一种五轴联动加工机床

技术领域

本发明涉及生产设备领域，尤其涉及一种五轴联动加工机床。

背景技术

五轴联动加工机床是一种精密度高、专门用于加工复杂曲面的机床。五轴联动加工机床的使用，让工件的装夹变得更加容易，加工时无需特殊夹具，降低了夹具的成本，避免了多次装夹，从而提高模具加工精度。另外，采用五轴联动加工机床可以减少夹具的使用数量，能够降低刀具成本，而且五轴联动加工机床在加工中能增加刀具的有效切削长度，减小切削力，从而提高刀具使用寿命，进一步降低成本。

五轴联动加工机床中的五轴分为直线轴X轴、Y轴和Z轴和旋转轴A轴和C轴，目前市场上的五轴联动加工机床，一般将X轴、Y轴和Z轴分配于刀具移动部分，剩下旋转轴A轴和C轴分配于夹具移动部分，但是该分配方案使刀具移动部分结构过于复杂，且质量庞大，需要较大功率的电机进行驱动，耗能较多，而且刀具移动缓慢，加工的效率不高，稳定性不强。而夹具部分只有两个活动自由度，移动精度不高，承载性不强。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种五轴联动加工机床，能够简化刀具部分的结构，使刀具移动迅速，耗能降低，并能提高夹具的移动精度，从而提高加工效率。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种五轴联动加工机床，包括前后移动单元、垂直移动单元、刀具更换单元和刀具安装单元；所述前后移动单元和所述垂直移动单元固定于所述固定座上，所述固定座的前端和后端之间设有空腔，所述刀具更换单元设于所述固定座的空腔内。

所述前后移动单元包括前后移动机构，所述前后移动机构能够驱动所述垂直移动单元在所述固定座的前后方向移动；所述垂直移动单元包括垂直移动机构和移动座，所述移动座设于所述前后移动单元上，所述垂直移动机构能够驱动所述刀具安装单元在垂直方向移动。

所述刀具更换单元包括刀具卡座和刀具循环机构，所述刀具卡座能够固定所述刀具，所述刀具循环机构能够驱动所述刀具卡座在水平面上循环运转；所述刀具安装单元设有刀具安装头，所述刀具安装头能够夹持刀具并使其旋转。

所述五轴联动加工机床还包括位于所述刀具安装单元正下方的水平移动装置、翻转装置和旋转装置，所述水平移动装置连接于所述固定座上，所述翻转装置连接于所述水平移动装置上，所述旋转装置连接于所述翻转装置上。

所述水平移动装置包括移动台和水平移动机构，所述移动台与所述水平移动机构连接，所述水平移动机构能够驱动所述移动台在所述固定座上进行往复移动。

所述翻转装置包括翻转机构和翻转台，所述翻转机构能够驱动所述翻转台在所述移动台上进行往复翻转运动；所述翻转台的翻转轴平行于所述移动台的移动方向。

所述旋转装置包括夹具台，所述夹具台设于所述翻转台上，所述夹具台能够在所述翻转台上进行旋转。

其中，所述垂直移动单元还包括垂直移动机构，所述垂直移动机构包括垂直驱动电机和垂直驱动连接件，所述垂直驱动电机设于所述移动座的上部，所述垂直驱动连接件垂直设置，其一端与所述垂直驱动电机连接，所述刀具安装单元环套于所述垂直驱动连接件上，所述垂直驱动电机能够通过所述垂直驱动连接件驱动所述刀具安装单元在垂直方向往复移动。

其中，所述垂直移动单元还包括垂直限位机构，所述垂直限位机构包括垂直滑轨和垂直限位块，所述垂直限位块固定于所述移动座上，所述垂直滑轨固定于所述刀具安装单元上，所述垂直滑轨能够在所述垂直限位块的限位作用下进行垂直方向的往复移动。

其中，所述前后移动机构包括前后驱动电机和前后驱动连接件，所述前后驱动电机设于所述固定座的后端，所述前后驱动连接件水平设置，其一端与所述前后驱动电机相连，所述移动座的底部环套于所述前后驱动连接件上，所述前后驱动电机能够通过所述前后驱动连接件驱动所述移动座在前后方向往复移动。

其中，所述前后移动单元还包括前后限位机构，所述前后限位机构包括前后滑轨和前后限位块，所述前后限位块固定于所述移动座上，所述前后滑轨固定于所述固定座上，所述前后限位块能够在所述前后滑轨的限位作用下进行前后方向的往复移动。

其中，所述刀具循环机构包括循环驱动电机和循环驱动链条，所述循环驱动电机固定于所述固定座上，所述循环驱动电机与所述循环驱动链条连接，所述刀具卡座分布于所述循环驱动链条上，所述循环驱动电机能够驱动所述刀具卡座在水平面上循环往复移动。

所述刀具卡座设有机械爪，所述机械爪的形状与所述刀具的形状相对应。

其中，所述水平移动机构包括移动电机和移动连接件，所述移动电机设于所述固定座的一端，所述移动连接件与所述移动电机连接，所述移动台的底部与所述移动连接件连接，所述移动电机能够通过所述移动连接件驱动所述移动台往复运动。。

其中，所述水平移动装置还包括水平限位机构，所述水平限位机构包括导向条和滑块，所述导向条设于所述固定座上，所述滑块固定于所述移动台的底部，所述滑块能够在所述导向条上滑动。

其中，所述翻转机构包括翻转电机，所述翻转电机固定于所述翻转装置的一端，所述翻转电机与所述翻转台连接并能驱动所述翻转台进行翻转运动。

其中，所述固定座和所述移动座表面均设有加强孔，所述固定座的底部还设有减振垫。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明五轴联动加工机床的刀具移动部分设有前后移动单元和垂直移动单元，在前后移动单元和垂直移动单元的共同作用下，刀具能够实现前后方向和垂直方向的平稳移动，能够满足加工时的移动需求。同时由于只有两轴移动，刀具能够更快到达指定位置，缩短了刀具移动时间，另外也节省了较大的驱动电机，节省了成本。而夹具部分设有水平移动装置、翻转装置和旋转装置，其中翻转装置设于水平移动装置上，旋转装置设于翻转装置上，而夹具台设于旋转装置上，因此夹具台能够在旋转装置上进行旋转移动，在翻转装置上进行翻转移动，在水平移动装置上进行水平方向移动，从而实现三轴移动，结合刀具移动部分能够协同提高加工精度和加工效率。

另外，垂直移动单元设有移动座和垂直限位机构，垂直限位机构包括垂直滑轨和垂直限位块，垂直限位块固定于相对静止的移动座上，垂直滑轨固定于相对运动的刀具安装单元上，从而使移动座的高度降低，缩短刀具的移动行程，进一步提高了加工效率。

附图说明

图1是本发明五轴联动加工机床的结构示意图；

图2是本发明五轴联动加工机床的右视视角结构示意图；

图3是本发明刀具更换单元的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。

参见图1，本发明实施例公开了一种五轴联动加工机床，用于使用刀具对工件进行加工，包括固定座5、前后移动单元1、垂直移动单元2、刀具更换单元3和刀具安装单元4，其中前后移动单元1和垂直移动单元2用于对刀具的移动，而刀具安装单元4用于安装刀具，固定座5用于固定前后移动单元1和垂直移动单元2。固定座5的前端和后端之间设有空腔51，刀具更换单元3设于固定座5的空腔51内，刀具更换单元3上可以放置多种刀具，便于对刀具的更换。

前后移动单元1包括前后移动机构11，前后移动机构11设于固定座5上，前后移动机构11能够驱动垂直移动单元2在固定座5的前后方向移动。垂直移动单元2包括移动座21和垂直移动机构22，垂直移动机构22设于移动座21上，移动座21设于前后移动单元1上，垂直移动机构22能够驱动刀具安装单元4在垂直方向移动。因此，前后移动单元1能够控制垂直移动单元2在固定座5的前后方向移动，垂直移动单元2能够控制刀具安装单元4在垂直方向移动，两者相结合，则可以同时控制刀具安装单元4在前后方向和垂直方向进行移动，从而满足刀具安装单元4中刀具的移动需要。前后移动单元1和垂直移动单元2的移动轨迹均位于同一垂直面上，因此前后移动单元1和垂直移动单元2能够实现同一移动面上的联动，使刀具移动装置两侧受力平衡，从而使刀具能够更平稳、精确地运作。

参见图3，刀具更换单元3包括刀具卡座31和刀具循环机构32，刀具卡座31能够固定刀具，刀具循环机构32能够驱动刀具卡座31在水平面上循环运转，因此刀具更换单元3能够以刀具轮转的方式供刀具安装单元4更换刀具。刀具安装单元4包括刀具安装头41，刀具安装头41固定于垂直移动单元2上，刀具安装头41能够夹持刀具并驱动刀具进行旋转。刀具更换单元位于固定座5的内部，当需要更换刀具时，前后移动机构11可以驱动刀具安装单元4往后移动，当移动至刀具更换单元3上方后，即可在刀具卡座31上对刀具进行更换。因此设置刀具更换单元3不占用五轴联动加工机床的额外空间，使用前后移动机构11即可完成更换刀具所需要的移动，换刀方便。

五轴联动加工机床还包括位于刀具安装单元4正下方的水平移动装置6、翻转装置7和旋转装置8，水平移动装置6连接于固定座5上，翻转装置7连接于水平移动装置6上，旋转装置8连接于翻转装置7上。因此当水平移动装置6进行移动时，可以带动旋转装置8一起移动，当翻转装置7进行翻转移动时，可以带动旋转装置8进行翻转。水平移动装置6包括水平移动机构61和移动台63，移动台63的底部与水平移动机构61连接，水平移动机构61能够驱动移动台63在固定座5上进行往复移动。翻转装置7包括翻转机构71和翻转台72，翻转台72两端分别设于移动台63的两端，翻转机构71能够驱动翻转台72在移动台63上进行往复翻转运动。旋转装置8包括夹具台81，夹具台81设于翻转台72上，夹具台81能够在翻转台72上进行旋转，因此当旋转装置8进行旋转时，可以带动夹具台81进行旋转。由于水平移动装置6、翻转装置7和旋转装置8均位于刀具安装单元4的正下方，因此当夹具台81在翻转台72和移动台63的共同作用下进行移动时，位于正上方刀具安装单元4中的刀具可以同时移动，对下方固定于夹具台81上的工件进行加工，加工效率和精度高。

本发明实施例有益效果如下：

本发明五轴联动加工机床的刀具移动部分设有前后移动单元1和垂直移动单元2，在前后移动单元1和垂直移动单元2的共同作用下，刀具能够实现前后方向和垂直方向的平稳移动，能够满足加工时的移动需求。同时由于只有两轴移动，刀具能够更快到达指定位置，缩短了刀具移动时间，另外也节省了较大的驱动电机，节省了成本，并且能够实现更高的刚性和更好的移动稳定性。而夹具部分设有水平移动装置6、翻转装置7和旋转装置8，其中翻转装置7设于水平移动装置6上，旋转装置8设于翻转装置7上，而夹具台设于旋转装置8上，因此夹具台81能够在旋转装置8上进行旋转移动，在翻转装置7上进行翻转移动，在水平移动装置6上进行水平方向移动，从而实现三轴移动，承载能力强，移动精度高，结合刀具移动部分能够协同提高加工精度和加工效率。

参见图2，垂直移动单元2还包括垂直移动机构22，垂直移动机构22包括垂直驱动电机221和垂直驱动连接件222，垂直驱动连接件222可以为连接丝杆，也可以为螺杆等具有传动特性的连接件，垂直驱动电机221设于移动座21的上部，垂直驱动连接件222垂直设置，其一端与垂直驱动电机221连接，刀具安装单元4环套于垂直驱动连接件222上，当垂直驱动连接件222为连接丝杆时，垂直驱动连接件222能够在垂直驱动电机221的推动下带动刀具安装单元4上下移动，当垂直驱动连接件222为螺杆时，刀具安装单元4的环套部位内部设有与垂直驱动连接件222啮合的螺纹，因此当垂直驱动电机221驱动垂直驱动连接件222旋转时，刀具安装单元4能够在垂直驱动连接件222的作用力下沿着垂直方向往复移动。垂直移动单元2还包括垂直限位机构23，垂直限位机构23包括垂直滑轨231和垂直限位块232，垂直限位块232固定于移动座21上，垂直滑轨231固定于刀具安装单元4上，垂直滑轨231能够在垂直限位块232的限位作用下进行垂直方向的往复移动，从而使刀具安装单元4能够稳定、顺畅地进行升降移动，同时，由于垂直滑轨231设置于运动的部件上，垂直限位块232设置于相对静止的部件上，因此可以避免相对静止的部件即移动座21的高度过高，使刀具安装单元4能够快速到达设定高度，提高生产效率。

前后移动机构11包括前后驱动电机111和前后驱动连接件112，前后驱动连接件112可以为连接丝杆，也可以为螺杆等具有传动特性的连接件，前后驱动电机111设于固定座5的后端，前后驱动连接件112水平设置，其一端与前后驱动电机111相连，另一端与固定座5相连，移动座21的底部环套于前后驱动连接件112上，当前后驱动连接件112为连接丝杆时，前后驱动连接件112能够在前后驱动电机111的推动下带动移动座21前后移动，当前后驱动连接件112为螺杆时，移动座21的底部环套部分设有与前后驱动连接件112相啮合的螺纹，前后驱动电机111能够驱动前后驱动连接件112旋转，因此当前后驱动连接件112旋转时，其作用力能够使移动座21能够在前后方向往复移动，从而使刀具安装单元4实现前后方向的移动。前后移动单元1还包括前后限位机构12，前后限位机构12包括前后滑轨121和前后限位块122，前后限位块122固定于移动座21上，前后滑轨121固定于固定座5上，前后限位块122能够在前后滑轨121的限位作用下进行前后方向的往复移动。

刀具循环机构32包括循环驱动电机321和循环驱动链条322，循环驱动电机321固定于固定座5上，循环驱动电机321与循环驱动链条322连接，刀具卡座31分布于循环驱动链条322上，循环驱动电机321能够驱动刀具卡座31在水平面上循环往复移动。刀具卡座31设有机械爪311，机械爪311的形状与刀具的形状相对应，机械爪311的伸出方向平行于水平面，因此能够从水平方向固定刀具，便于刀具安装单元4从垂直方向更换刀具。

水平移动机构61包括移动电机611和移动连接件612，移动连接件612可以为连接丝杆，也可以为螺杆等具有传动特性的连接件，移动电机611设于固定座5的一端，移动连接件612的一端与移动电机611连接，另一端与固定轴承连接，移动电机611能够驱动移动连接件612旋转。移动台63的底部与移动连接件612连接，当移动连接件612为连接丝杆时，移动连接件612能够在移动电机611的推动下带动移动台63在水平方向往复移动，当移动连接件612为螺杆时，移动台63的底部设有与移动连接件612相配合的螺纹，移动台63的底部环套于移动连接件612上，当移动连接件612转动时，移动连接件612上的螺纹会驱使移动台63沿着螺纹转向进行移动，因此移动电机能够通过移动连接件612驱动移动台63进行水平往复移动。

水平移动装置6还包括水平限位机构62，水平限位机构62包括导向条621和滑块622，导向条621设于固定座5上，滑块622固定于移动台63的底部，滑块622能够在导向条621上滑动，因此移动台63能够沿着导向条621的方向进行移动。水平限位机构62能够保证夹具台81能够在水平方向平稳、准确地移动，从而保证加工精度和加工效率。翻转台72的翻转轴平行于移动台63的移动方向，因此翻转台72的两端与固定座5的两端同向，既节省了结构空间，也便于加工较大尺寸的曲面工件。

翻转机构71包括翻转电机711，翻转电机711固定于翻转装置7的一端，翻转电机711与翻转台72连接并能驱动翻转台72进行翻转运动。固定座5和移动座表面均设有加强孔52，既节省了结构材料，降低了成本，也提高了整体结构的强度，固定座5的底部设有减振垫53，能够降低整体的振动水平和噪音水平。

以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。