一种高精度五轴激光加工机床的制作方法

本发明涉及激光加工机床领域，尤其涉及一种高精度五轴激光加工机床。

背景技术：

1、针对钛合金、高温合金以及高强度钢等领域，采用传统加工方式，刀具与工件接触进行切削加工时，刀具与工件之间存在作用力，使得切削工具和工件产生微量的弹性形变，影响加工精度。为了解决上述问题，需要采用性能更好的刀具，使得加工成本升高。尤其针对一些特殊位置的孔洞，如发动机燃烧室小孔加工等，采用常规加工方式很难实现，因此现有技术采用激光加工孔洞。

2、公开号为cn116079228a的中国发明专利申请公开了一种五轴联动激光加工设备及其加工方法，通过激光加工、人造大理石框架以及直线电机三者结合实现对工件的加工，但该加工方式存在以下问题：直线电机热量主要在线圈中生成，但线圈属于动子，该发明在定子上设置液冷过渡板，不能很好地对直线电机进行散热，其次，人造大理石相较于天然大理石虽然成形性能好，但由于其采用高分子材料粘合使得结构稳定性比天然大理石差；再次，该发明中的直线电机竖直设置，在重力作用下机械部件会发生蠕变，使得设备精度变差，虽然人造大理石一定程度上可提高机床刚性，但仍难以满足高精度的要求。公开号为cn115365646a的中国发明专利申请公开了一种五轴激光加工机床，该机床采用两个y轴安装架，可以提高机床的的稳定性，但该机床未对直线电机进行散热，且x轴运动机构、y轴运动机构和z轴运动机构均采用直线电机，尤其是x轴和z轴的直线电机产生的热量大，导致运动精度大大降低，不能满足高精度加工要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高精度五轴激光加工机床，结合直线电机热量传输特点，对x轴运动机构、y轴运动机构以及z轴运动机构的驱动形式以及机床支撑架结构进行改良设计。本发明提供的高精度五轴激光加工机床定位精度可达0.005mm，激光穿孔的孔径精度可达0.01mm。

2、本发明采用如下技术方案。

3、一种高精度五轴激光加工机床，包括：床身；机械运动组件，所述机械运动组件包括x轴运动机构、y轴运动机构和z轴运动机构，所述x轴运动机构和y轴运动机构采用直线电机驱动，所述z轴运动机构采用旋转电机驱动；ac轴转台，所述ac轴转台安装于所述床身上，用于对工件进行夹装，所述ac轴转台带动工件绕着c轴旋转，所述ac轴转台带动工件绕着a轴进行摆动；激光加工系统，所述激光加工系统包括激光器、光路元件和聚焦组件，所述光路元件与所述聚焦组件安装于所述z轴运动机构上，所述光路元件分别与所述激光器和所述聚焦组件连接。

4、进一步的，所述床身包括底座和设置于两侧的y轴安装架，所述ac轴转台设置于所述底座上且位于两所述y轴安装架之间，所述y轴运动机构设置于所述y轴安装架上，所述床身采用天然大理石制成。

5、进一步的，所述y轴安装架的顶面设置有y轴轨道和y轴直线电机定子，所述y轴运动机构包括y轴直线电机动子、y轴滑块以及横梁，所述y轴滑块和所述y轴直线电机动子均固定于所述横梁上，所述y轴滑块与所述y轴轨道配合，所述y轴直线电机定子与所述y轴直线电机动子配合。

6、进一步的，所述横梁顶面设置有x轴轨道和x轴直线电机定子，所述x轴运动机构包括x轴直线电机动子，x轴滑块及固定台，所述x轴直线电机动子与x轴滑块固定设置于所述固定台上，所述x轴直线电机定子与x轴直线电机动子配合，所述x轴滑块与所述x轴轨道配合。

7、进一步的，所述固定台还包括竖直安装部，所述竖直安装部上固定设置有z轴轨道、旋转电机以及与所述旋转电机传动连接的滚珠丝杆；所述z轴运动机构包括z轴滑块、螺纹传动件以及z轴安装台，所述螺纹传动件及z轴滑块固定安装于所述z轴安装台上，所述滚珠丝杆与所述螺纹传动件传动连接，所述z轴轨道与所述z轴滑块配合。

8、进一步的，所述z轴安装台上固定连接有光路元件与聚焦组件。

9、进一步的，所述横梁包括柱状梁以及设置于柱状梁两端下部的y轴滑台，所述y轴直线电机动子以及y轴滑块设置于所述y轴滑台的底面，所述y轴滑台的上表面与所述柱状梁固定连接。

10、进一步的，所述柱状梁采用天然大理石制成。

11、进一步的，还包括导热系统，所述导热系统包括：第一导热件，所述第一导热件设置于柱状梁内且与x轴轨道接触；第二导热件，所述第二导热件用于将y轴滑台与所述柱状梁分隔开，所述第二导热件与y轴滑台和柱状梁的接触面上设置有纳米导热材料；导热连接件，所述导热连接件用于将第一导热件和第二导热件连接；第三导热件，所述第三导热件设置于y轴安装架内且与y轴轨道接触，所述导热件与散热装置连接。

12、进一步的，所述第一导热件和第三导热件包括：导热体，所述导热体采用高导热金属制成；接触体，所述接触体包括多个，沿所述第一导热件轴向分布，所述接触体包括连接面和接触面，所述接触面上设置有针状凸起；弹性连接部，所述弹性连接部连接所述导热体和接触体的连接面；所述x轴轨道和y轴轨道安装前，所述第一导热件或第三导热件安装时，接触体的接触面高于所述天然大理石表面，且接触体的凸出高度大于所述接触体厚度的2/3。

13、本发明提供的高精度五轴加工机床与现有技术相比具有以下有益技术效果：

14、本发明将x轴运动机构和y轴运动机构采用直线电机驱动，提高了x轴和y轴运动的精度和效率。由于x轴运动机构与z轴运动机构集成度较高，若两者均采用直线电机驱动，则释放的热量较多，控制难度大，为了降低产生的热量，z轴运动机构采用旋转电机驱动。考虑后续散热结构的设置，不能将x轴运动机构设置为旋转电机，x轴运动机构相较于z轴运动机构更可以实现散热结构的简洁化，可以采用刚性的导热件直接连接，降低机床运行过程中的风险。本发明所提供的高精度五轴加工机床定位精度可达0.005mm，激光穿孔的孔径精度可达0.01mm。

技术特征：

1.一种高精度五轴激光加工机床，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种高精度五轴激光加工机床，其特征在于，所述床身包括底座和设置于两侧的y轴安装架，所述ac轴转台设置于所述底座上且位于两所述y轴安装架之间，所述y轴运动机构设置于所述y轴安装架上，所述床身采用天然大理石制成。

3.根据权利要求2所述的一种高精度五轴激光加工机床，其特征在于，所述y轴安装架的顶面设置有y轴轨道和y轴直线电机定子，所述y轴运动机构包括y轴直线电机动子、y轴滑块以及横梁，所述y轴滑块和所述y轴直线电机动子均固定于所述横梁上，所述y轴滑块与所述y轴轨道配合，所述y轴直线电机定子与所述y轴直线电机动子配合。

4.根据权利要求3所述的一种高精度五轴激光加工机床，其特征在于，所述横梁顶面设置有x轴轨道和x轴直线电机定子，所述x轴运动机构包括x轴直线电机动子，x轴滑块及固定台，所述x轴直线电机动子与x轴滑块固定设置于所述固定台上，所述x轴直线电机定子与x轴直线电机动子配合，所述x轴滑块与所述x轴轨道配合。

5.根据权利要求4所述的一种高精度五轴激光加工机床，其特征在于，所述固定台还包括竖直安装部，所述竖直安装部上固定设置有z轴轨道、旋转电机以及与所述旋转电机传动连接的滚珠丝杆；所述z轴运动机构包括z轴滑块、螺纹传动件以及z轴安装台，所述螺纹传动件及z轴滑块固定安装于所述z轴安装台上，所述滚珠丝杆与所述螺纹传动件传动连接，所述z轴轨道与所述z轴滑块配合。

6.根据权利要求5所述的一种高精度五轴激光加工机床，其特征在于，所述z轴安装台上固定连接有光路元件与聚焦组件。

7.根据权利要求6所述的一种高精度五轴激光加工机床，其特征在于，所述横梁包括柱状梁以及设置于柱状梁两端下部的y轴滑台，所述y轴直线电机动子以及y轴滑块设置于所述y轴滑台的底面，所述y轴滑台的上表面与所述柱状梁固定连接。

8.根据权利要求7所述的一种高精度五轴激光加工机床，其特征在于，所述柱状梁采用天然大理石制成。

9.根据权利要求7所述的一种高精度五轴激光加工机床，其特征在于，还包括导热系统，所述导热系统包括：

10.根据权利要求9所述的一种高精度五轴激光加工机床，其特征在于，所述第一导热件和第三导热件包括：

技术总结
本发明提供一种高精度五轴激光加工机床，属于激光加工机床领域，包括：床身；机械运动组件，所述机械运动组件包括X轴运动机构、Y轴运动机构和Z轴运动机构，X轴运动机构和Y轴运动机构采用直线电机驱动，Z轴运动机构采用旋转电机驱动；AC轴转台，所述AC轴转台安装于所述床身上，用于对工件进行夹装，所述AC轴转台带动工件绕着C轴旋转，所述AC轴转台带动工件绕着A轴进行摆动；激光加工系统，所述激光加工系统包括激光器、光路元件和聚焦组件，光路元件与聚焦组件安装于所述Z轴运动机构上，光路元件分别与激光器和聚焦组件连接。本发明定位精度可达0.005mm，激光穿孔的孔径精度可达0.01mm。

技术研发人员：李玮林,徐进
受保护的技术使用者：山东中玮动力科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15