CN110167701B - 5轴加工中心 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种加工中心，更具体地说涉及这样一种加工中心，其由于床身和立柱成为一体而能够减小整个装置的尺寸，能够降低制造成本，并由于从5个轴线中的每一者产生的振动和位移快速传递至其他轴线以最小化轴线之间的相对振动和位移而能够进行高精度加工。

Description

5轴加工中心

技术领域

本发明涉及一种5轴加工中心，更具体地说涉及这样一种5轴加工中心，其允许床身和立柱成为一体，从而能够减小设备的整体尺寸并节省生产成本，并且允许在5个轴线中的每个轴线上发生的振动和位移快速传递到其它轴线，以最小化轴线之间的相对振动和位移，从而能够进行高精度加工。

背景技术

通常，加工中心是使用在三个轴线上移动的主轴来加工工件的加工机器。

此外，加工中心具有用于绕旋转轴线和垂直于旋转轴线的倾斜轴线旋转工件以用于5轴加工的工作台，并且允许主轴在三个轴线上移动并允许工件在两个轴线上移动，从而能够在总共5个轴线方向上进行加工。

这种能够进行5轴加工的加工中心通常也称为5轴加工机。

图1是示出现有的5轴现加工中心的图。

参考图1，传统的5轴加工中心10具有：床身11，其放置在地面上；立柱12，其竖立在床身11上；主轴13，其设置在立柱12上，可在立柱12上沿Y轴方向竖直移动，并且能够安装用于加工工件的工具；以及工作台14，其使得其上放置工件，能够使工件绕旋转轴线b旋转，并且能够使工件绕垂直于旋转轴线b的倾斜轴线a倾斜。

此外，尽管未示出，但是床身11和立柱12之间设置有允许立柱12可在X轴和Y轴平面上移动的鞍座。

也就是说，因为主轴13可在X轴、Y轴和Z轴上线性移动，并且工件可绕旋转轴线b和倾斜轴线a旋转，所以能在5个轴线上加工工件。

同时，因为立柱12与床身11分离，并且需要主轴13在三个轴线上移动，所以需要提高传统的5轴加工中心10的动态性能以减少与加工区域中的其他结构的干涉。

不可避免地增添额外的装备来提高动态性能。因此，存在的问题是设备的价格增加并且体积变大。

而且，传统的5轴加工中心10的问题在于，因为立柱12和床身11彼此分离，在主轴13中发生的振动或(热)位移难以传递到工作台14，所以轴线之间的相对位移差异很大。

换句话说，如果主轴13由于某一因素而振动，并且工作台14上的工件相对固定，则会出现主轴13和工件之间的相对位移差异变大的问题，从而降低加工精确度。

发明内容

技术问题

本发明提供一种5轴加工中心，其简化了结构，从而能够降低生产成本并实现小型化。

此外，本发明提供一种5轴加工中心，其在5轴加工期间使各轴线之间的相对位移最小化，从而能够显著提高加工精度。

此外，本发明提供了一种用于5轴加工的加工中心，其可以改善排出从工件产生的切屑的性能。

技术方案

根据本发明的一个实施方式，一种5轴加工中心，包括：基座，该基座在Y轴方向上竖立在地面上；鞍座，该鞍座附接至所述基座的第一侧表面以便能在所述Y轴方向上移动；Z轴滑枕，该Z轴滑枕联接至所述鞍座以便能沿Z轴方向移动，并具有主轴，能够在该主轴的前端上安装工具；和X轴滑枕，该X轴滑枕附接至与所述基座的所述第一侧表面正交的第二侧表面，能沿X轴方向移动，并具有工作台，能够在该工作台的面向所述主轴的前端上安装工件。所述工作台包括：工作台主体，该工作台主体能绕平行于X轴的a轴线旋转；以及工作台表面，该工作台表面能绕垂直于所述a轴线的b轴线在所述工作台主体上旋转并允许所述工件安装在该工作台表面上，并且其所述基座既用作允许所述主轴能在其上移动的立柱，又用作允许所述工作台放置在其上的床身。

在一个示例性实施方式中，从所述工件产生的切屑自由落到地面上。

在一个示例性实施方式中，所述基座具有位于所述第一侧表面和所述第二侧表面之间的第三侧表面，并且所述第三侧表面与所述第一侧表面和所述第二侧表面中的每一者形成预定角度。

在一个示例性实施方式中，当从上方观察所述基座时，在所述第三侧表面上穿过的水平线与Z轴和X轴形成三角形。

在一个示例性实施方式中，所述基座包括：所述基座包括：第四侧表面，该第四侧表面与所述第一侧表面接触；以及第五侧表面，该第五侧表面的一侧与所述第四侧表面接触并且另一侧与第二侧表面接触，并且所述第一侧表面、所述第二侧表面、所述第四侧表面或所述第五侧表面的内表面上设置有肋，当所述滑枕线性移动时，所述肋支撑所述滑枕的负载。

在一个示例性实施方式中，所述肋具有X形状。

在一个示例性实施方式中，所述5轴加工中心还包括：Y轴引导器，该Y轴引导器沿所述Y轴方向附接至所述第一侧表面，以使所述鞍座能够在所述Y轴方向上线性移动；Y轴马达，该Y轴马达固定至所述基座的预定部分；Y轴滚珠丝杠，该Y轴滚珠丝杠借助所述Y轴马达旋转，连接到所述鞍座，并通过旋转而允许所述鞍座在所述Y轴方向上线性移动；Z轴引导器，该Z轴引导器在所述Z轴方向上附接至所述鞍座，并且允许所述Z轴滑枕能在所述Z轴方向上线性移动；Z轴马达，该Z轴马达固定至所述Z轴滑枕；以及Z轴滚珠丝杠，该Z轴滚珠丝杠借助所述Z轴马达旋转，连接到所述鞍座，并通过旋转而允许所述Z轴滑枕在所述Z轴方向上线性移动。

在一个示例性实施方式中，所述5轴加工中心还包括：X轴引导器，该X轴引导器在所述X轴方向上附接至所述第二侧表面，以允许所述X轴滑枕能在所述X轴方向上线性移动；X轴马达，该X轴马达固定至所述基座的预定部分；和X轴滚珠丝杠，该X轴滚珠丝杠借助所述X轴马达旋转，连接到所述X轴滑枕，并通过旋转而允许所述X轴滑枕在所述X轴方向上线性移动。

在一个示例性实施方式中，所述5轴加工中心还包括工具库，所述工具库设置在所述基座的预定部分中并且允许工具在所述主轴上安装成被支托在所述主轴中。

在一个示例性实施方式中，所述工具库位于所述主轴上方，并且绕平行于Z轴的旋转轴线旋转多个工具，以将期望更换的工具定位在预定的工具变换位置。

有益效果

本发明具有如下优异效果。

首先，根据本发明的5轴加工中心允许一个基座用作床身和立柱以简化结构，从而能够降低生产成本并最小化刚性劣化。

此外，根据本发明的5轴加工中心允许在任何一个滑枕中发生的振动或位移迅速传递到其他滑枕，以减小滑枕之间的位移差异，从而能够显著提高加工精确度。

此外，根据本发明的5轴加工中心允许从工件产生的切屑自由落到地面而不会堆积在设备上，从而显著地促进了切屑的收集。

此外，根据本发明的5轴加工中心允许主轴的工具和工件之间的力的移动路径最小化，从而能够最大化动态性能。

附图说明

图1是示出传统的5轴加工中心的图。

图2是示出根据本发明的一个实施方式的5轴加工中心的图。

图3是根据本发明的一个实施方式的5轴加工中心的平面图。

图4是根据本发明的一个实施方式的5轴加工中心的前视图。

实施本发明的最佳模式

本发明中使用的术语选自现在广泛使用的一般术语，但在某些情况下，存在由申请人自主选择的术语。在这些情况下，应该考虑在本发明的详细描述中描述或使用的含义而不是简单术语的名称来理解其含义。

在下文中，将参考附图中示出的示例性实施方式详细描述本发明的技术特征。

然而，本发明不限于本文中描述的实施方式，而是可以以其他形式体现。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。

图2是示出根据本发明的一个实施方式的5轴加工中心的图。图3是根据本发明的一个实施方式的5轴加工中心的平面图。图4是根据本发明的一个实施方式的5轴加工中心的前视图。

参考图2和图4，5轴加工中心100(下文中称为“加工中心”)包括基座110、鞍座120、Z轴滑枕130和X轴滑枕140，能够安装工具的主轴131设置在Z轴滑枕130的前端，并且能够安装工件的工作台150设置在X轴滑枕140的前端。

具体实施方式

此外，基座110是用于支撑其他构成元件的结构，并且竖立在地面上。

此外，基座110具有五边形柱的形状，并且具有第一侧表面111、第二侧表面112、第三侧表面113、第四侧表面114和第五侧表面115。

此外，第一侧表面111与第四侧表面114接触，第四侧表面114与第五侧表面115接触，并且第二侧表面112与第五侧表面接触。

此外，第三侧表面113的一侧与第一侧表面111接触，另一侧与第二侧表面112接触。

此外，第一侧表面111和第四侧表面114、第四侧表面114和第五侧表面115以及第五侧表面115和第二侧表面112可以彼此形成90度的角度，并且第一侧表面111和第三侧表面113以及第二侧表面112和第三侧表面113可以彼此形成135度的角度。

然而，由侧表面形成的角度不必限于上述角度。

仅当连接在第三侧表面113上穿过的水平线h、X轴及Y轴相交的点时，形成三角形t。

这是为了当在第一侧表面111和第二侧表面112之间加工工件时防止工作台150、主轴131或工件与基座110干涉，并且为了沿着第三侧表面113传递当下面将要描述的Z轴滑枕130或X轴滑枕140被驱动到其他滑枕时产生的力以使力的移动路径最小化，从而使动态性能最大化。

鞍座120联接到基座110的第一侧表面111，并沿Y轴方向移动。

此外，在第一侧表面111上设置有Y轴引导器160，Y轴引导器160将第一侧表面111和鞍座120彼此紧固并允许鞍座120在Y轴方向上线性移动。

例如，Y轴引导器160可以是线性运动(LM)引导件。

此外，Y轴马达161设置在基座110的上端上，并且Y轴马达161和鞍座120使用Y轴滚珠丝杠162彼此连接。

此外，Y轴滚珠丝杠162的一侧联接到Y轴马达161的旋转轴，并且另一侧拧至鞍座120。

也就是说，Y轴滚珠丝杠162的旋转允许鞍座120可在Y轴方向上线性移动。

此外，Y轴滚珠丝杠162的一侧与Y轴马达161的旋转轴之间可以设置有能够调节动力传递的离合器。

Z轴滑枕130联接到鞍座120，以可在Z轴方向上线性移动。

此外，鞍座120具有Z轴引导器163，Z轴引导器163紧固Z轴滑枕130，使得Z轴滑枕130可在Z轴方向上移动。

此外，Z轴引导器163可以是LM引导器。

此外，能够安装能加工工件的工具并旋转所安装的工具的主轴131设置在Z轴滑枕130的前端。

此外，Z轴马达164设置在Z轴滑枕130的后端，并且Z轴马达164的旋转轴和鞍座120经由Z轴滚珠丝杠165连接。

也就是说，Z轴滑枕130、Z轴马达164和Z轴滚珠丝杠165的位置相对于彼此相对固定。

此外，Z轴滚珠丝杠165的一侧连接到Z轴马达164的旋转轴，并且另一侧拧至鞍座120。

也就是说，当Z轴滚珠丝杠165旋转时，Z轴滚珠丝杠165在鞍座120上沿Z轴方向线性移动，并且Z轴滚珠丝杠165的移动允许Z轴滑枕130在Z轴方向上线性移动。

此外，Z轴马达164和Z轴滚珠丝杠165之间可以设置有能够将Z轴马达164的动力调节到Z轴滚珠丝杠165的离合器。

此外，尽管未示出，但是可以在Z轴滑枕130内设置用于旋转主轴131的马达。

X轴滑枕140附接到基座110的第二侧表面112以可在X轴方向上线性移动，并且具有工作台150，该工作台能够安装在其面向主轴131的前端上提供的工件。

此外，工作台150包括：位于Z轴滑枕140的一端上的工作台主体151，其可绕平行于Z轴的轴线旋转；以及工作台表面152，其可在工作台主体151上绕垂直于a轴线的b轴线旋转并且能够安装工件。

也就是说，根据本发明的加工中心100允许Z轴滑枕130可在Y轴方向和Z轴方向上线性移动，允许X轴滑枕140可在X轴方向上移动，并且允许工作台150能够围绕a轴线和b轴线旋转工件，从而实现5轴加工。

此外，如图4中所示，工作台150下方不存在其他结构。

也就是说，因为当支托在工作台150上的工件被加工时产生的切屑在竖直向下的方向f上自由地落到地面上，所以可以容易地收集切屑。

此外，如图3中所示，工作台表面152具有邻近a轴线定位的下端，该a轴线是工作台主体151的旋转轴线。

这意味着可以最小化偏移距离d，偏移距离d是工作台表面152的上端与a轴线之间的距离，并且由于工件的位置变得接近a轴线，可以提高动态工作性能。

此外，基座110的第二侧表面112上设置有X轴引导器170，X轴引导器170在X轴方向上附接到基座110的第二侧表面112并连接到X轴滑枕140，以允许X轴滑枕140可在X轴方向上线性移动。

此外，X轴引导器170可以是LM引导器。

此外，基座110的侧表面上设置有X轴马达171，并且X轴马达171的旋转轴和X轴滑枕140经由X轴滚珠丝杠(未示出)连接。

也就是说，X轴滚珠丝杠的一侧连接到X轴马达171的旋转轴，并且另一侧拧至X轴滑枕140，当X轴滚珠丝杠旋转时，X轴滑枕140在X轴方向上线性移动。

这里，X轴滚珠丝杠不使用附加鞍座而直接紧固至X轴滑枕140的原因是为了使X轴和a轴线之间的距离最小化，从而提高动态工作性能。

此外，X轴马达171的旋转轴和X轴滚珠丝杠之间可以设置有能够调节动力传递的离合器。

因此，与传统的加工中心10相比，根据本发明的实施方式的加工中心100允许一个基座110用作床身11和立柱12，从而能够简化设备的结构并减小其体积。

此外，根据本发明的一个实施方式的加工中心100允许Z轴滑枕130和X轴滑枕140一起连接到基座110，以允许在其任何一个滑枕中发生的振动或(热)位移快速传递到其他滑枕，使得滑枕之间的相对位置、位移或温度的差异最小化，从而能够显著提高加工精确度。

此外，尽管未示出，但是根据本发明的实施方式的加工中心100还可以具有设置在第一侧表面111、第二侧表面112、第三侧表面113、第四侧表面114和第五侧表面115的内表面上的肋，并且当驱动Z轴滑枕130和X轴滑枕140时，肋支撑其负载以防止基座110翘曲。

此外，肋可以全部设置在基座110的各个侧表面上，或者可以仅选择性地设置在基座110的特定表面上。

此外，肋可以具有X形状，其即使当滑枕130和140在任何方向上线性移动也可以支撑负载并且允许肋中产生的力能够集中在X轴、Y轴或Z轴上，从而能够改善动态性能。

此外，虽然未示出，但是根据本发明的一个实施方式的加工中心100还可以具有工具库，该工具库设置在基座110的上端上并且允许工具在主轴131上安装成支托在主轴131上。

此外，工具库设置成圆形形状，可以绕平行于Z轴的C轴线旋转，并且允许工具被径向支托在其外周上。

此外，工具库绕C轴线旋转以将预定工具定位在期望的工具变换位置，然后允许该工具安装在主轴131上或者允许安装工具可被更换。

工业实用性

如上所述，本发明提供了一种用于5轴加工的加工中心，其简化了结构，从而能够降低生产成本并实现小型化。

本发明不受上述实施方式和附图限制，并且对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以做出各种替换、变型和等同的其他实施方式。

Claims (1)

1.一种5轴加工中心，该5轴加工中心包括：

基座，该基座具有五边形柱的形状，该五边形柱包括第一侧表面、第二侧表面、第三侧表面、第四侧表面和第五侧表面，并且该基座在Y轴方向上竖立在地面上；

鞍座，该鞍座附接至所述基座的所述第一侧表面以便能在所述Y轴方向上移动；

Z轴滑枕，该Z轴滑枕联接至所述鞍座以便能沿Z轴方向移动；

主轴，该主轴与所述Z轴滑枕水平地联接到所述Z轴滑枕的前端，能够安装工具并使安装的工具旋转，所述主轴与所述工具一起在所述基座外部沿所述Y轴方向和所述Z轴方向移动；

X轴滑枕，该X轴滑枕附接至与所述基座的所述第一侧表面正交的所述第二侧表面从而能沿X轴方向移动；以及

工作台，该工作台与所述X轴滑枕水平地联接到所述X轴滑枕的前端并能够安装工件，所述工作台与所述工件一起在所述基座外部沿所述X轴方向移动，

其中，在所述第一侧表面和所述第二侧表面之间的所述第三侧表面上穿过的水平线h、X轴和Z轴的交点处出现三角形t，使得在所述第三侧表面的前面形成加工所述工件的空间，所述工作台包括：工作台主体，该工作台主体能绕平行于所述X轴的a轴线旋转；以及工作台表面，该工作台表面能绕垂直于所述a轴线的b轴线在所述工作台主体上旋转并允许所述工件安装在该工作台表面上，并且在所述工作台的下方未形成有其他结构，从而允许加工所述工件时产生的切屑自由落到地面上，并且

其中，所述第四侧表面与所述第一侧表面接触，所述第五侧表面的一侧与所述第四侧表面接触并且另一侧与所述第二侧表面接触。

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