技术领域本发明涉及机械加工设备领域，特别涉及一种桌面型多功能五轴加工设备。
背景技术：
随着创客活动的开展，越来越多的人加入到创客的行列中，但在将想法变成现实的过程中，往往需要花费大量的精力在非标零件的加工上。手工制作非标件速度慢，效率低，且精度较差。而现有的数控设备大多是大型的设备，离我们的生活有一定距离。与此同时，在机加工领域，往往使用大型的设备加工小工件，浪费能源且装夹不便。基于这种原因，也出现了一些小型的数控设备。市场上可以采购到的包括小型的数控雕刻机，小型的三维打印机或是激光雕刻机。它们可以满足处在加工零件时的一部分需求。但它们功能单一，若想实现不同的功能需要花费大量金钱购置不同的设备，占用大量体积。同时，它们中的很多是由大型的设备简化而来，在桌面级的应用中存在体积过大，过于笨重，噪音大，可靠性不佳等问题。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种桌面型多功能五轴加工设备，针对上述的问题，该发明提出了一种半封闭的立方体框架结构的多功能加工中心。这一种机械结构解决了传统动龙门数控雕刻机结构笨重，速度慢的问题，解决了传统定龙门在同样加工面积下实际占用面积大的问题。可以同时完成三维打印和传统数控雕刻机能完成的任务，包含了一个自动切换工具的系统，能够在加工时自动切换三维打印喷头和电主轴，两过程连续进行，全程无需人工干预。另外，五轴的设计为加工复杂零件提供了更多的可能。兼具三维扫描功能，并且在保证功能的情况下拥有较大的空间利用率，有利于桌面化。可以满足个人创客或小型工作室的一般需要。为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：一种桌面型多功能五轴加工设备，其特征在于：所述桌面型多功能五轴加工设备的钣金外壳固定在铝型材框架上，透明亚克力前面板与左边的钣金外壳铰连接，可以开合；摄像头固定在铝型材框架上，用于监视加工进程及三维扫描。激光器固定在铝型材框架上，用于三维扫描旋转轴1步进电机固定在钣金外壳上，带动旋转轴1转盘旋转；用于三维扫描X轴步进电机、Y轴步进电机经由步进电机支架固定在铝型材框架上直线导轨固定在铝型材框架上，X轴运动座/Y轴运动座固定在直线导轨上；X/Y轴丝杠螺母固定在X/Y轴运动座上，X/Y轴光杆滑轨固定在X/Y轴运动座上，X-Y滑块内嵌直线轴承，直线轴承与X/Y轴光杆滑动连接；由X/Y轴运动座带动光杆，光杆带动X-Y滑块在XY平面内运动；Z轴直线导轨滑块在直线导轨上滑动，Z轴直线导轨滑块与X-Y滑块相连，Z轴直线导轨固定在Z轴支撑板两侧；Z轴步进电机固定在Z轴支撑板顶端旋转轴2步进电机固定在Z轴支撑板底端，带动旋转轴2旋转座旋转；旋转轴3步进电机固定在旋转轴2上，带动旋转轴3旋转座旋转；电主轴固定在旋转轴3上；Z轴运动时由Z轴步进电机旋转，带动Z轴丝杠旋转运动，带动Z轴步进电机，Z轴直线导轨滑块和Z轴支撑板上下移动，从而旋转轴2，旋转轴3及固定在上的电主轴上下运动；齿轮固定在Z旋转电机轴上，推杆电机固定在Z轴支撑板上，三维打印机喷头模组固定在推杆电机的轴上，回转支承轴承位于X-Y滑块上，轴承内圈通过螺栓固定在X-Y滑块上；回转支承轴承外圈轴承加工齿形，与齿轮配套；Z轴直线导轨滑块通过螺栓固定在回转支承轴承外圈。优选的，所述回转支承轴承，齿轮，Z旋转步进电机，推杆电机用于工作时切换加工工具用，所用的工具将始终朝向面对用户的方向。采用以上技术方案的有益效果是：该桌面型多功能五轴加工设备可以同时完成三维打印和传统数控雕刻机能完成的任务，兼具三维扫描功能。设备同时包含了一个自动切换工具的系统，能够在加工时自动切换三维打印喷头和电主轴，两过程连续进行，无需人工干预。设备考虑到了家庭用户，个人创客或是小型工作室的需求。该发明实施能够使设备在拥有同样有效加工面积的情况下占用较小的外部体积，有利于设备的小型化，桌面化。在加工时，工件固定，仅电主轴或三维打印机的喷头在空间中运动，有利于整体结构的稳定，加工速度的提高和更好成型精度的控制。设备半封闭的设计考虑到了用户使用的场景，在家用或者小型工作室中使用时能够减少噪音，避免粉尘废屑污染工作台，也有利于三维扫描时光学器件能够稳定工作，不受外界环境杂光的干扰。设计同时兼顾了结构的静稳定性和动态的刚性，立方体框架结构和双十字轴的设计对较大行程的大型数控设备也有借鉴意义。更重要的，发明中涉及到的自动切换工具，将三维打印和数控雕刻连续进行的设计，不仅限于本发明中设计的桌面设备，对大型设备也有借鉴意义。附图说明下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。图1是本发明一种桌面型多功能五轴加工设备的正面结构示意图；图2是本发明一种桌面型多功能五轴加工设备的侧面结构示意图；图3是本发明一种桌面型多功能五轴加工设备的顶部结构示意图。其中，9-步进电机支架，10-钣金外壳，11-铝型材框架，12-透明亚克力前面板，20-X轴步进电机，21-Y轴步进电机，22-Z轴步进电机，23-旋转轴3步进电机，24-旋转轴1步进电机，25-旋转轴2步进电机，26-Z旋转步进电机，31-旋转轴3旋转座，32-旋转轴2旋转座，33-Z轴支撑板，34-Y轴运动座，35-X轴运动座，36-X-Y滑块，37-旋转轴1转盘，40-Z轴直线导轨，41-X轴直线导轨，42-Y轴直线导轨，43-X轴光杆滑轨，44-Y轴光杆滑轨，45-X轴丝杠螺母副，46-Y轴丝杠螺母副，47-同步带，48-同步带轮，50-推杆电机，51-回转支承轴承，52-齿轮，5-摄像头，6-激光器，7-三维打印喷头模组，8-电主轴。具体实施方式下面结合附图详细说明本发明一种桌面型多功能五轴加工设备的优选实施方式。结合图1、图2和图3出示本发明一种桌面型多功能五轴加工设备的具体实施方式：该桌面型多功能五轴加工设备的钣金外壳10固定在铝型材框架11上，透明亚克力前面板12与左边的钣金外壳10铰连接，可以开合；摄像头5固定在铝型材框架11上，用于监视加工进程及三维扫描；激光器固定在铝型材框架11上，用于三维扫描；旋转轴1步进电机24固定在钣金外壳10上，带动旋转轴1转盘37旋转；用于三维扫描；X轴步进电机20、Y轴步进电机21经由步进电机支架9固定在铝型材框架11上；直线导轨固定在铝型材框架11上，X轴运动座35/Y轴运动座34固定在直线导轨上；X/Y轴丝杠螺母固定在X/Y轴运动座上，X/Y轴光杆滑轨固定在X/Y轴运动座上，X-Y滑块内嵌直线轴承，直线轴承与X/Y轴光杆滑动连接；由X/Y轴运动座带动光杆，光杆带动X-Y滑块在XY平面内运动；Z轴直线导轨滑块在直线导轨上滑动，Z轴直线导轨滑块与X-Y滑块相连，Z轴直线导轨40固定在Z轴支撑板33两侧；Z轴步进电机固定在Z轴支撑板33顶端；旋转轴2步进电机25固定在Z轴支撑板底端，带动旋转轴2旋转座32旋转；旋转轴3步进电机23固定在旋转轴2上，带动旋转轴3旋转座31旋转；电主轴固定在旋转轴3上；Z轴运动时由Z轴步进电机22旋转，带动Z轴丝杠旋转运动，带动Z轴步进电机22，Z轴直线导轨滑块和Z轴支撑板33上下移动，从而旋转轴2，旋转轴3及固定在上的电主轴上下运动；齿轮52固定在Z旋转电机轴上，推杆电机50固定在Z轴支撑板33上，三维打印机喷头模组7固定在推杆电机50的轴上，回转支承轴承51位于X-Y滑块上，轴承内圈通过螺栓固定在X-Y滑块上；回转支承轴承51外圈轴承加工齿形，与齿轮52配套；Z轴直线导轨滑块通过螺栓固定在回转支承轴承51外圈。回转支承轴承51，齿轮52，Z旋转步进电机26，推杆电机50用于工作时切换加工工具用，使加工时所用的工具将始终朝向面对用户的方向。方便用户直接进行监视或使用摄像头监视加工过程。也有利于加工面积的最大化，不存在加工工具无法触及的区域。使用时，用户在上位机中完成刀路编程，并设置好加工方式，由上位机发送给下位机，下位机的数控系统控制各轴的步进电机运动，工作时由X/Y轴电机旋转，通过联轴器带动一根丝杠旋转运动，另一根丝杠通过皮带传动，与前述丝杠同向同速运动。两根丝杠上的螺母带动X/Y运动座直线运动，由X/Y轴运动座带动光杆，光杆带动X-Y滑块在XY平面内运动。固定在X-Y滑块上的Z轴直线导轨滑块，在Z轴步进电机22旋转下经由丝杠传动，使整个Z轴支撑板33上下移动，从而旋转轴2，旋转轴3及固定在上的三维打印喷头模组7/电主轴8上下运动。旋转轴2步进电机25带动旋转轴2旋转座32旋转，旋转轴3步进电机23带动旋转轴3旋转座31旋转，从而带动固定在上的电主轴在上述两轴上旋转，进行五轴加工。需要进行三维打印时，根据命令，下位机关闭电主轴，Z旋转步进电机26带动齿轮52旋转，齿轮52带动回转支承轴承51外圈轴承旋转，带动Z轴步进电机22，Z轴直线导轨滑块和Z轴支撑板33旋转，将三维打印喷头模组7旋转到正面。同时推杆电机50推杆做直线运动，带动三维打印头模组7向下运动，直至到位。Z轴旋转步进电机刹车工作，锁紧避免Z轴进一步旋转。由数控系统控制三维打印机喷头模组7进行三维打印。设备的运动方式同上所述。在上述加工过程中，用户可在上位机软件中使用摄像头5对加工过程进行监视。在三维扫描时，用户将带扫描的物件置于旋转轴1转盘上，在上位机中输入指令，上位机将指令传递给下位机，激光器将被开启，照射物件，同时由旋转轴1步进电机24带动旋转轴1转盘37运动，由摄像头5捕捉激光在物件上反射后的图像，交由电脑处理后获得三维模型。然后可以将其加工成实物。可选的，在多弧线的工件加工时用户可以使用旋转轴1步进电机24带动旋转轴1转盘37，X轴被置于Y轴行程中间处并静止，仅X轴和Z轴分别进行左右，上下运动，此为三轴极坐标的加工模式，这时三维打印机喷头或电主轴也可覆盖XYZ坐标系内的所有点。这尤其适用于走弧形刀路，或者可用于提高打印速度。旋转轴1不仅用于三维扫描，也可用于加工中。更精确地走弧形刀路，或者可以用来加快打印速度。在Y轴行程的中间处设置一光电限位开关，用于极坐标加工模式中设备自动定位，无需人工干预。旋转轴1步进电机24配有刹车，在不使用旋转轴1时有更大的锁紧力，保持置于其上的工件静止。Z旋转步进电机26同时配有刹车和编码器。在正常加工过程中(Z轴不旋转)时拥有更大的锁紧力，保持在切换工具之外的场合Z轴不进行旋转。编码器用于反馈Z轴旋转是否到位，使得工具切换的全程无需人工干预。X-Y滑块在用回转支承轴承51连接处有一零刻度线，在初次使用设备或进行设备维护时，手工将Z轴旋转到对准刻度处，作为正常进行加工时Z轴到位的角度。在上位机中给出命令，下位机使用编码器读取此时电机角度并记录在下位机非易失性存储中。旋转轴1步进电机24，旋转轴2步进电机25，旋转轴3步进电机23均采用配有谐波减速的步进电机，提高精度。旋转轴3旋转座31上有弹性触点与控制主板相连，具有供电能力，这用于在未来更换更多的模组，如自动贴片模块，激光器等。上述实施例中提到的使用丝杠螺母副进行给进的方式，在一些情况下可用齿条和齿轮配合进行代替。以上的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。