CN223776516U - 一种车铣复合五轴联动加工中心 - Google Patents

Abstract

本实用新型的一种车铣复合五轴联动加工中心，包括底座、安装在底座上的顶梁，底座上设置第一驱动装置，第一驱动装置上传动连接有沿Y轴方向滑动的滑台，滑台上安装有摇篮转台，顶梁上安装有第二驱动装置，第二驱动装置传动连接有沿X轴方向滑动的滑枕，滑枕上安装有支撑组件，支撑组件上安装有沿Z轴方向滑动的主轴箱体，底座上还安装有刀库组件，在刀库组件内存放有不同类型的车刀和铣刀，通过换刀臂实现换刀，能够实现车铣一体，扩大了本申请加工中心的适用范围。

Description

一种车铣复合五轴联动加工中心

本申请基于2024年12月27日递交中国专利局、申请号为202423258160.4、发明名称为“一种车铣复合五轴联动加工中心”的实用新型专利申请提出优先权。

技术领域

本实用新型涉及机床相关领域，具体为一种车铣复合五轴联动加工中心。

背景技术

目前，现代制造业对复杂零件加工的需求日益增长，机床加工领域对机床的要求越来越高，加工工序进一步集约，越来越多的工件需要车铣工能，传统的三轴加工中心已经难以满足某些复杂曲面和高精度加工的要求，五轴加工中心能够实现五轴联动，可以在一个机床上完成复杂的曲面加工，车铣复合可以进一步提升机床的加工能力，但是目前部分五轴加工机床多为机械传动，存在启动慢，响应速度低，影响加工精度的问题，而且主轴箱的安装较为麻烦。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种车铣复合五轴联动加工中心，实现五轴加工的高速响应，提高加工精度，且集成车铣一体功能，提高适用范围。

为达到上述目的，本实用新型通过以下技术方案来实现的：一种车铣复合五轴联动加工中心，包括底座、安装在底座上的顶梁，所述底座上设置第一驱动装置，所述第一驱动装置上传动连接有沿Y轴方向滑动的滑台，所述滑台上安装有摇篮转台，所述顶梁上安装有第二驱动装置，所述第二驱动装置传动连接有沿X轴方向滑动的滑枕，所述滑枕上安装有支撑组件，所述支撑组件上安装有沿Z轴方向滑动的主轴箱体，所述底座上还安装有刀库组件；其中，所述支撑组件包括合围在一起的连接板、支撑板和支撑连接件；所述主轴箱体上安装有平衡气缸，所述平衡气缸的底面上设置有气缸杆，所述气缸杆的底端固定连接于所述支撑板。

进一步的技术方案，所述底座上固定安装有沿Y轴方向设置的两条第一导轨，所述第一驱动装置为Y轴直线电机，所述Y轴直线电机位于两条所述第一导轨之间，每条所述第一导轨上至少滑动设置有两个第一滑块，所述第一滑块的顶部与所述滑台固定。

进一步的技术方案，所述摇篮转台包括第一旋转单元和第二旋转单元，所述滑台上固定有驱动端，所述第一旋转单元传动连接于所述驱动端，所述第二旋转单元设置在所述第一旋转单元上。

进一步的技术方案，所述顶梁的顶面倾斜设置，且在所述顶梁的倾斜顶面上设置有两条第二导轨，所述第二驱动装置安装于两条所述第二导轨之间，所述滑枕传动连接于所述第二驱动装置，所述第二驱动装置为X轴直线电机，每根所述第二导轨上至少滑动设置有两个第二滑块，所述第二滑块与所述滑枕固定。

进一步的技术方案，所述连接板包括前安装面和后安装面，所述后安装面固定于所述滑枕上，所述前安装面上设置有凸起部分，所述凸起部分的两侧为支撑件安装面，所述支撑板固定安装在所述支撑件安装面上，所述支撑板设置有两个，所述支撑连接件安装于两个支撑板之间，用于连接两个所述支撑板。

进一步的技术方案，两个所述支撑板相互靠近的一侧面上均安装有驱动组件，所述主轴箱体插入到两个所述支撑板之间，且传动连接于所述驱动组件，所述驱动组件为Z轴直线电机。

进一步的技术方案，所述主轴箱体上固定有第三导轨，所述前安装面的凸起部分上安装有第三滑块，所述第三滑块与所述第三导轨滑动配合连接，所述前安装面的凸起部分上安装有导轨钳制元件，所述主轴箱体的底部设置有用于安装刀具主轴。

进一步的技术方案，所述平衡气缸上安装有减压阀，所述减压阀设置有进气口、出气口和排气口，所述进气口连接气源，所述出气口连接平衡气缸的气缸进气接口，所述排气口用于排出所述平衡气缸内的气体。

进一步的技术方案，所述刀库组件包括刀仓、换刀臂、刀仓支撑件，刀仓支撑件固定安装于底座，刀仓转动安装于刀仓支撑件上，刀仓支撑件上固定有刀库驱动件，所述刀库驱动件传动连接于刀仓，换刀臂位于主轴箱体和刀仓之间，所述换刀臂能够旋转和上下移动，换刀臂上固定有刀爪和滑动设置的顶刀杆。

综上所述，本实用新型具有如下有益效果：本申请中的第一驱动装置、第二驱动装置和第三驱动装置均为直线电机，且第一转动单元和第二转动单元采用直驱电机驱动，响应速度快，提高五轴加工的精度。

而且，本申请中通过配置刀库组件，在刀库组件内存放有不同类型的车刀和铣刀，通过换刀臂实现换刀，能够实现车铣一体，扩大了本申请加工中心的适用范围。

在连接板处设置有前后两个安装面，且在前安装面上设置有凸起部分，便于支撑组件各部件的拼接安装，且支撑组件呈口字型，适配主轴箱体，能够实现主轴箱体和Z轴直线电机的便捷安装。

设置有平衡气缸，能够平衡主轴箱体的重力，且减压阀的设置能够实现主轴箱体上下移动时的自动重力平衡，提高Z轴方向的移动速度，进而提高加工精度。

附图说明

为了更清楚地说明实用新型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实用新型的一些实施例，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是本申请的第一立体结构示意图；

图2是本申请的第二立体结构示意图；

图3是本申请的主轴箱体、支撑组件和滑枕的组装俯视示意图；

图4是本申请的主轴箱体和气缸杆的组装示意图；

图5是本申请的减压阀的立体示意图；

图6是本申请支撑板和支撑连接件的组装示意图；

图7是本申请连接板的第一立体示意图；

图8是本申请连接板的第二立体示意图；

图9是本申请图2中A的放大示意图；

图10是本申请刀柄的立体示意图。

图中：100、底座；101、工作台；103、第一驱动装置；104、第一导轨；105、第一滑块；200、滑台；201、摇篮转台；202、驱动端；203、第一旋转单元；204、第二旋转单元；205、支撑端；206、卡盘；300、支撑柱；301、顶梁；302、第二驱动装置；303、第二导轨；304、滑枕；305、第二滑块；306、第二滑块安装面；400、支撑组件；401、支撑板；402、支撑连接件；403、连接板；404、前安装面；405、后安装面；406、第三滑块安装面；407、导轨钳制元件安装面；408、第三滑块；409、导轨钳制元件；410、定位侧边；411、支撑件安装面；412、支撑连接件安装面；413、驱动装置安装面；414、螺纹孔；415、加工避空区域；501、主轴箱体；502、导轨安装平面；503、导轨安装定位侧边；504、第三导轨；505、主轴；506、驱动组件；601、气缸安装面；602、气缸支架；603、气缸支架安装面；604、平衡气缸；605、气缸杆；606、气缸进气接口；607、减压阀；608、进气口；609、出气口；610、排气口；700、刀库组件；701、刀仓；703、刀仓支撑件；704、刀爪；705、顶刀杆；706、刀库驱动件；801、刀柄；802、连接部；803、第一平台；804、定位键槽；805、第一圆柱段；806、夹刀部；807、第二圆柱段；808、刀具安装部。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明，本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本申请中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”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，除非另有明确的限定。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申请中的具体含义。

另外，本申请各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

结合附图1-图10所示的一种车铣复合五轴联动加工中心，包括底座100，在底座100上固定安装有两根左右对称设置的支撑柱300，在支撑柱300上固定有顶梁301，顶梁301的顶面倾斜设置，在底座100上设置有工作台101，工作台101包括滑台200和摇篮转台201，其中在滑台200的底面上对称设置有四个第一滑块安装面102，在底座100的顶面上固定有两根左右对称设置的第一导轨104，每根第一导轨104上均滑动安装有两个第一滑块105，第一滑块105共设置有四个，第一滑块105的顶面固定安装在滑台200底面上的第一滑块安装面102上，在两个第一导轨104之间安装有第一驱动装置103，第一驱动装置103与滑台200传动连接，用于驱动滑台200沿着第一导轨104的长度方向往复移动，所述顶梁301上安装有第二驱动装置302，所述第二驱动装置302传动连接有沿X轴方向滑动的滑枕304，所述滑枕304上安装有支撑组件400，所述支撑组件400上安装有沿Z轴方向滑动的主轴箱体501，主轴箱体501的底端设置有主轴505，主轴505用于安装刀具，所述底座100上还安装有刀库组件700。

优选的，设置第一导轨104的长度方向为Y轴方向，第一驱动装置103为Y轴直线电机，Y轴直线电机定子固定在底座100上，Y轴直线电机动子固定在滑台200的底面上。

优选的，摇篮转台201包括第一旋转单元203和第二旋转单元204，第一旋转单元203和第二旋转单元204分别作为本加工中心的第四轴和第五轴。

具体的，在滑台200的顶面上通过螺钉固定连接有驱动端202，所述驱动端202与所述第一旋转单元203传动连接，驱动端202带动第一旋转单元203转动，在滑台200上通过螺钉固定设置有支撑端205，第一旋转单元203转动安装在驱动端202和支撑端205之间，驱动端202内设置有第一电机，第一旋转单元203的一端传动连接于驱动端202，第一旋转单元203的另一端转动连接于支撑端205，第二旋转单元204固定在第一旋转单元203上，第二旋转单元204上设置有卡盘206，卡盘206用于夹持工件，卡盘传动连接于第二旋转单元204内的第二电机，在本实施例中，第一电机和第二电机均选用直驱电机。

优选的，在顶梁301的倾斜顶面上横向安装有两根第二导轨303，两根第二导轨303的长度方向为X轴方向，第二驱动装置302安装在两根第二导轨303之间，第二驱动装置302为X轴直线电机，X轴直线电机定子固定在顶梁301的倾斜顶面上，X轴直线电机动子固定在滑枕304上，在每根第二导轨303上均滑动设置有两个第二滑块305，滑枕304的一侧面也为倾斜设置，滑枕304的倾斜面上设置有四个第二滑块安装面306，四个第二滑块305固定在滑枕304倾斜面的第二滑块安装面306上。

优选的，滑枕304的前侧安装有支撑组件400，支撑组件400包括连接板403、支撑板401和支撑连接件402，支撑板401设置有两个，连接板403呈长方形，且连接板403分为前后两个安装面，即前安装面404和后安装面405，后安装面405上设置有加工避空区域415，以减少精加工区域，减少刮研面积，降低装配时的配研难度，提升装配效率，后安装面405通过螺钉固定在滑枕304上。

优选的，连接板403的前安装面404呈台阶状，中间设置有凸起部分，凸起部分分六处区域，且呈对称分布，其中，上、下共四处为第三滑块安装面406，中间两处为导轨钳制元件安装面407，在四个第三滑块安装面406上均通过螺钉安装有第三滑块408，在两处导轨钳制元件安装面407上通过螺钉安装有导轨钳制元件409，凸起部分的两侧边为定位侧边410，凸起部分的两侧的前安装面404为支撑件安装面411。

优选的，支撑板401分为左右两个，分别通过螺钉安装在两个支撑件安装面411上，并紧靠在定位侧边410，在两个支撑板401相互靠近的一侧面上均设置有支撑连接件安装面412，支撑连接件402的两端分别对接在两个支撑连接件安装面412上，然后通过螺钉将两个支撑板401和支撑连接件402固定。

优选的，两个支撑板401相互靠近的一侧面上均设置有驱动装置安装面413，两个驱动装置安装面413上均固定有驱动组件506，驱动组件506为Z轴直线电机，Z轴直线电机定子固定在驱动装置安装面413上，Z轴直线电机动子固定在主轴箱体501上，在主轴箱体501的后侧面上设置有向内凹陷的导轨安装平面502，导轨安装平面502的侧边为导轨安装定位侧边503，导轨安装平面502上通过螺钉安装有第三导轨504，第三导轨504设置有两个，第三导轨504与第三滑块408滑动配合。

优选的，导轨钳制元件409为气动控制，气源关闭后可实现锁紧，夹紧第三导轨504，防止主轴箱体501在重力的作用下掉落。

优选的，主轴箱体501的上方左右两侧对称设置有气缸支架安装面603，气缸支架安装面603上通过螺钉安装有气缸支架602，气缸支架602设置有两个，在每个气缸支架602上均设置有气缸安装面601，每个气缸安装面601上均通过螺钉固定安装有平衡气缸604，两个气缸支架602中心的连线经过主轴箱体501重心的垂线，且两气缸支架602间的距离最大不超过100毫米，在气缸安装面601上设置有圆孔，平衡气缸604为低摩擦气缸或者平稳气缸，气缸伸缩杆605的摩擦力远低于常规气缸，平衡气缸604倒置安装于气缸安装面601，并使用螺钉紧固，气缸伸缩杆605穿过圆孔，平衡气缸604的气缸杆605端部设置有螺纹，在两个支撑板401的顶部设置有螺纹孔414，气缸杆605的端部安装到螺纹孔内。

优选的，平衡气缸604的缸体上设置有气缸进气接口606，通入气源后可经气缸杆605顶起主轴箱体501，实现平衡主轴箱体501的重力作用，在平衡气缸进气接口606前安装有减压阀607，减压阀607为精密减压阀，减压阀607设置有进气口608、出气口609、和排气口610，减压阀607的进气口608连接气源，出气口609连接平衡气缸604的气缸进气接口606，当主轴箱体501向下移动时，气体经过减压阀607补充至平衡气缸604，维持平衡气缸604内气压稳定，通过减压阀607的作用，在主轴箱体501上下运动的过程中始终保持平衡主轴箱体501的重力，实现重力的精准平衡，进而达到Z轴直线电机只需要较小的力即可带动主轴箱体501沿Z轴快速上下移动，提高加工效率，减压阀607带有溢流功能，当主轴箱体501向上移动时，平衡气缸604内的气体减少，可通过减压阀607的排气口610将气体排出，维持平衡气缸604内气压的稳定，实现Z轴重力的精准平衡。

优选的，刀库组件700包括刀仓701、换刀臂702、刀仓支撑件703，刀仓支撑件703通过螺钉固定安装于底座100，刀仓701转动安装于刀仓支撑件703上，换刀臂702位于主轴箱体501和刀仓701之间，所述换刀臂702能够旋转和上下移动，换刀臂702的一端固定设置有刀爪704，刀爪704设有半圆形凹槽，在刀爪704的一侧滑动设有顶刀杆705，防止刀爪704夹住刀柄后脱落，刀仓701的转动由安装在刀仓支撑件703上的刀库驱动件706驱动，在刀仓701的下侧设置有刀具推出件(未图示)。换刀时，选用的刀具转动至最下方，然后被推出件(未图示)推出，换刀臂702旋转，换刀臂702一侧的刀爪704扣住主轴端刀柄801，同时，换刀臂702另一侧的刀爪704扣住刀仓701的刀柄801，换刀臂702下拉旋转180°交换，完成换刀。

优选的，刀柄801本体上端设置有与主轴505的连接部802，连接部802成锥台形，倾斜度为1:10或7:24；连接部802下端设置有第一平台803，第一平台803下方呈圆柱形，圆柱形外圈设置有定位键槽804，定位键槽804两侧设有相互平行的平面，对称且平行于刀柄801的中心轴线，刀柄801的定位键槽804下方成圆柱状，依次设置有第一圆柱段805、夹刀部806、第二圆柱段807及刀具安装部808。

优选的，主轴505的中心可旋转，主轴505中心设置有与主轴连接配合的锥孔，锥孔的下端面设置有第二平台，刀柄的锥台形连接部802及第一平台803与主轴的锥孔及第二平台可配合实现双重定位。

优选的，在滑台200的底面上以及滑枕304上均设置有气动钳夹，分别用于夹紧第一导轨104和第二导轨303。

本实用新型的一种车铣复合五轴联动加工中心，其工作原理如下：

首先将工件放置于卡盘206上，然后加工中心的坐标轴调零，Y轴直线电机能够带动滑台200沿着第一导轨104滑动，实现Y轴方向的移动，X轴直线电机工作，驱动滑枕304沿第二导轨303的长度方向，也既是X轴方向往复运动，Z轴直线电机驱动主轴箱体501沿着第三导轨504的长度也既是Z轴方向往复移动，驱动端202内的第一电机驱动第一旋转单元203旋转，实现第四轴方向的转动，第二电机驱动卡盘转动，实现第五轴方向的转动，通过X轴、Y轴、Z轴方向的往复移动，以及第三轴、第四轴的转动，来实现对工件的五轴联动加工。

选用刀具：刀仓701里存放有不同型号的车刀和铣刀，换刀臂702一侧的刀爪704扣住主轴端刀柄，同时，换刀臂702另一侧的刀爪704扣住刀仓701的刀柄，换刀臂下拉旋转180°交换，完成换刀。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本实用新型内容并加以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种车铣复合五轴联动加工中心，包括底座(100)、安装在底座(100)上的顶梁(301)，其特征在于，所述底座(100)上设置第一驱动装置(103)，所述第一驱动装置(103)上传动连接有沿Y轴方向滑动的滑台(200)，所述滑台(200)上安装有摇篮转台(201)，所述顶梁(301)上安装有第二驱动装置(302)，所述第二驱动装置(302)传动连接有沿X轴方向滑动的滑枕(304)，所述滑枕(304)上安装有支撑组件(400)，所述支撑组件(400)上安装有沿Z轴方向滑动的主轴箱体(501)，所述底座(100)上还安装有刀库组件(700)；其中，所述支撑组件(400)包括合围在一起的连接板(403)、支撑板(401)和支撑连接件(402)；所述主轴箱体(501)上安装有平衡气缸(604)，所述平衡气缸(604)的底面上设置有气缸杆(605)，所述气缸杆(605)的底端固定连接于所述支撑板(401)。

2.根据权利要求1所述的一种车铣复合五轴联动加工中心，其特征在于，所述底座(100)上固定安装有沿Y轴方向设置的两条第一导轨(104)，所述第一驱动装置(103)为Y轴直线电机，所述Y轴直线电机位于两条所述第一导轨(104)之间，每条所述第一导轨(104)上至少滑动设置有两个第一滑块(105)，所述第一滑块(105)的顶部与所述滑台(200)固定。

3.根据权利要求1所述的一种车铣复合五轴联动加工中心，其特征在于，所述摇篮转台(201)包括第一旋转单元(203)和第二旋转单元(204)，所述滑台(200)上固定有驱动端(202)，所述第一旋转单元(203)传动连接于所述驱动端(202)，所述第二旋转单元(204)设置在所述第一旋转单元(203)上。

4.根据权利要求1所述的一种车铣复合五轴联动加工中心，其特征在于，所述顶梁(301)的顶面倾斜设置，且在所述顶梁(301)的倾斜顶面上设置有两条第二导轨(303)，所述第二驱动装置(302)安装于两条所述第二导轨(303)之间，所述滑枕(304)传动连接于所述第二驱动装置(302)，所述第二驱动装置(302)为X轴直线电机，每根所述第二导轨(303)上至少滑动设置有两个第二滑块(305)，所述第二滑块(305)与所述滑枕(304)固定。

5.根据权利要求1所述的一种车铣复合五轴联动加工中心，其特征在于，所述连接板(403)包括前安装面(404)和后安装面(405)，所述后安装面(405)固定于所述滑枕(304)上，所述前安装面(404)上设置有凸起部分，所述凸起部分的两侧为支撑件安装面(411)，所述支撑板(401)固定安装在所述支撑件安装面(411)上，所述支撑板(401)设置有两个，所述支撑连接件(402)安装于两个支撑板(401)之间。

6.根据权利要求5所述的一种车铣复合五轴联动加工中心，其特征在于，两个所述支撑板(401)相互靠近的一侧面上均安装有驱动组件(506)，所述主轴箱体(501)插入到两个所述支撑板(401)之间，且传动连接于所述驱动组件(506)，所述驱动组件(506)为Z轴直线电机。

7.根据权利要求5所述的一种车铣复合五轴联动加工中心，其特征在于，所述主轴箱体(501)上固定有第三导轨(504)，所述前安装面(404)的凸起部分上安装有第三滑块(408)，所述第三滑块(408)与所述第三导轨(504)滑动配合连接，所述前安装面(404)的凸起部分上安装有导轨钳制元件(409)，所述主轴箱体(501)的底部设置有用于安装刀具主轴(505)。

8.根据权利要求1所述的一种车铣复合五轴联动加工中心，其特征在于，所述平衡气缸(604)上安装有减压阀(607)，所述减压阀(607)设置有进气口(608)、出气口(609)和排气口(610)，所述进气口(608)连接气源，所述出气口(609)连接所述平衡气缸(604)的气缸进气接口(606)，所述排气口(610)用于排出所述平衡气缸(604)内的气体。

9.根据权利要求1所述的一种车铣复合五轴联动加工中心，其特征在于，所述刀库组件(700)包括刀仓(701)、换刀臂(702)、刀仓支撑件(703)，所述刀仓支撑件(703)固定安装于所述底座(100)，所述刀仓(701)转动安装于所述刀仓支撑件(703)上，所述刀仓支撑件(703)上固定有刀库驱动件(706)，所述刀库驱动件(706)传动连接于所述刀仓(701)，所述换刀臂(702)位于所述主轴箱体(501)和所述刀仓(701)之间，所述换刀臂(702)能够旋转和上下移动，所述换刀臂(702)上固定有刀爪(704)和滑动设置的顶刀杆(705)。