一种五轴联动数控机床的制作方法

1.本发明涉及机床技术领域，尤其涉及一种五轴联动数控机床。


背景技术：

2.五轴联动数控机床是一种科技含量高、精密度高、专门用于加工复杂曲面的机床，这种机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业有着举足轻重的影响力。五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段。
3.现有的五轴联动数控机床往往都是采用转台或摇篮式工作台配合x轴、y轴和z轴方向的往复运动来实现五轴加工，待加工工件被夹持在转台内或摇篮式工作台内以进行旋转动作。但实际应用中会发现为了避免工件在旋转过程中发生磕碰，往往会约束工件在某一方向上的旋转角度，这样无疑减小了加工范围，同时工件在重新装夹定位之前需要转动回位才能进行装夹操作，对加工效率有所影响。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种五轴联动数控机床，旨在解决上述技术问题。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种五轴联动数控机床，包括底架和固定设置在底架上的支撑架，所述底架上设置有y轴组件，所述y轴组件上连接有底板，所述底板上端安装有夹具组件，所述支撑架上设置有x轴组件，所述x轴组件上连接有背板架，所述背板架上设置有z轴组件，所述z轴组件与升降平台相连接，所述升降平台上安装有刀架回转组件，所述刀架回转组件与固定刀架相连接，所述固定刀架上设置有刀具回转组件；
7.所述夹具组件包括底盘、卡盘、活动块、与活动块一一对应的移动座以及设置在移动座上的夹紧卡爪，所述底盘与卡盘装配连接，所述底盘中央转动安装有联动齿轮，所述活动块设置有多个且均匀分布在底盘上，每个所述活动块靠近联动齿轮的一侧均通过齿槽与联动齿轮齿接配合，所述活动块带动对应的移动座及夹紧卡爪沿卡盘径向方向同步移动；
8.所述刀架回转组件包括刀架回转电机和刀架回转轮盘，所述刀架回转电机固定设置在升降平台上，所述刀架回转电机的输出端通过刀架回转带与刀架回转轮盘传动连接，所述刀架回转轮盘底部固定连接有第一连接轴，所述第一连接轴通过第一轴承与升降平台转动配合，所述第一连接轴贯穿升降平台与固定刀架相连接；
9.所述刀具回转组件包括刀具回转电机和刀具回转轮盘，所述刀具回转电机固定设置在固定刀架上，所述刀具回转电机的输出端通过刀具回转带与刀具回转轮盘传动连接，所述刀具回转轮盘一侧固定连接有第二连接轴，所述第二连接轴通过第二轴承与固定刀架转动配合，所述第二连接轴贯穿固定刀架与刀具组件相连接。
10.作为本发明进一步的方案：其中一个所述活动块内部沿长度方向螺纹贯穿连接有驱动杆，其余所述活动块内部沿长度方向滑动贯穿连接有导杆，所述驱动杆通过联动齿轮
带动每个活动块沿各自的长度方向进行直线位移。
11.作为本发明进一步的方案：所述卡盘上设置有与移动座相对应的t型滑槽，所述移动座与t型滑槽滑动配合，所述移动座内部设置有活动调节块，所述夹紧卡爪通过固定螺栓与活动调节块相连接。
12.作为本发明进一步的方案：所述活动块上端面上设置有驱动斜槽，所述移动座底面设置有与驱动斜槽相适配的斜滑块，所述活动块通过驱动斜槽与斜滑块之间的挤压作用带动移动座实现径向移动。
13.作为本发明进一步的方案：所述刀具组件包括刀具电机、电机支架以及刀具主体，所述刀具电机固定安装于电机支架内，所述刀具电机的输出端与刀具主体相连接，所述第二连接轴贯穿固定刀架与电机支架固定连接。
14.作为本发明进一步的方案：所述x轴组件包括x轴螺杆驱动副、x轴光杆以及x轴限位开关，所述背板架滑动配合安装于x轴光杆上，所述x轴螺杆驱动副螺纹驱动背板架沿x轴光杆直线移动，所述x轴限位开关设置在支撑架的两端，所述背板架上设置有与x轴限位开关相对应的x轴挡块。
15.作为本发明进一步的方案：所述y轴组件包括y轴螺杆驱动副、y轴光杆以及y轴限位开关，所述底板滑动配合安装于y轴光杆上，所述y轴螺杆驱动副螺纹驱动底板沿y轴光杆直线移动，所述y轴限位开关设置在底架的两端，所述底板上设置有与y轴限位开关相对应的y轴挡块。
16.作为本发明进一步的方案：所述z轴组件包括z轴螺杆驱动副、z轴光杆以及z轴限位开关，所述升降平台滑动配合安装于z轴光杆上，所述z轴螺杆驱动副螺纹驱动升降平台沿z轴光杆直线移动，所述z轴限位开关设置在背板架的上下两端，所述升降平台上设置有与z轴限位开关相对应的z轴挡块。
17.本发明的有益效果：
18.(1)本发明利用刀架回转组件带动刀具组件实现绕z轴的旋转动作，同时利用刀具回转组件带动刀具组件实现绕y轴的旋转动作，配合x轴组件、y轴组件以及z轴组件的往复运动，使得刀具能够实现相对于待加工工件进行五个自由度方向上的多维度多角度加工，相较于传统五轴联动数控机床利用转台或摇篮式工作台带动工件进行转动的加工方式，本发明结合应用刀架回转组件和刀具回转组件，在同样保证了五轴加工的前提下避免了工件转动过程，从而能够提高加工范围，并且工件在重新装夹定位时无需转动回位，简化了工件装夹过程，有利于提高加工效率；
19.(2)本发明中的活动块均通过齿槽与联动齿轮相啮合，当其中一个活动块沿着长度方向进行直线位移，将会带动联动齿轮转动，进而带动其他均匀分布的活动块同步进行直线位移，同时每个活动块在直线位移过程中会带动移动座以及夹紧卡爪沿着卡盘径向方向同步移动，从而实现夹紧卡爪的同步驱动，保证了同步夹紧的定心作用。
附图说明
20.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
21.图1是本发明的整体结构示意图；
22.图2是本发明中x轴组件的结构示意图；
23.图3是本发明中z轴组件的结构示意图；
24.图4是本发明中刀架回转组件和刀具回转组件的结构示意图；
25.图5是本发明中刀具组件的结构示意图；
26.图6是本发明中y轴组件的结构示意图；
27.图7是本发明中夹具组件的结构示意图；
28.图8是本发明中夹具组件的结构爆炸图。
29.图中：1、底架；11、支撑架；12、底板；2、x轴组件；21、x轴螺杆驱动副；22、x轴光杆；3、y轴组件；31、y轴螺杆驱动副；32、y轴光杆；4、z轴组件；41、z轴螺杆驱动副；42、z轴光杆；5、夹具组件；51、底盘；52、卡盘；521、t型滑槽；53、活动块；531、驱动斜槽；54、移动座；541、斜滑块；55、夹紧卡爪；56、联动齿轮；57、活动调节块；58、驱动杆；59、导杆；6、背板架；61、升降平台；62、固定刀架；7、刀架回转组件；71、刀架回转电机；72、刀架回转轮盘；73、刀架回转带；74、第一连接轴；75、第一轴承；8、刀具回转组件；81、刀具回转电机；82、刀具回转轮盘；83、刀具回转带；84、第二连接轴；85、第二轴承；9、刀具组件；91、刀具电机；92、电机支架；93、刀具主体。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
31.请参阅图1-图3所示，本发明为一种五轴联动数控机床，包括底架1和固定设置在底架1上的支撑架11，底架1上设置有y轴组件3，y轴组件3上连接有底板12，底板12上端安装有夹具组件5，支撑架11上设置有x轴组件2，x轴组件2上连接有背板架6，背板架6上设置有z轴组件4，z轴组件4与升降平台61相连接，升降平台61上安装有刀架回转组件7，刀架回转组件7与固定刀架62相连接，固定刀架62上设置有刀具回转组件8。
32.如图7和图8所示，夹具组件5包括底盘51、卡盘52、活动块53、与活动块53一一对应的移动座54以及设置在移动座54上的夹紧卡爪55，底盘51与卡盘52装配连接，底盘51中央转动安装有联动齿轮56，活动块53设置有多个且均匀分布在底盘51上，每个活动块53靠近联动齿轮56的一侧均通过齿槽与联动齿轮56齿接配合，活动块53带动对应的移动座54及夹紧卡爪55沿卡盘52径向方向同步移动。
33.具体的，为了使得夹紧卡爪55在夹紧工件时能够实现同步定心卡紧，每个活动块53均通过齿槽与联动齿轮56相啮合，当其中一个活动块53沿着长度方向进行直线位移，将会带动联动齿轮56转动，进而带动其他均匀分布的活动块53同步进行直线位移，同时每个活动块53在直线位移过程中会带动移动座54以及夹紧卡爪55沿着卡盘52径向方向同步移动，从而实现夹紧卡爪55的同步驱动，保证了同步夹紧的定心作用。
34.如图4和图5所示，刀架回转组件7包括刀架回转电机71和刀架回转轮盘72，刀架回转电机71固定设置在升降平台61上，刀架回转电机71的输出端通过刀架回转带73与刀架回转轮盘72传动连接，刀架回转轮盘72底部固定连接有第一连接轴74，第一连接轴74通过第一轴承75与升降平台61转动配合，第一连接轴74贯穿升降平台61与固定刀架62相连接。
35.刀具回转组件8包括刀具回转电机81和刀具回转轮盘82，刀具回转电机81固定设置在固定刀架62上，刀具回转电机81的输出端通过刀具回转带83与刀具回转轮盘82传动连接，刀具回转轮盘82一侧固定连接有第二连接轴84，第二连接轴84通过第二轴承85与固定刀架62转动配合，第二连接轴84贯穿固定刀架62与刀具组件9相连接。
36.具体的，刀架回转电机71启动，通过刀架回转带73带动刀架回转轮盘72转动，刀架回转轮盘72通过第一连接轴74带动固定刀架62进行转动，从而使得固定刀架62上的刀具组件9能够实现绕z轴的旋转动作，与其同时，刀具回转电机81启动，通过刀具回转带83带动刀具回转轮盘82转动，刀具回转轮盘82通过第二连接轴84带动刀具组件9进行转动，从而使得刀具组件9能够实现绕y轴的旋转动作，配合x轴组件2、y轴组件3以及z轴组件4的往复运动，使得刀具能够实现相对于待加工工件进行五个自由度方向上的多维度多角度加工，相较于传统五轴联动数控机床利用转台或摇篮式工作台带动工件进行转动的加工方式，本发明结合应用刀架回转组件7和刀具回转组件8，在同样保证了五轴加工的前提下避免了工件转动过程，从而能够提高加工范围，并且工件在重新装夹定位时无需转动回位，简化了工件装夹过程，有利于提高加工效率。
37.进一步地，如图8所示，其中一个活动块53内部沿长度方向螺纹贯穿连接有驱动杆58，其余活动块53内部沿长度方向滑动贯穿连接有导杆59，驱动杆58通过联动齿轮56带动每个活动块53沿各自的长度方向进行直线位移。
38.具体的，驱动杆58由外部驱动源驱动以实现转动，驱动杆58在转动过程中会带动活动块53沿着驱动杆58进行直线位移，该活动块53在位移过程中会通过齿槽带动联动齿轮56进行转动，从而使得其它活动块53能够同步沿着对应的导杆59进行直线位移，进而实现了移动座54同步驱动，保证了夹紧卡爪55在夹紧工件时能够同步定心卡紧。
39.需注意的是，导杆59的两端与卡盘52连接固定，其中卡盘52上开设有与各导杆59相对应的安装孔位，而驱动杆58的两端与卡盘52转动配合，卡盘52上设置有与驱动杆58相对应的转动孔位。
40.进一步地，如图8所示，卡盘52上设置有与移动座54相对应的t型滑槽521，移动座54与t型滑槽521滑动配合，移动座54内部设置有活动调节块57，夹紧卡爪55通过固定螺栓与活动调节块57相连接。
41.具体的，为了保证移动座54径向移动时的稳定性，t型滑槽521沿卡盘52径向方向设置，且移动座54滑动安装于t型滑槽521内；同时为了调整夹紧卡爪55与卡盘52中心之间的卡紧间距，以满足不同尺寸工件的卡紧需求，在移动座54内部设置活动调节块57，以方便调整夹紧卡爪55在移动座54上的初始夹紧位置。
42.进一步地，如图8所示，活动块53上端面上设置有驱动斜槽531，移动座54底面设置有与驱动斜槽531相适配的斜滑块541，活动块53通过驱动斜槽531与斜滑块541之间的挤压作用带动移动座54实现径向移动。
43.具体的，驱动斜槽531始终与斜滑块541保持滑动配合，活动块53在沿长度方向进行直线移动的过程中，驱动斜槽531会推动斜滑块541沿卡盘52径向方向进行移动，从而使得夹紧卡爪55能够实现夹紧或松开动作。
44.进一步地，如图5所示，刀具组件9包括刀具电机91、电机支架92以及刀具主体93，刀具电机91固定安装于电机支架92内，刀具电机91的输出端与刀具主体93相连接，第二连
接轴84贯穿固定刀架62与电机支架92固定连接。
45.如图2所示，x轴组件2包括x轴螺杆驱动副21、x轴光杆22以及x轴限位开关，背板架6滑动配合安装于x轴光杆22上，x轴螺杆驱动副21螺纹驱动背板架6沿x轴光杆22直线移动，x轴限位开关设置在支撑架11的两端，背板架6上设置有与x轴限位开关相对应的x轴挡块。
46.具体的，为了实现对x轴组件2往复运动过程中在两端极限位置的限位动作，x轴限位开关设置在支撑架11的两端，背板架6上设置有x轴挡块，且x轴挡块位于两端的x轴限位开关之间，当x轴螺杆驱动副21驱动背板架6沿x轴光杆22运动到两端的极限位置时，x轴挡块触碰x轴限位开关，以停止x轴螺杆驱动副21的驱动动作，从而实现x轴方向往复运动的限位过程。
47.如图1所示，y轴组件3包括y轴螺杆驱动副31、y轴光杆32以及y轴限位开关，底板12滑动配合安装于y轴光杆32上，y轴螺杆驱动副31螺纹驱动底板12沿y轴光杆32直线移动，y轴限位开关设置在底架1的两端，底板12上设置有与y轴限位开关相对应的y轴挡块。
48.具体的，为了实现对y轴组件3往复运动过程中在两端极限位置的限位动作，y轴限位开关设置在底架1的两端，底板12上设置有y轴挡块，且y轴挡块位于两端的y轴限位开关之间，当y轴螺杆驱动副31驱动底板12沿y轴光杆32运动到两端的极限位置时，y轴挡块触碰y轴限位开关，以停止y轴螺杆驱动副31的驱动动作，从而实现y轴方向往复运动的限位过程。
49.如图3所示，z轴组件4包括z轴螺杆驱动副41、z轴光杆42以及z轴限位开关，升降平台61滑动配合安装于z轴光杆42上，z轴螺杆驱动副41螺纹驱动升降平台61沿z轴光杆42直线移动，z轴限位开关设置在背板架6的上下两端，升降平台61上设置有与z轴限位开关相对应的z轴挡块。同理，z轴限位开关与z轴挡块的在z轴方向上的限位过程与x轴、y轴相同，在此不作过多赘述。
50.本发明的工作原理：如图1-图8所示，在使用时，驱动杆58由外部驱动源驱动以实现转动，驱动杆58在转动过程中会带动活动块53沿着驱动杆58进行直线位移，该活动块53在位移过程中会通过齿槽带动联动齿轮56进行转动，从而使得其它活动块53能够同步沿着对应的导杆59进行直线位移，进而实现了移动座54同步驱动，活动块53在沿长度方向进行直线移动的过程中，驱动斜槽531会推动斜滑块541沿卡盘52径向方向进行移动，从而使得夹紧卡爪55能够实现夹紧或松开动作，保证了夹紧卡爪55在夹紧工件时能够同步定心卡紧，当夹具组件5夹紧固定好工件后，刀架回转电机71启动，通过刀架回转带73带动刀架回转轮盘72转动，刀架回转轮盘72通过第一连接轴74带动固定刀架62进行转动，从而使得固定刀架62上的刀具组件9能够实现绕z轴的旋转动作，与其同时，刀具回转电机81启动，通过刀具回转带83带动刀具回转轮盘82转动，刀具回转轮盘82通过第二连接轴84带动刀具组件9进行转动，从而使得刀具组件9能够实现绕y轴的旋转动作，配合x轴组件2、y轴组件3以及z轴组件4的往复运动，使得刀具能够实现相对于待加工工件进行五个自由度方向上的多维度多角度加工。
51.以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

技术特征：
1.一种五轴联动数控机床，包括底架(1)和固定设置在底架(1)上的支撑架(11)，其特征在于，所述底架(1)上设置有y轴组件(3)，所述y轴组件(3)上连接有底板(12)，所述底板(12)上端安装有夹具组件(5)，所述支撑架(11)上设置有x轴组件(2)，所述x轴组件(2)上连接有背板架(6)，所述背板架(6)上设置有z轴组件(4)，所述z轴组件(4)与升降平台(61)相连接，所述升降平台(61)上安装有刀架回转组件(7)，所述刀架回转组件(7)与固定刀架(62)相连接，所述固定刀架(62)上设置有刀具回转组件(8)；所述夹具组件(5)包括底盘(51)、卡盘(52)、活动块(53)、与活动块(53)一一对应的移动座(54)以及设置在移动座(54)上的夹紧卡爪(55)，所述底盘(51)与卡盘(52)装配连接，所述底盘(51)中央转动安装有联动齿轮(56)，所述活动块(53)设置有多个且均匀分布在底盘(51)上，每个所述活动块(53)靠近联动齿轮(56)的一侧均通过齿槽与联动齿轮(56)齿接配合，所述活动块(53)带动对应的移动座(54)及夹紧卡爪(55)沿卡盘(52)径向方向同步移动；所述刀架回转组件(7)包括刀架回转电机(71)和刀架回转轮盘(72)，所述刀架回转电机(71)固定设置在升降平台(61)上，所述刀架回转电机(71)的输出端通过刀架回转带(73)与刀架回转轮盘(72)传动连接，所述刀架回转轮盘(72)底部固定连接有第一连接轴(74)，所述第一连接轴(74)通过第一轴承(75)与升降平台(61)转动配合，所述第一连接轴(74)贯穿升降平台(61)与固定刀架(62)相连接；所述刀具回转组件(8)包括刀具回转电机(81)和刀具回转轮盘(82)，所述刀具回转电机(81)固定设置在固定刀架(62)上，所述刀具回转电机(81)的输出端通过刀具回转带(83)与刀具回转轮盘(82)传动连接，所述刀具回转轮盘(82)一侧固定连接有第二连接轴(84)，所述第二连接轴(84)通过第二轴承(85)与固定刀架(62)转动配合，所述第二连接轴(84)贯穿固定刀架(62)与刀具组件(9)相连接。2.根据权利要求1所述的一种五轴联动数控机床，其特征在于，其中一个所述活动块(53)内部沿长度方向螺纹贯穿连接有驱动杆(58)，其余所述活动块(53)内部沿长度方向滑动贯穿连接有导杆(59)，所述驱动杆(58)通过联动齿轮(56)带动每个活动块(53)沿各自的长度方向进行直线位移。3.根据权利要求2所述的一种五轴联动数控机床，其特征在于，所述卡盘(52)上设置有与移动座(54)相对应的t型滑槽(521)，所述移动座(54)与t型滑槽(521)滑动配合，所述移动座(54)内部设置有活动调节块(57)，所述夹紧卡爪(55)通过固定螺栓与活动调节块(57)相连接。4.根据权利要求3所述的一种五轴联动数控机床，其特征在于，所述活动块(53)上端面上设置有驱动斜槽(531)，所述移动座(54)底面设置有与驱动斜槽(531)相适配的斜滑块(541)，所述活动块(53)通过驱动斜槽(531)与斜滑块(541)之间的挤压作用带动移动座(54)实现径向移动。5.根据权利要求1所述的一种五轴联动数控机床，其特征在于，所述刀具组件(9)包括刀具电机(91)、电机支架(92)以及刀具主体(93)，所述刀具电机(91)固定安装于电机支架(92)内，所述刀具电机(91)的输出端与刀具主体(93)相连接，所述第二连接轴(84)贯穿固定刀架(62)与电机支架(92)固定连接。6.根据权利要求1所述的一种五轴联动数控机床，其特征在于，所述x轴组件(2)包括x
轴螺杆驱动副(21)、x轴光杆(22)以及x轴限位开关，所述背板架(6)滑动配合安装于x轴光杆(22)上，所述x轴螺杆驱动副(21)螺纹驱动背板架(6)沿x轴光杆(22)直线移动，所述x轴限位开关设置在支撑架(11)的两端，所述背板架(6)上设置有与x轴限位开关相对应的x轴挡块。7.根据权利要求1所述的一种五轴联动数控机床，其特征在于，所述y轴组件(3)包括y轴螺杆驱动副(31)、y轴光杆(32)以及y轴限位开关，所述底板(12)滑动配合安装于y轴光杆(32)上，所述y轴螺杆驱动副(31)螺纹驱动底板(12)沿y轴光杆(32)直线移动，所述y轴限位开关设置在底架(1)的两端，所述底板(12)上设置有与y轴限位开关相对应的y轴挡块。8.根据权利要求1所述的一种五轴联动数控机床，其特征在于，所述z轴组件(4)包括z轴螺杆驱动副(41)、z轴光杆(42)以及z轴限位开关，所述升降平台(61)滑动配合安装于z轴光杆(42)上，所述z轴螺杆驱动副(41)螺纹驱动升降平台(61)沿z轴光杆(42)直线移动，所述z轴限位开关设置在背板架(6)的上下两端，所述升降平台(61)上设置有与z轴限位开关相对应的z轴挡块。

技术总结
本发明涉及机床技术领域，尤其涉及一种五轴联动数控机床，包括底架和固定设置在底架上的支撑架，底架上设置有Y轴组件，Y轴组件上连接有底板，底板上端安装有夹具组件，支撑架上设置有X轴组件，X轴组件上连接有背板架，背板架上设置有Z轴组件，Z轴组件与升降平台相连接，升降平台上安装有刀架回转组件，刀架回转组件与固定刀架相连接，固定刀架上设置有刀具回转组件。本发明利用刀架回转组件以及刀具回转组件使得刀具能够实现相对于待加工工件进行五个自由度方向上的多维度多角度加工，并避免了工件进行转动，从而能够提高加工范围，并且工件在重新装夹定位时无需转动回位，简化了工件装夹过程，有利于提高加工效率。有利于提高加工效率。有利于提高加工效率。


技术研发人员：肖之鹏 高茂刚 赵东
受保护的技术使用者：南京开通自动化技术有限公司
技术研发日：2023.06.28
技术公布日：2023/9/9