一种五轴加工设备

技术领域

本发明涉及五轴加工技术领域，特别是涉及一种五轴加工设备。

背景技术

五轴数控机床是指在一台机床上有五个坐标轴，三个直线坐标和两个旋转坐标，常见是指X、Y、Z，三根常见的直线轴上加上两根旋转轴，以满足各类产品的生产需求。

目前常有的五轴数控机床的旋转轴上一般采用蜗轮蜗杆传动减速器，但是蜗轮蜗杆减速器的体积较大、传动精度低、传动效率低，不利于五轴数控机床的小型化设计。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种体积较小、传动精度高且传动效率高的五轴加工设备。

一种五轴加工设备，包括机座，均设于机座上的主轴、摇篮、气动回转夹头、X轴转向驱动机构、Y轴转向驱动机构、X轴向驱动机构、Y轴向驱动机构，以及Z轴向驱动机构，所述Y轴向驱动机构和Z轴向驱动机构设于机座上部，以对应驱动所述主轴沿Y轴方向和Z轴方向移动；

所述摇篮位于机座内且位于主轴下方，所述X轴向驱动机构用于驱动所述摇篮沿X轴方向移动，所述Y轴转向驱动机构用于驱动摇篮绕Y轴方向自转，所述气动回转夹头固定于摇篮上，且所述气动回转夹头的轴向与X轴方向平行，所述X轴转向驱动机构用于驱动气动回转夹头绕X轴方向自转；

所述Y轴转向驱动机构包括Y轴转向伺服电机和第一谐波减速器，所述Y轴转向伺服电机通过第一谐波减速器与所述摇篮传动连接；

所述X轴转向驱动机构包括X轴转向伺服电机和第二谐波减速器，所述X轴转向伺服电机通过第二谐波减速器与所述气动回转夹头传动连接。

在本发明中，所述气动回转夹头用于夹持工件，所述X轴向驱动机构用于驱动摇篮和气动回转夹头沿X轴方向移动，所述Y轴向驱动机构和Z轴向驱动机构用于对应驱动主轴沿Y轴方向和Z轴方向移动，所述Y轴转向驱动机构用于驱动摇篮绕Y轴方向转动，从而带动气动回转夹头绕Y轴方向转动，所述X轴转向驱动机构用于驱动气动回转夹头绕X轴方向转动，从而实现了五轴加工；本申请通过采用第一谐波减速器和第二谐波减速器来对应应用在两个旋转轴上，利用谐波减速器承载能力强、传动精度高、传动效率高、传动平稳、结构简单、体积小以及重量轻的特点，可以实现所述五轴加工设备生产更加稳定顺利，同时可以实现五轴加工设备的小型化设计，便于五轴加工设备的布置。

优选地，所述X轴向驱动机构包括均设于机座侧面的X轴向移动座和X轴向驱动组件，所述X轴向驱动组件用于驱动X轴向移动座沿X轴方向移动，所述Y轴转向驱动机构的Y轴转向伺服电机和第一谐波减速器均连接于X轴向移动座上。

优选地，所述Y轴转向驱动机构还包括轴承座，所述轴承座固定于X轴向移动座上，所述第一谐波减速器通过所述轴承座与所述摇篮传动连接。

优选地，所述摇篮的两端均朝Y轴方向延伸，以对应形成第一连接臂和第二连接臂，所述第一连接臂上设有刀架和对刀仪，所述第二连接臂上连接有所述气动回转夹头和X轴转向驱动机构。

优选地，所述机座的侧面开设有进出口，所述进出口处设有用于封闭或开启所述进出口的升降门，所述机座的侧面还设有用于控制升降门进行升降的开闭驱动机构。

优选地，所述Y轴向驱动机构包括均设于机座上部的Y轴向移动座和Y轴向驱动组件，所述Y轴向驱动组件用于驱动Y轴向移动座沿Y轴方向移动，所述Z轴向驱动机构固定于Y轴向移动座上，所述主轴连接于所述Z轴向驱动机构上。

优选地，所述Z轴向驱动机构包括均连接于Y轴向移动座上的Z轴向移动座和Z轴向驱动组件，所述主轴固定于所述Z轴向移动座上，所述Z轴向驱动组件用于驱动Z轴向移动座沿Z轴方向移动。

优选地，所述气动回转夹头包括缸体、导气圈、移动套，以及弹性夹头，所述缸体内的前部和后部对应形成有导向腔和活塞腔，所述弹性夹头固定于导向腔前端，所述移动套包括伸缩部和活塞部，所述伸缩部和活塞部对应位于缸体内的导向腔和活塞腔内，且伸缩部和活塞部均与缸体内壁密封连接，所述弹性夹头位于伸缩部内，以在移动套向前移动时，伸缩部推动弹性夹头合拢，在移动套向后移动时，伸缩部退出弹性夹头，让弹性夹头张开；

所述缸体的侧壁内开设有第一进气通道和第二进气通道，所述第一进气通道的一端连通至缸体前部的外侧，其另一端连通至缸体的活塞腔的前端，所述第二进气通道的一端连通至缸体前部的外侧，其另一端连通至缸体的活塞腔的后端；

所述导气圈套设于缸体前部的外侧，且所述导气圈的前端和后端均通过轴承与缸体转动连接，所述导气圈的中部贴近于缸体前部的外侧，所述导气圈上开设有第一进气接口和第二进气接口，所述第一进气接口与所述第一进气通道连通，以在第一进气接口通气后，推动移动套向后移动，所述第二进气接口与所述第二进气通道连通，以在第二进气接口通气后，推动移动套向前移动，所述导气圈内侧的中部邻近两所述轴承的区域均通过密封圈与缸体外侧密封连接，以限制气流吹向轴承。

优选地，所述导气圈内侧的中部沿轴向依次设有第一进气槽和第二进气槽，且所述第一进气槽和第二进气槽对应与第一进气接口和第二进气接口连通，所述第一进气槽的长度为a1，所述第二进气槽的长度为a2，所述第一进气通道和第二进气通道均沿缸体圆周方向设有多个，相邻两所述第一进气通道的两进气口在圆周方向上的长度为b1，相邻两所述第二进气通道的两进气口在圆周方向上的长度为b2，其中，a1≥b1，a2≥b2。

优选地，所述气动回转夹头还包括固定于缸体后端的后座，所述后座的后端与所述第二谐波减速器的输出端连接，所述后座与缸体后端密封连接，所述后座内侧的中部设有安装套，所述安装套向上延伸并穿入移动套的伸缩部内，所述安装套外侧与移动套内侧之间密封连接，所述弹性夹头的后端伸入所述安装套内并螺纹连接于安装套内。

综上，相对于现有技术来说，本申请的五轴加工设备的结构更加简单，布局更加巧妙，利用了谐波减速器实现了五轴加工设备的小型化设计，便于五轴加工设备的布置。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1为本发明中一实施例的整体结构的其一立体图；

图2为本发明中一实施例的整体结构的另一立体图；

图3为本发明中一实施例的摇篮和气动回转夹头的连接关系示意图；

图4为本发明中一实施例的Z轴向驱动机构和主轴的连接关系示意图；

图5为本发明中气动回转夹头的第一进气通道的气流路径图；

图6为本发明中气动回转夹头的第二进气通道的气流路径图；

图7为本发明中气动回转夹头的其一立体图；

图8为本发明中气动回转夹头的另一立体图；

图9为本发明中气动回转夹头的缸体、轴承及密封圈的关系示意图；

图10为本发明中气动回转夹头的导气圈的立体图。

附图标记：1、机座；11、进出口；12、升降门；13、开闭驱动机构；2、主轴；3、摇篮；31、第一连接臂；32、第二连接臂；33、刀架；34、对刀仪；

4、气动回转夹头；41、缸体；411、导向腔；412、活塞腔；413、第一进气通道；414、第二进气通道；415、密封圈；42、导气圈；421、轴承；422、第一进气接口；423、第二进气接口；424、第一进气槽；425、第二进气槽；43、移动套；431、伸缩部；432、活塞部；44、弹性夹头；45、后座；451、安装套；452、容置槽；46、限制组件；461、限制轴；462、限制块；463、限制螺栓；464、导向面；47、前盖；

5、X轴转向驱动机构；51、X轴转向伺服电机；52、第二谐波减速器；6、Y轴转向驱动机构；61、Y轴转向伺服电机；62、第一谐波减速器；63、轴承座；

7、X轴向驱动机构；71、X轴向移动座；72、X轴向驱动组件；721、X轴向伺服电机；722、X轴向丝杆；73、X轴向导向组件；731、X轴向滑轨；732、X轴向滑座；

8、Y轴向驱动机构；81、Y轴向移动座；82、Y轴向驱动组件；821、Y轴向伺服电机；822、Y轴向丝杆；83、Y轴向导向组件；831、Y轴向滑轨；832、Y轴向滑座；

9、Z轴向驱动机构；91、Z轴向移动座；92、Z轴向驱动组件；921、Z轴向伺服电机；922、Z轴向丝杆；93、Z轴向导向组件；931、Z轴向滑轨；932、Z轴向滑座。

具体实施方式

在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于其构造进行定义的，它们是相对的概念。因此，有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。

以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与本公开的一些方面相一致的实施方式的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

如图1至图4所示，本发明涉及一种五轴加工设备，包括机座1，均设于机座1上的主轴2、摇篮3、气动回转夹头4、X轴转向驱动机构5、Y轴转向驱动机构6、X轴向驱动机构7、Y轴向驱动机构8，以及Z轴向驱动机构9，所述Y轴向驱动机构8和Z轴向驱动机构9设于机座1上部，以对应驱动所述主轴2沿Y轴方向和Z轴方向移动；

所述摇篮3位于机座1内且位于主轴2下方，所述X轴向驱动机构7用于驱动所述摇篮3沿X轴方向移动，所述Y轴转向驱动机构6用于驱动摇篮3绕Y轴方向自转，所述气动回转夹头4固定于摇篮3上，且所述气动回转夹头4的轴向与X轴方向平行，所述X轴转向驱动机构5用于驱动气动回转夹头4绕X轴方向自转；

所述Y轴转向驱动机构6包括Y轴转向伺服电机61和第一谐波减速器62，所述Y轴转向伺服电机61通过第一谐波减速器62与所述摇篮3传动连接；

所述X轴转向驱动机构5包括X轴转向伺服电机51和第二谐波减速器52，所述X轴转向伺服电机51通过第二谐波减速器52与所述气动回转夹头4传动连接。

在本发明中，所述气动回转夹头4用于夹持工件，所述X轴向驱动机构7用于驱动摇篮3和气动回转夹头4沿X轴方向移动，所述Y轴向驱动机构8和Z轴向驱动机构9用于对应驱动主轴2沿Y轴方向和Z轴方向移动，所述Y轴转向驱动机构6用于驱动摇篮3绕Y轴方向转动，从而带动气动回转夹头4绕Y轴方向转动，所述X轴转向驱动机构5用于驱动气动回转夹头4绕X轴方向转动，从而实现了五轴加工；本申请通过采用第一谐波减速器62和第二谐波减速器52来对应应用在两个旋转轴上，利用谐波减速器承载能力强、传动精度高、传动效率高、传动平稳、结构简单、体积小以及重量轻的特点，可以实现所述五轴加工设备生产更加稳定顺利，同时可以实现五轴加工设备的小型化设计，便于五轴加工设备的布置。

在本实施例中，所述X轴向驱动机构7包括均设于机座1侧面的X轴向移动座71、X轴向驱动组件72，以及X轴向导向组件73，所述X轴向驱动组件72用于驱动X轴向移动座71沿X轴方向移动，所述Y轴转向驱动机构6的Y轴转向伺服电机61和第一谐波减速器62均连接于X轴向移动座71上。

具体地，所述X轴向驱动组件72包括均设于机座1侧面的X轴向伺服电机721和X轴向丝杆722，所述X轴向伺服电机721用于驱动X轴向丝杆722转动，所述X轴向移动座71与所述X轴向丝杆722转动连接，以在X轴向丝杆722转动时带动X轴向移动座71沿X轴方向移动；所述X轴向导向组件73包括X轴向滑轨731和X轴向滑座732，所述X轴向滑轨731沿X轴方向固定于机座1侧面，所述X轴向滑座732固定于X轴向移动座71上，且X轴向滑座732连接于X轴向滑轨731上，以让X轴向移动座71稳定沿X轴方向移动。

优选地，所述Y轴转向驱动机构6还包括轴承座63，所述轴承座63固定于X轴向移动座71上，所述第一谐波减速器62通过所述轴承座63与所述摇篮3传动连接，通过轴承座63的设置，以承载因摇篮3重量而形成的径向力，以保证传动的稳定性。

在本实施例中，所述摇篮3的两端均朝Y轴方向延伸，以对应形成第一连接臂31和第二连接臂32，所述第一连接臂31上设有刀架33和对刀仪34，所述第二连接臂32上连接有所述气动回转夹头4和X轴转向驱动机构5，以在摇篮3上集成有刀架33、对刀仪34，以及气动回转夹头4，以充分利用机座1内空间，结构设计巧妙，便于五轴加工设备的小型化设计。

在本实施例中，所述机座1的侧面开设有进出口11，所述进出口11处设有用于封闭或开启所述进出口11的升降门12，所述机座1的侧面还设有用于控制升降门12进行升降的开闭驱动机构13，较优的，所述开闭驱动机构13为无杆气缸，以减少对空间的占用。

在本实施例中，所述Y轴向驱动机构8包括均设于机座1上部的Y轴向移动座81、Y轴向驱动组件82，以及Y轴向导向组件83，所述Y轴向驱动组件82用于驱动Y轴向移动座81沿Y轴方向移动，所述Z轴向驱动机构9固定于Y轴向移动座81上，所述主轴2连接于所述Z轴向驱动机构9上。

具体地，所述Y轴向驱动组件82包括均设于机座1上部的Y轴向伺服电机821和Y轴向丝杆822，所述Y轴向伺服电机821用于驱动Y轴向丝杆822转动，所述Y轴向移动座81与所述Y轴向丝杆822转动连接，以在Y轴向丝杆822转动时带动Y轴向移动座81沿Y轴方向移动；所述Y轴向导向组件83包括Y轴向滑轨831和Y轴向滑座832，所述Y轴向滑轨831沿Y轴方向固定于机座1上部，所述Y轴向滑座832固定于Y轴向移动座81上，且Y轴向滑座832连接于Y轴向滑轨831上，以让Y轴向移动座81稳定沿Y轴方向移动。

在本实施例中，所述Z轴向驱动机构9包括均连接于Y轴向移动座81上的Z轴向移动座91、Z轴向驱动组件92，以及Z轴向导向组件93，所述主轴2固定于所述Z轴向移动座91上，所述Z轴向驱动组件92用于驱动Z轴向移动座91沿Z轴方向移动。

具体地，所述Z轴向驱动组件92包括均连接于Y轴向移动座81上的Z轴向伺服电机921和Z轴向丝杆922，所述Z轴向伺服电机921用于驱动Z轴向丝杆922转动，所述Z轴向移动座91与Z轴向丝杆922转动连接，以在Z轴向丝杆922转动时带动Z轴向移动座91沿Z轴方向移动；所述Z轴向导向组件93包括Z轴向滑轨931和Z轴向滑座932，所述Z轴向滑轨931沿Z轴方向固定于Y轴向移动座81上，所述Z轴向滑座932固定于Z轴向移动座91上，且Z轴向滑座932连接于Z轴向滑轨931上，以让Z轴向移动座91稳定沿Z轴方向移动；所述主轴2固定于所述Z轴向移动座91上。

本发明涉及的气动回转夹头，应用在低转速的工况下，进而无需对轴承进行散热，将吹向轴承的气流集中去让气动回转夹头夹紧工件，可以降低工作时的噪声，而且能让气动回转夹头的夹持更加稳定。

如图5至图10所示，所述气动回转夹头4包括缸体41、导气圈42、移动套43，以及弹性夹头44，所述缸体41内的前部和后部对应形成有导向腔411和活塞腔412，所述弹性夹头44固定于导向腔411前端，所述移动套43包括伸缩部431和活塞部432，所述伸缩部431和活塞部432对应位于缸体41内的导向腔411和活塞腔412内，且伸缩部431和活塞部432均与缸体41内壁密封连接，所述弹性夹头44位于伸缩部431内，以在移动套43向前移动时，伸缩部431推动弹性夹头44合拢，在移动套43向后移动时，伸缩部431退出弹性夹头44，让弹性夹头44张开；

所述缸体41的侧壁内开设有第一进气通道413和第二进气通道414，所述第一进气通道413的一端连通至缸体41前部的外侧，其另一端连通至缸体41的活塞腔412的前端，所述第二进气通道414的一端连通至缸体41前部的外侧，其另一端连通至缸体41的活塞腔412的后端；

所述导气圈42套设于缸体41前部的外侧，且所述导气圈42的前端和后端均通过轴承421与缸体41转动连接，所述导气圈42的中部贴近于缸体41前部的外侧，所述导气圈42上开设有第一进气接口422和第二进气接口423，所述第一进气接口422与所述第一进气通道413连通，以在第一进气接口422通气后，推动移动套43向后移动，所述第二进气接口423与所述第二进气通道414连通，以在第二进气接口423通气后，推动移动套43向前移动，所述导气圈42内侧的中部邻近两所述轴承421的区域均通过密封圈415与缸体41外侧密封连接，以限制气流吹向轴承421。

在本发明中，相对于现有技术来说，将所述气动回转夹头4应用在低转速的工况下，从而无需对轴承421进行散热，所以通过在所述导气圈42内侧的中部邻近两所述轴承421的区域均通过密封圈415与缸体41外侧密封连接，从而能限制第一进气接口422和第二进气接口423进入的气流吹向轴承421，以将气流集中于第一进气通道413或第二进气通道414内，一方面可以降低噪声，另一方面可以确保气动回转夹头4夹持工件的稳定性。

在本实施例中，所述导气圈42内侧的中部沿轴向依次设有第一进气槽424和第二进气槽425，且所述第一进气槽424和第二进气槽425对应与第一进气接口422和第二进气接口423连通，所述第一进气槽424的长度为a1，所述第二进气槽425的长度为a2，所述第一进气通道413和第二进气通道414均沿缸体41圆周方向设有多个，相邻两所述第一进气通道413的两进气口在圆周方向上的长度为b1，相邻两所述第二进气通道414的两进气口在圆周方向上的长度为b2，其中，a1≥b1，a2≥b2，进而导气圈42相对于缸体41转动，能让第一进气接口422通过第一进气槽424将气流导入第一进气通道413内，也能让第二进气接口423通过第二进气槽425将气流导入第二进气通道414内。

在本实施例中，所述气动回转夹头4还包括固定于缸体41后端的后座45，所述后座45与缸体41后端密封连接，所述后座45内侧的中部设有安装套451，所述安装套451向上延伸并穿入移动套43的伸缩部431内，所述安装套451外侧与移动套43内侧之间密封连接，所述弹性夹头44的后端伸入所述安装套451内并螺纹连接于安装套451内，以实现将弹性夹头44固定在缸体41前端。

优选地，所述气动回转夹头4还包括用于限制弹性夹头44伸入安装套451深度的限制组件46，所述限制组件46包括限制轴461，所述限制轴461从所述后座45的后端穿入并固定于安装套451内，以在弹性夹头44后端与限制轴461抵接后，限制弹性夹头44继续伸入安装套451内。

进一步地，所述限制轴461的后端设有限制块462，以在限制轴461伸入安装套451内预设深度后，所述限制块462抵接于后座45的后端，以让限制轴461移动至准确位置。

更进一步地，所述后座45的后端开设有容置槽452，所述容置槽452的槽底中部与安装套451内连通，所述限制块462位于容置槽452内，从而限制块462能藏于容置槽452内，以便于气动回转夹头4在应用时与驱动结构顺利连接。

再更进一步地，所述限制组件46还包括限制螺栓463，所述限制块462的后端开设有倾斜的导向面464，所述限制螺栓463从后座45外侧贯穿至容置槽452内，并可通过导向面464推动限制轴461深入安装套451内，从而在限制螺栓463锁入容置槽452内的过程中可以推动限制轴461深入安装套451内，并在限制螺栓463旋紧到位后，可以限制限制轴461从安装套451后端退出。

在本实施例中，所述气动回转夹头4还包括固定于缸体41前端的前盖47，所述前盖47的外径与所述导气圈42的外径相同，所述移动套43和弹性夹头44均从前盖47的中部穿出，以对缸体41前端和导气圈42起到保护作用。

在本实施例中，所述弹性夹头44为五爪的弹性夹头44，以更稳定夹持住工件。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。