实施例中,工作台切换底座25包括:第二动力装置22和第二传动机构。第二动力装置22安装于工作台切换底座25的一侧面,用于为工作台切换关节平台3旋转提供动力;第二传动机构,用于将第二动力装置22提供的动力传递至工作台切换关节平台3,以控制工作台切换关节平台3旋转。
请结合参阅图7和图8,第二传动机构包括:第一传动齿轮34、第二传动齿轮35、第二蜗杆36、第二涡轮37、第三涡轮38、第一传动输出轴39、第二传动输出轴40、第一齿轮41、第二齿轮42和大齿轮43。第一传动齿轮34,安装于工作台切换底座25内,与第二动力装置22的动力输出端连接;第二传动齿轮35,与第二传动齿轮35传动连接;第二蜗杆36,第二蜗杆36与第二传动齿轮35传动连接,第二蜗杆36上设有第二齿面和第三齿面;第二涡轮37通过第二齿面与第二蜗杆36传动连接,第二涡轮37中心处安装有第一传动输出轴39;第三涡轮38,通过第三齿面与第二蜗杆36传动连接,第三涡轮38中心处安装有第二传动输出轴40;第一齿轮41,安装于第一传动输出轴39上;第二齿轮42,安装于第二传动输出轴40上;大齿轮43,与第一齿轮41、第二齿轮42传动连接,并且大齿轮43与工作台切换关节平台3固定连接。
第二动力装置22启动后,经过第一传动齿轮34和第二传动齿轮35驱动第二蜗杆36旋转,通过第二蜗杆36、第二涡轮37和第三涡轮38组成的蜗杆涡轮传动机构分别带动第一传动输出轴39、第二传动输出轴40旋转,第一传动输出轴39带动安装在其轴上的第一齿轮41旋转,第二传动输出轴40带动安装在其轴上的第二齿轮42旋转,第一齿轮41和第二齿轮42一起配合带动大齿轮43,而大齿轮43与工作台切换关节平台3固定连接,故大齿轮43转动将带动工作台切换关节平台3绕C轴一起转动。其中,工作台切换关节平台3绕C轴为旋转角度为0-180°,从而可实现工作台4水平位置和垂直位置的转换。
在一些实施例中,为便于控制该五轴联动卧式加工中心对加工元件的处理,可在该五轴联动卧式加工中心中安装五轴数控系统23。具体地,可将五轴数控系统23安装于床身底座1上,用于控制X轴模组、Y轴模组、Z轴模组、主轴6和两轴平台的运动、旋转。
在一具体实施例中,两轴转台的初始状态如图4所示,将待加工的元件放置在工作台4上,并进行固定,同时启动五轴数控系统23。五轴数控系统23通过对X轴动力装置7和Y轴动力装置17下达控制指令,控制立柱2在X轴导轨方向上左右移动和控制主轴平台5在Y轴导轨方向上上下移动,从而使得主轴6也在X轴导轨方向和Y轴导轨方向上移动,以对待加工的元件的侧面进行加工。若需对待加工的元件的侧面进行进一步的加工,可利用五轴数控系统23对Z轴动力装置12下达指令,控制工作台安装平台26在Z轴导轨方向上移动,以使得工作台4上的待加工的元件往远离或是接近主轴6的方向移动,便于进一步地加工。若对待加工的元件的一侧面完成加工,五轴数控系统23将对工作台切换关节平台3上的第一动力装置24下达控制指令,控制工作台4进行旋转,使得待加工的元件上未进行加工的一侧面面向主轴6,以便于主轴继续对待加工的元件的侧面进行加工。
若对待加工的元件的所有侧面都完成加工,则五轴数控系统23对工作台切换底座25下达控制指令,控制工作台切换底座25对工作台切换关节平台3进行180°的旋转,旋转至如图5所示的位置。并重复上述过程,利用五轴数控系统23对X轴动力装置7和Y轴动力装置17下达指令,为立柱2在X轴导轨方向上左右移动和控制主轴平台5在Y轴导轨方向上上下移动提供动力,以使得主轴6对待加工的元件未进行加工的另一表面进行加工。也可利用五轴数控系统23对Z轴动力装置12下达指令,工作台安装平台26在Z轴导轨方向上移动提供动力,以使得工作台4上的待加工的元件往远离或是接近主轴6的方向移动,便于对待加工的元件的表面进行进一步地加工。
在本实施例中,工作台切换关节平台绕C轴为旋转角度为0-180°,实现工作台水平位置与垂直位置的转换,将需要加工的工件一次装夹在工作台上,通过X轴模组、Y轴模组和Z轴模组,能加工更加复杂的工件,实现一机多能,减少装夹次数,提高加工效率和减轻操作人员劳动强度;并且C轴与Z轴方向成45°角倾斜,在工作台处于水平位置或垂直位置时,其上装夹的工件主要切削载荷作用在45°倾斜端面上,这种结构提高了可转工位旋转工作台刚性,保证切削加工的精度。
上文对各个实施例的描述倾向于强调各个实施例之间的不同之处,其相同或相似之处可以互相参考,为了简洁,本文不再赘述。