专利名称：五轴联动数控加工中心的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及数控机床技术领域，尤其是涉及一种五轴联动数控加工 中心。
背景技术：
现有技术中，数控加工中心的类型已经有很多，但是仍然存在不少缺点， 一般适合加工轴类零件、箱体类零件，不太适合叶轮类零件。而且，大多占 地面积较大，机床利用率不高。
(1) 从数控加工中心的主体结构上来分析，传统龙门结构类型较多，
工作台为x轴，在龙门架下方来回运动，工作台及工件尺寸及重量都很大， Y/Z两轴在龙门架上运动，这种结构类型的缺点是机床占地面积较大，X轴 负载大，不易实现高速运动，且龙门架刚性相对较差。另外一种龙门式结构， 不仅横梁运动，立柱也随着模型一起运动， 一般X轴下方需要两根丝杠和 两个驱动电机，但因丝杠驱动时丝母会对丝杠施以扭力，加上丝杠长度过长 会产生晃动现象，从而影响切削工件的形状及尺寸精度，且长期使用或受异 物污染时，受磨损会影响丝杠的节距与直度，有相当的误差背隙值增加，造 成切削工件形状或尺寸误差的增加，成本高，刚性及稳定性都不易保证；同 时由于龙门架较高，运动速度很难提升，切削力相对较小，使得振动对机床 的影响就较大。
(2) 传统的数控转台多用蜗轮蜗杆通过伺服电机来驱动，蜗轮蜗杆传 动有精度无力量，有力量无精度，反向间隙无法克服。主要表现在①由于 传动链中的间隙和蜗轮蜗杆摩擦较大，带来的磨损也比较大，从而使得回转 速度、传动精度受到很大影响。②蜗轮蜗杆传动效率较低，转动速度受到很 大限制，通常均在3000rpm以下。③蜗轮蜗杆或联轴器均不可避免的存在 一定的间隙，特别是反复高频时的正反向转动中就有很大影响。③蜗轮蜗杆 传动由于传动路径较长，弹性变形也会影响传动精度。
(3) 传统的动梁式龙门结构普遍采用双驱动方式，即左右都有一套由丝杠及电机组成的动力机构，推动横梁部件移动。在理想情况下，两个电机、 两个丝杠都有相同的参数，不会出现异常现象。但实际上，两个电机及两根 丝杠的参数不可能完全相同，在实际加工中，就会出现不同步现象。程度轻 微时，震动大，噪音大，零件精度降低，表面粗糙；严重情况下，系统还会 出错，而且故障频率较高，因为磨损不同步和热变形不均匀等原因，每过一 段时间，故障会重复出现一次，这就给实际应用带来很多困难。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种五轴联动数控加工中心，它结构新颖、 占地少、节约空间、成本较低；运行平稳、性能稳定、抗震性好，能保持长 期的精度；工作台传动精度高，速度快；机床运动轴具有较高的动态性能、 调节特性，以及定位精度和重复定位精度，能为加工模具自由曲面提供了最 佳条件。
本实用新型的技术方案是 一种五轴联动数控加工中心，它包括床身、 固定于床身上方的龙门架，所述龙门架包含有左右两个龙门立柱，以及设置 于两个龙门立柱间的固定龙门横梁，龙门立柱的前部安装有可使工作台同时 绕A、 C轴转动的直驱式双轴精密转台；所述龙门架上设置有可Y向运动的 横梁，横梁前部设置有可X向运动的溜板，溜板前部设置有可Z向运动的 主轴箱，主轴箱设置有主轴孔，主轴孔内设置有主轴；床身和龙门架之间的 空腔内设置有刀库。
以下对上述技术方案作进一步的说明
所述龙门立柱上表面上设置有Y向导轨安装面，Y向导轨安装面上安 装有Y向导轨；横梁下部设置有Y向滑块安装面，Y向滑块安装面上安装 有Y向滑块；Y向滑块可滑动的设置在Y向导轨上。
所述横梁前部的上下部位分别设置有X向导轨安装面，X向导轨安装 面上安装有X向导轨；溜板背部设置有X向滑块安装面，X向滑块安装面 上安装有X向滑块；X向滑块可滑动的设置在X向导轨上。
所述溜板前部设置有z向滑块安装面，z向滑块安装面上安装有z向
滑块；主轴箱背面设置有Z向导轨安装面，Z向导轨安装面上安装有Z向导 轨；Z向滑块可滑动的设置在Z向导轨上。所述直驱式双轴精密转台包括A轴力矩电机、C轴架、C轴力矩电机、 工作台、轴承座，A轴力矩电机、轴承座分别固定到两边的龙门立柱上，C 轴架一边连接到A轴力矩电机的主轴上，另一边连接到轴承座的主轴上，C 轴架随A轴力矩电机的主轴转动而转动，A轴力矩电机的主轴作A轴转动， C轴架上安装有C轴力矩电机，C轴力矩电机的主轴上设置有工作台，工作 台随C轴力矩电机的主轴转动而转动，C轴力矩电机的主轴作C轴转动。
所述主轴箱内部设置有油缸安装孔，油缸安装孔内安装有液压配重油缸。
所述刀库为链条式刀库，它包括底板、刀库本体、链条、刀柄座、刀柄、 刀具；所述底板上设置有推力油缸和导轨，刀库本体通过滑块可移动的活动 装设在导轨上，刀库本体与推力油缸的活塞部分相连；刀库本体上部一周上 设置有链条，链条上设置有多个刀柄座；刀具装在刀柄上，刀柄卡在刀柄座 内。
所述数控加工中心还包括排屑装置，排屑装置包括有链板槽、运输槽、 油箱，所述链板槽设置于工作台下方，链板槽内设置有用于收集机床切削废 屑并经运输槽传送到系统外部的链板，链板在链板槽、运输槽间作循环运动， 运输槽连接设置于油箱上方，并且其槽体向斜上方向延伸，运输槽末端端头 设置有废屑输出口；链板槽、运输槽分别连接油箱，油箱上设置有切削液输 出口 。
本实用新型的优点是-
1、 本实用新型五轴联动数控加工中心，结构新颖、占地少、节约空间、 成本较低；运行平稳、性能稳定、抗震性好，能保持长期的精度；工作台传 动精度高，速度快；机床运动轴具有较高的动态性能、调节特性，以及定位 精度和重复定位精度，能为加工模具自由曲面提供了最佳条件。
2、 本实用新型五轴联动数控加工中心，其龙门架结构大大加宽了梁的 宽度，避免了以前龙门设计的缺陷，加宽了导轨距离，增大了受力面积，使 得运动更加平稳。龙门架与床身底座联结成一体构成一个箱体式结构，增强 了整个机床加工运动时的平稳性，有利于加工速度的提高。
3、 本实用新型五轴联动数控加工中心，其三轴直线运动置于机床(箱 体)的上部，从而使得三轴运动动力不受工件重量的影响。另外，还使用滚
6柱直线导轨，承载能力大，减震性好，运动加速度大。
4、 本实用新型五轴联动数控加工中心，其A、 C转轴置于机床中部， 处于零件的放置中心，使得工件安装空间较大，排屑装置设计在回转轴的下 方，能及时将碎屑排除机床外，切削热也将随碎屑及时带走，减少了切削热 对机床精度的影响。排屑器的周围还设置有冲削装置，将机床内部的碎削及 时排除干净。
5、 本实用新型五轴联动数控加工中心，刀库采用链条式刀库，容刀多， 换刀快。刀库放置在龙门架下方，充分利用了机床的空间，减小机床的占地 面积，符合节能要求；主轴自动抓换刀，减少了换刀机构，可靠性也得到了 提高。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述
图1为本实用新型的结构示意图(立体)； 图2为本实用新型的结构示意图(主视)；
图3为本实用新型的直驱式双轴精密转台部分的结构示意图4为本实用新型的龙门架部分的结构示意图5为本实用新型的横梁部分的结构示意图。
图6为本实用新型的排屑系统部分的结构示意图。
图7为本实用新型的复合式主轴箱部分的结构示意图8为本实用新型的主轴箱内安装液压配重油缸的结构示意图9为本实用新型的刀库部分的结构示意图。
其中10床身；20直驱式双轴精密转台；21A轴力矩电机；22连接 发兰；23胀紧套；24C轴架；25C轴力矩电机；26工作台；27轴承座； 28A轴力矩电机的主轴；29C轴力矩电机的主轴；30龙门架；31直驱式 双轴精密转台安装孔；32龙门立柱；33减重孔；34轴承套安装座；35固 定龙门横梁；36电机安装座；38米字加强筋；40横梁；41Y向滑块安装 面；42电机安装座；43X向导轨安装面；44减重孔；47轴承套安装座； 50溜板；60主轴箱；62油缸安装孔；64正面减重孔；65侧面减重孔； 66主轴安装孔；67冷却通道；68液压配重油缸；70主轴；80刀库；81底板；82推力油缸；83导轨；84刀具；85刀柄；86刀柄座；87刀 库本体；88链条；90排屑装置；91链板槽；92油箱；93水泵；94运 输槽；95电机；96链板。
具体实施方式
实施例如
图1、图2所示， 一种五轴联动数控加工中心，它包括床身 10、固定于床身10上方的龙门架30，所述龙门架30包含有左右两个龙门 立柱32，以及设置于两个龙门立柱32间的固定龙门横梁35，龙门立柱32 的前部安装有可使工作台26同时绕A、C轴转动的直驱式双轴精密转台20; 龙门架30上设置有可Y向运动的横梁40，横梁40前部设置有可X向运动 的溜板50，溜板50前部设置有可Z向运动的主轴箱60，主轴箱60上设置 有用以安装主轴70的主轴安装孔66;床身10和龙门架30之间的空腔内设 置有刀库80。
如图4所示，龙门立柱32上表面上设置有Y向导轨安装面，Y向导轨 安装面上安装有Y向导轨；横梁40下部设置有Y向滑块安装面41， Y向滑 块安装面41上安装有Y向滑块；Y向滑块可滑动的设置在Y向导轨上。
如图5所示，横梁40前部的上下部位分别设置有X向导轨安装面43， X向导轨安装面43上安装有X向导轨；溜板50背部设置有X向滑块安装 面，X向滑块安装面上安装有X向滑块；X向滑块可滑动的设置在X向导 轨上。
溜板50前部设置有Z向滑块安装面，Z向滑块安装面上安装有Z向滑 块；主轴箱60背面设置有Z向导轨安装面，Z向导轨安装面上安装有Z向 导轨；Z向滑块可滑动的设置在Z向导轨上。
如图3所示，直驱式双轴精密转台20包括A轴力矩电机21、 C轴架 24、 C轴力矩电机25、工作台26、轴承座27。 A轴力矩电机21、轴承座27 分别固定到两边的龙门立柱32上，C轴架24 —边连接到A轴力矩电机21 的主轴28上，另一边连接到轴承座27的主轴上，C轴架24随A轴力矩电 机21的主轴28转动而转动，A轴力矩电机21的主轴28作A轴转动，C轴架24上安装有C轴力矩电机25， C轴力矩电机25的主轴29上设置有工作 台26，工作台26随C轴力矩电机25的主轴29转动而转动，C轴力矩电机 25的主轴29作C轴转动。具体实施时，A轴力矩电机21的主轴28上连接 固定有连接法兰22，连接法兰22与C轴架24之间通过胀紧套23固定连接。
如图4所示，龙门立柱32的前部设有用于安装直驱式双轴精密转台20 的安装孔31。龙门立柱32的外侧面上设置有用以加强刚性及稳定性的米字 加强筋38，使得龙门架30刚性足，强度高，稳定性好。固定龙门横梁35 上表面的前部设有轴承套安装座34，固定龙门横梁35上表面的后部设有电 机安装座36。固定龙门横梁35为中空结构，内设有多个减重孔33。龙门架 30大大加宽了梁的宽度，避免了以前龙门设计的缺陷，使得龙门架30与机 床底座接触面积更大，联接性和稳定性好，抗切削振动能力更高，结构更加 稳固，承载能力更强。
如图5所示，横梁40的前部中间设置有一凹槽，凹槽的一侧设置有电 机安装座42,凹槽的另一侧设置有轴承套安装座47。横梁40为中空的多箱 体复合的箱中箱结构，内部多处位置都设置有减重孔44，设计通过有限元 分析及拓扑优化对横梁结构进行了优化，得到了材料的最佳分配方案，承载 部分保留或加强，非承载部分去除或削弱，强度和刚性达到设计要求，重量 轻，变形小，稳定性好，适宜作高速运动部件。
如图7所示，主轴箱60为对称结构，整体呈长方体型结构，其下部设 有用于安装主轴70的主轴安装孔66。主轴箱60的内部设置有用于安装液 压配重油缸68的油缸安装孔62，油缸安装孔62对称设置于主轴箱60两侧， 如图8所示，液压配重油缸68安装在油缸安装孔62内，其总拉升力约为主 轴箱60与主轴70的重量之和，从而使该部件做加速运动时所需的动力大大 减小，并显著提高了动态响应性能。主轴箱60的内部还设置有上下贯通的 用于传输冷却液的冷却通道67。冷却通道67共有两条，对称分布于主轴箱 60左右两边。工作时，冷却液强制流过冷却通道67，经过主轴70安装部位， 带走主轴70所产生的热量，有效的阻止了主轴箱60及主轴70温升超过容 许量；既保护主轴70,又防止机床的热变形，能有效提高运动及加工精度。 主轴箱60上还设置有多个减重孔。如图9所示，刀库80为链条式刀库，它包括底板81、刀库本体87、链 条88、刀柄座86、刀柄85、刀具84。底板81上设置有推力油缸82和导轨 83，刀库本体87通过滑块可移动的活动装设在导轨83上，刀库本体87与 推力油缸82的活塞部分相连；刀库本体87上部一周上设置有链条88，链 条88上设置有多个刀柄座86;刀具84装在刀柄85上，刀柄85卡在刀柄 座86内。
如图6所示，数控加工中心还包括排屑装置90，排屑装置包括有链板 槽91、运输槽94、油箱92。链板槽91深入到机床工作台26下方，并与机 床机架复合，能有效收集切削时掉落的废屑和切削液。链板槽91内设置有 链板96,链板96在电机95的作用下在链板槽91、运输槽94间作循环运动。 将切削废屑从链板槽91经运输槽94传送到系统外部。链板槽91、运输槽 94分别连接油箱92，油箱92上设置有切削液输出口 ，在水泵93的作用下， 可将油箱92内收集的切削液经过切削液输出口输出。运输槽94连接设置于 油箱92上方，并且其槽体向斜上方向延伸，具有一定的坡度，便于冷却液 的排走。运输槽94末端端头设置有废屑输出口，当工作时，废屑输出口下 方可安放一用于装切削废屑小车，小车可在需清运时运走切削废屑。切削时， 废屑和切削液一起落入链板槽91内，在电机95的拖动下，链板96带着废 屑一起移动，经过运输槽94，最后送出排屑装置；与此同时，切削液经过 过滤后流到油箱92内，再由水泵93打入冷却通道，最后回到机床主轴处喷 出实现循环使用。
应当指出，对于经充分说明的本实用新型来说，还可具有多种变换及改 型的实施方案，并不局限于上述实施方式的具体实施例。上述实施例仅仅作 为本实用新型的说明，而不是限制。总之，本实用新型的保护范围应包括那 些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。
权利要求1.一种五轴联动数控加工中心，其特征在于它包括床身(10)、固定于床身(10)上方的龙门架(30)，所述龙门架(30)包含有左右两个龙门立柱(32)，以及设置于两个龙门立柱(32)间的固定龙门横梁(35)，龙门立柱(32)的前部安装有可使工作台(26)同时绕A、C轴转动的直驱式双轴精密转台(20)；所述龙门架(30)上设置有可Y向运动的横梁(40)，横梁(40)前部设置有可X向运动的溜板(50)，溜板(50)前部设置有可Z向运动的主轴箱(60)，主轴箱(60)设置有主轴安装孔(66)，主轴安装孔(66)内设置有主轴(70)；床身(10)和龙门架(30)之间的空腔内设置有刀库(80)。
2. 根据权利要求1所述的五轴联动数控加工中心，其特征在于所述 龙门立柱(32)上表面上设置有Y向导轨安装面，Y向导轨安装面上安装有 Y向导轨；横梁(40)下部设置有Y向滑块安装面(41)， Y向滑块安装面(41)上安装有Y向滑块；Y向滑块可滑动的设置在Y向导轨上。
3. 根据权利要求1所述的五轴联动数控加工中心，其特征在于所述 横梁(40)前部的上下部位分别设置有X向导轨安装面(43)， X向导轨安 装面(43)上安装有X向导轨；溜板(50)背部设置有X向滑块安装面，X 向滑块安装面上安装有X向滑块；X向滑块可滑动的设置在X向导轨上。
4. 根据权利要求1所述的五轴联动数控加工中心，其特征在于所述溜板(50)前部设置有Z向滑块安装面，Z向滑块安装面上安装有Z向滑块； 主轴箱(60)背面设置有Z向导轨安装面(63)， Z向导轨安装面(63)上 安装有Z向导轨；Z向滑块可滑动的设置在Z向导轨上。
5. 根据权利要求1所述的五轴联动数控加工中心，其特征在于直驱式双轴精密转台(20)包括A轴力矩电机(21)、 C轴架(24)、 C轴力矩电 机(25)、工作台(26)、轴承座(27)，所述A轴力矩电机(21)、轴承座分 别固定到两边的龙门立柱(32)上，C轴架(24) —边连接到A轴力矩电机 (21)的主轴(28)上，另一边连接到轴承座(27)的主轴上，C轴架(24) 随A轴力矩电机(21)的主轴(28)转动而转动，A轴力矩电机(21)的主 轴(28)作A轴转动，C轴架(24)上安装有C轴力矩电机(25)， C轴力矩电机(25)的主轴(29)上设置有工作台(26)，工作台(26)随C轴力 矩电机(25)的主轴(29)转动而转动，C轴力矩电机(25)的主轴(29) 作C轴转动。
6. 根据权利要求1所述的五轴联动数控加工中心，其特征在于所述 主轴箱(60)内部设置有油缸安装孔(62),油缸安装孔(62)内安装有液 压配重油缸(68)。
7. 根据权利要求1所述的五轴联动数控加工中心，其特征在于所述 刀库(80)为链条式刀库，它包括底板(81)、刀库本体(87)、链条(88)、 刀柄座(86)、刀柄(85)、刀具(84);所述底板(81)上设置有推力油缸(82)和导轨(83)，刀库本体(87)通过滑块可移动的活动装设在导轨(83) 上，刀库本体(87)与推力油缸(82)的活塞部分相连；刀库本体(87)上 部一周上设置有链条(88)，链条(88)上设置有多个刀柄座(86);刀具(84) 装在刀柄(85)上，刀柄(85)卡在刀柄座(86)内。
8. 根据权利要求1所述的五轴联动数控加工中心，其特征在于所述 数控加工中心还包括排屑装置(90)，排屑装置包括有链板槽(91)、运输槽(94)、油箱(92)，所述链板槽(91)设置于工作台(26)下方，链板槽(91) 内设置有用于收集机床切削废屑并经运输槽(94)传送到系统外部的链板(96)，链板(96)在链板槽(91)、运输槽(94)间作循环运动，运输槽(94) 连接设置于油箱(92)上方，并且其槽体向斜上方向延伸，运输槽(94)末 端端头设置有废屑输出口；链板槽(91)、运输槽(94)分别连接油箱(92)， 油箱(92)上设置有切削液输出口。
专利摘要本实用新型公开了一种五轴联动数控加工中心，包括床身(10)、龙门架(30)，龙门架(30)包含有左右两个龙门立柱(32)，以及固定龙门横梁(35)，龙门立柱(32)的前部安装有可使工作台(26)同时绕A、C轴转动的直驱式双轴精密转台(20)；龙门架(30)上设置有可Y向运动的横梁(40)，横梁(40)前部设置有可X向运动的溜板(50)，溜板(50)前部设置有可Z向运动的主轴箱(60)，主轴箱(60)上安装有主轴(70)；床身(10)和龙门架(30)之间的空腔内设置有刀库(80)。本实用新型结构新颖、占地少、节约空间、成本较低；运行平稳、性能稳定、机床运动轴具有较高的动态性能、调节特性，以及定位精度和重复定位精度。
文档编号B23B19/00GK201346699SQ200920037808
公开日2009年11月18日 申请日期2009年1月24日 优先权日2009年1月24日
发明者华 余, 卢秉恒, 明 周, 周宏志, 康 王, 王锐刚, 赵万华 申请人:苏州江南电梯(集团)有限公司;苏州秉创科技有限公司;西安交通大学苏州研究院