[發明專利]一種小型高精度五軸數控機床

有效

• 申請號: 201410334687.2
• 申請日: 2014-07-15
• 公開（公告）號: CN104117871B
• 公開（公告）日: 2016-10-12
• 發明（設計）人: 吳建華;戚禎祥;張剛;熊振華;丁漢
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B23Q11/00
• 分類號: B23Q11/00;B23Q5/36;B23Q5/40;B23Q17/24
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

技術領域

本發明涉及一種五軸數控機床，具體涉及一種低成本的小型高精度五軸數控機床。

背景技術

五軸聯動數控機床系統從某種意義上反映了一個國家的工業發展水平狀況，其與一般機床的最大區別在于通過增加的兩個旋轉軸能夠使刀具始終垂直于工件曲面運動,從而實現復雜曲面的高精度加工。

目前市場上的五軸數控機床根據兩個回轉運動分布的不同形式，可以分為以下三種結構形式：(1)雙轉臺結構，兩個旋轉軸都分布在工件側；(2)雙擺頭結構，兩個旋轉軸都分布在刀具側；(3)單擺頭加單轉臺結構，即一個旋轉軸分布在刀具側，另一旋轉軸分布在工件側。

上述三種結構中，雙轉臺結構剛性好，但由于存在工作臺擺動和工作臺回轉兩個回轉運動機構復合的設計，使得結構設計稍顯復雜，而且由于工作臺直接參與兩個回轉坐標運動，所以受到安裝工件的尺寸與重量的制約的同時，坐標轉換也相對復雜。雙擺頭結構的工作臺本身不參與回轉運動，因此工作臺尺寸和零件加工空間不受限制，可加工大尺寸工件。但是擺頭的設計是一個難點，主軸驅動非常復雜，而且兩個擺動軸的串聯使得機床的剛性較差。單擺頭單轉臺結構的機床性能介于前兩者之間，結構簡單，具有較好的剛性和較大的加工范圍，因此被廣泛采用，無論是大中小型設備，都有這種結構。

本領域技術人員致力于提供一種低成本、適用于小型輕載的應用場合的高精度、可靠的五軸數控機床。

發明內容

本發明提供一種五軸數控機床，包括工作臺側的Y軸移動組件、X軸移動組件和A軸擺動組件，刀具側的Z軸移動組件和B軸擺動組件，其中X軸、Y軸以及Z軸為移動軸，A軸為工作臺繞與X軸平行的軸擺動的擺動軸，B軸為刀具繞與Y軸平行的軸擺動的擺動軸，X軸移動組件通過XY連接板與Y軸移動組件連接，A軸擺動組件通過XA連接板與X軸移動組件連接，B軸擺動組件通過ZB連接板與Z軸移動組件連接，A軸通過脹緊套與工作臺連接。

本發明提供的五軸數控機床，采用脹緊套連接A軸與工作臺，在制造過程中無需進行開槽等操作，簡化了制造和安裝過程，降低了五軸數控機床的制造成本；同時由于沒有鍵槽配合，工作過程中不會產生磨損，延長了五軸數控機床的使用壽命，進一步降低了五軸數控機床的使用成本；另外脹緊套在過載時，將失去聯接作用，具有保護作用，使得五軸數控機床能夠可靠地工作。

由于脹緊套依賴摩擦力起作用，因此適用于小型輕載的應用場合。

進一步地，B軸為中空擺動軸，通過過盈配合與B軸擺動組件的電機輸出軸連接。

采用這樣的結構，B軸的對中性好，與電機輸出軸無間隙，使得擺動精度高，提高了五軸數控機床的精度。

進一步地，X軸移動組件、Y軸移動組件、Z軸移動組件、A軸擺動組件以及B軸擺動組件均包括電機，電機均為安裝高分辨率旋轉光電編碼器的伺服電機。

采用安裝有高分辨率旋轉光電編碼器的伺服電機，能夠提高移動或擺動的精度，從而提高五軸數控機床的精度。

進一步地，Z軸移動組件包括電機，所述電機為具有制動器的伺服電機，以防止掉電時刀具出現下滑。

由于B軸擺動組件安裝于Z軸移動組件的下方，B軸擺動組件的重力造成Z軸方向上的恒定負載，因此本發明的五軸數控機床的Z軸移動組件采用具有制動器的伺服電機，以防止掉電時刀具出現下滑，從而保證五軸數控機床可靠地工作。

進一步地，A軸擺動組件的電機與A軸之間設置減速機，和/或B軸擺動組件的電機與B軸之間設置減速機，

在電機與擺動軸之間設置減速機，能夠增加輸出力矩，進一步保證五軸數控機床可靠地工作。

進一步地，X軸移動組件、Y軸移動組件與Z軸移動組件均包括滑軌，滑軌全部或部分為精密級滾珠線性滑軌。

采用精密級滾珠線性滑軌，能夠提高移動組件的精度，從而提高五軸數控機床的精度。

進一步地，X軸移動組件、Y軸移動組件與Z軸移動組件均包括光電限位開關，光電限位開關為常閉型光電限位開關。

進一步地，A軸擺動組件與B軸擺動組件均包括光電限位開關，光電限位開關為常開型光電限位開關。

本發明提供的五軸數控機床，具有以下有益效果：

(1)采用脹緊套連接A軸與工作臺，在制造過程中無需進行開槽等操作，簡化了制造和安裝過程，降低了五軸數控機床的制造成本；同時由于沒有鍵槽配合，工作過程中不會產生磨損，延長了五軸數控機床的使用壽命，進一步降低了五軸數控機床的使用成本；