一种小型化龙门式五轴加工设备的制作方法

本发明涉及一种小型化龙门式五轴加工设备，属于机床设计技术领域。

背景技术：
：

现如今五轴加工中心作为一种高端数控加工设备，相对于一般三轴数控机床，理论上使用五轴加工中心只需要对工件进行一次装夹就可完成工件复杂空间型面的加工，并且整个加工过程中可保持刀具与工件表面垂直，理论上不仅避免了多次装夹而且合理的刀具运动姿态可以延长刀具使用寿命，提高加工精度和加工效率。

但是现有的五轴加工中心普遍体积较大，整体结构强度不足，难以达到设计时理论的工件加工精度，现有的五轴加工中心在工件的上下料过程中，仍然需要耗费大量安装和调整时间，生产效率较低。

有鉴于上述的缺陷，以期创设一种小型化龙门式五轴加工中心，使其更具有产业上的利用价值。

技术实现要素：
：

针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种小型化龙门式五轴加工设备。

本发明的一种小型化龙门式五轴加工设备，它包含床身底座、X轴导轨、X轴拖板、双回转工作台、立柱、移动式刀库、横梁、Y轴导轨、Y轴拖板、Z轴导轨、主轴滑枕、机械臂、对刀仪、环形排料装置，床身底座前部固定设置有X轴导轨，X轴导轨为三根在空间呈三角形布局的相互平行的直线导轨，X轴导轨上安装有沿X向移动的X轴拖板，X轴拖板上安装有双回转工作台，床身底座前部还安装有第一电机座和第一尾端座，第一电机座和第一尾端座之间设有X轴丝杆，X轴丝杆与X轴拖板的螺母法兰面结合，通过X轴电机驱动X轴拖板沿X向运动，床身底座上还安装有两个立柱，两个立柱之间安装有移动式刀库，两个立柱上安装有横梁，横梁上固定设置有Y轴导轨，Y轴导轨为三根在空间呈三角形布局的相互平行的直线导轨，Y轴导轨上安装有沿Y向移动的Y轴拖板，横梁上还安装有第二电机座和第二尾端座，第二电机座和第二尾端座之间设有Y轴丝杆，Y轴丝杆与Y轴拖板螺母法兰面结合，通过Y轴电机驱动Y轴拖板沿Y向运动，Y轴拖板上固定设置有两条相互平行的Z轴导轨，Z轴导轨上安装有沿Z向移动的主轴滑枕，Y轴拖板上还安装有第三电机座和第三尾端座，第三电机座和第三尾端座之间设有Z轴丝杆，Z轴丝杆与主轴滑枕螺母法兰面结合，通过Z轴电机驱动主轴滑枕沿Z向运动，床身底座上还安装有机械臂和对刀仪，床身底座侧面还设置有环形排料装置，机械臂可在环形排料装置和双回转工作台之间进行工件的上下料操作。

作为优选，所述的床身底座、两个立柱和横梁组成的封闭对称结构，结构刚度高，稳定性好。

作为优选，所述的X轴拖板的丝杆安装位置近似与其心重合，符合重心驱动原理，Y轴拖板的丝杆安装位置近似与其心重合，符合重心驱动原理。

作为优选，所述的双回转工作台包括工作台、转台座和摇篮座、摆线针轮减速器和摆线针轮减速器，摇篮座底端通过螺钉安装在X轴拖板上，工作台安装在摆线针轮减速器的输出法兰面上，摆线针轮减速器安装在转台座上，伺服电机通过同步带和同步带轮与摆线针轮减速器的输入端相连并驱动工作台绕C轴转动，转台座安装在摆线针轮减速器的输出法兰面，摆线针轮减速器安装在摇篮座上，伺服电机通过同步带和同步带轮与摆线针轮减速器的输入端相连并驱动工作台绕B轴转动。

作为优选，所述的移动式刀库包括刀库底座、刀库圆盘、摆线针轮减速器、移动导轨和刀库电机座，刀库底座上设置有摆线针轮减速器，摆线针轮减速器上设置有刀库圆盘，刀库底座的两侧分别设置有移动导轨，其下方设置有刀库电机座，刀库圆盘可以放置10至12柄刀柄，刀库圆盘的旋转运动由伺服电机经摆线针轮减速器减速后实现，可以精确控制刀库换刀时的转角，圆盘刀库可在丝杆推动下沿移动导轨移动出床身内腔，丝杆一端固定在刀库电机座上，刀库电机座安装在两个立柱背后的安装面上，丝杆另一端与刀库底座的螺母法兰面连接。

作为优选，所述的机械臂包括底座套筒、第一摆线针轮减速器、第一节手臂、第二摆线针轮减速器、第二节手臂和气动手爪，底座套筒内设置有第一摆线针轮减速器，第一摆线针轮减速器与第一节手臂连接，第一节手臂与第二节手臂的连接处设置有第二摆线针轮减速器，第二节手臂的一端设置有气动手爪，机械臂可沿Z向做上下运动，可绕第一摆线针轮减速器和第二摆线针轮减速器旋转中心轴转动，机械臂可通过气动手爪夹紧和松开工件。

作为优选，所述的工件排料库包括型材框架、链轮、链条和伺服电机，型材框架安装在床身底座左侧面，型材框架安装在床身底座左侧面，型材框架的上端两侧分别设置有链轮，两个链轮之间设置有链条，型材框架的一端下方安装有伺服电机，伺服电机带动链轮转动一定角度，链轮则带动链条移动一个工位的距离，由机械臂将该工位上的待加工工件取出并和双回转工作台上已加工工件进行替换，再将已加工工件放置在原来工件取出的工位，伺服电机带动链条移动到下一个工位，等下一个工件的加工完成后，再由机械臂重复以上操作，依次循环往复直至完成工件排料库中所有工件的加工。

本发明的有益效果：它结构设计合理，安装简单，使用方便，X轴和Y轴的移动导轨采用三导轨配置形式，且都呈三角形布局方式，这样的结构除了可以承受一般载荷外，还可以承受倾覆力矩，提高了机床的刚度、承载能力和稳定性，利用机械臂进行工件自动上、下料，利用移动式刀库进行自动换刀，通过数控系统编程完成工件的自动化生产，缩短了加工的辅助时间提高的生产效率。

附图说明：

为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中床身底座的结构示意图；

图3为本发明中X轴导轨的结构示意图；

图4为本发明中双回转工作台的结构示意图；

图5为本发明中移动式刀库的结构示意图；

图6为本发明中Y轴导轨的结构示意图；

图7为本发明中环形排料装置的结构示意图。

图8为本发明中机械臂的结构示意图。

1-床身底座；2-X轴导轨；3-X轴拖板；4-双回转工作台；4-1- 下作台；4-2-转台座；4-3-摇篮座；4-4-摆线针轮减速器；4-5-摆线针轮减速器；5-立柱；6-移动式刀库；6-1-刀库底座；6-2-刀库圆盘；6-3-摆线针轮减速器；6-4-移动导轨；6-5-刀库电机座；7-横梁；8-Y轴导轨；9-Y轴拖板；10-Z轴导轨；11-主轴滑枕；12-机械臂；12-1-底座套筒；12-2-第一摆线针轮减速器；12-3-第一节手臂；12-4-第二摆线针轮减速器；12-5-第二节手臂；12-6-气动手爪；13-对刀仪；14-环形排料装置；14-1-型材框架；14-2-链轮；14-3-链条；14-4-伺服电机；15-工件；16-待加工工件。

具体实施方式：

如图1-图8所示，本具体实施方式采用以下技术方案：它包含床身底座1、X轴导轨2、X轴拖板3、双回转工作台4、立柱5、移动式刀库6、横梁7、Y轴导轨8、Y轴拖板9、Z轴导轨10、主轴滑枕11、机械臂12、对刀仪13、环形排料装置14，床身底座1前部固定设置有X轴导轨2，X轴导轨2为三根在空间呈三角形布局的相互平行的直线导轨，X轴导轨2上安装有沿X向移动的X轴拖板3，X轴拖板3上安装有双回转工作台4，床身底座1前部还安装有第一电机座和第一尾端座，第一电机座和第一尾端座之间设有X轴丝杆，X轴丝杆与X轴拖板3的螺母法兰面结合，通过X轴电机驱动X轴拖板3沿X向运动，床身底座1上还安装有两个立柱5，两个立柱5之间安装有移动式刀库6，两个立柱5上安装有横梁7，横梁7上固定设置有Y轴导轨，Y轴导轨8为三根在空间呈三角形布局的相互平行的直线导轨，Y轴导轨8上安装有沿Y向移动的Y轴拖板9，横梁7上还安装有第二电机座和第二尾端座，第二电机座和第二尾端座之间设有Y轴丝杆，Y轴丝杆与Y轴拖板螺母法兰面结合，通过Y轴电机驱动Y轴拖板9沿Y向运动，Y轴拖板9上固定设置有两条相互平行的Z轴导轨10，Z轴导轨10上安装有沿Z向移动的主轴滑枕11，Y轴拖板9上还安装有第三电机座和第三尾端座，第三电机座和第三尾端座之间设有Z轴丝杆，Z轴丝杆与主轴滑枕螺母法兰面结合，通过Z轴电机驱动主轴滑枕11沿Z向运动，床身底座1上还安装有机械臂12和对刀仪13，床身底座1侧面还设置有环形排料装置14，机械臂12可在环形排料装置14和双回转工作台4之间进行工件的上下料操作。

其中，所述的床身底座1、两个立柱5和横梁7组成的封闭对称结构，结构刚度高，稳定性好；所述的X轴拖板3的丝杆安装位置近似与其心重合，符合重心驱动原理，Y轴拖板9的丝杆安装位置近似与其心重合，符合重心驱动原理；所述的双回转工作台4包括工作台4-1、转台座4-2和摇篮座4-3、摆线针轮减速器4-4和摆线针轮减速器4-5，摇篮座4-3底端通过螺钉安装在X轴拖板3上，工作台4-1安装在摆线针轮减速器4-4的输出法兰面上，摆线针轮减速器4-4安装在转台座4-2上，伺服电机通过同步带和同步带轮与摆线针轮减速器4-4的输入端相连并驱动工作台绕C轴转动，转台座4-2安装在摆线针轮减速器4-5的输出法兰面，摆线针轮减速器4-5安装在摇篮座4-3上，伺服电机通过同步带和同步带轮与摆线针轮减速器4-5的输入端相连并驱动工作台4-1绕B轴转动；所述的移动式刀库6包括刀库底座6-1、刀库圆盘6-2、摆线针轮减速器6-3、移动导轨6-4和刀库电机座6-5，刀库底座6-1上设置有摆线针轮减速器6-3，摆线针轮减速器6-3上设置有刀库圆盘6-2，刀库底座6-1的两侧分别设置有移动导轨6-4，其下方设置有刀库电机座6-5，刀库圆盘6-2可以放置10至12柄刀柄，刀库圆盘6-2的旋转运动由伺服电机经摆线针轮减速器6-3减速后实现，可以精确控制刀库换刀时的转角，圆盘刀库6-2可在丝杆推动下沿移动导轨6-4移动出床身内腔，丝杆一端固定在刀库电机座6-5上，刀库电机座6-5安装在两个立柱5背后的安装面上，丝杆另一端与刀库底座6-1的螺母法兰面连接；所述的机械臂12包括底座套筒12-1、第一摆线针轮减速器12-2、第一节手臂12-3、第二摆线针轮减速器12-4、第二节手臂12-5和气动手爪12-6，底座套筒12-1内设置有第一摆线针轮减速器12-2，第一摆线针轮减速器12-2与第一节手臂12-3连接，第一节手臂12-3与第二节手臂12-5的连接处设置有第二摆线针轮减速器12-4，第二节手臂12-5的一端设置有气动手爪12-6，机械臂12可沿Z向做上下运动，可绕第一摆线针轮减速器12-2和第二摆线针轮减速器12-4旋转中心轴转动，机械臂12可通过气动于爪12-6夹紧和松开工件；所述的工件排料库14包括型材框架14-1、链轮14-2、链条14-3和伺服电机14-4，型材框架14-1安装在床身底座1左侧面，型材框架14-1的上端两侧分别设置有链轮14-2，两个链轮14-2之间设置有链条14-3，型材框架14-1的一端下方安装有伺服电机14-4，伺服电机14-4带动链轮14-2转动一定角度，链轮14-2则带动链条14-3移动一个工位的距离，由机械臂12将该工位上的待加工工件16取出并和双回转工作台上已加工工件15进行替换，再将已加工工件15放置在原来工件取出的工位，伺服电机14-4带动链条14-3移动到下一个工位，等下一个工件的加工完成后，再由机械臂12重复以上操作，依次循环往复直至完成工件排料库14中所有工件的加工。

本具体实施方式的加工过程：由机械臂12从环形排料装置14 的上料工位上抓取待加工工件16并将工件放置在双回转工作台4上，工作台沿X向运动到加工区域，主轴开始转动并结合五个运动轴的运动对工件进行加工，加工过程中需要更换刀具的时候，移动式圆盘刀库6会从床身内腔沿导轨移动出来让主轴抓取换刀，加工完成后，主轴停止运动，机械臂12将已完成加工的工件15从工作台上取下放置在环形排料装置14的下料工位上，至此，完成了整个工件的自动上料、自动加工、自动换刀、自动下料的加工循环过程。

本具体实施方式通过在床身底座1前部设置三根在空间呈三角形分布的X轴导轨2和在横梁7上设置三根在空间呈三角形分布的Y轴导轨8，X轴拖板5和Y轴拖板9的丝杆安装位置在空间上满足重心驱动原理，移动导轨采用三导轨配置形式，且都呈三角形布局方式，这样的结构除了可以承受一般载荷外，还可以承受倾覆力矩，提高了机床的刚度、承载能力和稳定性，通过使用的双回转工作台4回转精度高、承载能力大、稳定性高，利用机械手与上下料装置配合，自动进行工件的搬运与加工，缩短了加工的辅助时间。

本具体实施方式结构设计合理，安装简单，使用方便，X轴和Y轴的移动导轨采用三导轨配置形式，且都呈三角形布局方式，这样的结构除了可以承受一般载荷外，还可以承受倾覆力矩，提高了机床的刚度、承载能力和稳定性，利用机械臂进行工件自动上、下料，利用移动式刀库进行自动换刀，通过数控系统编程完成工件的自动化生产，缩短了加工的辅助时间提高的生产效率。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。