专利名称：三维激光加工机械的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种三维切削、磨削加工机械，尤其涉及具有五轴联动功能的三维切削、磨削加工机械。
背景技术：
2011年初至今，申请人致力于对激光切割机械研发过程中，曾在2011-5 2012-2提出多项三维五轴数控激光切割机的技术方案。如“2011. 5. 16.的一种复合驱动技术的数控激光切割机201110125783. 2和一种搭载型并联数控激光切割机201110125789. X”、“2011. 8. 16.的一种少自由度并联五轴数控激光切割机、201110234063. X和一种三维五轴数控激光切割机201110234262.0”等等。前述多个技术方案的共性是采用了并联设计理念，相对于目前主要依赖进口的激光切割机市场而言，能大幅度降低广大用户的购置成本。但目前国内尚有中低端客户，前述并联设计的设备即便成本已大幅度降低，但这些中低端
实用新型内容本实用新型针对以上问题，提供了一种能实现三维五轴联动，且成本低廉的三维激光加工机械。本实用新型的技术方案是包括机身、旋转工作台，所述机身包括相互垂直的底板和立板，所述旋转工作台水平地设置在所述底板上，还包括水平设置的横梁、水平滑板、Z向座、工作头座和摆动工作头；在所述立板的上部水平设置有导轨一，所述横梁的端头设有与所述导轨一适配的导槽一，所述横梁的导槽一与导轨一活动连接；所述横梁的一个侧面上设有水平设置的导轨二，所述水平滑板背面设有与所述导轨二适配的导槽二，所述水平滑板的导槽二与导轨二活动连接；所述水平滑板的正面设有垂直于水平面的导轨三，所述Z向座的背面设有与所述导轨三适配的导槽三，所述Z向座的导槽三与导轨三活动连接；所述工作头座固定连接在所述Z向座正面的下部；所述摆动工作头通过铰轴连接在所述工作头座的底部，所述铰轴与所述横梁上导轨一的方向一致。所述工作头为激光切割头、铣削头或磨削头。本实用新型的工作台能够相对于底板进行旋转，即绕Z轴旋转(a);横梁能够相对于立板直线移动，即沿X轴直线运动；水平滑板能相对于横梁直线移动，即沿Y轴直线运动；Z向座能相对于水平滑板直线移动，即沿Z轴直线运动；最后，工作头能对于工作头座做绕Y轴旋转运动(摆动￠)。在各运动部位均设有相应的驱动电机，各驱动电机均由一控制器所控制，即实现在三维空间内的五轴联动运动。相对于并联设计的相应机械而言，本实用新型制作更简单、成本更低廉，进行产业化的前景更好，能够大范围服务于用户，提升社会整体的生产技术水平。
图I是本实用新型的立体示意图一，图2是本实用新型的立体示意图二，图3是本实用新型的立体示意图三，图4是本实用新型使用状态参考图一， 图5是本实用新型使用状态参考图二，图6是本实用新型使用状态参考图三；图中I是底板，2是立板，21是导轨一，3是横梁，31是导轨二，32是导槽一，4是Z向座，42是导槽三，5是水平滑板，51是导轨三，52是导槽二，6是工作头座，61是摆动工作头，62是激光轨迹，7是工作台，8是工件一，81是孔槽一，82是孔槽二，9是工件二，90是切割缝；在图I中以虚线方式表示出XYZ三维坐标系。
具体实施方式
本实用新型如图1-3所示，包括机身、旋转工作台7，所述机身包括相互垂直的底板I和立板2，所述旋转工作台7水平地设置在所述底板I上，还包括水平设置的横梁3、水平滑板5、Z向座4、工作头座6和摆动工作头61 ；在所述立板2的上部水平设置有导轨一 21，所述横梁3的端头设有与所述导轨一21适配的导槽一 32，所述横梁3的导槽一 32与导轨一 21活动连接；所述横梁3的一个侧面上设有水平设置的导轨二 31，所述水平滑板5背面设有与所述导轨二 31适配的导槽二 52，所述水平滑板5的导槽二 52与导轨二 31活动连接；所述水平滑板5的正面设有垂直于水平面的导轨三51，所述Z向座4的背面设有与所述导轨三51适配的导槽三42，所述Z向座4的导槽三42与导轨三51活动连接；所述工作头座6固定连接在所述Z向座4正面的下部；所述摆动工作头61通过铰轴连接在所述工作头座6的底部，所述铰轴与所述横梁3上导轨一 21的方向一致。所述摆动工作头61为激光切割头。图1-6中以加载激光切割头为例，图中62所显示的为激光轨迹。同时工作头61不仅可以是激光切割头，还可以是装夹指状、球状刀具的铣削头或磨削头；用于实现不同场合的切削加工。以加载激光切割头的本实用新型为例本实用新型使用状态一如图4所示，对工件一 8 (卧式装夹)斜面上的孔槽一 81的加工。将工件一 8放在旋转工作台7上，利用工作头61在ZOY平面内的旋转运动和直线运动、的复合即能完成该加工。本实用新型使用状态二如图5所示，对工件一 8 (卧式工件)曲面上的孔槽二 82的加工。将工件一 8放在旋转工作台7上，利用工作头61在ZOY平面内的旋转运动和直线运动，以及在Z向上的直线运动的复合即能完成该加工。本实用新型使用状态三如图6所示，对工件二 9 (立式装夹)的加工，利用工作头61在ZOY平面内的旋转运动和直线运动、以及工作台7的转动的复合，即能完成切割缝90的加工。此外，本实用新型的设备还能适应复杂结构工件(空间曲面的表面)的预定位加工。第一种情况是利用激光束在工件空间曲面的表面上进行类似样冲的定心作用，加工出多个小通孔，多个小通孔构成切割轮廓，再采用其它切割形式，沿轮廓进行切割；第二种情况是在空间曲面的表面打孔。本实用新型的特点如下I)、切割时定位更加方便、快捷。2)、无需加工昂贵、制造难度大的三维激光切割头。一个摆动轴，实现的难度是很小的。无需三维旋转机构的前提下，实现了三维五轴激光切割。只需要一个简单的切割 头摆动机构。切IllJ头旋转机构机构复杂，切IllJ头上管线很多，各易缠绕，旋转角度要垂直轴+-360°，水平轴+-90°才能保证切割到整个下半个球面。而摆动角度正负90度时就可以完成切割，结构被大幅度简化了。可以扩展成为复合的加工中心。更换不同型号的转盘又可以具有不同的功能。—个摆动机构的研发制造成本与激光头旋转机构相比要简单容易得多了。各个关节运动的驱动机构都是相当简单就容易实现的。3)、随动控制极其简单，在XOZ平面二轴运动的合成即可。而不需要复杂的五轴联动来实现，也不需要专门的随动机构。简单的运算合成合成。Uwx=UwXsina ；Uwx=UwX cos a 04)、现有机床改造即可。5)、同时可以更加容易地进行方管、圆管切割、异性管件的切割、椭圆管的切割。尤其是对石油管路的最有很大难度的腮型缝的切割具有无可比拟的方便性，具有更好的柔性。6)、安装、更换不同的旋转台(卡盘)、工装家具，就可以扩展功能、加工范围。7)、或者将切割头部分更换成为切削刀具，也可以扩展成为切削机床使用。这些特点都是其它其它结构形式的机床所不具备的。8)、摆动轴线方向和Y轴平行。
权利要求1.三维激光加工机械，包括机身、旋转工作台，所述机身包括相互垂直的底板和立板，所述旋转工作台水平地设置在所述底板上，其特征在于，还包括水平设置的横梁、水平滑板、Z向座、工作头座和摆动工作头； 在所述立板的上部水平设置有导轨一，所述横梁的端头设有与所述导轨一适配的导槽一，所述横梁的导槽一与导轨一活动连接； 所述横梁的一个侧面上设有水平设置的导轨二，所述水平滑板背面设有与所述导轨二适配的导槽二，所述水平滑板的导槽二与导轨二活动连接； 所述水平滑板的正面设有垂直于水平面的导轨三，所述Z向座的背面设有与所述导轨三适配的导槽三，所述Z向座的导槽三与导轨三活动连接； 所述工作头座固定连接在所述Z向座正面的下部； 所述摆动工作头通过铰轴连接在所述工作头座的底部，所述铰轴与所述横梁上导轨一的方向一致。
2.根据权利要求I所述的三维激光加工机械，其特征在于，所述工作头为激光切割头、铣削头或磨削头。
专利摘要三维激光加工机械。涉及具有五轴联动功能的三维切削、磨削加工机械。提供了一种能实现三维五轴联动，且成本低廉的三维激光加工机械。包括机身、旋转工作台，所述机身包括相互垂直的底板和立板，所述旋转工作台水平地设置在所述底板上，还包括水平设置的横梁、水平滑板、Z向座、工作头座和摆动工作头；本实用新型的工作台能够相对于底板进行旋转，即绕Z轴旋转(α)；横梁能够相对于立板直线移动，即沿X轴直线运动；水平滑板能相对于横梁直线移动，即沿Y轴直线运动；Z向座能相对于水平滑板直线移动，即沿Z轴直线运动；最后，工作头能对于工作头座做绕Y轴旋转运动(摆动β)。本实用新型制作更简单、成本更低廉，进行产业化的前景更好。
文档编号B23K26/00GK202479693SQ20122011281
公开日2012年10月10日 申请日期2012年3月22日 优先权日2012年3月22日
发明者周鹏飞, 潘殿生, 胡金龙 申请人:江苏扬力数控机床有限公司