本發(fā)明涉及一種機(jī)床技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種五軸小型高速微切削加工機(jī)床及組裝方法。

背景技術(shù)：

隨著科技的發(fā)展，人們對(duì)產(chǎn)品的性能、質(zhì)量要求也更高，形式更多樣化。為滿足使用者的在快速、省材、輕便、美觀等方面的多重要求，不僅是像航空、航天產(chǎn)品和運(yùn)載工具這樣的巨型加工件，像精密儀器、儀表、醫(yī)療、運(yùn)動(dòng)器械等微小型加工件的零件愈來(lái)愈多地采用許多各種各樣的復(fù)雜曲面和斜孔等。這些零件如用傳統(tǒng)機(jī)床或三軸cnc機(jī)床來(lái)加工，無(wú)法單一獨(dú)立完成，大都需要經(jīng)過(guò)多道制程才可加工完成，須經(jīng)過(guò)多次定位安裝才能完成。這樣不僅生產(chǎn)加工周期長(zhǎng)，而且精度、質(zhì)量難于保證。

為了解決傳統(tǒng)三軸切削加工機(jī)上可加工工件的幾何形狀受限的問(wèn)題，需增加加工機(jī)的軸數(shù)來(lái)獲得更多的自由度，促使五軸加工機(jī)的發(fā)展成為目前精密加工的趨勢(shì)。其中現(xiàn)代制造業(yè)模具制造的主要標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)現(xiàn)高精度的能力。由于所需的高精確度和最小的建立操作，五軸機(jī)床因而應(yīng)用廣泛。五軸機(jī)床通常配置為三個(gè)線性軸與兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，因五軸切削加工機(jī)比傳統(tǒng)三軸切削加工機(jī)多了兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，因此五軸加工可比三軸加工更具高效率加工的優(yōu)勢(shì)；利用五軸加工機(jī)進(jìn)行斜面上的加工可以省去更換夾治具，解決了精度不高且加工時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，然而五軸加工機(jī)因構(gòu)造與控制復(fù)雜，價(jià)格方面更是相當(dāng)昂貴，一般人不一定能夠負(fù)擔(dān)此成本，讓許多有意愿的人們望而卻步。且目前許多五軸加工機(jī)的骨架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)建構(gòu)于ㄇ字形及l(fā)形結(jié)構(gòu)上，在空間上具有較大的可利用范圍，但其結(jié)構(gòu)的剛性上卻不盡理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種五軸小型高速微切削加工機(jī)床及組裝方法，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且該結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)剛性，加工精度高，大大提高了生產(chǎn)效率。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種五軸小型高速微切削加工機(jī)床，所述機(jī)床包括雙拱形機(jī)臺(tái)、z軸機(jī)構(gòu)、xy堆棧平臺(tái)及ac軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，所述雙拱形機(jī)臺(tái)包括位于中間部位的固定框、固定在所述固定框四個(gè)角處的弧形支撐架以及位于弧形支撐架下方的支撐腳，所述z軸機(jī)構(gòu)位于雙拱形機(jī)臺(tái)的固定框內(nèi)，所述xy堆棧平臺(tái)位于z軸機(jī)構(gòu)的正下方且平行于地面，所述ac軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)固定在xy堆棧平臺(tái)的上方。

優(yōu)選的，所述z軸機(jī)構(gòu)包括z軸滑臺(tái)、z軸、第一線性馬達(dá)、鋼線、定滑輪，所述z軸滑臺(tái)共有兩個(gè)，所述z軸滑臺(tái)固定在雙拱形機(jī)臺(tái)固定框兩個(gè)對(duì)應(yīng)的邊上，所述z軸限位于z軸滑臺(tái)內(nèi)，所述定滑輪安裝在固定框的上方，所述鋼線纏繞在定滑輪上方并與z軸相固定，所述第一線性馬達(dá)安裝在z軸一側(cè)。

優(yōu)選的，所述xy堆棧平臺(tái)包括上層板、中層板及底板，所述上層板包括第二線性馬達(dá)的定子、線性滑軌及光學(xué)尺尺條，所述中層板的正面設(shè)有第二線性馬達(dá)的動(dòng)子及光學(xué)尺讀取頭，所述中層板的背面設(shè)有第二線性馬達(dá)的定子、線性滑軌及光學(xué)尺尺條。

優(yōu)選的，ac軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)包括與水平面平行的c軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和與水平面垂直的a軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，所述c軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)位于a軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)內(nèi)側(cè)，所述c軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)包括位于兩側(cè)的側(cè)板、前板、后板、上板、底板、旋轉(zhuǎn)盤、夾持塊、第一軸承、第一軸心、第一蝸輪、第一馬達(dá)，所述上板中間設(shè)有第一圓形孔，所述第一軸承設(shè)置于第一圓形孔內(nèi)，所述第一軸心位于第一軸承內(nèi)部并與第一軸承相配合，所述第一軸心下方與第一蝸輪相連接，所述第一馬達(dá)固定在前板上，所述第一馬達(dá)通過(guò)轉(zhuǎn)軸與第一蝸輪連接，所述旋轉(zhuǎn)盤位于第一軸心上方并與第一軸心固定，所述旋轉(zhuǎn)盤隨著第一軸心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)盤上方設(shè)置有夾持塊。

優(yōu)選的，所述a軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)包括支撐塊、第二蝸輪、馬達(dá)固定架、第二馬達(dá)、基座、第二軸承、第二軸心，所述支撐塊左右各設(shè)置一個(gè)，所述支撐塊上方均設(shè)置有與第二軸承相配套的第二圓形孔，所述第二軸承設(shè)置于第二圓形孔內(nèi)，所述第二軸心位于第二軸承內(nèi)部并與第二軸承相配合，所述第二軸心穿過(guò)左側(cè)支撐塊與第二蝸輪連接，所述第二馬達(dá)通過(guò)馬達(dá)固定架固定在左側(cè)支撐塊上，所述第二馬達(dá)通過(guò)轉(zhuǎn)軸與第二蝸輪連接，所述支撐塊嵌入式安裝在基座內(nèi)。

優(yōu)選的，所述z軸滑臺(tái)的側(cè)邊設(shè)置有光學(xué)尺尺條和光學(xué)尺讀取頭。

優(yōu)選的，所述z軸滑臺(tái)的上方設(shè)有配重塊和水平儀，以便對(duì)z軸水平面進(jìn)行調(diào)整。

優(yōu)選的，所述第一馬達(dá)和第二馬達(dá)均采用步進(jìn)閉合回路伺服馬達(dá)。

一種五軸小型高速微切削加工機(jī)床的組裝方法，包括以下幾個(gè)步驟：

第一，雙拱形機(jī)臺(tái)的組裝，將雙拱形機(jī)臺(tái)的支撐腳分別安裝在四個(gè)弧形支撐架下方，再將四個(gè)弧形支撐架安裝至固定框；

第二，z軸機(jī)構(gòu)的組裝，先將兩側(cè)的z軸滑臺(tái)與相應(yīng)的固定塊固定，將其中一側(cè)的z軸滑臺(tái)的側(cè)邊粘貼有光學(xué)尺條，并安裝光學(xué)尺讀取頭后，將z軸滑臺(tái)固定至雙拱形機(jī)臺(tái)的固定框內(nèi)，將z軸限位安裝于z軸滑臺(tái)內(nèi)，并依次將第一線性馬達(dá)及其他零組件依次安裝于z軸上，待z軸機(jī)構(gòu)整體組裝完成后，隨水平狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，掛上配重塊，將水平儀放置于配重塊的正中央，用鋼線調(diào)整環(huán)調(diào)整兩邊鋼線長(zhǎng)度，使水平儀中的氣泡保持于正中心即可完成調(diào)整；

第三，xy堆棧平臺(tái)的組裝，按照上層板、中層板及底板的順序依次向下組裝，先將第二線性馬達(dá)的定子、線性滑軌及光學(xué)尺尺條安裝于上層板，中層板分為正面與背面兩面安裝，中層板正面安裝第二線性馬達(dá)的動(dòng)子及光學(xué)尺讀取頭，將上層板與中層板組合后，再依照上層板所組裝的零組件及組裝方式重復(fù)安裝于中層板背面，最后再將底板組合上去便完成xy堆棧平臺(tái)；

第四，ac軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的組裝，先對(duì)c軸旋轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行組裝，將第一軸承放入上板中，并將其固定，將第一軸心放入第一軸承中后，裝上第一蝸輪，先將第一馬達(dá)轉(zhuǎn)軸與蝸桿連接后，與第一蝸輪校正其高度，校正完后，繼續(xù)將其他板件裝上，在對(duì)a軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)進(jìn)行組裝，先將第二軸承放入左右支撐塊的第二圓形孔內(nèi)，將第二軸心放入第二軸承中后，第二軸心穿過(guò)支撐座與第二蝸輪連接，先將第二馬達(dá)轉(zhuǎn)軸與蝸桿連接后，與第二蝸輪校正其高度，校正完后，將基座等其他組件裝上，再將a軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)與c軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)結(jié)合后，鎖上c軸工作臺(tái)。

本發(fā)明達(dá)到的有益效果是：本發(fā)明主要包括雙拱形機(jī)構(gòu)、z軸滑臺(tái)、xy堆棧平臺(tái)及ac軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，雙拱形機(jī)構(gòu)具有很好的結(jié)構(gòu)剛性，xyz三軸都具有長(zhǎng)行程、低振動(dòng)及高精度的優(yōu)點(diǎn)，而ac旋轉(zhuǎn)軸具體積小，高扭矩，反應(yīng)快及高精度的優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工精度高，大大提高了生產(chǎn)效率，且與現(xiàn)有技術(shù)中的五軸機(jī)床相比，價(jià)格相對(duì)便宜，促進(jìn)了五軸機(jī)床的普及。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中雙拱形機(jī)臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明中xy堆棧平臺(tái)與ac軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明中c軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的零部件分解圖；

圖5是本發(fā)明中a軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的零部件分解圖；

圖6是本發(fā)明中z軸機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)狀態(tài)示意圖，

其中，1、雙拱形機(jī)臺(tái)，11、固定框，12、弧形支撐架，13、支撐腳，2、z軸機(jī)構(gòu)，21、z軸滑臺(tái)，22、z軸，23、鋼線，24、定滑輪，25、配重塊，26、將水平儀，27、鋼線調(diào)整環(huán)，3、xy堆棧平臺(tái)，31、上層板，32、中層板、33、底板，4、c軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，401、側(cè)板，402、前板，403、后板，404、上板，405、底板，406、旋轉(zhuǎn)盤，407、夾持塊，408、第一軸承，409、第一軸心，410、第一蝸輪，411第一馬達(dá)，412、第一圓形孔，5、a軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，51、支撐塊，52、第二蝸輪，53、馬達(dá)固定架，54、第二馬達(dá)，55、基座，56、第二軸承，57第二軸心，58、第二圓形孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步說(shuō)明。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種五軸小型高速微切削加工機(jī)床，所述機(jī)床包括雙拱形機(jī)臺(tái)1、z軸機(jī)構(gòu)2、xy堆棧平臺(tái)3、c軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)4和a軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)5，所述雙拱形機(jī)臺(tái)1包括位于中間部位的固定框11、固定在所述固定框11四個(gè)角處的弧形支撐架12以及位于弧形支撐架12下方的支撐腳13，所述z軸機(jī)構(gòu)2位于雙拱形機(jī)臺(tái)1的固定框11內(nèi)，所述xy堆棧平臺(tái)3位于z軸機(jī)構(gòu)2的正下方且平行于地面，所述c軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)4設(shè)置在a軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)5內(nèi)側(cè)，所述a軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)5固定在xy堆棧平臺(tái)3的上方。

優(yōu)選的方案是，所述z軸機(jī)構(gòu)2包括z軸滑臺(tái)21、z軸23、第一線性馬達(dá)、鋼線24、定滑輪25，所述z軸滑臺(tái)21共有兩個(gè)，所述z軸滑臺(tái)21固定在雙拱形機(jī)臺(tái)1的固定框11兩個(gè)對(duì)應(yīng)的邊上，所述z軸22限位于z軸滑臺(tái)21內(nèi)，所述定滑輪24安裝在固定框11的上方，所述鋼線23纏繞在定滑輪24上方并與z軸22相固定，所述第一線性馬達(dá)安裝在z軸22一側(cè)。

優(yōu)選的方案是，所述xy堆棧平臺(tái)3包括上層板31、中層板32及底板33，所述上層板31包括第二線性馬達(dá)的定子、線性滑軌及光學(xué)尺尺條，所述中層板32的正面設(shè)有第二線性馬達(dá)的動(dòng)子及光學(xué)尺讀取頭，所述中層板32的背面設(shè)有第二線性馬達(dá)的定子、線性滑軌及光學(xué)尺尺條。

優(yōu)選的方案是，ac軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)包括與水平面平行的c軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)4和與水平面垂直的a軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)5，所述c軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)4位于a軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)5內(nèi)側(cè)，所述c軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)4包括位于兩側(cè)的側(cè)板401、前板402、后板403、上板404、底板405、旋轉(zhuǎn)盤406、夾持塊407、第一軸承408、第一軸心409、第一蝸輪410和第一馬達(dá)411，所述上板404中間設(shè)有第一圓形孔412，所述第一軸承408設(shè)置于第一圓形孔412內(nèi)，所述第一軸心409位于第一軸承408內(nèi)部并與第一軸承408相配合，所述第一軸心409下方與第一蝸輪410相連接，所述第一馬達(dá)411固定在前板上，所述第一馬達(dá)411通過(guò)轉(zhuǎn)軸與第一蝸輪410連接，所述旋轉(zhuǎn)盤406位于第一軸心上方并與第一軸心409固定，所述旋轉(zhuǎn)盤406隨著第一軸心409進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)盤406上方設(shè)置有夾持塊407。

優(yōu)選的方案是，所述a軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)5包括支撐塊51、第二蝸輪52、馬達(dá)固定架53、第二馬達(dá)54、基座55、第二軸承56、第二軸心57，所述支撐塊51左右各設(shè)置一個(gè)，所述支撐塊51上方均設(shè)置有與第二軸承56相配套的第二圓形孔58，所述第二軸承56設(shè)置于第二圓形孔58內(nèi)，所述第二軸心57位于第二軸承56內(nèi)部并與第二軸承56相配合，所述第二軸心57穿過(guò)左側(cè)支撐塊51與第二蝸輪52連接，所述第二馬達(dá)54通過(guò)馬達(dá)固定架53固定在左側(cè)支撐塊51上，所述第二馬達(dá)54通過(guò)轉(zhuǎn)軸與第二蝸輪52連接，所述支撐塊51嵌入式安裝在基座55內(nèi)。

優(yōu)選的方案是，所述z軸滑臺(tái)21的側(cè)邊設(shè)置有光學(xué)尺尺條和光學(xué)尺讀取頭。

優(yōu)選的方案是，所述z軸滑臺(tái)21的上方設(shè)有配重塊和水平儀，以便對(duì)z軸22水平面進(jìn)行調(diào)整。

優(yōu)選的方案是，所述第一馬達(dá)411和第二馬達(dá)54均采用步進(jìn)閉合回路伺服馬達(dá)。

一種五軸小型高速微切削加工機(jī)床的組裝方法，包括以下幾個(gè)步驟：

第一，雙拱形機(jī)臺(tái)的組裝，將雙拱形機(jī)臺(tái)1的支撐腳13分別安裝在四個(gè)弧形支撐架12下方，再將四個(gè)弧形支撐架13安裝至固定框11；

第二，z軸機(jī)構(gòu)的組裝，先將兩側(cè)的z軸滑臺(tái)21與相應(yīng)的固定塊固定，將其中一側(cè)的z軸滑臺(tái)21的側(cè)邊粘貼有光學(xué)尺條，并安裝光學(xué)尺讀取頭后，將z軸滑臺(tái)21固定至雙拱形機(jī)臺(tái)1的固定框11內(nèi)，將z軸22限位安裝于z軸滑臺(tái)21內(nèi)，并依次將第一線性馬達(dá)及其他零組件依次安裝于z軸22上，待z軸機(jī)構(gòu)2整體組裝完成后，隨水平狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，掛上配重塊25，將水平儀26放置于配重塊25的正中央，用鋼線調(diào)整環(huán)27調(diào)整兩邊鋼線23長(zhǎng)度，使水平儀26中的氣泡保持于正中心即可完成調(diào)整；

第三，xy堆棧平臺(tái)的組裝，按照上層板31、中層板32及底板33的順序依次向下組裝，先將第二線性馬達(dá)的定子、線性滑軌及光學(xué)尺尺條安裝于上層板31，中層板32分為正面與背面兩面安裝，中層板32正面安裝第二線性馬達(dá)的動(dòng)子及光學(xué)尺讀取頭，將上層板31與中層板32組合后，再依照上層板31所組裝的零組件及組裝方式重復(fù)安裝于中層板32背面，最后再將底板33組合上去便完成xy堆棧平臺(tái)；

第四，ac軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的組裝，先對(duì)c軸旋轉(zhuǎn)臺(tái)4進(jìn)行組裝，將第一軸承408放入上板404中，并將其固定，將第一軸心409放入第一軸承408中后，裝上第一蝸輪410，先將第一馬達(dá)411的轉(zhuǎn)軸與蝸桿連接后，與第一蝸輪410校正其高度，校正完后，繼續(xù)將其他板件裝上，在對(duì)a軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)5進(jìn)行組裝，先將第二軸承56放入支撐塊51的第二圓形孔58內(nèi)，將第二軸心57放入第二軸承56中后，第二軸心57穿過(guò)支撐塊51與第二蝸輪52連接，先將第二馬達(dá)54轉(zhuǎn)軸與蝸桿連接后，與第二蝸輪52校正其高度，校正完后，將基座55等其他組件裝上，再將a軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)5與c軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)4結(jié)合后，鎖上c軸工作臺(tái)。

本發(fā)明主要為設(shè)計(jì)的五軸小型高速微切削加工機(jī)床的整體架構(gòu)包含了雙拱形機(jī)構(gòu)、z軸機(jī)構(gòu)、xy堆棧平臺(tái)及ac軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)。本發(fā)明選擇適合的致動(dòng)器(actuator)與回授組件，致動(dòng)器方面由于xyz三軸都具長(zhǎng)行程、低振動(dòng)及高精度等要求，因此采用線性馬達(dá)作為xyz三軸的驅(qū)動(dòng)源，而ac旋轉(zhuǎn)軸具體積小，高扭矩，反應(yīng)快及高精度等要求，因此選用步進(jìn)閉回路伺服馬達(dá)。本發(fā)明組裝完畢之后，采用商業(yè)化的泛用型有限元素分析軟件ansys進(jìn)行分析，確認(rèn)其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是否符合設(shè)計(jì)的目標(biāo)，其分析內(nèi)容包括靜態(tài)分析與動(dòng)態(tài)分析兩大類，靜態(tài)分析可了解結(jié)構(gòu)的變型與應(yīng)力應(yīng)變的分布情形，動(dòng)態(tài)分析則是能了解結(jié)構(gòu)的自然頻率和共振造成的影響，通過(guò)ansys分析后能預(yù)防結(jié)構(gòu)的不良設(shè)計(jì)并加以修正改善，通過(guò)設(shè)計(jì)與分析的過(guò)程，得以實(shí)際加工與組裝平臺(tái)，并測(cè)量其定位精度，透過(guò)軟件補(bǔ)正精度誤差，進(jìn)行實(shí)際切削，最后完成一五軸小型高速微切削加工機(jī)床。

本發(fā)明整合一個(gè)雙拱形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該結(jié)構(gòu)具有較佳的結(jié)構(gòu)剛性，適合作為精密加工或量測(cè)機(jī)臺(tái)的基本骨架，本發(fā)明的整體尺寸為485×485×448mm3。

以上是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均屬于發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。