正交摆头型五轴机床的制作方法

1.本发明涉及机加工领域，提供一种正交摆头型五轴机床。


背景技术：

2.目前单摆头形式五轴联动机床多采用非正交的结构形式，不能对工件进行大负角加工，需要增加工件的装夹次数。同时，大部分摆头形式五轴机床配置了自动化换刀的刀库方案，但大多采用卧式刀库的形式进行换刀，导致刀库占地空间大。在横梁导轨、机头导轨的结构布置形式上，摆头形式五轴机床大多仍是常规的导轨平行布置形式，传力路径较长、结构较笨重。而且，相关技术中大多采用卧式刀库加滑台机械臂的形式进行换刀，该刀库方案占地空间大，换刀时滑台运动会占用一部分时间，增加了自动化换刀时长。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种正交摆头型五轴机床，能够实现对工件的负角度加工，同时还能够减小导轨的占地空间。
4.本发明实施例提供一种正交摆头型五轴机床，包括：
5.机架，设置有第一导轨，所述第一导轨沿所述机架的长度方向延伸，所述第一导轨上设置有工作台；
6.支架，安装于所述机架且沿所述机架的宽度方向设置，所述支架上设置有第二导轨，所述第二导轨沿所述支架的宽度方向延伸，所述第二导轨上设置有支座；所述支座上设置有第三导轨，所述第三导轨沿所述支座的高度方向延伸，所述第三导轨上设置有刀座；
7.换刀装置，设置于所述机架的一侧以完成对所述刀座上的刀头的更换。
8.根据本发明实施例提供的正交摆头型五轴机床，通过在机架上设置第一导轨并在第一导轨上设置工作台，可以在工作台上盛放工件以调整工件的位置。通过在机架上设置沿其宽度方向延伸的支架，并在支架上设置沿其宽度方向延伸的第二导轨，将支座设置于第二导轨可以使得支座沿着第二导轨动作；通过在支座上设置沿其高度方向延伸的第三导轨，并在第三导轨上设置刀座，能够使得刀座沿着第三导轨动作。进而可以通过上述设置方式的配合实现对工件的负角度加工，同时还能够减小导轨的占地空间。通过设置换刀装置，能够减小卧式刀库的占地面积，进一步的缩小了该正交摆头型五轴机床的占地空间。
9.根据本发明的一个实施例，所述刀座包括：
10.刀座本体，所述刀座本体上开设有安装孔；
11.第一定子，固定安装于所述安装孔；
12.第一转子，可转动地安装于所述第一定子的内侧；
13.主轴，固定连接于所述第一转子，且所述主轴上安装有刀头。
14.根据本发明的一个实施例，所述第一转子和所述主轴上开设有穿线孔，所述穿线孔内穿设有所述主轴的线缆。
15.根据本发明的一个实施例，所述主轴的外侧设置有防护罩，和/或所述第一转子上
安装有第一检测件，和/或所述刀座本体与所述第一转子之间设置有第一抱闸。
16.根据本发明的一个实施例，所述工作台包括：
17.基座；
18.第二定子，固定安装于所述基座；
19.第二转子，可转动地安装于所述第二定子的内侧；
20.工作台本体，固定连接于所述第二转子。
21.根据本发明的一个实施例，还包括第二抱闸，所述第二抱闸安装于所述基座且适于抱紧或松开所述工作台本体。
22.根据本发明的一个实施例，还包括第二检测件，安装于所述基座且适于检测所述工作台本体的转动角度。
23.根据本发明的一个实施例，所述换刀装置包括：
24.底座；
25.立式刀库本体，所述立式刀库本体内设置有多个刀头且所述立式刀库本体上开设有待刀位；
26.驱动机构，安装于所述立式刀库本体且适于将所述刀头由所述待刀位推出或取回。
27.根据本发明的一个实施例，还包括机械手，所述机械手安装于所述立式刀库本体的一侧并与所述待刀位以及机床的刀座对应，所述机械手适于与所述驱动机构配合以由所述待刀位取出或送回所述刀头。
28.根据本发明的一个实施例，所述机械手包括：
29.支撑架，安装于所述底座；
30.机械手本体，可转动地安装于所述支撑架，且所述机械手本体上设置有两个接刀槽，两个所述接刀槽的开口方向相反。
31.本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：
32.根据本发明实施例提供的正交摆头型五轴机床，通过在机架上设置第一导轨并在第一导轨上设置工作台，可以在工作台上盛放工件以调整工件的位置。通过在机架上设置沿其宽度方向延伸的支架，并在支架上设置沿其宽度方向延伸的第二导轨，将支座设置于第二导轨可以使得支座沿着第二导轨动作；通过在支座上设置沿其高度方向延伸的第三导轨，并在第三导轨上设置刀座，能够使得刀座沿着第三导轨动作。进而可以通过上述设置方式的配合实现对工件的负角度加工，同时还能够减小导轨的占地空间。通过设置换刀装置，能够减小卧式刀库的占地面积，进一步的缩小了该正交摆头型五轴机床的占地空间。
33.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述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。
35.图1是本发明实施例提供的正交摆头型五轴机床的示意性结构图；
36.图2是本发明实施例提供的主轴与刀座本体的示意性俯视图；
37.图3是本发明实施例提供的刀座的示意性剖视图；
38.图4是本发明实施例提供的工作台的示意性剖视图；
39.图5是本发明实施例提供的立式刀库的示意性结构图；
40.图6是本发明实施例提供的刀头与工件的示意性结构图。
41.附图标记：
42.100、机架；102、第一导轨；104、支架；106、第二导轨；108、支座；110、第三导轨；112、刀座本体；114、第一定子；116、第一转子；118、主轴；120、穿线孔；122、线缆；124、防护罩；125、第一检测件；126、基座；127、第一抱闸；128、第二定子；130、第二转子；132、工作台本体；134、第二抱闸；136、第二检测件；138、底座；140、立式刀库本体；142、待刀位；144、驱动机构；146、支撑架；148、机械手本体；150、驱动件；152、立柱；154、轴承；156、工件。
具体实施方式
43.下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
44.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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实施例和简化描述，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实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
45.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
46.在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
47.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
48.如图1至图6所示，本发明实施例提供一种正交摆头型五轴机床，包括机架100、支架104以及上述的换刀装置；其中，机架100上设置有第一导轨102，第一导轨102沿机架100的长度方向延伸，第一导轨102上设置有工作台；支架104安装于机架100且沿机架100的宽度方向设置，支架104上设置有第二导轨106，第二导轨106沿支架104的宽度方向延伸，第二导轨106上设置有支座108；支座108上设置有第三导轨110，第三导轨110沿支座108的高度方向延伸，第三导轨110上设置有刀座；换刀装置设置于机架100的一侧以完成对刀座上的刀头的更换。
49.根据本发明实施例提供的正交摆头型五轴机床，通过在机架100上设置第一导轨102并在第一导轨102上设置工作台，可以在工作台上盛放工件156以调整工件156的位置。通过在机架100上设置沿其宽度方向延伸的支架104，并在支架104上设置沿其宽度方向延伸的第二导轨106，将支座108设置于第二导轨106可以使得支座108沿着第二导轨106动作；通过在支座108上设置沿其高度方向延伸的第三导轨110，并在第三导轨110上设置刀座，能够使得刀座沿着第三导轨110动作。进而可以通过上述设置方式的配合实现对工件156的负角度加工，同时还能够减小导轨的占地空间。通过设置换刀装置，能够减小卧式刀库的占地面积，进一步的缩小了该正交摆头型五轴机床的占地空间。
50.请继续参见图1至图6，机架100用于安装第一导轨102，第一导轨102沿着机架100的长度方向延伸设置，这里提及的机架100的长度方向是指如图1所示的长度方向。在第一导轨102上滑动连接有工作台，工作台可以用来盛放被机加工的工件156。为了提升对于工作台导向的稳定性，可以设置两条相互平行的第一导轨102。为了实现对工作台的驱动，可以在机架100上设置一个驱动件150，并将驱动件150与工作台通过丝杠连接。通过这样设置，当驱动件150动作时，能够通过丝杠带动工作台沿着第一导轨102的长度方向动作。
51.在本发明实施例中，工作台包括基座126、第二定子128、第二转子130以及工作台本体132；其中，第二定子128固定安装于基座126；第二转子130可转动地安装于第二定子128的内侧；工作台本体132固定连接于第二转子130。
52.参见图1，基座126可滑动地安装于第一导轨102，在基座126上开设有用于安装第二定子128的开口，第二定子128固定安装于开口内并与开口的内壁固定连接。在第二定子128的内侧可转动地安装有第二转子130，也即，第二转子130可相对于第二定子128转动。工作台本体132固定安装于第二转子130，也即，在第二转子130的带动下，工作台本体132可以相对于基座126转动。通过这样设置，能够使得工件156的转动角度实现调整，进而能够从工件156的不同角度实现对工件156的加工。为了实现对第二转子130的有效支撑以及旋转导向，在第二转子130和基座126之间还设置有轴承154。
53.根据本发明的一个实施例，还包括第二抱闸134，第二抱闸134安装于基座126且适于抱紧或松开工作台本体132。
54.参见图4，通过在基座126上设置第二抱闸134，能够实现对工作台本体转动角度的固定。也即，当第二转子130转动时，第二抱闸134松开工作台本体，此时，第二转子130能够灵活转动以调整工作台的转动角度。当面临切削量较大的工况时，第二抱闸134可以抱紧工作台本体以使工作台本体的转动角度锁紧。
55.根据本发明的一个实施例，还包括第二检测件136，安装于基座126且适于检测工作台本体132的转动角度。
56.参见图4，为了更加精确地控制工作台本体132的转动角度，在基座126上还安装有第二检测件136，该第二检测件136可以是旋转位置检测编码器、角度传感器等。通过设置第二检测件136，当工作台本体132转动时，第二检测件136能够检测工作台本体132的实际转动角度，进而可以精确地计算出工件156的实际转动角度。或者，还可以通过控制器输入预设角度，再通过第二检测件136的控制实现对工作台本体132的转动角度的精准控制。
57.支架104安装在机架100上且沿着如图1所示的机架100的宽度方向布设，在支架104上设置有第二导轨106，第二导轨106沿着支架104的宽度方向延伸，也即，第二导轨106的延伸方向与第一导轨102的延伸方向相互垂直。支架104可以包括设置在机架100两侧的立柱152以及连接在两个立柱152之间的横梁，横梁布设在第一导轨102的上方，第二导轨106沿着横梁的布设，在第二导轨106上设置有支座108，支座108可相对于第二导轨106滑动。
58.在本发明实施例中，第二导轨106可以设置两个以提升支座108的运动稳定性。为了实现对支座108的驱动，可以在支架104上设置驱动件150和丝杠，驱动件150安装在支架104上，丝杠与驱动件150以及支座108连接，当驱动件150动作时，能够带动丝杠转动以带动支座108沿着第二导轨106动作。
59.参见图1，支座108可以设置成阶梯状，这样可以减小支座108的占地面积，传力路径较短且结构较为简单。
60.在支座108上沿其高度方向设置有第三导轨110，第三导轨110上滑动安装有刀座，可以理解的是，支座108可以相对于第二导轨106移动，并同步带动刀座相对于第二导轨106移动，刀座可相对于第三导轨110移动，通过这样设置，就可以调整刀座在如图1所示的水平方向以及高度方向上的位置，进而调整刀座相对于工作台的位置，实现对工件156的多角度加工。
61.参见图3，根据本发明的一个实施例，刀座包括刀座本体112、第一定子114、第一转子116以及主轴118；其中，刀座本体112上开设有安装孔；第一定子114固定安装于安装孔；第一转子116可转动地安装于第一定子114的内侧；主轴118固定连接于第一转子116，且主轴118上安装有刀头。
62.刀座本体112可滑动地安装于第三导轨110，在刀座本体112上开设有用于安装第一定子114的安装孔，第一定子114固定安装在安装孔的孔侧壁上。在第一定子114的内侧可转动地安装有第一转子116，在第一转子116的内壁安装有主轴118，也即，主轴118可以相对于第一定子114、刀座本体112转动。在主轴118上安装有刀头，通过这样设置，即可保证刀头能够转动，结合上文所述，通过对刀座位置的调整以及刀头转动角度的调整，可以实现对于工件156的负角度加工。为了减小第一转子116和刀座本体112之间的摩擦力，在第一转子116和刀座本体112之间还设置有轴承154。
63.参见图3，根据本发明的一个实施例，第一转子116和主轴118上开设有穿线孔120，穿线孔120内穿设有主轴118所用的线缆122。
64.通过这样设置，改进了相关技术中线缆122随着主轴118一同转动的设置方式，避免了线缆122的反复弯折和扭转，保证了线缆122的正常使用。
65.根据本发明的一个实施例，主轴118的外侧设置有防护罩124，和/或第一转子116上安装有第二检测件125。
66.参见图3，通过在主轴118的外侧设置防护罩124，能够保证主轴118避免切削液和切屑的污染。防护罩124与主轴118之间可以采用可拆卸地连接方式，这样方便对于防护罩124进行清洗。
67.为了更加精确地控制主轴118的转动角度，在第一转子116上还安装有第一检测件125，该第一检测件125可以是旋转位置检测编码器、角度传感器等。通过设置第一检测件125，当主轴118转动时，第一检测件125能够检测主轴118的实际转动角度，进而可以精确地计算出工件156的实际转动角度。或者，还可以通过控制器输入预设角度，再通过第一检测件125的控制实现对主轴118的转动角度的精准控制。
68.在本发明实施例中，还包括第一抱闸127，第一抱闸127安装于刀座本体112且适于抱紧或松开第一转子116。
69.参见图3，通过在刀座本体112上设置第一抱闸127，能够实现对主轴118转动角度的固定。也即，当第一转子116转动时，第一抱闸127松开主轴118，此时，第一转子116能够灵活转动以调整刀座的转动角度。当刀座的转动角度调整到位后，第一抱闸127可以抱紧主轴118以使主轴118的转动角度锁紧。
70.参见图5，在本发明实施例中，立式刀库包括底座138、立式刀库本体140以及驱动机构144；其中，立式刀库本体140内设置有多个刀头且立式刀库本体140上开设有待刀位142；驱动机构144安装于立式刀库本体140且适于将刀头由待刀位142推出或取回。
71.该换刀装置通过设置立式刀库本体140，并通过驱动机构144将立式刀库本体140中的刀头推出或取回，能够减小该换刀装置的占地面积，提升换刀效率。将该换刀装置应用于正交摆头型五轴机床时，可以减小正交摆头型五轴机床的整体占用空间，满足正交摆头型五轴机床对于刀头的使用需求。
72.参见图5，底座138设置在机架100的一侧，立式刀库本体140安装在底座138上，在立式刀库本体140朝向机架100的一侧开设有待刀位142，在立式刀库本体140内设置有驱动机构144，驱动机构144可以将立式刀库本体140中的刀头通过待刀位142推出或者取回。也即，当立式刀库本体140内的刀头运动至与待刀位142对应位置时，驱动机构144可以将刀头推出至待刀位142，当机架100上的刀头使用完毕后，机械手旋转，将使用完毕的刀头以及要更换的刀头交换，此时，驱动机构144可以将使用完毕的刀头通过待刀位142取回。当驱动机构144将刀头推出或取回后，驱动机构144复位，立式刀库本体140内的刀头可以正常切换。
73.根据本发明的一个实施例，还包括机械手，机械手安装于立式刀库本体140的一侧并与待刀位142以及正交摆头型五轴机床的刀座对应，机械手适于与驱动机构144配合以由待刀位142取出或送回刀头。需要说明的是，这里提及的正交摆头型五轴机床的刀座是指主轴118上的换刀位。
74.参见图5，机械手安装在立式刀库本体140的一侧并设置在待刀位142与刀座之间，正交摆头型五轴机床会预读程序，立式刀库本体140内的下一把需要使用的刀头运动至与待刀位142对应位置，并由驱动机构144推出，主轴118加工完毕后，直接与待刀位142上的下一把需要使用的刀头进行更换，这样可以提升刀头的更换效率。交换到待刀位142位置处的使用过后的刀头可以经过驱动机构144的驱动将该刀头存储在立式刀库本体140中。
75.根据本发明的一个实施例，机械手包括支撑架146以及机械手本体148；其中，，支撑架146安装于底座138，机械手本体148可转动地安装于支撑架146，且机械手本体148上设
置有两个接刀槽，两个接刀槽的开口方向相反。
76.参见图5，支撑架146安装在机架100的一侧并位于底座138上，机械手本体148可转动地安装于支撑架146上，在机械手本体148上相对的两端分别设置有两个接刀槽，两个接刀槽的开口方向相反。例如，如图5所示的状态，位于左侧的接刀槽的开口向下，位于右侧的接刀槽的开口向上。
77.换刀装置设置于机架100的一侧，通过将刀库设置成立式的形式，能够减小该刀库的占地面积。
78.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。