十六轴数字控制五轴联动精密铣磨加工中心的制作方法

1.本发明涉及精密机械加工装置技术领域，特别是涉及十六轴数字控制五轴联动精密铣磨加工中心。


背景技术：

2.磨削中心是一种具有多功能的复合型机床，一般包括磨削装置、冷却装置、机床本体、数控操作系统、废料回收处理装置、移动部件、工件装夹固定装置等，一次装夹可完成工件的外圆、平面、端面，非圆、曲面等部位的磨削加工。磨削中心具有加工精度高、加工效率高及加工柔性高的特点，适用于军工、航天、刀具、量具、航空、机床等行业的精密机械加工领域。磨削中心是对发动机叶榫等精密零件磨削加工的不可或缺的重要设备。
3.现有的磨削中心在磨削过程中，需要不同种形状和尺寸的砂轮时，需要人工更换砂轮，加工效率低，安全系数低，无法实现一边磨削加工一边修整滚轮形成连续修整。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供十六轴数字控制五轴联动精密铣磨加工中心，已解决上述现有技术存在的问题，能够一边磨削加工一边采用修整滚轮连续修整。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种十六轴数字控制五轴联动精密铣磨加工中心，包括底座，所述底座包括前底座和后底座，所述前底座上安装有x轴驱动装置，所述x轴驱动装置上安装有工作台，所述工作台上安装有五轴摇篮转台，所述五轴摇篮转台上用于安装工件及夹治具；所述后底座一侧固定连接有刀库架系统，所述刀库架系统底部内侧固定连接有换刀装置；所述后底座上固定设置有水平安装的z轴滑动导轨，所述z轴滑动导轨上通过z轴驱动组件连接有立柱，所述立柱上竖直设置有y轴驱动装置，所述y轴驱动装置靠近x轴驱动装置的一端设置有y轴滑动导轨，所述y轴滑动导轨上滑动设置有托板装置，所述托板装置内设置有砂轮工具组件和修整滚轮组件；所述托板装置一侧设置有数控双轴冷却装置，另一侧设置有修整冷却装置。
6.可选的，所述x轴驱动装置包括x轴滚珠线性导轨，所述x轴滚珠线性导轨上滑动设置有所述工作台，所述工作台底部设置有滚珠丝杆，所述滚珠丝杆一端传动连接有x轴驱动伺服电机，所述滚珠丝杆上的丝杆螺母与所述工作台底部固定连接。
7.可选的，所述工作台包括上工作台和下工作台，所述下工作台底部与所述前底座固定连接，所述x轴滚珠线性导轨设置于所述下工作台上，所述上工作台底部通过滑块与所述x轴滚珠线性导轨滑块连接；所述滚珠丝杆设置于所述上工作台和下工作台之间；所述五轴摇篮转台固定设置于所述上工作台上。
8.可选的，所述五轴摇篮转台远离所述立柱的一侧设置有台式修整装置，所述台式修整装置包括固定设置于所述上工作台上的台式修整安装座，所述台式修整安装座内设置有台式修整伺服电机，所述台式修整伺服电机底部通过皮带轮传动连接有台式修整旋转
轴，所述台式修整旋转轴顶部固定安装有台式修整滚轮，所述台式修整旋转轴上下两端分别通过台式修整轴承支撑设置于所述台式修整安装座内。
9.可选的，所述换刀装置包括换刀装置安装座，所述换刀装置安装座上安装有与所述刀库架系统垂直且水平设置的第一换刀滚珠导轨，所述第一换刀滚珠导轨上滑动设置有固定架，所述固定架上固定设置有第一换刀伺服电机，所述第一换刀伺服电机传动连接有刀臂安装装置，所述刀臂安装装置上固定设置有与所述第一换刀滚珠导轨垂直的第二换刀滚珠导轨，所述第二换刀滚珠导轨上滑动设置有两组刀臂装置，每组所述刀臂装置均包括两个上下对称设置的刀臂，所述刀臂末端通过气动夹具安装有刀爪，两组所述刀臂装置的刀爪分别位于刀臂安装装置的两端；所述刀臂上连接有刀臂驱动电机，所述刀臂驱动电机能够驱动所述刀臂沿所述第二换刀滚珠导轨移动；所述固定架底部连接有换刀滚珠丝杆螺母副，所述换刀滚珠丝杆螺母副的末端连接有第二换刀伺服电机，所述第二换刀伺服电机能够通过所述换刀滚珠丝杆螺母驱动所述固定架沿所述第一换刀滚珠导轨前后移动。
10.可选的，所述托板装置包括与所述y轴滑动导轨滑动设置的v字形结构主体，所述v字形结构主体前端固定连接有托板，所述托板后端通过连接架固定连接有第一驱动电机，所述托板前端安装有第一驱动主体装置，所述第一驱动主体装置通过多个轴承布置于所述托板前端，且所述第一驱动主体装置后端通过联接器与所述第一驱动电机传动连接，所述第一驱动主体装置前端与所述砂轮工具组件传动连接；所述托板上端固定连接有v轴固定架，所述v轴固定架内腔设置有第二驱动主体装置，且所述第二驱动主体装置位于所述第一驱动主体装置上方，所述第二驱动主体装置前端连接有修整滚轮组件，所述第二驱动主体后端通过皮带传动连接有第二驱动电机，所述v轴固定架上设置有滑板装置，所述第二驱动主体装置和第二驱动电机固定设置于所述滑板装置上，所述滑板装置连接有滑板滚珠丝杆副，所述滑板滚珠丝杆副上端传动连接有滑板滚珠丝杆驱动电机。
11.可选的，所述数控双轴冷却装置一侧通过固定板与所述托板固定连接，所述数控双轴冷却装置包括上下移动模组和左右移动模组，所述左右移动模组底部连接有喷嘴组件，所述喷嘴组件包括喷嘴，所述喷嘴上端固定设置有挡屑钣金，所述挡屑钣金右侧设置有高压喷水进水管，所述高压喷水进水管与所述喷嘴连通；所述左右移动模组和上下移动模组能够带动所述喷嘴组件左右或上下移动。
12.可选的，所述修整冷却组件包括与所述托板一侧固定连接的固定架，所述固定架上固定安装有连接块，所述连接块上插设有两个导向杆，所述导向杆底部连接有固定板，所述固定板底部通过螺钉固定连接有进水块，所述进水块一侧螺纹连接有修整冷却喷嘴；两个所述导向杆之间设置有驱动箱体，所述驱动箱体底部通过螺杆与所述固定板连接，所述驱动箱体内设置有动力源装置。
13.可选的，所述托板两侧对称设置有两个万向冷却组件，所述万向冷却组件通过高压水管连接有高压冷却系统。
14.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明能够使刀库中的换刀装置可移动，可同时并自动更换安装砂轮和对应的金刚滚轮，也可以实现单独更换砂轮或金刚滚轮，实现连续修整。提高磨削效率，五轴联动控制效果好。本发明具有随冷却系统，冷却效果好，加工表面质量更高；本发明刀库能够同时安装砂轮和铣刀或钻头，主轴转速高，功率大，刀库能移动，从而磨削空间较大，加工效率
高。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，因此除以下附图外，其他不需付出创造性劳动即可获得的类似附图结构均应属于本发明专利权保护范围。
16.图1为本发明十六轴数字控制五轴联动精密铣磨加工中心整体结构示意图；图2为为本发明工作台组件结构示意图；图3为本发明台式修整装置示意图；图4为本发明换刀装置结构示意图；图5为本发明托板装置结构示意图；图6为本发明数控双轴冷却装置示意图；图7为本发明修整冷却装置示意图；图8为本发明万向冷却组件结构示意图；图9为本发明万向冷却组件工作时的俯视示意图；其中，100为十六轴数字控制五轴联动精密铣磨加工中心、1为底座、2为x轴驱动装置、3为五轴摇篮转台、4为工作台组件、5为台式修整装置、6为换刀装置、7为刀库架系统、8为y轴驱动装置、9为立柱、10为托板装置、11为数控双轴冷却装置、12为修整滚轮组件、13为砂轮工具组件、14为修整冷却组件、15为z轴滑动导轨、16为z轴驱动组件、17为y轴滑动导轨、18为x轴滚珠线性导轨、19为x轴滚珠丝杆、20为x轴驱动伺服电机、21为工作台、22为台式修整伺服电机、23为台式修整皮带轮、24为台式修整旋转轴、25为台式修整轴承、26为台式修整滚轮、27为换刀滚珠丝杆螺母、28为第一换刀滚珠导轨、29为第一换刀伺服电机、30为刀臂装置、31为刀爪、32为第二换刀滚珠导轨、33为刀具、34为刀臂驱动电机、35为第二换刀伺服电机、36为第一驱动电机、37为托板、38为第二驱动电机、39为滑板滚珠丝杆驱动电机、40为滑板滚珠丝杆副、41为第二驱动主体装置、42为修整滚轮、43为第一驱动主体装置、44为主砂轮、45为皮带、46为联接器、47为滑板装置、48为v轴固定架、49为固定板、50为左右移动模组、51为上下滚珠丝杆副、52为上下皮带轮组件、53为上下移动伺服电机、54为左右移动电机、55为左右皮带轮、56为左右滚珠丝杆副、57为左右线性滚珠导轨、58为上下滚珠线性导轨、59为喷嘴组件、60为喷嘴、61为挡屑钣金、62为高压喷水进水管、63为上下移动模组、64为连接块、65为导向杆、66为固定板、67为进水块、68为驱动箱体、69为出线套管、70为固定架、71为修整冷却喷嘴、72为万向冷却组件、73为钻头。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.本发明的目的是提供十六轴数字控制五轴联动精密铣磨加工中心，以解决上述现有技术存在的问题，能够一边磨削加工一边采用修整滚轮连续修整。
19.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
20.参考附图1-附图9所示，本发明提供十六轴数字控制五轴联动精密铣磨加工中心100，包括底座1，底座1包括前底座和后底座，前底座上安装有x轴驱动装置2，x轴驱动装置2上安装有工作台组件4，工作台组件4上安装有五轴摇篮转台3，五轴摇篮转台3内置伺服电机驱动装置实现a轴和b轴进行旋转定位，五轴摇篮转台3上安装工件及夹治具，实现ab二轴带动工作及夹治具进行旋转定位加工；后底座一侧固定连接有刀库架系统7，刀库架系统7底部内侧固定连接有换刀装置6，刀库架系统7由固定架与后底座进行m24螺钉固定并与换刀装置6固定；后底座上固定设置有水平安装的z轴滑动导轨15，z轴滑动导轨15上通过z轴驱动组件16连接有立柱9，立柱9采用一体铸造而成的“口”字形结构，下端与z轴传动装置支架固定，上端与y轴固定架通过m24螺钉固定。立柱9通过z轴滑动导轨15进行前后移动，立柱9上竖直设置有y轴驱动装置8，y轴驱动装置8靠近x轴驱动装置2的一端设置有y轴滑动导轨17，y轴滑动导轨17上滑动设置有托板装置10，托板装置10内设置有砂轮工具组件13和修整滚轮组件12；托板装置10一侧设置有数控双轴冷却装置11，另一侧设置有修整冷却装置14。
21.具体的，x轴驱动装置2包括x轴滚珠线性导轨18，x轴滚珠线性导轨18上滑动设置有工作台组件4，工作台组件4包括工作台21，工作台21底部设置有x轴滚珠丝杆19，x轴滚珠丝杆19一端传动连接有x轴驱动伺服电机20，x轴滚珠丝杆19上的丝杆螺母与工作台21底部固定连接。
22.工作台21为一体铸造成型，分为上工作台和下工作台，下工作台安装18滚柱导轨，即x轴滚珠线性导轨，上工作台安装于18滚柱导轨的滑块上，下工作台底部与前底座固定连接，x轴滚珠线性导轨18设置于下工作台上，上工作台底部通过滑块与x轴滚珠线性导轨18连接；z轴滚珠丝杆19设置于上工作台和下工作台之间；五轴摇篮转台3固定设置于上工作台上。
23.五轴摇篮转台3远离立柱9的一侧设置有台式修整装置5，台式修整装置5包括固定设置于上工作台上的台式修整安装座，台式修整安装座内设置有台式修整伺服电机22，台式修整伺服电机22底部通过台式修整皮带轮23传动连接有台式修整旋转轴24，台式修整旋转轴24顶部固定安装有台式修整滚轮26，台式修整旋转轴24上下两端分别通过台式修整轴承25支撑设置于台式修整安装座内。
24.换刀装置6包括换刀装置安装座，换刀装置安装座上安装有与刀库架系统7垂直且水平设置的第一换刀滚珠导轨28，第一换刀滚珠导轨28上滑动设置有固定架，固定架上固定设置有第一换刀伺服电机29，第一换刀伺服电机29传动连接有刀臂安装装置，刀臂安装装置上固定设置有与第一换刀滚珠导轨28垂直的第二换刀滚珠导轨32，第二换刀滚珠导轨32上滑动设置有两组刀臂装置30，每组刀臂装置30均包括两个上下对称设置的刀臂，刀臂末端通过气动夹具安装有刀爪31，刀爪31用于夹持刀具33，两组刀臂装置30的刀爪31分别位于刀臂安装装置的两端；刀臂上连接有刀臂驱动电机34，刀臂驱动电机34能够驱动刀臂沿第二换刀滚珠导轨32移动；固定架底部连接有换刀滚珠丝杆螺母副27，换刀滚珠丝杆螺母副27的末端连接有第二换刀伺服电机35，第二换刀伺服电机35能够通过换刀滚珠丝杆螺
母27驱动固定架沿第一换刀滚珠导轨28前后移动。
25.托板装置10包括与y轴滑动导轨17滑动设置的v字形结构主体，v字形结构主体前端固定连接有托板37，托板37后端通过连接架固定连接有第一驱动电机36，托板37前端安装有第一驱动主体装置43，第一驱动主体装置43通过多个轴承布置于托板37前端，且第一驱动主体装置43后端通过联接器46与第一驱动电机36传动连接，第一驱动主体装置43前端与砂轮工具组件的主砂轮44传动连接；托板37上端固定连接有v轴固定架48，v轴固定架48内腔设置有第二驱动主体装置41，且第二驱动主体装置41位于第一驱动主体装置43上方，第二驱动主体装置41前端连接有修整滚轮组件的修整滚轮42，第二驱动主体装置41后端通过皮带45传动连接有第二驱动电机38，v轴固定架48上设置有滑板装置47，第二驱动主体装置41和第二驱动电机38固定设置于滑板装置47上，滑板装置47连接有滑板滚珠丝杆副40，滑板滚珠丝杆副40上端传动连接有滑板滚珠丝杆驱动电机39。第二驱动主体装置41采用1:10的结构与修整滚轮42进行连接定位。
26.数控双轴冷却装置11一侧通过固定板49与托板37固定连接，数控双轴冷却装置11包括上下移动模组63和左右移动模组50，左右移动模组50底部连接有喷嘴组件59，喷嘴组件59包括喷嘴60，喷嘴60上端固定设置有挡屑钣金61，挡屑钣金61右侧设置有高压喷水进水管62，高压喷水进水管62与喷嘴60连通；左右移动模组50和上下移动模组63能够带动喷嘴组件59左右或上下移动。具体的，左右移动模组50由左右移动电机54通过左右皮带轮55与左右滚珠丝杆副56进行连接，通过左右线性滚珠导轨57进行导向，实现左右移动模组50的左右方向线性移动，左右移动模组50左右移动时，上下移动模组跟随同步左右移动，移动到位后，上下移动模组63由上下移动伺服电机53驱动通过上下皮带轮组件52连接，驱动上下滚珠丝杆副51，通过上下滚珠线性导轨58导向实现上下线性方向移动。左右移动模组50下端与喷嘴组件59通过6个螺钉及定位销进行固定，从而左右移动模组的左右和上下运动能够带动喷嘴组件左右和上下运动。
27.修整冷却组件14包括与托板37一侧固定连接的固定架70，固定架70上固定安装有连接块64，连接块64上插设有两个导向杆65，导向杆65底部连接有固定板66，固定板66底部通过螺钉固定连接有进水块67，进水块67一侧螺纹连接有修整冷却喷嘴71；两个导向杆65之间设置有驱动箱体68，驱动箱体68底部通过螺杆与固定板66连接，驱动箱体68内设置有动力源装置，动力源装置通过出线套管69连接有外接电源。
28.托板37两侧对称设置有两个万向冷却组件72，万向冷却组件72通过高压水管连接有高压冷却系统。砂轮工具组件可安装刀具为砂轮，也可安装1:10结构的钻头组件和铣刀组件以及测量头组件。当砂轮工具组件安装的是钻头或铣刀时，就会启动万向冷却组件，而关闭数控双向冷却系统。而当砂轮工具组件安装的是测量头时，万向冷却组件72和数控双向冷却系统都关闭。砂轮工具组件安装的是何种加工工具，通过刀库组件内安装的光电检测开关进行扫描外径而判定并反馈至数控操作系统。当启动万向冷却组件72时冷却水通过万向冷却组件喷向钻头或铣刀。
29.本发明在工作过程中，先将需磨削的工件装夹在五轴摇篮转台3的夹具上，根据加工要求转动五轴摇篮转台3旋转及移动x轴驱动装置2，y轴驱动装置8及立柱9下端的z轴部件，将工件移动至砂轮工具组件13的位置，使用砂轮工具组件13对准工件所需要磨削的位置，启动第一驱动电机36，其转动带动第一驱动主体装置43旋转从而带动主砂轮44转动，此
时双轴冷却装置11同时启动，上下移动模组63和左右移动模组50进行移动并带动喷嘴60，喷嘴60对准砂轮磨削位置的切线方向进行高压冷却液喷洒，主砂轮44转动即可对工件进行高精密磨削。
30.当更换主砂轮44大小后，系统通过光电感应开关检测出砂轮直径，将数据反馈至数控操作系统，系统自动控制上下移动伺服电机53和左右移动电机54，从而带动喷嘴60进行左右和上下两个方向的位置移动。始终将喷嘴60对准砂轮磨削工件的切线方向。从而达到最有效的冷却效果。确保大流量大压力的冷却水冷却工件和砂轮磨削位置。工件表面产生的磨削热量以最快速的方式被 冷却液带走。
31.当更换为钻头73或铣刀时，启动万向冷却组件72，万向冷却组件72固定在托板37凹槽内，万向冷却组件72后端连接着高压冷却系统的高压水管，万向冷却组件72为左右两组，分别位于托板37的前端的两侧。主砂轮44位置处可安装刀具为砂轮，也可安装1:10结构的钻头组件和铣刀组件以及测量头组件。当砂轮工具组件13位置处安装的是钻头或铣刀时，就会启动万向冷却组件72，而关闭数控双轴冷却装置11。而当主砂轮44位置处安装的是测量头时，万向冷却组件72和数控双轴冷却装置11都关闭。主砂轮44位置处安装的是何种加工工具，是通过刀库架系统7内安装的光电检测开关进行扫描外径而判定并反馈至数控操作系统。
32.启动万向冷却组件72时，冷却水通过万向冷却组件72喷向钻头73或铣刀。当主砂轮44组件在磨削工件需通过修整滚轮42，即金刚修整轮进行一边磨削一边修整时，滑板装置47通过滑板滚珠丝杆驱动电机39驱动滑板滚珠丝杆副40上下线性移动并带动修整滚轮42整体上下v轴线性移动，同时第二驱动电机38驱动第二驱动主体装置41旋转。从而带动修整砂42旋转，实现主砂轮44一边磨削工件，修整滚轮42一边修整。修整时，修整冷却装置14会启动，将喷嘴71移至修整轮切线位置，即修整轮与砂轮垂直方向的结合处，进行强力冷却喷洒。修整冷却装置14有高压和低压冷却，当采用金刚滚轮修整时采用高压冷却，当采用非金刚滚轮修整时采用低压冷却。
33.当更换刀库架系统7内的其它砂轮或刀具时，刀库门会通过气缸推动打开，刀库架系统7内的伺服电机将所需要的砂轮或刀具旋转至待换刀位置，换刀装置6开始启动，第二换刀伺服电机35将整个换刀装置驱动至最后侧，第一换刀伺服电机29旋转将整个刀爪组件旋转至90度位置，位于上方的一组刀爪通过伺服驱动往上推出，插入所需刀具的v型槽内，刀爪31处的夹紧气缸动作将所需刀具夹紧收回至原位，然后第二换刀伺服电机35将整个换刀装置驱动至最前侧。第一换刀伺服电机29旋转整个刀臂机构逆时针旋转90度，此时另一对刀爪31处于刀臂右侧，其通过伺服电机驱动往右侧砂轮主轴和修整轮主轴处移动，同时将砂轮刀柄和修整轮刀柄一起抓取拔出，此时第一换刀伺服电机29启动，将刀臂组旋转180度，将所需砂轮或刀具插入砂轮主轴和修整轮主轴内。第一换刀伺服电机29继续将刀臂组顺时针旋转90，第二换刀伺服电机35将刀臂组驱动到最后侧，将换回的砂轮修整轮放回刀库位置。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“笫二”仅
用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
35.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。