CN101439422A - 一种小型五轴联动数控铣床 - Google Patents

Abstract

一种小型五轴联动数控铣床，它涉及一种小型数控机床。针对常规尺寸的精密机床进行微小零件的切削加工存在机床体积大、加工成本高、效率低，浪费能源和空间，难以实现加工三维曲面结构复杂微小零件问题。龙门框架式床身固装在底座上，X轴伺服驱动总成固装在龙门框架式床身上，底座的上端面上固装有Y轴伺服驱动总成，Z轴平板与X轴伺服驱动总成连接，Z轴伺服驱动总成固装在Z轴平板上，电主轴固装在Z轴伺服驱动总成上，气缸与Z轴伺服驱动总成连接，显微镜与Z轴伺服驱动总成连接，内装有电机的工作转台通过驱动电机驱动，并构成绕Z轴旋转、绕Y轴翻转的复合转台。本发明可实现五轴联动，能满足对三维曲面结构和复杂的微小零件加工的要求。

Description

一种小型五轴联动数控铣床

技术领域

本发明涉及一种小型数控机床，属机械加工设备领域。

背景技术

随着科学技术的不断发展，民用和国防等领域对各种微小型产品的需求不断增加，对微小装置的功能、结构复杂程度、可靠性等要求也越来越高。基于硅工艺的MEMS(微机电系统缩写)技术可以实现微小零件的加工，但可加工的材料有限，零件的形状局限于二维或准三维结构，难以加工复杂的三维结构，且相对精度(零件的公差与特征尺寸之比)低，而在许多情况下，微小零件都具有复杂的三维结构，因此，研究开发经济上可行、能够加工三维几何形状和多样化材料的精密三维微小零件的微细加工技术具有重要意义。目前，微细切削已成为克服MEMS技术局限性的重要技术之一，而微细铣削技术因具有高效率、高柔性、能加工复杂三维形状和多种材料的特点，已成为一个非常活跃的研究热点。

利用精密机床进行微细切削是加工三维微小零件的一种有效方法，目前普遍采用的是常规尺寸的精密机床进行微小零件的切削加工，机床体积庞大、价格昂贵、加工成本高、效率低、浪费能源和空间，因此，采用小型化的机床加工微小零件成为一种发展趋势。微小零件由于自身特点，影响其加工精度的因素有很多，多次装夹是影响其加工精度的主要原因之一。有些三维曲面结构和复杂的微小零件，并且要求一定的精度和表面粗糙度及较高的材料去除率，需要多轴联动机床才能够实现，目前尚无加工三维曲面结构和复杂的微小零件的小型多轴联动机床。

发明内容

本发明的目的是提供一种小型五轴联动数控铣床，以解决采用常规尺寸的精密机床进行微小零件的切削加工存在机床体积庞大、价格昂贵、加工成本高、效率低、浪费能源和空间，难以实现加工三维曲面结构和复杂的微小零件的问题。

本发明为解决上述问题采用的技术方案是：本发明的铣床包括龙门框架式床身、底座、电主轴、X轴伺服驱动总成、Y轴伺服驱动总成、Z轴伺服驱动总成、工作转台总成、气缸总成、显微镜总成、Z轴平板和上支撑架；所述龙门框架式床身固装在底座上，龙门框架式床身由横梁和两个立柱组成，所述两个立柱相对设置，所述横梁固装在两个立柱上，所述X轴伺服驱动总成由X轴交流伺服电机、X轴滚珠丝杠、X轴直线导轨、X轴导轨底板、X轴微动开关、X轴光栅尺和X轴光栅尺读数头组成，所述Y轴伺服驱动总成由Y轴交流伺服电机、Y轴滚珠丝杠、Y轴直线导轨、Y轴导轨底板、Y轴微动开关、Y轴光栅尺和Y轴光栅尺读数头组成，所述Z轴伺服驱动总成由Z轴交流伺服电机、Z轴滚珠丝杠、Z轴直线导轨、Z轴导轨底板、Z轴微动开关、Z轴光栅尺和Z轴光栅尺读数头组成，所述气缸总成由气缸和气缸上支架组成，所述显微镜总成由显微镜和安装架组成；横梁的上端面上固装有X轴交流伺服电机、X轴微动开关、X轴光栅尺和X轴直线导轨，X轴交流伺服电机的输出轴与X轴滚珠丝杠的一端传动连接，X轴滚珠丝杠与X轴导轨底板固接，所述X轴导轨底板与X轴直线导轨滑动配合，X轴导轨底板上装有X轴光栅尺读数头；所述底座的上端面上固装有Y轴交流伺服电机、Y轴微动开关、Y轴光栅尺和Y轴直线导轨，Y轴交流伺服电机的输出轴与Y轴滚珠丝杠的一端传动连接，Y轴滚珠丝杠与Y轴导轨底板固接，所述Y轴导轨底板与Y轴直线导轨滑动配合，Y轴导轨底板上装有Y轴光栅尺读数头；所述Z轴平板通过上支撑架与X轴导轨底板连接，所述Z轴交流伺服电机、Z轴直线导轨、Z轴微动开关和Z轴光栅尺均固装在Z轴平板上，Z轴交流伺服电机的输出轴与Z轴滚珠丝杠的一端传动连接，Z轴滚珠丝杠与Z轴导轨底板固接，Z轴导轨底板与Z轴直线导轨滑动配合，Z轴导轨底板上装有Z轴光栅尺读数头，所述电主轴固装在Z轴导轨底板上，所述气缸上支架与Z轴平板的上端固接，装在气缸上支架上的气缸与Z轴导轨底板相连接，所述显微镜通过安装架与Z轴导轨底板相连接，所述工作转台总成由驱动电机、内装有电机的工作转台和支架组成，所述支架与Y轴导轨底板固接，所述驱动电机装在支架上，所述内装有电机的工作转台固装在支架内的驱动电机的输出轴上，内装有电机的工作转台为绕Z轴旋转、绕Y轴翻转的复合转台。

本发明具有以下有益效果：一、本发明的小型五轴联动数控铣床体积小、加工精度高，可实现加工三维曲面结构和复杂微小零件。二、本发明可实现五轴联动加工，可在一次性装夹的前提下，对工件除底面之外的五个面进行加工。三、本发明工作转台为绕Z轴旋转、绕Y轴翻转的复合转台，这样又可以把工件细分成任意角度，加工出倾斜面、倾斜孔。四、电主轴的结构简单、刚度高、制造成本低。五、本发明在导轨上分别设置光栅尺和微动开关，可以实现较高的定位精度和重复定位精度，有极高的安全性。

附图说明

图1是本发明的整体结构主视图，图2是图1的左视图，图3是图1的俯视图，图4是工作转台总成的轴测图，图5是图1的D部放大图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～图5说明本实施方式，本实施方式的铣床包括龙门框架式床身、底座39、电主轴24、X轴伺服驱动总成、Y轴伺服驱动总成、Z轴伺服驱动总成、工作转台总成、气缸总成、显微镜总成、Z轴平板21和上支撑架46；所述龙门框架式床身固装在底座39上，龙门框架式床身由横梁32和两个立柱2组成，所述两个立柱2相对设置，所述横梁32固装在两个立柱2上，所述X轴伺服驱动总成由X轴交流伺服电机60、X轴滚珠丝杠62、X轴直线导轨49、X轴导轨底板47、X轴微动开关61、X轴光栅尺63和X轴光栅尺读数头59组成，所述Y轴伺服驱动总成由Y轴交流伺服电机52、Y轴滚珠丝杠54、Y轴直线导轨41、Y轴导轨底板44、Y轴微动开关68、Y轴光栅尺53和Y轴光栅尺读数头83组成，所述Z轴伺服驱动总成由Z轴交流伺服电机15、Z轴滚珠丝杠45、Z轴直线导轨11、Z轴导轨底板18、Z轴微动开关33、Z轴光栅尺22和Z轴光栅尺读数头81组成，所述气缸总成由气缸14和气缸上支架12组成，所述显微镜总成由显微镜5和安装架6组成；横梁32的上端面上固装有X轴交流伺服电机60、X轴微动开关61、X轴光栅尺63和X轴直线导轨49，X轴交流伺服电机60的输出轴与X轴滚珠丝杠62的一端传动连接，X轴滚珠丝杠62与X轴导轨底板47固接，所述X轴导轨底板47与X轴直线导轨49滑动配合，X轴导轨底板47上装有X轴光栅尺读数头59；所述底座39的上端面上固装有Y轴交流伺服电机52、Y轴微动开关68、Y轴光栅尺53和Y轴直线导轨41，Y轴交流伺服电机52的输出轴与Y轴滚珠丝杠54的一端传动连接，Y轴滚珠丝杠54与Y轴导轨底板44固接，所述Y轴导轨底板44与Y轴直线导轨41滑动配合，Y轴导轨底板44上装有Y轴光栅尺读数头83；所述Z轴平板21通过上支撑架46与X轴导轨底板47连接，所述Z轴交流伺服电机15、Z轴直线导轨11、Z轴微动开关33和Z轴光栅尺22均固装在Z轴平板21上，Z轴交流伺服电机15的输出轴与Z轴滚珠丝杠45的一端传动连接，Z轴滚珠丝杠45与Z轴导轨底板18固接，Z轴导轨底板18与Z轴直线导轨11滑动配合，Z轴导轨底板18上装有Z轴光栅尺读数头81，所述电主轴24固装在Z轴导轨底板18上，所述气缸上支架12与Z轴平板21的上端固接，装在气缸上支架12上的气缸14与Z轴导轨底板18相连接，来实现配重，所述显微镜5通过安装架6与Z轴导轨底板18相连接，所述工作转台总成由驱动电机80、内装有电机的工作转台38和支架82组成，所述支架82与Y轴导轨底板44固接，所述驱动电机80装在支架82上，所述内装有电机的工作转台38固装在支架82内的驱动电机80的输出轴上，内装有电机的工作转台38为绕Z轴旋转、绕Y轴翻转的复合转台。

具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点是：本实施方式的铣床还包括两个挡屑板55；所述的Y轴导轨底板44的左右两侧各装有一个挡屑板55。如此设置，有利于冷却液和切屑的排除，减少因切削液温度变化引起的床身的热变形。

具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一或二的不同点是：本实施方式的铣床还包括X轴防尘罩4；所述X轴防尘罩4设置在X轴滚珠丝杠62的正上方，X轴防尘罩4的下端与横梁32相连接。如此设置，可防止灰尘和切屑落到X轴滚珠丝杠62上，保证X轴滚珠丝杠62正常转动。

具体实施方式四：结合图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式三的不同点是：本实施方式的铣床还包括Y轴防尘罩43；所述Y轴防尘罩43设置在Y轴滚珠丝杠54的正上方，Y轴防尘罩43的下端与与底座39相连接。如此设置，可防止灰尘和切屑落到Y轴滚珠丝杠54上，保证Y轴滚珠丝杠54正常转动。

具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式四的不同点是：本实施方式的铣床还包括Z轴防尘罩29；所述Z轴防尘罩29设置在Z轴滚珠丝杠45的正外侧，Z轴防尘罩29的两端与Z轴平板21相连接。如此设置，可防止灰尘和切屑落到Z轴滚珠丝杠45上，保证Z轴滚珠丝杠45正常转动。

工作原理是：当X轴导轨底板47运动时，带动Z轴伺服驱动总成(即Z轴交流伺服电机15、Z轴滚珠丝杠45、Z轴直线导轨11、Z轴导轨底板18、Z轴微动开关33、Z轴光栅尺22和Z轴光栅尺读数头81、电主轴24及气缸总成一起沿X轴运动；电主轴24可跟随Z轴导轨底板18一起沿Z轴运动；Y轴导轨底板44运动时，带动内装有电机的工作转台38同时沿Y轴方向运动。通过数控系统分别对X轴交流伺服电机60、Y轴交流伺服电机52、Z轴交流伺服电机15和内装有电机的工作转台38的控制，实现工件沿X轴、Y轴、Z轴的平动、绕Z轴旋转和绕Y轴翻转，实现五轴联动控制。

Claims (5)

1、一种小型五轴联动数控铣床，其特征在于：所述铣床包括龙门框架式床身、底座(39)、电主轴(24)、X轴伺服驱动总成、Y轴伺服驱动总成、Z轴伺服驱动总成、工作转台总成、气缸总成、显微镜总成、Z轴平板(21)和上支撑架(46)；所述龙门框架式床身固装在底座(39)上，龙门框架式床身由横梁(32)和两个立柱(2)组成，所述两个立柱(2)相对设置，所述横梁(32)固装在两个立柱(2)上，所述X轴伺服驱动总成由X轴交流伺服电机(60)、X轴滚珠丝杠(62)、X轴直线导轨(49)、X轴导轨底板(47)、X轴微动开关(61)、X轴光栅尺(63)和X轴光栅尺读数头(59)组成，所述Y轴伺服驱动总成由Y轴交流伺服电机(52)、Y轴滚珠丝杠(54)、Y轴直线导轨(41)、Y轴导轨底板(44)、Y轴微动开关(68)、Y轴光栅尺(53)和Y轴光栅尺读数头(83)组成，所述Z轴伺服驱动总成由Z轴交流伺服电机(15)、Z轴滚珠丝杠(45)、Z轴直线导轨(11)、Z轴导轨底板(18)、Z轴微动开关(33)、Z轴光栅尺(22)和Z轴光栅尺读数头(81)组成，所述气缸总成由气缸(14)和气缸上支架(12)组成，所述显微镜总成由显微镜(5)和安装架(6)组成；横梁(32)的上端面上固装有X轴交流伺服电机(60)、X轴微动开关(61)、X轴光栅尺(63)和X轴直线导轨(49)，X轴交流伺服电机(60)的输出轴与X轴滚珠丝杠(62)的一端传动连接，X轴滚珠丝杠(62)与X轴导轨底板(47)固接，所述X轴导轨底板(47)与X轴直线导轨(49)滑动配合，X轴导轨底板(47)上装有X轴光栅尺读数头(59)；所述底座(39)的上端面上固装有Y轴交流伺服电机(52)、Y轴微动开关(68)、Y轴光栅尺(53)和Y轴直线导轨(41)，Y轴交流伺服电机(52)的输出轴与Y轴滚珠丝杠(54)的一端传动连接，Y轴滚珠丝杠(54)与Y轴导轨底板(44)固接，所述Y轴导轨底板(44)与Y轴直线导轨(41)滑动配合，Y轴导轨底板(44)上装有Y轴光栅尺读数头(83)；所述Z轴平板(21)通过上支撑架(46)与X轴导轨底板(47)连接，所述Z轴交流伺服电机(15)、Z轴直线导轨(11)、Z轴微动开关(33)和Z轴光栅尺(22)均固装在Z轴平板(21)上，Z轴交流伺服电机(15)的输出轴与Z轴滚珠丝杠(45)的一端传动连接，Z轴滚珠丝杠(45)与Z轴导轨底板(18)固接，Z轴导轨底板(18)与Z轴直线导轨(11)滑动配合，Z轴导轨底板(18)上装有Z轴光栅尺读数头(81)，所述电主轴(24)固装在Z轴导轨底板(18)上，所述气缸上支架(12)与Z轴平板(21)的上端固接，装在气缸上支架(12)上的气缸(14)与Z轴导轨底板(18)相连接，所述显微镜(5)通过安装架(6)与Z轴导轨底板(18)相连接，所述工作转台总成由驱动电机(80)、内装有电机的工作转台(38)和支架(82)组成，所述支架(82)与Y轴导轨底板(44)固接，所述驱动电机(80)装在支架(82)上，所述内装有电机的工作转台(38)固装在支架(82)内的驱动电机(80)的输出轴上，内装有电机的工作转台(38)为绕Z轴旋转、绕Y轴翻转的复合转台。

2、根据权利要求1所述的一种小型五轴联动数控铣床，其特征在于：所述铣床还包括两个挡屑板(55)；所述的Y轴导轨底板(44)的左右两侧各装有一个挡屑板(55)。

3、根据权利要求1或2所述的一种小型五轴联动数控铣床，其特征在于：所述铣床还包括X轴防尘罩(4)；所述X轴防尘罩(4)设置在X轴滚珠丝杠(62)的正上方，X轴防尘罩(4)的下端与横梁(32)相连接。

4、根据权利要求3所述的一种小型五轴联动数控铣床，其特征在于：所述铣床还包括Y轴防尘罩(43)；所述Y轴防尘罩(43)设置在Y轴滚珠丝杠(54)的正上方，Y轴防尘罩(43)的下端与与底座(39)相连接。

5、根据权利要求4所述的一种小型五轴联动数控铣床，其特征在于：所述铣床还包括Z轴防尘罩(29)；所述Z轴防尘罩(29)设置在Z轴滚珠丝杠(45)的正外侧，Z轴防尘罩(29)的两端与Z轴平板(21)相连接。

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