CN217253780U - 一种摆臂型五轴机头装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种摆臂型五轴机头装置，其包括支座和摆臂机构，支座能够在x轴和y轴方向上运动。摆臂机构包括z轴驱动组件、滑座、第一摆臂组件和第二摆臂组件，z轴驱动组件设置于支座上，滑座滑动设置于支座上，z轴驱动组件与滑座连接，x轴方向垂直于y轴方向，x轴方向和y轴方向均垂直于z轴方向。第一摆臂组件设置于滑座上，第一摆臂组件能够绕第一轴线旋转，第二摆臂组件设置于第一摆臂组件上，第二摆臂组件能够绕第二轴线旋转，第一轴线垂直于第二轴线。本装置通过x轴、y轴和z轴方向的运动以及绕第一轴线和第二轴线的旋转运动实现五轴运动，适应于不同形状且带有坡口的板材切割下料，有效地保证了切割质量，提高了切割效率。

Description

一种摆臂型五轴机头装置

技术领域

本实用新型涉及激光切割技术领域，尤其涉及一种摆臂型五轴机头装置。

背景技术

激光切割机是将从激光器发射出的激光，经光路系统，聚焦成高功率密度的激光束。激光束照射到工件表面，使工件达到熔点或沸点，同时与光束同轴的高压气体将熔化或气化金属吹走。随着光束与工件相对位置的移动，最终使材料形成切缝，从而达到切割的目的。激光切割机主要用于板材切割成形的零件，而对于板材带坡口的切割下料，需使用专用机械坡口机下料，且只适用于形状规则的工件。形状复杂的坡口工件需使用铣床加工，生产效率低，加工费用高。机器人等离子坡口切割，生产工艺繁琐，编程工作量大，生产效率低。现有的激光切割机五轴机头，存在机头尺寸过大、重量超重的情况，造成激光切割机动态响应慢、切割效率低、切割质量差等问题。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点和不足，本实用新型提供一种摆臂型五轴机头装置，其解决了现有激光切割机对板材带坡口切割下料时切割效率低且切割质量差的技术问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本实用新型的摆臂型五轴机头装置包括：

支座和摆臂机构；

所述支座设置于床身上，所述支座能够在x轴和y轴方向上运动；

所述摆臂机构包括z轴驱动组件、滑座、第一摆臂组件以及第二摆臂组件；

所述z轴驱动组件设置于所述支座上，所述滑座滑动设置于所述支座上，所述z轴驱动组件与所述滑座连接以驱动所述滑座在z轴方向上运动，x轴方向垂直于y轴方向，x轴方向和y轴方向均垂直于z轴方向；

所述第一摆臂组件设置于所述滑座上，所述第一摆臂组件能够绕第一轴线旋转，所述第二摆臂组件设置于所述第一摆臂组件上，所述第二摆臂组件能够绕第二轴线旋转，所述第一轴线垂直于所述第二轴线。

可选地，所述第一摆臂组件包括第一摆臂电机、第一减速机以及摆臂；

所述第一摆臂电机和所述第一减速机均设置于所述滑座，所述第一摆臂电机的转轴与所述第一减速机连接，所述摆臂的第一端与所述第一减速机连接，所述第二摆臂组件设置于所述摆臂的第二端。

可选地，所述第二摆臂组件包括第二摆臂电机、第二减速机以及激光头连接板；

所述第二摆臂电机和所述第二减速机均设置于所述摆臂的第二端，所述第二摆臂电机的转轴与所述第二减速连接，所述激光头连接板与所述第二减速机连接；

所述第一摆臂电机的转轴与所述第二摆臂电机的转轴垂直。

可选地，所述摆臂包括相互垂直连接的第一安装臂和第二安装臂，所述第一安装臂与所述第一减速机连接，所述第二摆臂组件设置于所述第二安装臂上。

可选地，所述摆臂和所述滑座均为铸铝件。

可选地，所述第一减速机和所述第二减速机均为谐波减速机。

可选地，所述床身上沿y轴方向设置有y轴导轨和齿条，所述支座滑动设置于所述y轴导轨上；

所述支座上设置有y轴驱动组件，所述y轴驱动组件包括y轴电机、y轴减速机和齿轮；

所述齿轮通过所述y轴减速机连接所述y轴电机的转轴，所述齿轮与所述齿条啮合。

可选地，所述z轴驱动组件包括z轴电机、丝杠以及z轴导轨；

所述z轴电机通过电机座设置于所述支座上，所述z轴导轨沿z轴方向设置于所述支座上；

所述丝杠转动设置于所述支座上，所述丝杠与所述z轴导轨平行，所述丝杠与所述z轴电机的转轴连接；

所述滑座与所述z轴导轨滑动连接，所述滑座与所述丝杠通过丝母座连接。

可选地，所述z轴导轨包括相对设置的第一导轨和第二导轨；

所述第一导轨与所述第二导轨均设置于所述支座上，所述第一导轨与所述第二导轨均与z轴方向平行；

所述z轴电机位于所述第一导轨和所述第二导轨之间；

沿所述第一导轨和所述第二导轨的长度方向均间隔设置有多个导轨压块，多个所述导轨压块均与所述支座连接。

可选地，所述摆臂型五轴机头装置还包括拉力平衡器，所述拉力平衡器设置于所述支座上。

(三)有益效果

摆臂型五轴机头装置通过x轴、y轴和z轴方向的运动以及绕第一轴线和第二轴线的旋转运动实现五轴运动，激光切割头设置在摆臂型五轴机头装置，适应于不同形状且带有坡口的板材切割下料，有效地保证了切割质量，提高了切割效率，同时，摆臂型五轴机头装置结构简单，编程难度低，应用广泛。另外，摆臂型五轴机头装置还可以作为通用型机头，床身的横梁等主体不变得情况下可通过将普通三轴激光切割机机头装置更换为摆臂式五轴机头装置，让普通平面激光激光切割机升级并实现五轴加工的能力，有效地提高了摆臂型五轴机头装置的灵活性。

附图说明

图1为本实用新型的摆臂型五轴机头装置的结构示意图；

图2为本实用新型的摆臂型五轴机头装置的部分结构示意图；

图3为本实用新型的摆臂型五轴机头装置的摆臂机构的结构示意图；

图4为本实用新型的摆臂型五轴机头装置的滑座的结构示意图；

图5为本实用新型的摆臂型五轴机头装置的局部剖视图。

【附图标记说明】

100：激光头；101：三维拖链；

1：支座；2：摆臂机构；

21：第一摆臂组件；211：第一摆臂电机；212：第一减速机；213：摆臂213；

22：第二摆臂组件；221：第二摆臂电机；222：第二减速机；223：激光头连接板；

23：滑座；

24：z轴驱动组件；241：z轴电机；242：丝杠；243：z轴导轨；244：丝母座；245：第一导轨；246：第二导轨；247：导轨压块；

3：拉力平衡器；

4：y轴驱动组件；41：y轴电机；42：y轴减速机；43：齿轮。

具体实施方式

为了更好地解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。其中，本文所提及的“上”、“下”......等方位名词以图1的定向为参照。

虽然附图中显示了本实用新型的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1所示，本实用新型提供了一种摆臂型五轴机头装置，其包括支座1和摆臂机构2。支座1设置于床身上，支座1与床身上的x轴运动组件连接，从而实现x轴方向的运动，并且支座1设置有y轴驱动组件4，使支座1能够在y轴方向上运动。摆臂机构2包括z轴驱动组件24、滑座23、第一摆臂组件21以及第二摆臂组件22。z轴驱动组件24设置于支座1上，滑座23滑动设置于支座1上，z轴驱动组件24与滑座23连接以驱动滑座23在z轴方向上运动，x轴方向垂直于y轴方向，x轴方向和y轴方向均垂直于z轴方向。第一摆臂组件21设置于滑座23上，第一摆臂组件21能够绕第一轴线旋转，第二摆臂组件22设置于第一摆臂组件21上，第二摆臂组件22能够绕第二轴线旋转，第一轴线垂直于第二轴线。摆臂型五轴机头装置通过x轴、y轴和z轴方向的运动以及绕第一轴线和第二轴线的旋转运动实现五轴运动，激光切割头设置在摆臂型五轴机头装置，适应于不同形状且带有坡口的板材切割下料，有效地保证了切割质量，提高了切割效率，同时，摆臂型五轴机头装置结构简单，编程难度低，应用广泛。另外，摆臂型五轴机头装置还可以作为通用型机头，床身的横梁等主体不变得情况下可通过将普通三轴激光切割机机头装置更换为摆臂213式五轴机头装置，让普通平面激光激光切割机升级并实现五轴加工的能力，有效地提高了摆臂型五轴机头装置的灵活性。

如图2和图3所示，第一摆臂组件21包括、第一摆臂电机211、第一减速机212以及摆臂213。第一摆臂电机211和第一减速机212均设置于滑座23上，第一摆臂电机211的转轴与第一减速机212连接，摆臂213的第一端与第一减速机212连接，第二摆臂组件22设置于摆臂213的第二端。具体地，第一减速机212优选为谐波减速机，谐波减速机的波发生器与第一摆臂电机211的转轴连接，谐波减速机的刚轮与摆臂213的第一端连接。第一摆臂电机211采用激光切割机常用品牌型号的伺服电机，提高设备调试及操作的通用性能，降低调试及操作的难度，并且在保证伺服电机的优良性能的前提下，减小了部件尺寸，与采用直联式旋转执行器相比大幅降低了成本。

如图2和图3所示，第二摆臂组件22包括第二摆臂电机221、第二减速机222以及激光头连接板223。第二摆臂电机221和第二减速机222均设置于摆臂213的第二端，第二摆臂电机221的转轴与第二减速连接，第一摆臂电机211的转轴与第二摆臂电机221的转轴垂直。第二减速机222优选为谐波减速机，第二摆臂电机221采用激光切割机常用品牌型号的伺服电机，第二摆臂电机221和第二减速机222的安装结构与第一摆臂组件21相同。激光头连接板223与第二减速机222连接，激光头100安装于激光头连接板223上，第二减速机222转动带动激光头连接板223转动，可以设置限位块来限制激光头连接板223的摆动角度。

如图3所示，摆臂213为L型，摆臂213包括相互垂直连接的第一安装臂和第二安装臂，第一安装臂与第一减速机212连接，第二摆臂组件22设置于第二安装臂上。摆臂213采用铝件，L型的摆臂213结构简单且易安装，有效地降低摆臂213的重量。第二减速机222带动摆臂213转动，可以设置限位块来限制摆臂213的摆动角度。

如图2和图4所示，滑座23采用箱体式铸铝件，增强了滑座23的刚性，可承受摆臂213由于摆动而产生的较大力矩，保证整个装置工作稳定性的前提下有效减轻机头的整体重量，保证装置的高速动态响应。

进一步地，床身上沿y轴方向设置y轴导轨和齿条，支座1滑动设置于y轴导轨上。如图2和图5所示，支座1上设置有y轴驱动组件4，其中，y轴驱动组件4包括y轴电机41、y轴减速机42和齿轮43。齿轮43通过y轴减速机42连接y轴电机41的转轴，齿轮43与齿条啮合。y轴电机41优选为伺服电机，y轴电机41安装于y轴减速机42上，y轴减速机42的输入轴与y轴电机41连接，y轴减速机42输出轴安装齿轮43。支座1上设置有调整块，可调整齿轮43和齿条之间的啮合间隙，提高定位精度。齿轮43采用斜齿轮形式，传动更平稳，确保工作精度稳定可靠。齿轮43与y轴减速机42为整体部件，且要求齿轮43与y轴减速机42之间要为过盈配合，要求齿轮43热装，减小齿轮43与y轴减速机42间的反向间隙。

如图2和图5所示，z轴驱动组件24包括z轴电机241、丝杠242以及z轴导轨243。z轴电机241通过电机座设置于支座1上，z轴导轨243沿z轴方向设置于支座1上，支座1加工有导轨安装止口，作为导轨安装的定位基准，导轨安装后检测量导轨平行合格。丝杠242的第一端通过第一支撑座转动设置于电机座上，丝杠242的第二端通过第二支撑座转动设置于支座1上，z轴电机241与丝杠242的第一端通过联轴器连接，联轴器可消除z轴电机241的转轴与丝杠242的不同轴误差。丝杠242与z轴导轨243平行，丝杠242与z轴电机241的转轴连接，滑座23与z轴导轨243滑动连接，滑座23与丝杠242通过丝母座244连接，丝母座244与丝杠242间留有调整间隙，确保丝杠242与z轴导轨243平行。

如图2和图5所示，z轴导轨243包括相对设置的第一导轨245和第二导轨246，第一导轨245与第二导轨246均设置于支座1上，第一导轨245与第二导轨246均与z轴方向平行，丝杠242位于第一导轨245和第二导轨246的中间，z轴电机241也位于第一导轨245和第二导轨246之间，有效利用第一导轨245和第二导轨246之间的空间，简化z轴驱动组件24安装结构，缩小z轴驱动组件24的体积。沿第一导轨245和第二导轨246的长度方向均间隔设置有多个导轨压块247，多个导轨压块247均与支座1连接，确保第一导轨245和第二导轨246均得到可靠压紧力。导轨压块247有效地抵消了摆臂213运动时产生的偏载力，提高了摆臂213的工作稳定性，保证了加工精度。

如图1所示，摆臂型五轴机头装置还包括拉力平衡器3，拉力平衡器3设置于支座1上。设置在激光头连接板223上的激光头100与主机之间通过三维拖链101连接，三维拖链101会随着激光头100的摆动而摆动，拉力平衡器3将三维拖链101拉起，根据运动流畅性对拉力平衡器3的钢丝拉线长度进行适当地调整，避免五轴机头装置工作时三维拖链101因跟随摆臂213动作引起缠绕干涉等问题的出现。并且拉力平衡器3可随三维拖链101左右摆动，三维拖链101外部增加吊环保护三维拖链101防止拉力平衡器3的钢丝拉线将三维拖链101拉坏。三维拖链101两端安装消除应力固定件，避免因三维拖链101扭动引起端部受力损坏。

第一导轨245和第二导轨246采用导轨压块247定位紧固，可抵消摆臂机构2运动时产生的偏载力，提高工作稳定性，保证五轴加工精度。第一减速机212和第二减速机222均采用谐波减速机，保证伺服电机的优良性能，减小了部件尺寸，与采用直联式旋转执行器相比，大幅降低了成本。L型摆臂213采用铝件，结构简单，易安装，重量轻。床身横梁等主体不变得情况下可通过将普通三轴激光切割机机头装置更换为摆臂213式五轴机头装置，让普通平面激光激光切割机升级并实现五轴加工能力。拉力平衡器3将三维拖链101拉起，避免五轴机头工作时三维拖链101因跟随摆臂213动作引起缠绕干涉等问题的出现。摆臂型五轴机头装置通过x轴、y轴和z轴方向的运动以及绕第一轴线和第二轴线的旋转运动实现五轴运动，激光切割头设置在摆臂型五轴机头装置，适应于不同形状且带有坡口的板材切割下料，有效地保证了切割质量，提高了切割效率，同时，摆臂型五轴机头装置结构简单，编程难度低，应用广泛。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种摆臂型五轴机头装置，其特征在于，所述摆臂型五轴机头装置包括支座(1)和摆臂机构(2)；

所述支座(1)设置于床身上，所述支座(1)能够在x轴和y轴方向上运动；

所述摆臂机构(2)包括z轴驱动组件(24)、滑座(23)、第一摆臂组件(21)以及第二摆臂组件(22)；

所述z轴驱动组件(24)设置于所述支座(1)上，所述滑座(23)滑动设置于所述支座(1)上，所述z轴驱动组件(24)与所述滑座(23)连接以驱动所述滑座(23)在z轴方向上运动，x轴方向垂直于y轴方向，x轴方向和y轴方向均垂直于z轴方向；

所述第一摆臂组件(21)设置于所述滑座(23)上，所述第一摆臂组件(21)能够绕第一轴线旋转，所述第二摆臂组件(22)设置于所述第一摆臂组件(21)上，所述第二摆臂组件(22)能够绕第二轴线旋转，所述第一轴线垂直于所述第二轴线。

2.如权利要求1所述的摆臂型五轴机头装置，其特征在于，所述第一摆臂组件(21)包括第一摆臂电机(211)、第一减速机(212)以及摆臂(213)；

所述第一摆臂电机(211)和所述第一减速机(212)均设置于所述滑座(23)，所述第一摆臂电机(211)的转轴与所述第一减速机(212)连接，所述摆臂(213)的第一端与所述第一减速机(212)连接，所述第二摆臂组件(22)设置于所述摆臂(213)的第二端。

3.如权利要求2所述的摆臂型五轴机头装置，其特征在于，所述第二摆臂组件(22)包括第二摆臂电机(221)、第二减速机(222)以及激光头连接板(223)；

所述第二摆臂电机(221)和所述第二减速机(222)均设置于所述摆臂(213)的第二端，所述第二摆臂电机(221)的转轴与所述第二减速连接，所述激光头连接板(223)与所述第二减速机(222)连接；

所述第一摆臂电机(211)的转轴与所述第二摆臂电机(221)的转轴垂直。

4.如权利要求2所述的摆臂型五轴机头装置，其特征在于，所述摆臂(213)包括相互垂直连接的第一安装臂和第二安装臂，所述第一安装臂与所述第一减速机(212)连接，所述第二摆臂组件(22)设置于所述第二安装臂上。

5.如权利要求2所述的摆臂型五轴机头装置，其特征在于，所述摆臂(213)和所述滑座(23)均为铸铝件。

6.如权利要求3所述的摆臂型五轴机头装置，其特征在于，所述第一减速机(212)和所述第二减速机(222)均为谐波减速机。

7.如权利要求1-6任意一项所述的摆臂型五轴机头装置，其特征在于，所述床身上沿y轴方向设置有y轴导轨和齿条，所述支座(1)滑动设置于所述y轴导轨上；

所述支座(1)上设置有y轴驱动组件(4)，所述y轴驱动组件(4)包括y轴电机(41)、y轴减速机(42)和齿轮(43)；

所述齿轮(43)通过所述y轴减速机(42)连接所述y轴电机(41)的转轴，所述齿轮(43)与所述齿条啮合。

8.如权利要求1-6任意一项所述的摆臂型五轴机头装置，其特征在于，所述z轴驱动组件(24)包括z轴电机(241)、丝杠(242)以及z轴导轨(243)；

所述z轴电机(241)通过电机座设置于所述支座(1)上，所述z轴导轨(243)沿z轴方向设置于所述支座(1)上；

所述丝杠(242)转动设置于所述支座(1)上，所述丝杠(242)与所述z轴导轨(243)平行，所述丝杠(242)与所述z轴电机(241)的转轴连接；

所述滑座(23)与所述z轴导轨(243)滑动连接，所述滑座(23)与所述丝杠(242)通过丝母座(244)连接。

9.如权利要求8所述的摆臂型五轴机头装置，其特征在于，所述z轴导轨(243)包括相对设置的第一导轨(245)和第二导轨(246)；

所述第一导轨(245)与所述第二导轨(246)均设置于所述支座(1)上，所述第一导轨(245)与所述第二导轨(246)均与z轴方向平行；

所述z轴电机(241)位于所述第一导轨(245)和所述第二导轨(246)之间；

沿所述第一导轨(245)和所述第二导轨(246)的长度方向均间隔设置有多个导轨压块(247)，多个所述导轨压块(247)均与所述支座(1)连接。

10.如权利要求1-6任意一项所述的摆臂型五轴机头装置，其特征在于，所述摆臂型五轴机头装置还包括拉力平衡器(3)，所述拉力平衡器(3)设置于所述支座(1)上。

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