五轴加工机的制作方法

本实用新型涉及一种五轴加工机，更详细地涉及一种心轴能够倾斜的五轴加工机。

背景技术：

通常，机床指用作借由各种切削加工方法或非切削加工方法利用各种工具将金属或非金属工作物加工成希望的形状和尺寸的目的的机器。

根据加工方法，机床大体被分类为车削中心(turning center)和加工中心(machining center)。其中，车削中心旋转工作物来进行加工，加工中心旋转工具来加工工作物。

作为一种将镗床(Boring Machine)、铣床(Milling Machine)以及钻床(Drilling Machine)等复合构成为一，从而能够进行切削、钻孔以及攻丝等一切加工作业的复合机床，加工中心可以进行向三轴方向直线移送旋转工具的心轴来加工的三轴加工作业。

近来，随着汽车、造船、航空工业的发展，具有复杂形状的部件越来越多，为提高这种部件加工的生产率，由原来的分为执行三轴加工作业的多台加工中心来加工的方式，逐渐普遍利用能够进行五轴加的五轴加工机。其中，之前的附加于三轴加工的二轴加工可以包括旋转支撑工作物的工作台的旋转轴和使心轴倾斜的倾斜轴。

但是，在加工工作物过程中，将安装有工具的心轴以倾斜轴为中心旋转或向直线轴移送方向移送时切削震动通过工具对倾斜轴造成影响。

如上所述，当切削震动对倾斜心轴的倾斜轴造成影响时，因其影响，存在工作物的表面出现纹路而使表面粗糙度不良的问题。即，这种纹路是造成降低工作物的加工品质的原因。

技术实现要素：

技术问题

本实用新型的实施例提供一种改善由切削震动降低加工品质的五轴加工机。

技术方案

根据本实用新型的实施例，五轴加工机包括：心轴，其旋转用于加工工作物的工具；心轴头，其能够旋转地支撑所述心轴；以及倾斜头，其具有向所述心轴传递旋转动力的动力传递部和使所述心轴头倾斜的倾斜驱动部。

所述动力传递部包括：动力传递齿轮装置，其包括向所述心轴传递动力的动力传递轴和连接在所述动力传递轴的一个以上的齿轮；阻尼装置，其包括结合在所述动力传递轴的外周面而与所述动力传递轴一同旋转的阻尼盘、与所述阻尼盘的一侧面对置并支撑所述阻尼盘的阻尼支座以及与所述阻尼盘的另一侧面对置并对所述阻尼盘的另一侧面加压的阻尼环。

所述阻尼环接收液压来对所述阻尼盘的另一侧加压，并且向所述阻尼环供应的液压可以随着所述心轴旋转的工具产生的切削震动变大而增加，随着切削震动变小而减少。

所述阻尼装置还可以包括滑动轴承，其分别配备在所述阻尼盘的一侧面与所述阻尼支座之间以及所述阻尼盘另一侧面与所述阻尼环之间。

所述阻尼环可以包括：阻尼环主体部，其形成有液压流路；阻尼环加压部，其一部分与所述阻尼环主体部隔离且对所述阻尼盘的另一侧面加压；阻尼环腔室，其是所述阻尼环主体部与所述阻尼环加压部之间的隔离的空间，并且用于填充工作油，而且一侧有开口；阻尼用U形(U-type)密封部件，其密封所述阻尼环腔室的开口，并且使凹陷的部位朝向所述阻尼环腔室。

所述倾斜驱动部可以包括：倾斜装置，其包括与所述心轴头连接从而使所述心轴头倾斜的倾斜驱动轴和向所述倾斜驱动轴供应旋转动力的倾斜驱动电机；以及夹紧装置，其包括结合在所述倾斜驱动轴外周面而与所述倾斜驱动轴一同旋转的夹紧盘以及与所述夹紧盘的一侧面对置且对所述夹紧盘的一侧面加压的夹紧环。

所述夹紧环可以包括：夹紧环主体部，其形成有液压流路；夹紧环加压部，其一部分与所述夹紧环主体部隔离且对所述夹紧盘的另一侧面加压；夹紧环腔室，其是所述夹紧环主体部与所述夹紧环加压部之间的隔离的空间，并且用于填充工作油，而且一侧有开口；以及夹紧用U形(U-type)密封部件，密封所述夹紧环腔室的开口，并且使凹的部位面向所述夹紧环腔室。

所述的五轴加工机还可以包括控制阀部，其控制所述倾斜装置的倾斜驱动电机、所述阻尼装置以及所述夹紧装置。

所述控制阀部可以包括：控制所述倾斜驱动电机的电机控制阀；控制所述阻尼装置的第一阻尼控制阀以及第二阻尼控制阀；以及控制所述夹紧装置的夹紧控制阀。

所述控制阀部可以选择夹紧模式、阻尼模式以及松开模式中的某一个来区分动作。而且可以执行强力切削加工时选择所述夹紧模式，执行重切削加工时选择所述阻尼模式，执行轻切削加工时选择松开模式。

而且，可以在所述夹紧模式，所述电机控制阀、所述第一阻尼控制阀以及所述夹紧控制阀启动(on)动作，在所述阻尼模式，所述第二阻尼控制阀启动(on)动作，在所述松开模式，所述电机控制阀、所述第一阻尼控制阀、所述第二阻尼控制阀以及所述夹紧控制阀关闭(off)动作。

相比于所述第二阻尼控制阀启动动作时，所述第一阻尼控制阀启动动作时所述阻尼环加压所述阻尼盘的压力可以更大。

实用新型的效果

根据本实用新型的实施例，五轴加工机可以有效地改善由切削震动导致的加工品质低下。

附图说明

图1是本实用新型的第一实施例的五轴加工机的立体图。

图2是表示图1的心轴和倾斜头的内部构造的平面图。

图3是图2的III-III线的剖视图。

图4是以图3的阻尼装置为中心放大表示的剖视图。

图5是表示图4的阻尼装置的阻尼盘的立体图。

图6是表示图4的阻尼装置的阻尼支座的立体图。

图7是以图3的夹紧装置为中心放大表示的剖视图。

图8是以使用在图1的五轴加工机的控制阀部为中心放大表示的结构图。

具体实施方式

下面，参照附图对本实用新型的实施例进行详细说明，以便本实用新型所属技术领域的一般的技术人员容易实施。本实用新型可以以多种不同形态实现，不限于此处所说明的实施例。

需要说明的是，附图为概略性的，并没有按照比例图示。为便于图示的清晰性和方便性，图中的部分结构的相对尺寸及比例在大小上被夸大或缩小地图示，而任意尺寸均为示例性的，而不是限定性的。此外，对于出现在两个以上图中的相同结构物、要素或部件，为体现相似的特征，适用相同的参照符号。

本实用新型的实施例具体示出了本实用新型的优选实施例。其结果是，可以预想到图解的多种变形。因而，实施例不局限于所图示区域的特定形态，例如还包括制造引起的形态的变形。

以下，参照图1至图7对本实用新型的第一实施例的五轴加工机101进行说明。

如图1所示，根据本实用新型的第一实施例的五轴加工机101包括心轴200、心轴头250以及倾斜头300。

而且，根据本实用新型的第一实施例的五轴加工机101还可以包括主轴驱动电机280、滑块450、立柱400、床身800、鞍座700、工作台600、上下移送装置530、左右移送装置520、前后移送装置510以及工作台旋转驱动部750。

而且，根据本实用新型的一实施例的五轴加工机101还可以包括控制阀部900。

心轴200与工作物接触来向加工工作物的工具传递旋转动力。即，心轴200在一端部夹紧并旋转用于加工工作物的工具。在心轴200的内部可以配备用于夹紧工具的夹紧装置(未图示)。其中，作为夹紧装置，可以使用本领域的技术人员所公知的诸多种类的夹紧装置，通常可以使用包括夹头(collet)的夹紧装置。

此外，本实用新型的第一实施例中，心轴200可以包括心轴传动轴210和形成于心轴传动轴210的外周面以围绕心轴传动轴210的主轴锥齿轮230。

心轴头250围绕心轴200并且可旋转地支撑心轴200。为了使心轴头250可旋转地支撑心轴200，在心轴头250与心轴200之间可以设置轴承。

主轴驱动电机280与心轴200机构性地连接来向心轴200供应旋转动力。作为主轴驱动电机280，可以使用本领域的技术人员所公知的诸多种类的电机。

倾斜头300不但可倾斜地支撑心轴头250，还向心轴200传递由主轴驱动电机280供应的旋转动力。

具体地，如图2所示，倾斜头300包括向心轴200传递旋转动力的动力传递部310和使心轴头250倾斜的倾斜驱动部360。

根据本实用新型的第一实施例，动力传递部310包括动力传递齿轮装置330和阻尼装置320。

动力传递齿轮装置330向心轴200传递由主轴驱动电机280供应的旋转动力。具体地，动力传递齿轮装置330包括动力传递轴331和包含形成于动力传递轴331的一端部并与心轴200的主轴锥齿轮210相啮合的动力传递锥齿轮334在内的多个动力传递齿轮335。

如图3至图6所示，阻尼装置320可以包括阻尼盘321、阻尼支座322以及阻尼环323。

而且，阻尼装置320还可以包括滑动轴承328。

阻尼盘321结合在动力传递轴331的外周面而与动力传递轴331一同旋转。

阻尼支座322与阻尼盘321的一侧面对置来支撑阻尼盘321的一侧面。

阻尼环323与阻尼盘321另一侧面对置并对阻尼盘321的另一侧面加压。

如上所述，阻尼盘321与动力传递轴331一同旋转，但是阻尼支座322和阻尼环323不旋转而被固定。

当阻尼环323加压阻尼盘321时，阻尼盘321夹在阻尼支座322与阻尼环323之间并产生摩擦，通过这种摩擦力能够减少在工具加工工作物中产生并经由心轴200向动力传递轴331传递的切削震动。

即，即使阻尼装置320的阻尼环323对阻尼盘321加压，不会停止向心轴200传递旋转动力的动力传递轴331的旋转。夹在阻尼支座322与阻尼环323之间的阻尼盘321与动力传递轴331一同旋转并吸收经由心轴200向动力传递轴331传递的切削震动。

根据本实用新型的第一实施例，阻尼环323接收液压从而可以对阻尼盘321的另一侧加压。而且，向阻尼环323供应的液压可以随着在由心轴200旋转的工具产生的切削震动变大而增加，随着切削震动变小而减少。

此时，切削震动大小可以由本领域普通技术人员公知的多种方法测量或算出并判断。

作为一例，切削震动大小可以通过设置在五轴加工机101的数值控制(NC)装置(未图示)判断。数值控制(NC)装置根据所输入的数值控制程序(NC-Program)控制五轴加工机的动作。

数值控制装置具有关于工作物的工具的切削加工方法、工作物的材料以及关于工具的移送轴的信息，因此数值控制装置可以估算出当前加工状态产生的切削震动的大小。此时，切削加工方法有强力切削、高速切削、一般切削等。

即，在强力切削中，当工具在移动的同时加工工作物时可以判断为产生的切削震动相对较大，当工具不移动而旋转地执行一般切削时判断为产生的切削震动相对较小。

而且，五轴加工机101可以使用传感器来精密地检测切削震动的大小。

具体地，阻尼环323可以包括阻尼环主体部3235、阻尼环加压部3231、阻尼环腔室3233以及阻尼用U形(U-type)密封部件3234。

在阻尼环主体部3235可以形成有用于供应液压或回收液压的阻尼用液压流路3236。

阻尼环加压部3231的一部分与阻尼环主体部3235隔离且对阻尼盘321的另一侧面加压。

阻尼环腔室3233是阻尼环主体部3235与阻尼环加压部3231之间的隔离的空间，并且在阻尼环腔室3233填充工作油，而且阻尼环腔室3233一侧有开口。

阻尼用U形(U-type)密封部件3234密封阻尼环腔室3233的开口。此时，阻尼用U形密封部件3234设置成使凹陷的部位朝向阻尼环腔室3233。

根据本实用新型的第一实施例，当在阻尼环腔室3233填充工作油而对阻尼环加压部3231加压时，阻尼环加压部3231对阻尼盘321的另一侧面加压的同时使阻尼环腔室3233的开口大小增加。

此时，阻尼用U形密封部件3234由填充在阻尼环腔室3233的工作油的压力张开，从而可以有效地密封大小增加的阻尼环腔室3233的开口。

即，填充在阻尼环腔室3233的工作油对阻尼环加压部3231加压的同时使阻尼用U形密封部件3234张开，因此即使阻尼环腔室3233的开口大小变化也可以有效地密封阻尼环腔室3233的开口。

而且，如上述所述，在阻尼支座322与阻尼盘321之间以及阻尼盘321与阻尼环323之间产生摩擦，因此为了减少由摩擦导致的磨损以及增加阻尼盘321的寿命，在阻尼盘321的一侧面与阻尼支座322之间以及阻尼盘321的另一侧面与阻尼环323之间分别装配有滑动轴承328。

根据本实用新型的第一实施例，倾斜驱动部360包括倾斜装置380和夹紧装置370。

倾斜装置380使可旋转地支撑心轴200的心轴头250倾斜。具体地，倾斜装置380包括与心轴头250连接来使心轴头250倾斜的倾斜驱动轴381和向倾斜驱动轴381供应旋转动力的倾斜驱动电机388。

而且，倾斜装置380还可以包括机构性地连接倾斜驱动电机388与倾斜驱动轴381的一个以上的倾斜驱动齿轮385。

如图3以及图7所示，夹紧装置370包括夹紧盘371和夹紧环373。

夹紧盘371结合在倾斜驱动轴381的外周面而与倾斜驱动轴381一同旋转。

夹紧环373与夹紧盘371的一侧面对置并对夹紧盘371的一侧面加压。

如上所述，夹紧盘371与倾斜驱动轴381一同旋转，但是夹紧环373不旋转而被固定。

当夹紧环373强力加压夹紧盘371从而相互衔接时，倾斜驱动轴381将由摩擦力而被夹紧。

因此，在心轴200的倾斜角度被固定的状态，由心轴旋转的工具可以加工工作物。

根据本实用新型的第一实施例，夹紧环373可以接收液压而对夹紧盘371的一侧加压。

具体地，夹紧环373可以包括夹紧环主体部3735、夹紧环加压部3731、夹紧环腔室3733以及夹紧用U形(U-type)密封部件3734。

在夹紧环主体部3735可以形成有用于供应液压或回收液压的液压流路(未图示)。虽然在图7中未示出液压流路，但是在夹紧环主体部3735形成的液压流路可以以上述的在阻尼环主体部3235形成的液压流路相同的技术思想来形成。

夹紧环加压部3731的一部分与夹紧环主体部3735隔离并对夹紧盘371的一侧面加压。

夹紧环腔室3733是夹紧环主体部3735与夹紧环加压部3731之间的隔离的空间，并且在夹紧环腔室3733填充工作油，而且夹紧环腔室3733一侧有开口。

夹紧用U形(U-type)密封部件3734密封夹紧环腔室3733的开口。此时，夹紧用U形密封部件3734设置成使凹陷的部位朝向夹紧环腔室3733。

根据本实用新型的第一实施例，当在夹紧环腔室3733填充工作油而对夹紧环加压部3731加压时，夹紧环加压部3731对夹紧盘371的一侧面加压的同时使夹紧环腔室3733的开口大小增加。

此时，夹紧用U形密封部件3734由填充在夹紧环腔室3733的工作油的压力张开，从而可以有效地密封大小增加的夹紧环腔室3733的开口。

即，填充在夹紧环腔室3733的工作油对夹紧环加压部3731加压的同时使夹紧用U形密封部件3734张开，因此即使夹紧环腔室3733的开口大小变化也可以有效地密封夹紧环腔室3733的开口。

如图8所示，为了控制倾斜装置380的倾斜驱动电机388、阻尼装置320以及夹紧装置370而配备有控制阀部900。

具体地，控制阀部900可以包括控制倾斜驱动电机388的电机控制阀980、控制阻尼装置320的第一阻尼控制阀921以及第二阻尼控制阀922、以及控制夹紧装置370的夹紧控制阀970。

其中，通过控制阀部900的阻尼装置320的控制可以根据切削震动的大小区分并控制。即，如强力切削、高速切削、一般切削等，根据五轴加工机101执行的切削加工种类而产生的切削震动的大小将不同。因此，控制阀部900可以包括用于强力切削的控制的第一阻尼控制阀921和用于强力切削以外的控制的第二阻尼控制阀922。

而且，控制倾斜驱动电机388的电机控制阀980可以锁定(lock)或解锁(unlock)倾斜驱动电机388。

如上述图1所示，床身800可滑动地支撑后述的鞍座700和立柱400。

具体地，床身800可以包括主架801、形成于主架801上来与鞍座700以及立柱400能够滑动地结合的直线导轨810、820。其中，直线导轨可以包括前后直线导轨810和左右直线导轨820。

鞍座700可滑动地结合在床身800上从而可以沿床身800的前后直线导轨810进行直线往复运动。即，鞍座700可以向前后方向(以下，称“Z轴方向”)执行直线往复运动。

前后移送装置(以下，称“Z轴移送装置”)510设置在床身800与鞍座700之间，从而使鞍座700在床身800上执行直线往复运动。

工作台600支撑由心轴200旋转的工具将要加工的工作物。而且，工作台600设置在鞍座700上来沿鞍座700执行直线往复运动。

而且，工作台旋转驱动部750配备在工作台600与鞍座700之间，从而使放置工作物的工作台600旋转。此时，工作台600的旋转轴与垂直于工作台600的平面的方向平行。

立柱400可以垂直地竖立在床身800后方侧的一区域，并且位于比工作台600更靠后方的位置。

而且，立柱400同样可旋转地结合在床身800上，从而可以沿床身800的左右直线导轨820执行直线往复运动。即，立柱400可以向左右方向(以下，称“X轴方向”)执行直线往复运动。

左右移送装置(以下，称“X轴移送装置”)520设置在床身800与立柱400之间，从而使立柱400在床身800上执行直线往复运动。

而且，立柱400可以包括形成在工作台600方向一侧的上下直线导轨430。

滑块450可滑动地结合在立柱400的工作台600方向一侧，从而可以沿立柱400的上下直线导轨430直线往复运动。即，滑块450可以向上下方向(以下，称“Y轴方向”)直线往复运动。

上下移送装置(以下，称“Y轴移送装置”)530设置于立柱400与滑块450之间来使滑块450向上下方向直线往复运动。

此外，滑块450支撑上述的倾斜头300和主轴驱动电机280。

即，心轴200、心轴头250、倾斜头300以及主轴驱动电机280可以与滑块450一同向Y轴方向直线往复运动。

举例而言，Z轴移送装置510、X轴移送装置520以及Y轴移送装置530可以为滚珠螺杆移送装置。

如此，根据本实用新型第一实施例的五轴加工机101能够通过Z轴移送装置510、X轴移送装置520以及Y轴移送装置530向Z轴方向、X轴方向、Y轴方向进行直线轴驱动。

此外，还能够进行包括工作台600的旋转和包括倾斜头300的倾斜的二轴方向的旋转轴驱动。

因此，本实用新型第一实施例的五轴加工机101能够进行共由五轴驱动的加工作业。

利用这种构成，本实用新型第一实施例的五轴加工机101可以有效地改善由切削震动导致的加工品质低下。

具体地，通过阻尼装置320可以有效地吸收切削震动，通过夹紧装置370可以有效地固定心轴200的倾斜角度。

以下，参照图3至图8，分阶段详细地说明根据本实用新型第一实施例的五轴加工机101的动作原理。

根据本实用新型第一实施例，分别配置在心轴头250两侧的阻尼装置320和夹紧装置370以及控制该些的控制阀部900可以选择夹紧模式、阻尼模式以及松开模式中的一个进行区分动作。

可以在完全夹紧心轴头250或在五轴加工机101执行强力切削加工时选择夹紧模式。

而且，在夹紧模式，控制阀部900的电机控制阀980、第一阻尼控制阀921以及夹紧控制阀970启动(on)动作。因此，使倾斜驱动电机388锁定(lock)，阻尼装置320的阻尼环323根据第一阻尼控制阀921的控制利用相对较大的压力加压阻尼盘321。其中，相对较大的压力指大于阻尼装置320的阻尼环323根据第二阻尼控制阀922的控制加压阻尼盘321的压力。即，当第一阻尼控制阀921启动动作时阻尼环323加压阻尼盘321的压力相对大于第二阻尼控制阀922启动动作时阻尼环323加压阻尼盘321的压力。

而且，夹紧装置370同样进行动作夹紧心轴头250，从而可以应对需要高切削力的强力切削。

可以在五轴加工机101执行一般切削或重切削等切削加工时选择阻尼模式。

而且，在阻尼模式，控制阀部900的第二阻尼控制阀922启动(on)动作。此时，即使阻尼装置320的阻尼环323向阻尼盘321加压，不会停止向心轴200传递旋转动力的动力传递轴331的旋转。被夹在阻尼支座322与阻尼环323之间的阻尼盘321与动力传递轴331一同旋转并且吸收经由心轴200向动力传递轴331传递的切削震动。即，对应一般切削或重切削，最小化切削震动，从而可以保证加工物的品质。

可以在五轴加工机101执行如轻切削等几乎不产生切削力的切削加工时选择松开模式。

而且，在松开模式，控制阀部900的电机控制阀980、第一阻尼控制阀921、第二阻尼控制阀922以及夹紧控制阀970关闭(off)动作。即，对应轻切削，可以没有阻尼导致的能量损失地执行加工。

根据这种动作方法，根据本实用新型第一实施例的五轴加工机101可以有效地改善由切削震动导致的加工品质低下。

尽管上面参照附图对本实用新型的实施例进行了说明，但本实用新型所属领域的技术人员可以理解在不变更本实用新型的技术思想或必备特征的前提下，可以以其他具体形态实施本实用新型。

因此，可以理解的是，以上所描述的实施例在各方面均为示例性描述，而不是限定性描述，关于本实用新型的范围的详细说明由待后述的权利要求书体现，从权利要求书的意义、范围及其等同概念中导出的所有变更或变形形态均应被解释为落入本实用新型的范围。

工业上应用的可能性

根据本实用新型实施例的五轴加工机可以用于改善由切削震动导致的加工品质低下。