CN111922738A - 一种五轴联动铝型材加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种五轴联动铝型材加工装置，属于机械加工装置领域，五轴联动铝型材加工装置包括机架、装夹夹具结构、X轴运动部、Y轴运动部、Z轴运动部、水平旋转部、翻转结构。装夹夹具结构活动设置于机架上，X轴运动部设置于机架上，Y轴运动部设置于X轴平台上，Z轴运动部设置于Y轴平台上，水平旋转部设置于Z轴平台上，翻转结构设置于水平旋转平台上。本发明公开的五轴联动铝型材加工装置具有非常高的加工自由度(五轴联动)，可以对复杂的工件进行复杂的加工。

Description

一种五轴联动铝型材加工装置

技术领域

本发明涉及机械加工装置领域，尤其涉及一种五轴联动铝型材加工装置。

背景技术

随着科技技术的不断发展，越来越多的高品质产品被生产制作出，大幅提高了现今人们的生活水平，但是高品质产品离不开精确地加工技术，而现有的加工机床只能做一些简单结构加工，在面对一些加工复杂的工件时，无法进行加工。

发明内容

为了克服现有技术中传统的机械加工装置只能对一些简单工件进行简单的加工，在遇到复杂工件时无法保证加工精度甚至于无法进行加工的缺陷。本发明所需要解决的问题在于提出一种五轴联动铝型材加工装置，具有可以完成加工复杂工件的优点。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种五轴联动铝型材加工装置，包括：

机架；

装夹夹具结构，活动设置于所述机架上，用于装夹固定待加工工件；

X轴运动部，设置于所述机架上，所述X轴运动部包括活动设置于所述机架上的X轴平台以及用于控制所述X轴平台运动的X轴控制结构；

Y轴运动部，设置于所述X轴平台上，所述Y轴运动部包括活动设置于所述X轴平台上的Y轴平台以及用于控制所述Y轴平台运动的Y轴控制结构，所述X轴平台运动的方向与所述Y轴平台运动的方向垂直；

Z轴运动部，设置于所述Y轴平台上，所述Z轴运动部包括活动设置于所述Y轴平台的Z轴平台以及控制所述Z轴平台运动的Z轴运动控制结构，Z轴平台的运动方向与所述X轴平台以及所述Y轴平台的运动方向均垂直且垂直于水平面；

水平旋转部，设置于所述Z轴平台上，所述水平旋转部包括水平旋转平台以及控制所述水平旋转平台旋转的水平旋转控制结构；

翻转结构，设置于所述水平旋转平台上，所述翻转结构包括翻转控制结构以及刀具固定平台，所述翻转结构转动的轴心与所述水平旋转部转动的轴心相互垂直。

优选地，所述装夹夹具结构包括：

装夹横梁，滑动设置于所述机架上；

夹具本体，设置于所述装夹横梁上用于对待加工工件进行装夹固定。

优选地，所述X轴控制结构包括：

第一伺服电机，固定设置于所述X轴平台上，用于提供所述X轴平台移动所需的动力；

齿轮，设置于所述第一伺服电机的输出轴上；

齿条，固定设置于所述机架上并与所述齿轮啮合，所述齿条的设置方向与所述X轴平台运动的方向平行。

优选地，所述Y轴控制结构包括：

第二伺服电机，固定设置于所述X轴平台上，用于提供所述Y轴平台移动所需的动力；

第一丝杆传动机构，包括丝杆以及套设于所述丝杆上的滑块，所述丝杆与所述第二伺服电机的输出端连接，所述滑块与所述Y轴平台固定连接。

优选地，所述Z轴运动控制结构包括：

第三伺服电机，固定设置于所述Y轴平台上，用于提供所述Z轴平台运动所需的动力；

第二丝杆传动机构，包括丝杆以及套设于所述丝杆上的滑块，所述丝杆与所述第三伺服电机的输出端连接，所述滑块与所述Z轴平台固定连接。

优选地，所述水平旋转控制结构包括：

第四伺服电机，固定设置于所述Z轴平台上，用于提供所述水平旋转平台旋转所需动力；

第一皮带轮装置，设置于所述Z轴平台上用于将第四伺服电机输出的转动动力传递至旋转平台的转轴上，使得旋转平台转动。

优选地，所述翻转控制结构包括：

第五伺服电机，固定设置于所述旋转平台上，用于提供所述刀具固定平台翻转时所需的动力；

第二皮带轮装置，设置于所述旋转平台上，与所述第五伺服电机的输出端配合连接，用于将第五伺服电机的转动动力传递至所述刀具固定平台，使所述刀具固定平台翻转。

优选地，还包括刀具放置挂板，所述刀具放置挂板固定设置于所述机架上，所述刀具放置挂板上放置有多把刀具，便于加工装置自动进行更换刀具。

本发明的有益效果为：

本发明提供的一种五轴联动铝型材加工装置，包括机架、装夹夹具结构、X轴运动部、Y轴运动部、Z轴运动部、水平旋转部、翻转结构，其中，机架设置于底部用于支撑加工装置上的其他结构，X轴运动部用于控制X轴平台在X轴方向上的运动，且由于Y轴运动部设置于X轴平台上，Y轴运动部内的Y轴平台在Y轴控制结构的作用下可以相对于X轴平台做Y轴方向上的运动，进而使得Y轴平台相对于机架可以做X轴方向以及Y轴方向上的运动，即使得Y轴平台可以覆盖X轴方向与Y轴方向所处的平面。进而由于Z轴运动部设置于Y轴平台上，Z轴运动部内的Z轴平台在Z轴运动控制结构的控制作用下可以做相对于Y轴平台的Z轴方向上的运动，进而使得Z轴平台可相对于机架做三维度方向上的立体运动。进一步的在Z轴平台上设置水平旋转部，通过水平旋转控制结构控制使水平旋转平台以Z轴运动方向为转动轴线做旋转，并通过在水平旋转平台上设置翻转结构，通过翻转结构内的翻转控制结构控制使刀具固定平台做转动转轴与水平旋转平台转动转轴垂直的翻转运动，由于加工用的刀具设置于刀具固定平台上，而刀具固定平台既可以相对于固定于在机架上的工件做三维直线运动，又在任何点上做两个转动轴线相互垂直的转动运动，使得设置于刀具固定平台不仅可以运动到工件上的任意一点并且可以以不同的角度对该点进行加工，使得加工装置可以适用于复杂工件的加工，并且配合可以运动的装夹夹具结构，使得工件本身在装夹固定后可以运动，用于刀具对工件进行加工。综上，本发明提供的一种五轴联动铝型材加工装置具有非常高的加工自由度(五轴联动)，可以对复杂的工件进行复杂的加工。

附图说明

图1为本发明提供的五轴联动铝型材加工装置结构示意图；

图2为图1中A处的局部放大视图；

图3为图1的左视图；

图4为Y轴平台以及设置于Y轴平台上的所有结构的结构示意图；

图5为图4的左视图；

图6为图5拆下Z轴平台以及水平旋转平台后的结构示意图；

图7为图6的左视图。

图中：

1、机架；2、装夹夹具结构；3、X轴运动部；4、Y轴运动部；5、Z轴运动部；6、水平旋转部；7、翻转结构；8、刀具放置挂板；9、刀具；21、装夹横梁；22、夹具本体；31、X轴平台；32、X轴控制结构；41、Y轴平台；42、Y轴控制结构；51、Z轴平台；52、Z轴运动控制结构；61、水平旋转平台；62、水平旋转控制结构；71、翻转控制结构；72、刀具固定平台；321、第一伺服电机；322、齿轮；323、齿条；421、第二伺服电机；422、第一丝杆传动机构；521、第三伺服电机；522、第二丝杆传动机构；621、第四伺服电机；622、第一皮带轮装置；711、第五伺服电机；712、第二皮带轮装置。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1至图7所示，

本实施例中提供的一种五轴联动铝型材加工装置，包括机架1、装夹夹具结构2、X轴运动部3、Y轴运动部4、Z轴运动部5、水平旋转部6、翻转结构7，其中机架1采用金属结构制成，其上设置有多个用于减轻重量的通孔，机架1用于支撑加工装置上的其他结构。装夹夹具结构2活动设置于机架1上(采用滑块导轨的连接方式设置于机架1上，并通过电机传动控制夹具的运动)，用于装夹固定待加工工件。X轴运动部3设置于机架1上，X轴运动部3包括活动设置于机架1上的X轴平台31(X轴平台31采用滑块导轨的方式与机架1连接，机架1上设置有导轨，而X轴平台31上设置有与机架1上导轨相配合的滑块)以及用于控制X轴平台31运动的X轴控制结构32(通过伺服电机给予滑滑动设置于机架1上的X轴平台31动力，使得X轴平台31沿着X轴方向运动)，X轴控制结构32给予X轴平台31运动所需的力，使得X轴平台31按照机架1上的导轨方向运动(X轴方向)。Y轴运动部4设置于X轴平台31上，由于X轴平台31上在X轴控制结构32的作用下可以沿着X轴方向运动，故而Y轴运动部4同样可以在X轴控制结构32的作用下沿着X轴方向运动，并且Y轴运动部4包括活动设置于X轴平台31上的Y轴平台41以及用于控制Y轴平台41运动的Y轴控制结构42，X轴平台31运动的方向与Y轴平台41运动(Y轴方向)的方向垂直，进而使得Y轴平台41在Y轴控制结构42的作用下可以沿着Y轴方向运动，综合X轴控制结构32的作用使得Y轴平台41能够在X轴方向-Y轴方向所在平面内自由运动。Z轴运动部5设置于Y轴平台41上，Z轴运动部5包括活动设置于Y轴平台41的Z轴平台51以及控制Z轴平台51运动的Z轴运动控制结构52，Z轴平台51的运动方向(Z轴方向，该方向垂直于X轴方向与Y轴方向)与X轴平台31以及Y轴平台41的运动方向均垂直且垂直于水平面，故而使得Z轴平台51在Z轴运动控制结构52的作用下能够做相对于Y轴平台41的Z轴方向上的运动，故而使得Z轴平台51能够做X轴方向-Y轴方向-Z轴方向的运动，即Z轴平台51可以在运动至有限的三维空间内的任意一点。水平旋转部6设置于Z轴平台51上，水平旋转部6包括水平旋转平台61以及控制水平旋转平台61旋转的水平旋转控制结构62。翻转结构7设置于水平旋转平台61上，翻转结构7包括翻转控制结构71以及刀具固定平台72(刀具固定平台72用于固定机械加工用的刀具9，其上面设置有用于固定刀具9的结构)，翻转结构7转动的轴心与水平旋转部6转动的轴心相互垂直。通过水平旋转部6以及翻转结构7使得刀具固定平台72上的刀具9可以做三维空间内的移动并且还可以随意改变自身的角度，以不同的角度对夹具上的工件进行加工。

综上，本实施例提供的一种五轴联动铝型材加工装置，包括机架1、装夹夹具结构2、X轴运动部3、Y轴运动部4、Z轴运动部5、水平旋转部6、翻转结构7，其中，机架1设置于底部用于支撑加工装置上的其他结构，X轴运动部3用于控制X轴平台31在X轴方向上的运动，且由于Y轴运动部4设置于X轴平台31上，Y轴运动部4内的Y轴平台41在Y轴控制结构42的作用下可以相对于X轴平台31做Y轴方向上的运动，进而使得Y轴平台41相对于机架1可以做X轴方向以及Y轴方向上的运动，即使得Y轴平台41可以覆盖X轴方向与Y轴方向所处的平面。进而由于Z轴运动部5设置于Y轴平台41上，Z轴运动部5内的Z轴平台51在Z轴运动控制结构52的控制作用下可以做相对于Y轴平台41的Z轴方向上的运动，进而使得Z轴平台51可相对于机架1做三维度方向上的立体运动。进一步的在Z轴平台51上设置水平旋转部6，通过水平旋转控制结构62控制使水平旋转平台61以Z轴运动方向为转动轴线做旋转，并通过在水平旋转平台61上设置翻转结构7，通过翻转结构7内的翻转控制结构71控制使刀具固定平台72做转动转轴与水平旋转平台61转动转轴垂直的翻转运动，由于加工用的刀具9设置于刀具固定平台72上，而刀具固定平台72既可以相对于固定于在机架1上的工件做三维直线运动，又在任何点上做两个转动轴线相互垂直的转动运动，使得设置于刀具固定平台72不仅可以运动到工件上的任意一点并且可以以不同的角度对该点进行加工，使得加工装置可以适用于复杂工件的加工，并且配合可以运动的装夹夹具结构2，使得工件本身在装夹固定后可以运动，用于刀具9对工件进行加工。本实施例提供的一种五轴联动铝型材加工装置具有非常高的加工自由度(五轴联动)，可以对复杂的工件进行复杂的加工。

进一步地，装夹夹具结构2包括装夹横梁21、夹具本体22。装夹横梁21滑动设置于机架1上(机架1上设置有滑动导轨，装夹横梁21下方设置有与该滑动导轨相配合的滑块)，装夹横梁21上还设置有提供动力的装置，例如通过在装夹横梁21上固定设置伺服电机，而后通过轮齿配合将伺服电机的转动动力作用到机架1上的齿条323上，通过齿条323的反作用力使得装夹横梁21运动。夹具本体22设置于装夹横梁21上用于对待加工工件进行装夹固定。

进一步地，X轴控制结构32包括第一伺服电机321、齿轮322、齿条323。第一伺服电机321固定设置于X轴平台31上，用于提供X轴平台31移动所需的动力。齿轮322设置于第一伺服电机321的输出轴上。齿条323固定设置于机架1上并与齿轮322啮合，齿条323的设置方向与X轴平台31运动的方向平行。通过第一伺服电机321的转动圈数以及转动速度便可以利用轮齿传动的精确传导性精确控制X轴平台31运动的距离及速度，以便于提高加工装置的加工精度。

进一步地，Y轴控制结构42包括第二伺服电机421、第一丝杆传动机构422。第二伺服电机421固定设置于X轴平台31上，用于提供Y轴平台41移动所需的动力。第一丝杆传动机构422包括丝杆以及套设于丝杆上的滑块(滑块与丝杆之间采用螺纹连接)，丝杆与第二伺服电机421的输出端连接，滑块与Y轴平台41固定连接。当第二伺服电机421转动时，第一丝杆随之转动，而设置在第一丝杆上的滑块由于和Y轴平台41固定连接无法转动，故而在丝杆的作用下边沿着丝杆的轴向方向运动，进而使得Y轴平台41沿着丝杆的轴向方向运动。进而通过控制第二伺服电机421便可以通过丝杆传动机构精确的控制Y轴平台41的运动距离和速度，以便于提高加工装置的加工精度。

进一步地，Z轴运动控制结构52包括第三伺服电机521、第二丝杆传动机构522。第三伺服电机521固定设置于Y轴平台41上，用于提供Z轴平台51运动所需的动力。第二丝杆传动机构522包括丝杆以及套设于丝杆上的滑块，丝杆与第三伺服电机521的输出端连接，滑块与Z轴平台51固定连接。Z轴运动控制采用类似于Y轴控制结构42的结构，使得Z轴平台51能够沿着第二丝杆传动机构522内的丝杆的轴向方向运动，使得通过第三伺服电机521便可以控制Z轴平台51在Z轴方向上的进给速度与量。

进一步地，水平旋转控制结构62包括第四伺服电机621、第一皮带轮装置622。第四伺服电机621固定设置于Z轴平台51上，用于提供水平旋转平台61旋转所需动力。旋转平台通过轴承连接固定于Z轴平台51上，第一皮带轮装置622设置于Z轴平台51上用于将第四伺服电机621输出的转动动力传递至旋转平台的转轴上，使得旋转平台转动。

进一步地，翻转控制结构71包括第五伺服电机711、第二皮带轮装置712。刀具固定平台72通过轴承连接的方式设置于旋转平台上，第五伺服电机711固定设置于旋转平台上，用于提供刀具固定平台72翻转时所需的动力。第二皮带轮装置712设置于旋转平台上，与第五伺服电机711的输出端配合连接，用于将第五伺服电机711的转动动力传递至刀具固定平台72，使刀具固定平台72翻转。

进一步地，还包括刀具放置挂板8，刀具放置挂板8固定设置于机架1上，刀具放置挂板8上放置有多把刀具9，便于加工装置自动进行更换刀具9，通过在机架1上设置刀具放置挂板8，使得机架1上可以预先放置多把不同作用的刀具9，当需要进行更换刀具9时，只需通过控制X轴控制结构32与Y轴控制结构42与Z轴运动控制结构52与水平旋转控制结构62以及翻转控制结构71使得刀具固定平台72移动到刀具放置挂板8上方进行换刀(可以预先设定换刀程序，使得在各个伺服电机的转动控制下，刀具固定平台72可以自动进行换刀)，进而大幅提高加工的效率，免除手动人工换刀的消耗的时间。

本发明是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种五轴联动铝型材加工装置，其特征在于，包括：

机架(1)；

装夹夹具结构(2)，活动设置于所述机架(1)上，用于装夹固定待加工工件；

X轴运动部(3)，设置于所述机架(1)上，所述X轴运动部(3)包括活动设置于所述机架(1)上的X轴平台(31)以及用于控制所述X轴平台(31)运动的X轴控制结构(32)；

Y轴运动部(4)，设置于所述X轴平台(31)上，所述Y轴运动部(4)包括活动设置于所述X轴平台(31)上的Y轴平台(41)以及用于控制所述Y轴平台(41)运动的Y轴控制结构(42)，所述X轴平台(31)运动的方向与所述Y轴平台(41)运动的方向垂直；

Z轴运动部(5)，设置于所述Y轴平台(41)上，所述Z轴运动部(5)包括活动设置于所述Y轴平台(41)的Z轴平台(51)以及控制所述Z轴平台(51)运动的Z轴运动控制结构(52)，Z轴平台(51)的运动方向与所述X轴平台(31)以及所述Y轴平台(41)的运动方向均垂直且垂直于水平面；

水平旋转部(6)，设置于所述Z轴平台(51)上，所述水平旋转部(6)包括水平旋转平台(61)以及控制所述水平旋转平台(61)旋转的水平旋转控制结构(62)；

翻转结构(7)，设置于所述水平旋转平台(61)上，所述翻转结构(7)包括翻转控制结构(71)以及刀具固定平台(72)，所述翻转结构(7)转动的轴心与所述水平旋转部(6)转动的轴心相互垂直。

2.根据权利要求1所述的一种五轴联动铝型材加工装置，其特征在于：

所述装夹夹具结构(2)包括：

装夹横梁(21)，滑动设置于所述机架(1)上；

夹具本体(22)，设置于所述装夹横梁(21)上用于对待加工工件进行装夹固定。

3.根据权利要求1所述的一种五轴联动铝型材加工装置，其特征在于：

所述X轴控制结构(32)包括：

第一伺服电机(321)，固定设置于所述X轴平台(31)上，用于提供所述X轴平台(31)移动所需的动力；

齿轮(322)，设置于所述第一伺服电机(321)的输出轴上；

齿条(323)，固定设置于所述机架(1)上并与所述齿轮(322)啮合，所述齿条(323)的设置方向与所述X轴平台(31)运动的方向平行。

4.根据权利要求1所述的一种五轴联动铝型材加工装置，其特征在于：

所述Y轴控制结构(42)包括：

第二伺服电机(421)，固定设置于所述X轴平台(31)上，用于提供所述Y轴平台(41)移动所需的动力；

第一丝杆传动机构(422)，包括丝杆以及套设于所述丝杆上的滑块，所述丝杆与所述第二伺服电机(421)的输出端连接，所述滑块与所述Y轴平台(41)固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种五轴联动铝型材加工装置，其特征在于：

所述Z轴运动控制结构(52)包括：

第三伺服电机(521)，固定设置于所述Y轴平台(41)上，用于提供所述Z轴平台(51)运动所需的动力；

第二丝杆传动机构(522)，包括丝杆以及套设于所述丝杆上的滑块，所述丝杆与所述第三伺服电机(521)的输出端连接，所述滑块与所述Z轴平台(51)固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种五轴联动铝型材加工装置，其特征在于：

所述水平旋转控制结构(62)包括：

第四伺服电机(621)，固定设置于所述Z轴平台(51)上，用于提供所述水平旋转平台(61)旋转所需动力；

第一皮带轮装置(622)，设置于所述Z轴平台(51)上用于将第四伺服电机(621)输出的转动动力传递至旋转平台的转轴上，使得旋转平台转动。

7.根据权利要求1所述的一种五轴联动铝型材加工装置，其特征在于：

所述翻转控制结构(71)包括：

第五伺服电机(711)，固定设置于所述旋转平台上，用于提供所述刀具固定平台(72)翻转时所需的动力；

第二皮带轮装置(712)，设置于所述旋转平台上，与所述第五伺服电机(711)的输出端配合连接，用于将第五伺服电机(711)的转动动力传递至所述刀具固定平台(72)，使所述刀具固定平台(72)翻转。

8.根据权利要求2所述的一种五轴联动铝型材加工装置，其特征在于：

还包括刀具放置挂板(8)，所述刀具放置挂板(8)固定设置于所述机架(1)上，所述刀具放置挂板(8)上放置有多把刀具(9)，便于加工装置自动进行更换刀具(9)。

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