CN114273935B - 基于旋转五轴与cnc加工中心联机控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于CNC加工技术领域，且公开了基于旋转五轴与CNC加工中心联机控制系统，包括底座、机体、第一轴机构、第二轴机构和第三轴机构，所述第三轴机构的内表面活动安装有安装座，所述安装座的内表面活动套接有活动座，所述活动座的内表面固定安装有伺服电机。本发明通过使得压力油通过四组连通管进入到一号管二号管中，使得两侧一号管中的夹紧杆从侧面水平同时夹紧工件，并使得前后两侧倾斜的二号管中的夹紧杆倾斜向下夹紧工件，从而使得工件夹紧时具备水平和竖直方向上的夹紧力，提高工件夹紧限位效果，表面滑脱，且实际操作时仅仅需要旋转螺纹杆即可实现四组夹紧杆的同时动作，操作简单，夹紧效率高，使用效果好。

Description

基于旋转五轴与CNC加工中心联机控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于CNC加工技术领域，具体为基于旋转五轴与CNC加工中心联机控制系统及控制方法。

背景技术

一般情况下，数控铣床或CNC加工中心有X、Y、Z三个基本轴，其他旋转轴为旋转第四轴和第五轴，旋转第五轴使用时，工件一次即可完成多个面的加工，适用于一般多面体的加工，如涡轮式空压机壳体的四面孔、槽的加工等，且其加工精度、效率得以显著的提高。旋转第五轴通常包括于控制器、装置本体和设于装置本体上的伺服电机、减速机、工装夹具，工作时，装置本体安装于CNC加工机床或加工中心的工作台上，通过控制器驱动伺服电机完成动作。

现有的基于旋转五轴与CNC加工中心联机，在使用过程中，由于第五轴五竖直旋转转轴，通常为最后一级且直接与工作台连接的旋转轴，由伺服电机驱动，而通过第五轴旋转的工作台在放置工件时，通常采用侧面简单夹紧的方式实现工件套接夹紧，然而实际操作时从侧面垂直朝向的夹紧杆缺乏其他方向的限位，使得工件仅仅从侧面实现稳定的夹紧固定，在振动和工件不规则等因素影响时，工件实际滑脱的几率增大，使得加工过程中出现工件偏移，影响加工质量，且目前的夹紧机构通过侧面一次手动操作夹紧，实际夹紧操作步骤繁琐，无法实现快速夹紧固定，对工件形状的适应性夹紧效果不佳，使用效果差。

另一方面，现有的基于旋转五轴与CNC加工中心联机，在使用过程中，通常采用伺服电机实现旋转第五轴，实际伺服电机运作时产生较大热量，且通常伺服电机处于相对密封的环境中，使得实际电机放置处稳定较大，影响伺服电机的实际使用性能，目前的降温方式采用额外增加风扇进行降温，需要额外提供能源，使得实际使用过程消耗能源量较多，不具备节能环保性，消耗电能较多。

发明内容

本发明的目的在于提供基于旋转五轴与CNC加工中心联机控制系统及控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于旋转五轴与CNC加工中心联机控制系统及控制方法，包括底座、机体、第一轴机构、第二轴机构和第三轴机构，所述第三轴机构的内表面活动安装有安装座，所述安装座的内表面活动套接有活动座，所述活动座的内表面固定安装有伺服电机，所述伺服电机的输出轴固定连接有旋转轴，所述旋转轴的顶面固定安装有工作台，所述工作台的顶面开设有安装孔，所述工作台的外表面分别开设有一号孔和二号孔，所述一号孔和二号孔的外端分别固定连通有一号管和二号管，所述一号管和二号管的内表面均固定套接有固定环，所述固定环的内表面活动套接有夹紧杆，所述夹紧杆的端面固定连接推板，所述推板与固定环之间固定连接有弹簧，所述安装座的顶面固定连接有分配盘，所述分配盘的顶面活动套接有密封环，所述密封环与一号管和二号管之间均固定连通有连通管，所述分配盘的侧面固定安装有操作机构。

优选的，所述安装座的侧面固定安装有旋转第四轴机构，所述活动座的侧面固定连接有连接杆，所述连接杆的外端穿过安装座并与旋转第四轴机构固定连接，通过第一轴机构、第二轴机构和第三轴机构，第三轴机构、以及旋转第四轴机构和伺服电机和旋转轴形成五轴联动，高效实现工件的加工操作。

优选的，所述分配盘的顶面开设有环槽，所述环槽的内表面与密封环活动套接，所述密封环的顶面开设有通孔，所述通孔的顶端与连通管相连通，使得通孔底部与分配盘连通，方便实现压力油的供给，并配合连通管实现压力送入一号管和二号管中。

优选的，所述分配盘的内部开设有内腔，所述分配盘的顶面开设有中间孔，所述中间孔的内表面与旋转轴活动套接，利用中间孔与旋转轴活动套接，保证旋转轴转动过程中不会影响分配盘的稳定。

优选的，所述操作机构包括油箱、活动板和螺纹杆，所述活动板的直径小于油箱的内径，所述活动板活动套接在油箱的内表面中，所述活动板的侧面与螺纹杆固定连接，所述螺纹杆的外表面与油箱的端面螺纹套接，通过旋转螺纹杆带动活动板移动，实现活动板对压力油的挤压，便于控制压力油。

优选的，所述安装座的侧面固定安装有过滤机构，所述安装座内表面的顶面固定安装有通气机构，利用过滤机构实现过滤效果，在吸入外界空气时，表面杂质的吸入，保证伺服电机的工作环境洁净，且利用通气机构实现空气的抽吸，节省电能。

优选的，所述过滤机构包括安装板、套孔、安装槽和过滤板，所述过滤板固定套接在安装槽的内表面中，利用过滤板完成过滤操作，且利用套孔实现曲管的套接。

优选的，所述通气机构包括固定箱、吸气孔、叶片和曲管，所述吸气孔开设在固定箱的底面上，所述叶片固定套接在旋转轴的外表面上，所述曲管固定连通在固定箱的侧面上，所述曲管的外表面与套孔固定套接，利用旋转轴转动带动叶片旋转，提供抽吸力，便于将空气写吸入，并通过曲管实现换热后空气的排出，保证伺服电机工作稳定，且将吹出的空气朝向工件和机器设备，避免积尘，实现有效除尘。

基于旋转五轴与CNC加工中心联机控制系统及控制方法，包括以下操作步骤：

第一步：将工件置于工作台的安装孔中，并旋转操作机构的螺纹杆，使得螺纹杆旋转推动活动板水平移动，随着活动板的移动，使得油箱中的压力油向分配盘中挤压，使得分配盘中的压力油通过连通管挤入一号管和二号管中，随着压力油的挤压，一号管和二号管中的夹紧杆分别沿着一号孔和二号孔滑动，使得四组夹紧杆夹紧压住工件，其中两组夹紧杆保持倾斜向下压紧工件，完成固定；

第二步：当需要高速旋转伺服电机进行冷却时，随着伺服电机带动旋转轴旋转，使得旋转轴带动叶片高速旋转，随着叶片的旋转，使得叶片产生向上的抽吸力，使得固定箱底面的吸气孔从安装座的内部抽吸空气，使得外部空气吸入到安装座的内部，外部空气经由过滤板吸入至安装座中升温，并升温后通过固定箱和曲管送出，安装座的内部温度降低；

第三步：当需要高速旋转伺服电机进行工件加工时，随着伺服电机带动旋转轴的旋转，使得叶片旋转的同时向下将安装座内部的空气向上抽吸，使得大量空气通过固定箱吹入曲管中，通过摆动扭转曲管的朝向，使得曲管吹出的空气对工件表面或设备表面，使得工件表面或设备表面灰尘吹出，工件表面或设备表面保持洁净，加工处灰尘吹散。

本发明的有益效果如下：

1、本发明通过在工作台的外表面分别开设一号孔和二号孔，且使得一号孔保持水平的同时，使得二号孔倾斜向下，并在工作台的外表面分别固定连通水平一号管和倾斜向下的二号管，并同在一号管和二号管中固定套接固定环和夹紧杆，使得夹紧杆端面的推板连接弹簧，并使得弹簧与固定环连接，同时在安装座的顶面固定连接分配盘，使得分配盘的顶面活动套接活动环，并使得活动环与一号管和二号管之间使用连通管连通，当将不规则工件置于安装孔中时，旋转操作机构，使得操作机构进一步挤压压力油，使得压力油通过四组连通管进入到一号管二号管中，使得两侧一号管中的夹紧杆从侧面水平同时夹紧工件，并使得前后两侧倾斜的二号管中的夹紧杆倾斜向下夹紧工件，从而使得工件夹紧时具备水平和竖直方向上的夹紧力，提高工件夹紧限位效果，表面滑脱，且实际操作时仅仅需要旋转螺纹杆即可实现四组夹紧杆的同时动作，操作简单，夹紧效率高，使用效果好。

2、本发明通过在旋转轴的外表面固定套接叶片，并在安装座的两侧固定连接安装板，且使得安装板的侧面开设安装槽，并在安装槽中固定套接过滤板，使得在伺服电机需要高速带动工件旋转加工时，随着伺服电机的高速转动，使得旋转轴带动叶片旋转，进而使得叶片通过固定箱的吸气孔从安装座中吸气，使得外接空气进入安装座中实现换热，换热后的热空气通过曲管向外送出，在需要高速旋转工件加工时，有效实现伺服电机环境处热空气的排出，提高散热效果，提高伺服电机的工作稳定性，且避免额外增设散热设备，有效利用旋转轴的转动能量，节省电能。

3、本发明通过在旋转轴的外表面固定套接叶片，使得在伺服电机需要高速带动工件旋转加工时，高速旋转的工件加工会产生大量的碎屑粉尘，实际加工时粉尘自由扬起，并在向下沉降过程中附着在工作台和各设备部件上，通过增设的叶片跟随旋转轴转动时实现向下的抽吸力，并利用可扭转改变朝向的曲管，使得叶片将抽吸的热空气通过曲管引出，并通过曲管吹向工件和设备表面，有效改变粉尘浮动方向，表面粉尘着落在设备和工件表面，避免额外增设清理设备，使用效果好。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中A处的机构放大示意图；

图3为本发明安装座和的示意图；

图4为本发明分配盘的爆炸示意图；

图5为本发明分配盘的剖视示意图；

图6为本发明工作台的剖视示意图；

图7为本发明通气机构的爆炸示意图；

图8为本发明过滤机构的爆炸示意图。

图中：1、底座；2、机体；3、第一轴机构；4、第二轴机构；5、第三轴机构；6、安装座；7、活动座；8、连接杆；9、旋转第四轴机构；11、伺服电机；12、旋转轴；13、工作台；14、安装孔；15、一号孔；16、二号孔；17、一号管；18、二号管；19、固定环；20、夹紧杆；21、推板；22、弹簧；23、分配盘；24、中间孔；25、环槽；26、内腔；27、密封环；28、通孔；29、连通管；30、操作机构；301、油箱；302、活动板；303、螺纹杆；31、过滤机构；311、安装板；312、套孔；313、安装槽；314、过滤板；32、通气机构；321、固定箱；322、吸气孔；323、叶片；324、曲管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图8所示，本发明实施例中，基于旋转五轴与CNC加工中心联机控制系统及控制方法，包括底座1、机体2、第一轴机构3、第二轴机构4和第三轴机构5，第三轴机构5的内表面活动安装有安装座6，安装座6的内表面活动套接有活动座7，活动座7的内表面固定安装有伺服电机11，伺服电机11的输出轴固定连接有旋转轴12，旋转轴12的顶面固定安装有工作台13，工作台13的顶面开设有安装孔14，工作台13的外表面分别开设有一号孔15和二号孔16，一号孔15保持水平且为对称的两个，二号孔16为倾斜向下的孔且为对称两个，使得利用水平和倾斜向下的夹紧杆20完成工件的稳定夹紧固定，提供水平和竖直两个方向的夹紧力，一号孔15和二号孔16的外端分别固定连通有一号管17和二号管18，一号管17和二号管18的内表面均固定套接有固定环19，固定环19的内表面活动套接有夹紧杆20，夹紧杆20的端面固定连接推板21，推板21与固定环19之间固定连接有弹簧22，利用弹簧22的弹性，在取下夹紧时带动夹紧杆20复位，安装座6的顶面固定连接有分配盘23，分配盘23的顶面活动套接有密封环27，利用密封环27和环槽25活动套接，使得转动过程中仍旧保持稳定的压力油供给，保证旋转时夹紧的稳定性，密封环27与一号管17和二号管18之间均固定连通有连通管29，分配盘23的侧面固定安装有操作机构30，通过操作机构30实现压力油的控制。

其中，安装座6的侧面固定安装有旋转第四轴机构9，活动座7的侧面固定连接有连接杆8，连接杆8的外端穿过安装座6并与旋转第四轴机构9固定连接，通过第一轴机构3、第二轴机构4和第三轴机构5，第三轴机构5、以及旋转第四轴机构9和伺服电机11和旋转轴12形成五轴联动，高效实现工件的加工操作。

其中，分配盘23的顶面开设有环槽25，环槽25的内表面与密封环27活动套接，密封环27的顶面开设有通孔28，通孔28的顶端与连通管29相连通，使得通孔28底部与分配盘23连通，方便实现压力油的供给，并配合连通管29实现压力送入一号管17和二号管18中。

其中，分配盘23的内部开设有内腔26，分配盘23的顶面开设有中间孔24，中间孔24的内表面与旋转轴12活动套接，利用中间孔24与旋转轴12活动套接，保证旋转轴12转动过程中不会影响分配盘23的稳定。

其中，操作机构30包括油箱301、活动板302和螺纹杆303，活动板302的直径小于油箱301的内径，活动板302活动套接在油箱301的内表面中，活动板302的侧面与螺纹杆303固定连接，螺纹杆303的外表面与油箱301的端面螺纹套接，通过旋转螺纹杆303带动活动板302移动，实现活动板302对压力油的挤压，便于控制压力油。

其中，安装座6的侧面固定安装有过滤机构31，安装座6内表面的顶面固定安装有通气机构32，利用过滤机构31实现过滤效果，在吸入外界空气时，表面杂质的吸入，保证伺服电机11的工作环境洁净，且利用通气机构32实现空气的抽吸，节省电能。

其中，过滤机构31包括安装板311、套孔312、安装槽313和过滤板314，过滤板314固定套接在安装槽313的内表面中，利用过滤板314完成过滤操作，且利用套孔312实现曲管324的套接。

其中，通气机构32包括固定箱321、吸气孔322、叶片323和曲管324，吸气孔322开设在固定箱321的底面上，叶片323固定套接在旋转轴12的外表面上，曲管324固定连通在固定箱321的侧面上，曲管324的外表面与套孔312固定套接，利用旋转轴12转动带动叶片323旋转，提供抽吸力，便于将空气写吸入，并通过曲管324实现换热后空气的排出，保证伺服电机11工作稳定，且将吹出的空气朝向工件和机器设备，避免积尘，实现有效除尘。

基于旋转五轴与CNC加工中心联机控制系统及控制方法，包括以下操作步骤：

第一步：将工件置于工作台13的安装孔14中，并旋转操作机构30的螺纹杆303，使得螺纹杆303旋转推动活动板302水平移动，随着活动板302的移动，使得油箱301中的压力油向分配盘23中挤压，使得分配盘23中的压力油通过连通管29挤入一号管17和二号管18中，随着压力油的挤压，一号管17和二号管18中的夹紧杆20分别沿着一号孔15和二号孔16滑动，使得四组夹紧杆20夹紧压住工件，其中两组夹紧杆20保持倾斜向下压紧工件，完成固定；

第二步：当需要高速旋转伺服电机11进行冷却时，随着伺服电机11带动旋转轴12旋转，使得旋转轴12带动叶片323高速旋转，随着叶片323的旋转，使得叶片323产生向上的抽吸力，使得固定箱321底面的吸气孔322从安装座6的内部抽吸空气，使得外部空气吸入到安装座6的内部，外部空气经由过滤板314吸入至安装座6中升温，并升温后通过固定箱321和曲管324送出，安装座6的内部温度降低；

第三步：当需要高速旋转伺服电机11进行工件加工时，随着伺服电机11带动旋转轴12的旋转，使得叶片323旋转的同时向下将安装座6内部的空气向上抽吸，使得大量空气通过固定箱321吹入曲管324中，通过摆动扭转曲管324的朝向，使得曲管324吹出的空气对工件表面或设备表面，使得工件表面或设备表面灰尘吹出，工件表面或设备表面保持洁净，加工处灰尘吹散。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.基于旋转五轴与CNC加工中心联机控制系统，包括底座（1）、机体（2）、第一轴机构（3）、第二轴机构（4）和第三轴机构（5），其特征在于：所述第三轴机构（5）的内表面活动安装有安装座（6），所述安装座（6）的内表面活动套接有活动座（7），所述活动座（7）的内表面固定安装有伺服电机（11），所述伺服电机（11）的输出轴固定连接有旋转轴（12），所述旋转轴（12）的顶面固定安装有工作台（13），所述工作台（13）的顶面开设有安装孔（14），所述工作台（13）的外表面分别开设有一号孔（15）和二号孔（16），所述一号孔（15）和二号孔（16）的外端分别固定连通有一号管（17）和二号管（18），所述一号管（17）和二号管（18）的内表面均固定套接有固定环（19），所述固定环（19）的内表面活动套接有夹紧杆（20），所述夹紧杆（20）的端面固定连接推板（21），所述推板（21）与固定环（19）之间固定连接有弹簧（22），所述安装座（6）的顶面固定连接有分配盘（23），所述分配盘（23）的顶面活动套接有密封环（27），所述密封环（27）与一号管（17）和二号管（18）之间均固定连通有连通管（29），所述分配盘（23）的侧面固定安装有操作机构（30），所述分配盘（23）的顶面开设有环槽（25），所述环槽（25）的内表面与密封环（27）活动套接，所述密封环（27）的顶面开设有通孔（28），所述通孔（28）的顶端与连通管（29）相连通，所述分配盘（23）的内部开设有内腔（26），所述分配盘（23）的顶面开设有中间孔（24），所述中间孔（24）的内表面与旋转轴（12）活动套接，所述安装座（6）的侧面固定安装有过滤机构（31），所述安装座（6）内表面的顶面固定安装有通气机构（32），所述通气机构（32）包括固定箱（321）、吸气孔（322）、叶片（323）和曲管（324），所述吸气孔（322）开设在固定箱（321）的底面上，所述叶片（323）固定套接在旋转轴（12）的外表面上，所述曲管（324）固定连通在固定箱（321）的侧面上，所述曲管（324）的外表面与套孔（312）固定套接。

2.根据权利要求1所述的基于旋转五轴与CNC加工中心联机控制系统，其特征在于：所述安装座（6）的侧面固定安装有旋转第四轴机构（9），所述活动座（7）的侧面固定连接有连接杆（8），所述连接杆（8）的外端穿过安装座（6）并与旋转第四轴机构（9）固定连接。

3.根据权利要求2所述的基于旋转五轴与CNC加工中心联机控制系统，其特征在于：所述操作机构（30）包括油箱（301）、活动板（302）和螺纹杆（303），所述活动板（302）的直径小于油箱（301）的内径，所述活动板（302）活动套接在油箱（301）的内表面中，所述活动板（302）的侧面与螺纹杆（303）固定连接，所述螺纹杆（303）的外表面与油箱（301）的端面螺纹套接。

4.根据权利要求3所述的基于旋转五轴与CNC加工中心联机控制系统，其特征在于：所述过滤机构（31）包括安装板（311）、套孔（312）、安装槽（313）和过滤板（314），所述过滤板（314）固定套接在安装槽（313）的内表面中。

5.根据权利要求4所述的基于旋转五轴与CNC加工中心联机控制系统的控制方法，其特征在于：包括以下操作步骤：

第一步：将工件置于工作台（13）的安装孔（14）中，并旋转操作机构（30）的螺纹杆（303），使得螺纹杆（303）旋转推动活动板（302）水平移动，随着活动板（302）的移动，使得油箱（301）中的压力油向分配盘（23）中挤压，使得分配盘（23）中的压力油通过连通管（29）挤入一号管（17）和二号管（18）中，随着压力油的挤压，一号管（17）和二号管（18）中的夹紧杆（20）分别沿着一号孔（15）和二号孔（16）滑动，使得四组夹紧杆（20）夹紧压住工件，其中两组夹紧杆（20）保持倾斜向下压紧工件，完成固定；

第二步：当需要高速旋转伺服电机（11）进行冷却时，随着伺服电机（11）带动旋转轴（12）旋转，使得旋转轴（12）带动叶片（323）高速旋转，随着叶片（323）的旋转，使得叶片（323）产生向上的抽吸力，使得固定箱（321）底面的吸气孔（322）从安装座（6）的内部抽吸空气，使得外部空气吸入到安装座（6）的内部，外部空气经由过滤板（314）吸入至安装座（6）中升温，并升温后通过固定箱（321）和曲管（324）送出，安装座（6）的内部温度降低；

第三步：当需要高速旋转伺服电机（11）进行工件加工时，随着伺服电机（11）带动旋转轴（12）的旋转，使得叶片（323）旋转的同时向下将安装座（6）内部的空气向上抽吸，使得大量空气通过固定箱（321）吹入曲管（324）中，通过摆动扭转曲管（324）的朝向，使得曲管（324）吹出的空气对工件表面或设备表面，使得工件表面或设备表面灰尘吹出，工件表面或设备表面保持洁净，加工处灰尘吹散。