CN207326449U - 一种双五轴联动并行机床 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双五轴联动并行机床，包括床身，床身上设置有XYZ传动机构和UVW传动机构，XYZ传动机构中的Z轴箱体和UVW传动机构中包括的V轴箱体上分别连接一套双摆头机构，Z轴箱体和V轴箱体呈90°排布；床身上设置有可升降的装夹机构。在本实用新型中，一个床身上通过两套传动机构集成了两套双摆头机构，两个双摆头机构可以同时联动加工同一工作台上装夹工件的6个不同面，又可以单独被控制分别加工两个工作台装夹的不同工件的5个面，既提升了加工效果，又缩短了加工时间。

Description

一种双五轴联动并行机床

技术领域

本实用新型涉及加工中心机床设备技术领域，具体而言，是一种双五轴联动并行机床。

背景技术

现有的五轴联动加工中心(数控机床)由床身、龙门架、Z轴及滑板、A/C摆头机构、自动换刀的电主轴、刀库等组成；如图1所示的，床身100中央是工作区域，床身100上可设置T型槽、气动装夹机构、真空吸附台面等不同工件装夹形式工作台102，床身100上两侧设置有X轴导轨和驱动齿条103，龙门架101底部安装到X轴导轨上，同时龙门架101底部安装的驱动电机连接齿轮，齿轮啮合床身100两侧的所述驱动齿条103继而驱动龙门架101沿X轴方向运动。龙门架的横梁104上设置有Y轴导轨105，Y轴导轨105内设置丝杠106，Z轴滑枕107通过滑板固定在丝杠106上以能够沿着Y轴导轨被驱动运动。工作轴Z轴是通过导轨安装Z轴滑枕107以垂直于Y轴、X轴方向运动；Z轴底部通过安装有A/C摆头机构108带动一个可自动换刀的电主轴109运动来执行加工功能，该摆头机构108能够使得电主轴109绕X轴方向旋转形成A轴运动和绕Z轴方向旋转形成C轴运动；在该龙门架的一侧立柱上安装有可绕Z轴旋转换刀的刀库。该五轴联动加工中心擅长空间曲面加工、异形加工、镂空加工、打孔、斜孔、斜切等，工件一次装夹便可完成复杂的加工。

现有的这种五轴联动加工中心存在如下缺点：

1、加工速度慢；

2、可完成五面加工，无法加工底面。传统结构如果电主轴A轴运动将刀具向上摆到和Z轴重合时，会与摆头机构发生干涉，结合图1、2，故传统A轴摆动角度为以电主轴刀具垂直向下为原点，绕X轴摆动±120°，

3、只安装有一台电主轴，虽然可以自动换刀，但换刀过程耗时较长，效率较低。每次更换刀具时电主轴必须移动到龙门架一侧立柱上的刀库位置，将刀柄卡入刀库中的刀夹，松刀，抬起电主轴，刀盘旋转到所需刀柄位置，电主轴下降卡住刀柄，启动拉紧刀柄，将刀柄从刀夹水平移出，返回工作位置，以达到更换所需刀具的目的。这个过程需要电主轴在移动到刀库的位置的同时，将转速从工作转速降速为零，完成换刀后，刀具旋转从零加速到工作转速，返回加工位置。。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种双五轴联动并行机床，加工效率高，能够完成六面加工。

为解决上述技术问题，本实用新型采用技术方案的基本构思是：

一种双五轴联动并行机床，包括床身，床身上设置有XYZ传动机构和UVW传动机构，XYZ传动机构中的Z轴箱体和UVW传动机构中包括的V轴箱体上分别连接一套双摆头机构，Z轴箱体和V轴箱体呈90°排布；床身上设置有可升降的装夹机构。

进一步的，上述的双五轴联动并行机床中：所述床身为矩形框架式结构，所述XYZ传动机构包括：床身顶面的两横梁之间可滑动地设置有X轴箱体，X轴箱体与两横梁垂直；X轴箱体侧面滑动连接Y轴滑板，Z轴箱体可上下滑动地连接在Y轴滑板上；Z轴箱体底部连接第一双摆头机构；

所述UVW传动机构包括：床身其中一个横梁与该横梁正下方的底梁之间可滑动地设置有U轴箱体，U轴箱体垂直于地面，即垂直于横梁和底梁；U轴箱体的侧面滑动连接W轴滑板，V轴箱体滑动连接在W轴滑板上，V轴箱体与X轴箱体平行；U轴箱体近床身内部的一端连接第二双摆头机构。

进一步的，上述的双五轴联动并行机床中：床身其中一个横梁顶面设置X轴导轨齿条，X轴箱体一端通过X轴伺服电机连接齿轮与X轴导轨齿条啮合；另一横梁的侧面设有滑轨，X轴箱体的另一端滑动接入滑轨；

X轴箱体的侧面设有Y轴丝杠，该Y轴丝杠的螺母固定连接Y轴滑板其中一面；Z轴箱体的侧面设有Z轴丝杠，Z轴丝杠的螺母固定连接Y轴丝杠的另一面；Z轴丝杠与Y轴丝杠垂直，X轴箱体通过Y轴伺服电机驱动Y轴丝杠旋转；Z轴箱体通过Z轴伺服电机驱动Z轴丝杠旋转。

进一步的，上述的双五轴联动并行机床中：所述床身其中一个横梁底部设有U轴导轨齿条，U轴箱体一端通过U轴伺服电机连接齿轮与U轴导轨齿条啮合；该横梁正下方的底梁的侧面设有滑轨，U轴箱体的另一端滑动接入滑轨中；

U轴箱体的侧面设有W轴丝杠，该W轴丝杠的螺母固定连接W轴滑板其中一面；V轴箱体的侧面设有V轴丝杠，V轴丝杠的螺母固定连接W轴丝杠的另一面；V轴丝杠与W轴丝杠垂直且V轴丝杆与Y轴丝杆平行，U轴箱体通过W轴伺服电机驱动W轴丝杠旋转；V轴箱体通过V轴伺服电机驱动V轴丝杠旋转。

进一步的，上述的双五轴联动并行机床中：所述双摆头机构包括双摆头，双摆头上连接的主轴箱体包括一个双头电主轴和两个单头电主轴，三个电主轴以十字形式固定在主轴箱体上。

进一步的，上述的双五轴联动并行机床中：床身的框架内设有两工作台，工作台上设有平行于Y轴方向或X轴方向的滑轨，滑轨上滑动连接有所述装夹机构。

进一步的，上述的双五轴联动并行机床中：所述工作台设置两条平行滑轨，两滑轨上设置滑块；所述装夹机构为气动装夹机构且其固定在该滑块上用于装夹工件。

采用上述技术方案后，本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

在本实用新型中，一个床身上通过两套传动机构集成两套双摆头机构，两个双摆头机构可以同时联动加工同一工作台上装夹工件的6个不同面，又可以单独被控制分别加工两个工作台装夹的不同工件的5个面，既提升了加工效果，又缩短了加工时间。并且采用多电主轴组合式主轴箱，比单一电主轴结构可以安装更多的不同刀具，缩短了因为换刀引发的加工间隔。。

附图说明

图1是现有技术中五轴联动加工中心结构示意图；

图2是图1中所示电主轴的旋转角度示意图；

图3是本实用新型提供的一种双五轴联动并行机床结构示意图；

图4是图1中所示机床的后视图；

图5是图3中所示机床的床身内部结构示意图；

图6是图3中所示双摆头机构的结构示意图。

图中：

1-床身；2-工作台；3-工作台；4-X轴箱体；5-Y轴滑板；6-Z轴丝杠；7-Z轴伺服电机；8-X轴伺服电机；9-Y轴丝杠；10-Z轴箱体；11-X轴导轨齿条；12-第一双摆头机构；13-主轴箱体；14-主轴箱体；15-第二双摆头；16-U轴导轨齿条；17-U轴箱体；18-U轴伺服电机；19-W轴伺服电机；20-W轴丝杠；21-W轴滑板；22-V轴丝杠；23V轴伺服电机；24-V轴箱体；25-Y轴伺服电机；26-夹紧气压缸；27-工件；28-工件；29-横梁；30-横梁；31-底梁；32-滑轨；33-滑轨；34-双头电主轴；35-单头电主轴；36-单头电主轴。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明，以助于理解本实用新型的内容。

如图3-6所示，一种双五轴联动并行机床，包括床身1，床身1上设置两套传动机构，即XYZ传动机构和UVW传动机构，XYZ传动机构中的Z轴箱体和UVW传动机构中包括的V轴箱体上分别连接一套双摆头机构，Z轴箱体和V轴箱体呈90°排布以能够从不同面加工工件。XYZ传动机构用于实现X、Y、Z轴方向的传动；UVW传动机构用于实现U、V、W轴方向的传动，U轴与X轴平行，V轴与Y轴平行，W轴与Z轴平行。床身1上设置有可升降的装夹机构

所述床身1为矩形框架式结构，相当于包括两龙门架平行设置。所述XYZ传动机构包括：床身1顶面的两横梁(29，30)之间滑动连接X轴箱体4以使X轴箱体4能够沿着横梁进行X轴方向的运动，X轴箱体4与两横梁(29，30)垂直；X轴箱体4侧面(优选为朝向框架内部的一个侧面)滑动连接Z轴箱体10的滑板(下文称Y轴滑板5)以使Z轴箱体10依靠该滑板沿着X轴箱体4侧面进行Y轴方向的运动，Z轴箱体10滑动连接在Y轴滑板5上以进行Z轴方向的运动；Z轴箱体10底部连接第一双摆头机构。

所述UVW传动机构包括：床身1其中一个横梁29与该横梁正下方的底梁31之间滑动连接U轴箱体17以使U轴箱体17能够沿着横梁运动，U轴箱体17垂直于横梁，即垂直于地面，U轴箱体17运动方向与X轴箱体运动方向一致；U轴箱体17的侧面滑动连接W轴滑板21，V轴箱体24滑动连接在W轴滑板21上，以使V轴箱体24依靠该滑板能够沿着U轴箱体17侧面进行上下方向的运动，V轴箱体24在W轴滑板21上可以进行V轴方向的滑动；U轴箱体17近床身1内部的一端连接第二双摆头机构。

床身1的框架内设有两工作台(2，3)，工作台上设有Y轴方向或X轴方向的滑轨，滑轨滑动连接所述装夹机构，以使装夹机构能够在Y轴方向或X轴方向往复运动。

本实用新型一个床身1上集成两套传动机构分别带动相应的两套双摆头机构工作，还设置两工作台，则两双摆头机构可以分别单独加工两工作台上的不同工件的5个面；也可以两套双摆头机构联动加工完成同一工作台上同一工件的6个面，因为Z轴箱体与V轴箱体成90°排布，两个箱体上的双摆头机构连接的电主轴都可以进行±120°的旋转，通过升降装置将工件提高后，V轴箱体24上的电主轴可以对工件底面和侧面进行加工，Z轴箱体10上的电主轴可以对工件顶面和侧面进行加工，互相配合可以完成对工件的全面加工。

本实用新型给出的一个具体实施例中：

由于箱体具有一定厚度，为保证各部件之间的足够的安装空间和床身1内部加工空间以及美观性，所述框架式结构的床身1中，其中位于前方的横梁30向上延伸一部分以稍高于位于后方的横梁29，位于后方的底梁31向后延伸一部分以稍宽于该底梁正上方的横梁29，需说明，此处前后为相对而言的，例如具体实施时，所述V轴远离床身1框架内部的一端视为在后，为后方，对应地，第二双摆头15机构的方向为前方。较矮横梁29顶面设置X轴导轨齿条11，X轴箱体4一端通过X轴伺服电机8连接行星减速机(图中未标示)带动齿轮以与X轴导轨齿条11啮合，使得X轴箱体4能够被驱动并沿着X轴导轨齿条11实现X轴方向的往复运动；为加强X轴箱体4移动稳定性，较高横梁30的侧面设有滑轨33，X轴箱体4的另一端通过滑块连接滑轨33，能够在X轴伺服电机8驱动下，被带动着沿该滑轨往复运动；当然也可以采用本领域技术人员能够想到的其他适合的连接方式，此处不做唯一限定。

X轴箱体4的侧面设有Y轴丝杠9，该Y轴丝杠9的螺母固定连接Y轴滑板5其中一面；Z轴箱体10的侧面设有Z轴丝杠6，Z轴丝杠6的螺母固定连接Y轴丝杠9的另一面；Z轴丝杠与Y轴丝杠垂直；X轴箱体4内的Y轴伺服电机25通过同步带轮(图中未标示)带动Y轴丝杠9旋转，继而带动Y轴滑板5上的Z轴箱体10在Y轴丝杠9上进行Y轴方向的往复运动；Z轴箱体10内的Z轴伺服电机7通过皮带轮(图中未标示)带动Z轴丝杠6旋转，继而可使Z轴箱体10进行Z轴方向的上下运动。

位于后方的横梁29底部设有U轴导轨齿条16，U轴箱体17一端通过U轴伺服电机18连接行星减速机(图中未标示)带动齿轮以与U轴导轨齿条16啮合，使得U轴箱体17能够被驱动并沿着U轴导轨齿条16往复运动；为加强U轴箱体17移动稳定性，底梁31的侧面设有滑轨32，U轴箱体17的另一端通过滑块连接滑轨32，能够在U轴伺服电机18驱动下，被带动着沿该轨道往复运动。

U轴箱体17的侧面设有W轴丝杠20，该W轴丝杠20的螺母固定连接W轴滑板21其中一面；V轴箱体24的侧面设有V轴丝杠22，V轴丝杠22的螺母固定连接W轴丝杠20的另一面；V轴丝杠与W轴丝杠垂直且与Y轴丝杠平行。U轴箱体17内的W轴伺服电机19通过同步带轮(图中未标示)带动W轴丝杠20旋转，继而带动W轴滑板21上的V轴箱体24在W轴丝杠20上进行上下运动；V轴箱体24内的V轴伺服电机23通过皮带轮(图中未标示)带动V轴丝杠22旋转，继而可使V轴箱体24进行V轴方向的往复运动。

床身1的框架内设有两矩形工作台(2，3)；工作台其中一组相对的两侧边分别设置一条滑轨，一滑块接入工作台的两滑轨中能够在Y轴方向往复运动；气动装夹机构固定在该滑块上。气动装夹机构的一个具体实施例为由两个夹紧气压缸26构成用于装夹工件27，以及带动工件在垂直方向上进行上下运动。

作为其他实施方式，两工作台可以集成为一个工作台，工作台上设置四条滑轨来安装两套上述的气动装夹机构。

作为进一步改进，两双摆头机构包括A/B双摆头，双摆头(12，15)上连接的主轴箱体(13，14)包括一个大功率双头电主轴34和两个小功率单头电主轴(35，36)以十字形式固定在主轴箱体(13，14)上，这样电主轴上安装的任意相邻的两把刀夹角90°，刀尖朝外。主轴箱体(13，14)的旋转几何中心与双摆头(12，15)A轴减速机(图中未标示)的旋转中心重合，通过螺栓将主轴箱体-转接板-A轴减速机输出端固定到一起，通过A轴减速机改变主轴箱体(13，14)旋转角度。本实用新型中每一个双摆头能够安装四把不同的刀具，两个双摆头机构可以装8把刀，基本涵盖了刀具需求的最大数量。在换刀时不再需要从工作位置移动到立柱刀库位置完成换刀过程消耗时间，只需在某把刀结束加工后，双摆头旋转B轴将所需刀具移动到起始加工位置即可完成换刀开始加工。

在本实用新型中，一个床身1上通过两套传动机构集成了两套双摆头机构，两个双摆头机构可以同时联动加工同一工作台上装夹工件的6个不同面，又可以单独被控制分别加工两个工作台装夹的不同工件(27，28)的5个面，既提升了加工效果，又缩短了加工时间。

进行小型工件加工时，两个工作台分别装夹一个，一个双摆头加工一个工件，可以当做两台小型五轴加工设备使用。进行大型工件加工时，两个工作台分别装夹一个，两个双摆头分别加工工件的6个面，避免二次装夹，提高加工精度和加工效率。

实用新型采用多电主轴组合式主轴箱，比单一电主轴结构可以安装更多的不同刀具，缩短了因为换刀引发的加工间隔。

本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种双五轴联动并行机床，包括床身，其特征在于：床身上设置有XYZ传动机构和UVW传动机构，XYZ传动机构中的Z轴箱体和UVW传动机构中包括的V轴箱体上分别连接一套双摆头机构，Z轴箱体和V轴箱体呈90°排布；床身上设置有可升降的装夹机构。

2.根据权利要求1所述的双五轴联动并行机床，其特征在于：所述床身为矩形框架式结构，所述XYZ传动机构包括：床身顶面的两横梁之间滑动连接X轴箱体，X轴箱体与两横梁垂直；X轴箱体侧面滑动连接Y轴滑板，Z轴箱体滑动连接在Y轴滑板上以能够上下滑动；Z轴箱体底部连接第一双摆头机构；

所述UVW传动机构包括：床身其中一个横梁与该横梁正下方的底梁之间可滑动地设置有U轴箱体，U轴箱体垂直于横梁；U轴箱体的侧面滑动连接W轴滑板，V轴箱体滑动连接在W轴滑板上以能够平行于所述X轴箱体滑动；U轴箱体近床身内部的一端连接第二双摆头机构。

3.根据权利要求2所述的双五轴联动并行机床，其特征在于：床身其中一个横梁顶面设置X轴导轨齿条，X轴箱体一端通过X轴伺服电机连接齿轮以与X轴导轨齿条啮合；另一横梁的侧面设有滑轨并与X轴箱体的另一端滑动连接；

X轴箱体的侧面设有Y轴丝杠，该Y轴丝杠的螺母固定连接Y轴滑板其中一面；Z轴箱体的侧面设有Z轴丝杠，Z轴丝杠的螺母固定连接Y轴丝杠的另一面；Z轴丝杠与Y轴丝杠垂直；X轴箱体通过Y轴伺服电机驱动Y轴丝杠旋转；Z轴箱体通过Z轴伺服电机驱动Z轴丝杠旋转。

4.根据权利要求3所述的双五轴联动并行机床，其特征在于：所述床身其中一个横梁底部设有U轴导轨齿条，U轴箱体一端通过U轴伺服电机连接齿轮以与U轴导轨齿条啮合；该横梁正下方的底梁的侧面设有滑轨并与U轴箱体的另一端滑动连接；

U轴箱体的侧面设有W轴丝杠，W轴丝杠的螺母固定连接W轴滑板其中一面；V轴箱体的侧面设有V轴丝杠，V轴丝杠的螺母固定连接W轴丝杠的另一面；V轴丝杠与W轴丝杠垂直，且V轴丝杠与所述Y轴丝杠平行；U轴箱体通过W轴伺服电机驱动W轴丝杠旋转；V轴箱体通过V轴伺服电机驱动V轴丝杠旋转。

5.根据权利要求1-4任一项所述的双五轴联动并行机床，其特征在于：所述双摆头机构包括双摆头，双摆头上连接的主轴箱体包括一个双头电主轴和两个 单头电主轴，三个电主轴以十字形式固定在主轴箱体上。

6.根据权利要求5所述的双五轴联动并行机床，其特征在于：床身的框架内设有两工作台，工作台上设有滑轨，滑轨滑动连接所述装夹机构。

7.根据权利要求6所述的双五轴联动并行机床，其特征在于：所述工作台设置两条平行滑轨，两滑轨中设置滑块；所述装夹机构为气动装夹机构且其固定在该滑块上用于装夹工件。