一种五轴加工中心的制作方法

一种五轴加工中心，属于加工机床技术领域。

背景技术：

数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的一种自动加工设备，两者的加工工艺基本相同，结构也有些相似。数控铣床有分为不带刀库和带刀库两大类。其中带刀库的数控铣床又称为加工中心。现有的加工中心的夹具夹紧速度较慢，且在加工过程中由于刀具与工件之间的作用力，很容易导致工件与夹具发生相对移动，导致加工精度降低。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种能够实现五轴联动，且工件装夹牢固，避免加工过程中工件与夹具发生相对移动的五轴加工中心。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该五轴加工中心，其特征在于：包括x轴平移机构、z轴平移机构、y轴升降机构、a轴动力装置、b轴动力装置以及电主轴，x轴平移机构安装在z轴平移机构上，x轴平移机构和z轴平移机构均在水平面内平移且移动方向相互垂直，y轴升降机构安装在x轴升降机构上，电主轴竖向安装在y轴升降机构上，电主轴的下侧设置有活动工作台和固定工作台，a轴动力装置与b轴动力装置相连并带动其绕x轴转动，b轴动力装置与活动工作台相连并带动其绕y轴转动，固定工作台和活动工作台上均至少安装有一个夹具；

夹具包括夹具底座、夹爪以及夹爪丝杠，夹爪有对称设置在夹具底座两侧的两个，夹爪滑动安装在夹具底座的上侧，夹爪丝杠转动安装在夹爪底座上，夹爪丝杠的两端分别，夹爪丝杠的两端分别与对应侧的夹爪螺纹连接，夹爪丝杠连接有带动其转动的夹紧动力装置。

优选的，所述的夹紧动力装置为夹紧电机，夹爪丝杠与夹紧电机的输出轴相连并随其同步转动。

优选的，每个所述的夹爪的上端内侧均设置有向内的让位口，从而形成用于担放工件的担放部。

优选的，所述的b轴动力装置为b轴伺服电机，所述的a轴动力装置为a轴伺服电机，a轴伺服电机的输出轴沿x轴方向设置，a轴伺服电机的输出轴与b轴伺服电机直接连接，b轴伺服电机的输出轴竖直向上设置，b轴伺服电机的输出轴与活动工作台直接连接。

优选的，还包括龙门架，龙门架设置在固定工作台上侧，z轴平移机构与龙门架相连并带动其平移，x轴平移机构安装在龙门架上。

优选的，所述的z轴平移机构包括z轴伺服电机以及z轴丝杠，z轴丝杠与龙门架所在的平面垂直，z轴丝杠有两根分别设置在龙门架对应的一侧下部，龙门架的两侧分别设置有与对应一侧的z轴丝杠相配合的z轴螺母，z轴伺服电机与z轴丝杠相连并带动其同步转动。

优选的，所述的龙门架的两侧下部分别设置有z轴导轨，z轴导轨与z轴丝杠平行设置，龙门架的侧部滑动安装在对应侧的z轴导轨上。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1、本五轴加工中心实现了五轴联动，自由度高，能够加工结构复杂的零部件，活动工作台连接有带动其转动的b轴动力装置，电主轴上设置有自锁装置，从而既能够实现铣削，又能够实现工件的车削、滚齿、插内外键槽等动作，使加工中心的功能更加多样化，固定工作台可以用于加工精度要求高的平面铣削或雕刻铣削，加工精度高，进一步提高了机床功能的多样性，工件夹紧牢固，避免加工过程中工件与夹具相对移动，又能够避免对工件的加工造成妨碍。

2、每个夹爪的上部均设置有担放部，工件两端担放在担放部上，并通过让位口的两侧夹紧工件，进一步保证了工件装夹牢固。

3、b轴伺服电机直接安装在a轴伺服电机的输出轴上，b轴伺服电机与活动工作台直接连接，从而能够保证传动精确度高。

4、z轴伺服电机带动z轴丝杠同步移动，从而推动龙门架平移，使龙门架只会受到推动其平移的力，而不产生推动其向侧部运动的分力，既保证了工件的加工精度，又避免对加工中心造成妨碍。

5、两侧的z轴导轨分别对龙门架的两侧进行导向，保证龙门架直线平移，进而保证了工件加工精度高。

附图说明

图1为五轴加工中心的主视示意图。

图2为五轴加工中心的右视示意图。

图3为五轴加工中心的俯视示意图。

图4为固定工作台和活动工作台的相对位置示意图。

图5为活动工作台的安装示意图。

图6为夹具的主视剖视示意图。

图7为刀库的主视剖视示意图。

图8为刀库的俯视示意图。

图9为电主轴的主视结构示意图。

图中：1、机架2、固定工作台3、a轴伺服电机4、b轴伺服电机5、z轴平移台6、x轴平移台7、y轴升降台8、z轴导轨9、z轴伺服电机10、x轴伺服电机11、x轴丝杠12、y轴伺服电机13、y轴丝杠14、电主轴15、刀库16、z轴丝杠17、龙门架18、夹具底座19、夹爪20、夹爪丝杠21、工件22、安装架23、刀库伺服电机24、刀库安装盘25、刀库刀架26、安装筒27、定子线圈28、锁紧盘29、端盖30、电主轴刀架。

具体实施方式

图1~9是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~9对本发明做进一步说明。

一种五轴加工中心，包括x轴平移机构、z轴平移机构、y轴升降机构、a轴动力装置、b轴动力装置以及电主轴14，x轴平移机构安装在z轴平移机构上，x轴平移机构和z轴平移机构均在水平面内平移且移动方向相互垂直，y轴升降机构安装在x轴升降机构上，电主轴14竖向安装在y轴升降机构上，电主轴14的下侧设置有活动工作台和固定工作台2，a轴动力装置与b轴动力装置相连并带动其绕x轴转动，b轴动力装置与活动工作台相连并带动其绕y轴转动，固定工作台2和活动工作台上均至少安装有一个夹具；夹具包括夹具底座18、夹爪19以及夹爪丝杠20，夹爪19有对称设置在夹具底座18两侧的两个，夹爪19滑动安装在夹具底座18的上侧，夹爪丝杠20转动安装在夹爪底座18上，夹爪丝杠20的两端分别，夹爪丝杠20的两端分别与对应侧的夹爪19螺纹连接，夹爪丝杠20连接有带动其转动的夹紧动力装置。本五轴加工中心实现了五轴联动，自由度高，能够加工结构复杂的零部件，活动工作台连接有带动其转动的b轴动力装置，电主轴14上设置有自锁装置，从而既能够实现铣削，又能够实现工件21的车削、滚齿、插内外键槽等动作，使加工中心的功能更加多样化，固定工作台2可以用于加工精度要求高的平面铣削或雕刻铣削，加工精度高，进一步提高了机床功能的多样性，工件21夹紧牢固，避免加工过程中工件21与夹具相对移动，又能够避免对工件21的加工造成妨碍。

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，然而熟悉本领域的人们应当了解，在这里结合附图给出的详细说明是为了更好的解释，本发明的结构必然超出了有限的这些实施例，而对于一些等同替换方案或常见手段，本文不再做详细叙述，但仍属于本申请的保护范围。

定义水平面内沿说明书附图1中的加工中心前后方向的移动为z轴，在水平面内沿说明书附图1中的加工中心左右方向的移动为x轴，定义竖直方向为y轴，定义活动工作台绕y轴方向的转动为b轴，定义沿x轴方向的转动为a轴。

具体的：如图1~5所示：该加工中心还包括机架1，电主轴14安装在y轴升降机构上，y轴升降机构带动电主轴14竖直升降，y轴升降机构安装在x轴平移机构上，x轴平移机构带动y轴升降机构沿x轴方向移动，x轴平移机构安装在z轴平移机构上，z轴平移机构带动x轴平移机构沿z轴方向平移，z轴平移机构安装在机架1上。

机架1上还安装有a轴伺服电机3，a轴伺服电机3设置在机架1沿z轴方向的前侧中部，a轴伺服电机3的输出轴沿x轴方向设置，b轴动力装置安装在a轴伺服电机3的输出轴上，b轴动力装置为b轴伺服电机4，b轴伺服电机4的输出轴朝上竖向设置。活动工作台安装在b轴伺服电机4上，活动工作台水平设置，活动工作台上设置有夹具。a轴伺服电机3的输出轴直接与b轴伺服电机4相连，b轴伺服电机4的输出轴直接与活动工作台相连，从而保证传动精确。

机架1的上侧还设置有固定工作台2，固定工作台2为花岗岩材质，花岗岩材质的固定工作台2精度高，不变形，且强度高，硬度高。固定工作台2的前侧中部设置有内凹的凹槽，活动工作台设置在凹槽内，固定工作台2的上侧与活动工作台的上侧平齐。固定工作台2上也安装有夹具。

机架1的上侧还滑动安装有龙门架17，龙门架17设置在固定工作台2的上侧，龙门架17竖向设置，且龙门架17所在的平面与z轴垂直设置。机架1上侧安装有沿z轴方向设置的z轴导轨8，z轴导轨8有对称设置在机架1两侧的两根，龙门架17的两侧分别设置有与对应侧的z轴导轨8相配合的z轴滑槽，龙门架17的两侧分别滑动安装在对应侧的z轴导轨上。龙门架17的上侧安装有z轴平移台5，z轴平移台5沿x轴方向设置，z轴平移台5与龙门架17设置在同一竖直面内并与龙门架17保持同步移动。

z轴传动机构包括z轴伺服电机9以及z轴丝杠16，z轴丝杠16沿z轴方向设置，z轴丝杠16也对称设置有两根，并设置在龙门架17对应的一侧的下部，z轴丝杠16的两端转动安装在机架1上，龙门架17的两侧下部均设置有与z轴丝杠16相啮合的z轴螺母，z轴伺服电机9安装在机架1上，z轴伺服电机9与z轴丝杠16一一对应，z轴伺服电机9的输出轴与z轴丝杠16同轴连接并保持同步转动，x轴平移机构安装在z轴平移台5上，进而实现了x轴平移机构沿z轴方向的移动，且通过两根z轴丝杠16和两个z轴伺服电机9推动，保证龙门架17平稳且沿直线运动。刀库15设置在龙门架17的中部。

z轴平移台5为花岗岩材质，花岗岩材质性变形，从而保证x轴平移机构和y轴升降机构移动平稳，且精度高。z轴平移台5靠近活动工作台的一侧设置有x轴导轨，x轴导轨沿x轴方向设置，x轴导轨由上至下间隔设置有两根，z轴平移台5的前侧设置有x轴平移台6，x轴平移台6的后侧设置有与两根x轴导轨相配合的x轴滑槽，x轴平移台6通过后侧的滑槽滑动安装在x轴导轨上。

x轴平移机构包括x轴伺服电机10以及x轴丝杠11，x轴丝杠11沿x轴方向水平设置在z轴平移台5的前侧中部，x轴丝杠11的两端转动安装在z轴平移台5上，x轴平移台6的后侧设置有与x轴丝杠11相配合的x轴螺母，x轴伺服电机10安装在z轴平移台5的一侧，x轴伺服电机10的输出轴与x轴丝杠11同轴连接并带动x轴丝杠11转动，从而实现了x轴平移台6沿x轴方向的平移。

x轴平移台6靠近活动工作台的一侧设置有y轴升降台7，x轴平移台6的前侧设置有竖向设置的y轴导轨，y轴导轨有对称设置在x轴平移台6两侧的两根，y轴升降台7的后侧设置有与y轴导轨相配合的y轴滑槽，y轴升降台7通过滑槽滑动安装在y轴导轨上。

y轴升降机构包括y轴伺服电机12和y轴丝杠13，y轴丝杠13竖向设置在x轴平移台6和y轴升降台7之间，y轴丝杠13竖向设置在x轴平移台6的中部，y轴丝杠13的两端转动安装在x轴平移台6的上，y轴伺服电机12设置在x轴平移台6的上侧，y轴伺服电机12的输出轴朝下竖向设置，y轴伺服电机12的输出轴与y轴丝杠同轴连接并带动其转动，进而实现了y轴升降台7的升降。电主轴14竖向设置在y轴升降台7的前侧，并随y轴升降台7同步升降。

如图6所示：夹具包括夹具底座18、夹爪19以及夹爪丝杠20，夹具底座18为圆盘状，夹具底座18的下侧设置有与活动工作台或固定工作台2固定的螺纹孔，夹爪19有对称设置在夹具底座18两侧的两个，夹爪19滑动安装在夹具底座18对应的一侧，夹爪丝杠20水平设置，夹爪丝杠20的中部转动安装在夹具底座18上侧，夹爪丝杠20的两端设置有旋向不同的螺纹，每个夹爪19的下部均设置有与夹爪丝杠20对应的一端相啮合的螺纹孔，夹爪丝杠20连接有带动其转动的夹紧电机，夹紧电机为伺服电机或步进电机。

每个夹爪19的上端内侧均设置有让位口，从而在夹爪19的上部形成担放部，工件21的两端担放在担放部上，并通过夹爪19的上端两侧夹紧工件21，保证工件21夹紧牢固。

如图7~8所示：刀库15包括安装架22以及刀库安装盘24，刀库安装盘24水平设置的圆盘，刀库安装盘24设置在安装架22的上侧，且刀库安装盘24转动安装在安装架22上侧。安装架22与刀库安装盘24之间安装有刀库伺服电机23，刀库伺服电机23的输出轴朝上竖向设置，刀库伺服电机23的输出轴与刀库安装盘24同轴连接并带动其转动，从而实现了电主轴14的刀具的更换。环绕刀库安装盘24的上侧间隔均布有多个刀库刀架25，刀库刀架25的刀具安装部设置在刀库安装盘24外，刀库刀架25沿刀库安装盘24的半径方向设置。刀库伺服电机23与刀库安装盘24直接连接，保证了传动精度高，进而保证了换刀时电主轴14与对应的刀库刀架25对正。

刀库安装盘24的下侧同轴设置有圆盘状的托盘，托盘设置在刀库安装盘24的下侧并与刀库安装盘24可拆卸的连接，托盘的下侧设置有竖向的连接轴，连接轴通过轴承与安装架22转动连接，刀库伺服电机23的输出轴朝上竖向设置，刀库伺服电机23的输出轴与连接轴同轴连接并保持同步转动，使刀库安装盘安装方便，且方便刀库安装盘24与刀库伺服电机23相连。

如图9所示：电主轴14包括安装筒26、定子线圈27以及转子，安装筒26为竖向设置的圆筒，安装筒26的上下两端均敞口设置，定子线圈27同轴设置在安装筒26中部，且定子线圈27与安装筒26的内壁固定连接，转子同轴安装在安装筒26内，转子的中部设置有与定子线圈27相配合的转子线圈，转子的上端通过轴承与安装筒26的上端转动连接，转子的下端通过轴承与安装筒26的下端转动连接，安装筒26内设置有编码器，编码器设置在安装筒26上部。转子上端和下端均设置有两个轴承。

安装筒26的下端同轴设置有端盖29，端盖29的直径大于安装筒26的直径，端盖29的中部设置有通孔，转子的下端穿过通孔并向下伸出，转子下端的两个轴承分别设置在端盖29的上下两侧，从而保证转子与安装筒26和端盖29连接牢固，避免转子发生轴向的移动。转子的下端同轴安装有电主轴刀架30。

自锁机构包括锁紧盘28以及刹车带，锁紧盘28同轴设置在转子上部，锁紧盘28同轴设置在转子的上部，且锁紧盘28设置在安装筒26上部内。刹车带一端与安装筒26内壁固定连接，刹车带的另一端设置有锁紧动力装置，刹车带环绕锁紧盘28设置，锁紧动力装置通过刹车带对锁紧盘28进行自锁，使电主轴14实现了自锁。

锁紧动力装置为锁紧伺服电机，锁紧伺服电机的输出轴同轴连接有锁紧轴，刹车带与锁紧轴的侧部固定连接，锁紧伺服电机带动锁紧轴转动，使刹车带绕在锁紧轴上，进而实现了对锁紧盘28的锁紧。锁紧动力装置还可以为锁紧油缸或锁紧气缸，锁紧油缸或锁紧气缸的活塞杆与刹车带相连，从而通过刹车带对锁紧盘28进行锁紧。

电主轴14的转速为0~30000r/min，活动工作台的转速为0~2000r/min，a轴伺服电机3和b轴伺服电机4也可以实现自锁。当电主轴14自锁时，b轴伺服电机4转动，可实现车削功能，当电主轴14带动刀具转动，b轴伺服电机4停止转动并实现自锁，可实现铣削功能，电主轴14可夹持齿轮滚刀实现滚齿功能，电主轴14还可以夹持插键刀实现插内外键槽的功能，电主轴14高速转动还可以实现外圆磨或平面磨的功能。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。