CN117943863A - 夹具位移量可调节的多轴加工机床 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种夹具位移量可调节的多轴加工机床，包括机座；以及工件夹具，所述工件夹具包括底座、载托板和至少两个夹具机构，所述底座与所述机座转动连接，所述载托板装设于所述底座上，至少两个所述夹具机构间隔设置于所述载托板上且围成有装夹腔，所述装夹腔用于收容并固定待加工工件；其中，所述夹具机构包括第一驱动件、第一传动组件和第一夹块，所述第一驱动组件与所述第一传动组件的一端驱动连接，所述第一传动组件的另一端与所述第一夹块传动连接，所述第一夹块用于与待加工工件抵接，使得所述第一驱动件能通过所述第一传动组件驱动所述第一夹块运动，以使所述第一夹块推动待加工工件相对所述载托板进行移位调节。

Description

夹具位移量可调节的多轴加工机床

技术领域

本发明涉及自动化加工机床的技术领域，尤其涉及一种夹具位移量可调节的多轴加工机床。

背景技术

多轴机床是指一台机床上除了具有常规的x、y、z三个移动坐标轴外，至少还具有一个旋转坐标轴，即4-5轴的数控机床，常用于用于机械领域中异形孔、异形表面、复杂曲面等结构加工，具有加工能力强、加工精度高等优点。

多轴机床由于要实现多个轴向上的直线运动和旋转运动，因此集成了数量众多的运动部件，受到运动惯性大的影响，各个运动部件在长时间工作后容易存现移位量误差，而多个微小的移位量误差综合起来就会表现出较大的移位量误差，直接导致的不良后果便是，加工刀具在与夹具上的工件的对位误差放大，从而造成加工误差大，加工精度低，特别是大行程运动与高精度加工在现实的多轴机床中存在很明显的矛盾。

发明内容

本发明的目的在于提供一种夹具位移量可调节的多轴加工机床，用于解决现有技术移位量误差累积大，影响加工精度，无法兼顾大行程运动和高精度加工的问题。

根据本发明的一方面，提供一种夹具位移量可调节的多轴加工机床，其包括：

机座；以及

工件夹具，所述工件夹具包括底座、载托板和至少两个夹具机构，所述底座与所述机座转动连接，所述载托板装设于所述底座上，至少两个所述夹具机构间隔设置于所述载托板上且围成有装夹腔，所述装夹腔用于收容并固定待加工工件；

其中，所述夹具机构包括第一驱动件、第一传动组件和第一夹块，所述第一驱动组件与所述第一传动组件的一端驱动连接，所述第一传动组件的另一端与所述第一夹块传动连接，所述第一夹块用于与待加工工件抵接，使得所述第一驱动件能通过所述第一传动组件驱动所述第一夹块运动，以使所述第一夹块推动待加工工件相对所述载托板进行移位调节。

在其中一个实施例中，所述夹具机构还包括第二驱动件、第二传动组件和第二夹块，所述第二驱动组件与所述第二传动组件的一端驱动连接，所述第二传动组件的另一端与所述第二夹块传动连接，所述第二夹块用于与待加工工件抵接，所述第二传动组件与所述第一传动组件相交设置，以使所述第一夹块和所述第二夹块能推动待加工工件朝不同的两个方向移动。

在其中一个实施例中，所述第一驱动件设置为第一电机，所述第一传动组件包括第一螺杆、第一螺母块和第一传动臂，所述第一电机与所述第一螺杆连接，所述第一螺母块螺接于所述第一螺杆上，所述第一螺母块通过所述第一传动臂与所述第一夹块连接；

所述第二驱动件设置为第二电机，所述第二传动组件包括第二螺杆、第二螺母块和第二传动臂，所述第二电机与所述第二螺杆连接，所述第二螺母块螺接于所述第二螺杆上，所述第二螺母块通过所述第二传动臂与所述第二夹块连接；

其中，所述第一螺杆的轴线与所述第二螺杆的轴线垂直布置，使得所述第一夹块能在所述第一传动臂的带动下推动待加工工件沿着X轴方向移动或者所述第二夹块能在所述第二传动臂的带动下推动待加工工件沿着Y轴方向移动。

在其中一个实施例中，所述载托板凹设形成有第一滑槽，所述第一传动臂可滑动地安装于所述第一滑槽内。

在其中一个实施例中，所述载托板凹设形成有第二滑槽，所述第二传动臂可滑动地安装于所述第二滑槽内。

在其中一个实施例中，所述第一夹块和/或所述第二夹块具有用于抵持待加工工件的抵持面，所述抵持面设为内凹型弧面；

和/或，所述第一夹块和/或所述第二夹块具有用于抵持待加工工件的抵持面，所述抵持面设有凹槽，所述凹槽内安装有磁吸体，所述磁吸体用于磁吸固定待加工工件；

和/或，所述第一夹块和/或所述第二夹块具有用于抵持待加工工件的抵持面，所述抵持面上设置有吸盘体。

在其中一个实施例中，所述工件夹具还包括支撑座和驱动座，所述驱动座上设置有驱动旋转组件，所述驱动旋转组件用于输出旋转驱动力，所述底座的长度方向的相对两端分别设有第一转轴体和第二转轴体，所述第一转轴体与所述支撑座转动连接，所述第二转轴体与所述驱动座转动连接，且所述第二转轴体与所述驱动旋转组件连接。

在其中一个实施例中，所述工件夹具还包括锁止件和锁配扣，所述锁止件和所述锁配扣的其中之一安装于所述底座，所述锁止件和所述锁配扣的其中另一安装于所述机座，在所述底座转动到预设位置时，所述锁止件能与所述锁配扣锁定连接。

在其中一个实施例中，所述夹具位移量可调节的多轴加工机床还包括动力源、移动座、刀具安装座和加工刀具，所述动力源安装于所述机座的顶部，所述移动座与所述动力源驱动连接并能相对所述工件夹具移动，所述刀具安装座与所述移动座连接并布置于所述工件夹具的上方，所述加工刀具装设于所述刀具安装座上。

在其中一个实施例中，所述夹具位移量可调节的多轴加工机床还包括控制器、第一位置传感器和第二位置传感器，所述控制器与所述动力源、所述第一位置传感器、所述第二位置传感器和所述夹具机构电性连接，所述第一位置传感器设置于所述刀具安装座上，所述第二位置传感器设置于所述夹具机构上，所述刀具安装座所处的第一空间坐标系与所述夹具机构所处的第二空间坐标系配合构成联动坐标系。

实施本发明实施例，将具有如下有益效果：

本方案的夹具位移量可调节的多轴加工机床工作时，待加工工件置于工件夹具的载托板上，并通过至少两个夹具机构夹紧固定于装夹腔内，其中底座相对于机座可转动，以带动待加工工件相对加工刀具可旋转调节相对倾斜度，使加工刀具能够接触待加工工件的各个部位，满足具有曲面、复杂形貌等待加工工件的加工需求；进一步地，当多轴加工机床的各运动部件因出现运动位置误差而导致加工刀具由于累积位置误差过大，影响加工刀具与待加工工件的对位精度进而影响加工精度时，至少两个夹具机构的至少其中一个的第一驱动件启动以向第一传动组件输出驱动力，从而使第一传动组件驱动第一夹块移动，第一夹块便能推动待加工工件在载托板上移动，以达到调整待加工工件与加工刀具的相对位置，从而累积位置误差，重新调整待加工工件与加工刀具的相对位置满足加工要求，保证待加工工件的加工质量，兼顾大行程运动和高精度加工。

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，下面将对实施例或现有技术描述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为一实施例所述的夹具位移量可调节的多轴加工机床的结构示意图；

图2为图1的俯视结构图；

图3为一实施例的夹具机构的结构示意图。

其中：

10、机座；20、工件夹具；21、底座；22、载托板；23、夹具机构；231、第一驱动件；232、第一螺杆；233、第一螺母块；234、第一传动臂；235、第一夹块；236、第二驱动件；237、第二螺杆；238、第二螺母块；239、第二传动臂239a、第二夹块；24、支撑座；25、驱动座；26、锁止件；27、锁配扣；30、动力源；40、移动座；50、刀具安装座；60、装夹腔。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以容许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参考图1-图2，为一个实施例所述的夹具位移量可调节的多轴加工机床，其包括机座10以及工件夹具20，工件夹具20包括底座21、载托板22和至少两个夹具机构23，底座21与机座10转动连接，载托板22装设于底座21上，至少两个夹具机构23间隔设置于载托板22上且围成有装夹腔60，装夹腔60用于收容并固定待加工工件。

其中，夹具机构23包括第一驱动件231、第一传动组件和第一夹块235，第一驱动组件与第一传动组件的一端驱动连接，第一传动组件的另一端与第一夹块235传动连接，第一夹块235用于与待加工工件抵接，使得第一驱动件231能通过第一传动组件驱动第一夹块235运动，以使第一夹块235推动待加工工件相对载托板22进行移位调节。

实施本发明实施例，将具有如下有益效果：本方案的夹具位移量可调节的多轴加工机床工作时，待加工工件置于工件夹具20的载托板22上，并通过至少两个夹具机构23夹紧固定于装夹腔60内，其中底座21相对于机座10可转动，以带动待加工工件相对加工刀具可旋转调节相对倾斜度，使加工刀具能够接触待加工工件的各个部位，满足具有曲面、复杂形貌等待加工工件的加工需求；进一步地，当多轴加工机床的各运动部件因出现运动位置误差而导致加工刀具由于累积位置误差过大，影响加工刀具与待加工工件的对位精度进而影响加工精度时，至少两个夹具机构23的至少其中一个的第一驱动件231启动以向第一传动组件输出驱动力，从而使第一传动组件驱动第一夹块235移动，第一夹块235便能推动待加工工件在载托板22上移动，以达到调整待加工工件与加工刀具的相对位置，从而累积位置误差，重新调整待加工工件与加工刀具的相对位置满足加工要求，保证待加工工件的加工质量，兼顾大行程运动和高精度加工。

在又一个实施例中，夹具机构23还包括第二驱动件236、第二传动组件和第二夹块239a，第二驱动组件与第二传动组件的一端驱动连接，第二传动组件的另一端与第二夹块239a传动连接，第二夹块239a用于与待加工工件抵接，第二传动组件与第一传动组件相交设置，以使第一夹块235和第二夹块239a能推动待加工工件朝不同的两个方向移动。由于机床多个运动部件是分别输出朝向不同方向的驱动力的，因此运动位置误差也会存在于多个不同方向，进而累积位置误差可能会在任意一个方向数值更大，因此同时为夹具机构23设计第一夹块235和第二夹块239a，更能根据实际的累积位置误差来控制第一驱动件231和/或第二驱动件236输出动力，以使第一夹块235和/或第二夹块239a推动待加工工件朝不同的方向移动调整，从而能更好的调节待加工工件与加工刀具的相对位置至实际要求。

请参阅图1和图3，具体而言，第一驱动件231设置为第一电机，第一传动组件包括第一螺杆232、第一螺母块233和第一传动臂234，第一电机与第一螺杆232连接，第一螺母块233螺接于第一螺杆232上，第一螺母块233通过第一传动臂234与第一夹块235连接；第二驱动件236设置为第二电机，第二传动组件包括第二螺杆237、第二螺母块238和第二传动臂239，第二电机与第二螺杆237连接，第二螺母块238螺接于第二螺杆237上，第二螺母块238通过第二传动臂239与第二夹块239a连接。

其中，第一螺杆232的轴线与第二螺杆237的轴线垂直布置，使得第一夹块235能在第一传动臂234的带动下推动待加工工件沿着X轴方向移动或者第二夹块239a能在第二传动臂239的带动下推动待加工工件沿着Y轴方向移动。

采用电机丝杆螺母的驱动结构设计，能充分利用螺纹传动副的传动精度、传动平稳性高等优点，进而保证第一夹块235和/或第二夹块239a推动待加工工件的移位精度，使待加工工件与加工刀具恢复获得更高的相对位置关系，提高待加工工件的加工质量。具体地第一传动臂234能驱动第一夹块235推动待加工工件沿X轴方向移动，和/或第二传动臂239能驱动第二夹块239a推动待加工工件沿Y轴方向移动，实现对待加工工件在XY轴所在平面内任意坐标位置精准微调，以获得待加工工件与加工刀具更高的相对位置精度。考虑到载托板22上空间有限，而将第一螺母块233与第一夹块235以及第二螺母块238与第二夹块239a直接相连会占用过多的横向布置及纵向移动空间，因此采用第一传动臂234和第二传动臂239分别位于第一螺母块233和第二螺母块238的上方连接并延伸至第一螺杆232和第二螺杆237的末端，能使第一夹块235和第二夹块239a分别布置在第一螺杆232和第二螺杆237就能通过第一传动臂234和第二传动臂239获得动力，这样可以很好的节省横向空间，且第一夹块235和第二夹块239a更靠近待加工工件，能直接抵接并推动待加工工件。

进一步地，载托板22凹设形成有第一滑槽，第一传动臂234可滑动地安装于第一滑槽内。载托板22凹设形成有第二滑槽，第二传动臂239可滑动地安装于第二滑槽内。通常，待加工工件为金属材质，且体积较大，因此重量也很大，第一传动臂234和第二传动臂239分别沿着第一滑槽和第二滑槽滑移，能得到滑槽侧壁的侧向支撑限位，提高第一传动臂234和第二传动臂239的刚度和移动稳定性，避免第一夹块235和第二夹块239a因推动大重量的待加工工件时发生晃动或偏斜。

在又一个实施例中，第一夹块235和/或第二夹块239a具有用于抵持待加工工件的抵持面，抵持面设为内凹型弧面。对于外轮廓为圆形的待加工工件，内凹型弧面设计的抵持面增加了与待加工工件的接触面积，且弧面配合能避免抵接力过大而发生侧滑导致推动失效，提高第一夹块235和/或第二夹块239a推动待加工工件的可靠性。

和/或，第一夹块235和/或第二夹块239a具有用于抵持待加工工件的抵持面，抵持面设有凹槽，凹槽内安装有磁吸体，磁吸体用于磁吸固定待加工工件。通过设置磁吸体与待加工工件磁吸固定，也能提高第一夹块235和/或第二夹块239a与待加工工件的抵接稳固性，进而能可靠推动待加工工件。

和/或，第一夹块235和/或第二夹块239a具有用于抵持待加工工件的抵持面，抵持面上设置有吸盘体。采用吸盘体与待加工工件吸附固定，借助吸力也能达到提高第一夹块235和/或第二夹块239a抵接及推动待加工工件可靠的效果。具体采用上述何种实施方式根据实际需要进行灵活选择即可。

在一个实施例中，工件夹具20还包括支撑座24和驱动座25，驱动座25上设置有驱动旋转组件，驱动旋转组件用于输出旋转驱动力，底座21的长度方向的相对两端分别设有第一转轴体和第二转轴体，第一转轴体与支撑座24转动连接，第二转轴体与驱动座25转动连接，且第二转轴体与驱动旋转组件连接。第一转轴体与支撑座24组装以及第二转轴体与驱动座25组装，实现底座21安装并具备相对支撑座24和驱动座25旋转的自由度，例如本申请中底座21的转动轴线与X轴平行。驱动旋转组件与第二转轴体连接，能向第二转轴体输出旋转驱动力，从而驱动底座21进行旋转，以调整待加工工件的倾斜度，以便加工刀具能切削到待加工工件的任意曲面、凹凸部位，提升机床加工能力。

请参阅图1，此外，工件夹具20还包括锁止件26和锁配扣27，锁止件26和锁配扣27的其中之一安装于底座21，锁止件26和锁配扣27的其中另一安装于机座10，在底座21转动到预设位置时，锁止件26能与锁配扣27锁定连接。从而通过锁止件26与锁配扣27锁定而约束转动到预设位置的底座21的转动自由度，保证此时待加工工件的姿态和位置稳定，避免待加工工件受到加工刀具的作用力而发生退移而影响加工质量。

可以理解的，锁止件26与锁配扣27可以是机械锁、电磁锁等其中的任意一种。

请参阅图1和图2，在一个实施例中，夹具位移量可调节的多轴加工机床还包括动力源30、移动座40、刀具安装座50和加工刀具，动力源30安装于机座10的顶部，移动座40与动力源30驱动连接并能相对工件夹具20移动，刀具安装座50与移动座40连接并布置于工件夹具20的上方，加工刀具装设于刀具安装座50上。

相较于通过夹具机构23驱动微调待加工工件的位置而言，通过动力源30驱动移动座40以带动刀具安装座50和加工刀具进行较大行程的快速移动，能进一步提高加工刀具与待加工工件二次对位的效率。可选地，动力源30采用电机+丝杠模组的动力组合、气缸+滑块导轨的动力组合等。

在其中一个实施例中，夹具位移量可调节的多轴加工机床还包括控制器、第一位置传感器和第二位置传感器，控制器与动力源30、第一位置传感器、第二位置传感器和夹具机构23电性连接，第一位置传感器设置于刀具安装座50上，第二位置传感器设置于夹具机构23上，刀具安装座50所处的第一空间坐标系与夹具机构23所处的第二空间坐标系配合构成联动坐标系。因此，第一位置传感器和第二位置传感器可将加工刀具的实时坐标值和夹具机构23的实时坐标值反馈至控制器，控制器通过分析联动坐标系，能更有效的向动力源30和夹具机构23输出更合适的指令，以使动力源30和夹具机构23分别驱动加工刀具与待加工工件进行适配移动，达到更快速且更精准调整相对位置的目的。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种夹具位移量可调节的多轴加工机床，其特征在于，包括：

机座；以及

工件夹具，所述工件夹具包括底座、载托板和至少两个夹具机构，所述底座与所述机座转动连接，所述载托板装设于所述底座上，至少两个所述夹具机构间隔设置于所述载托板上且围成有装夹腔，所述装夹腔用于收容并固定待加工工件；

其中，所述夹具机构包括第一驱动件、第一传动组件和第一夹块，所述第一驱动组件与所述第一传动组件的一端驱动连接，所述第一传动组件的另一端与所述第一夹块传动连接，所述第一夹块用于与待加工工件抵接，使得所述第一驱动件能通过所述第一传动组件驱动所述第一夹块运动，以使所述第一夹块推动待加工工件相对所述载托板进行移位调节。

2.根据权利要求1所述的夹具位移量可调节的多轴加工机床，其特征在于，所述夹具机构还包括第二驱动件、第二传动组件和第二夹块，所述第二驱动组件与所述第二传动组件的一端驱动连接，所述第二传动组件的另一端与所述第二夹块传动连接，所述第二夹块用于与待加工工件抵接，所述第二传动组件与所述第一传动组件相交设置，以使所述第一夹块和所述第二夹块能推动待加工工件朝不同的两个方向移动。

3.根据权利要求2所述的夹具位移量可调节的多轴加工机床，其特征在于，所述第一驱动件设置为第一电机，所述第一传动组件包括第一螺杆、第一螺母块和第一传动臂，所述第一电机与所述第一螺杆连接，所述第一螺母块螺接于所述第一螺杆上，所述第一螺母块通过所述第一传动臂与所述第一夹块连接；

所述第二驱动件设置为第二电机，所述第二传动组件包括第二螺杆、第二螺母块和第二传动臂，所述第二电机与所述第二螺杆连接，所述第二螺母块螺接于所述第二螺杆上，所述第二螺母块通过所述第二传动臂与所述第二夹块连接；

其中，所述第一螺杆的轴线与所述第二螺杆的轴线垂直布置，使得所述第一夹块能在所述第一传动臂的带动下推动待加工工件沿着X轴方向移动或者所述第二夹块能在所述第二传动臂的带动下推动待加工工件沿着Y轴方向移动。

4.根据权利要求3所述的夹具位移量可调节的多轴加工机床，其特征在于，所述载托板凹设形成有第一滑槽，所述第一传动臂可滑动地安装于所述第一滑槽内。

5.根据权利要求3或4所述的夹具位移量可调节的多轴加工机床，其特征在于，所述载托板凹设形成有第二滑槽，所述第二传动臂可滑动地安装于所述第二滑槽内。

6.根据权利要求2所述的夹具位移量可调节的多轴加工机床，其特征在于，所述第一夹块和/或所述第二夹块具有用于抵持待加工工件的抵持面，所述抵持面设为内凹型弧面；

和/或，所述第一夹块和/或所述第二夹块具有用于抵持待加工工件的抵持面，所述抵持面设有凹槽，所述凹槽内安装有磁吸体，所述磁吸体用于磁吸固定待加工工件；

和/或，所述第一夹块和/或所述第二夹块具有用于抵持待加工工件的抵持面，所述抵持面上设置有吸盘体。

7.根据权利要求1所述的夹具位移量可调节的多轴加工机床，其特征在于，所述工件夹具还包括支撑座和驱动座，所述驱动座上设置有驱动旋转组件，所述驱动旋转组件用于输出旋转驱动力，所述底座的长度方向的相对两端分别设有第一转轴体和第二转轴体，所述第一转轴体与所述支撑座转动连接，所述第二转轴体与所述驱动座转动连接，且所述第二转轴体与所述驱动旋转组件连接。

8.根据权利要求1所述的夹具位移量可调节的多轴加工机床，其特征在于，所述工件夹具还包括锁止件和锁配扣，所述锁止件和所述锁配扣的其中之一安装于所述底座，所述锁止件和所述锁配扣的其中另一安装于所述机座，在所述底座转动到预设位置时，所述锁止件能与所述锁配扣锁定连接。

9.根据权利要求1所述的夹具位移量可调节的多轴加工机床，其特征在于，所述夹具位移量可调节的多轴加工机床还包括动力源、移动座、刀具安装座和加工刀具，所述动力源安装于所述机座的顶部，所述移动座与所述动力源驱动连接并能相对所述工件夹具移动，所述刀具安装座与所述移动座连接并布置于所述工件夹具的上方，所述加工刀具装设于所述刀具安装座上。

10.根据权利要求9所述的夹具位移量可调节的多轴加工机床，其特征在于，所述夹具位移量可调节的多轴加工机床还包括控制器、第一位置传感器和第二位置传感器，所述控制器与所述动力源、所述第一位置传感器、所述第二位置传感器和所述夹具机构电性连接，所述第一位置传感器设置于所述刀具安装座上，所述第二位置传感器设置于所述夹具机构上，所述刀具安装座所处的第一空间坐标系与所述夹具机构所处的第二空间坐标系配合构成联动坐标系。