專(zhuān)利名稱：一種五軸聯(lián)動(dòng)激光加工機(jī)床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光加工領(lǐng)域，是一種五軸激光加工機(jī)床，能用于普通零件和各種復(fù) 雜曲面零件的表面打孔和雕刻。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代激光加工機(jī)床是激光加工技術(shù)與數(shù)控機(jī)床的結(jié)合，最簡(jiǎn)單的激光加工機(jī)床， 將機(jī)床主軸及刀具替換為激光頭即可形成。但由于激光加工工藝又有雕刻、打孔、切割、焊 接等不同的工藝形式，對(duì)相應(yīng)的激光加工機(jī)床又有不同的要求，再加上激光加工無(wú)切削力 且有高速高效的特征，這對(duì)機(jī)床的性能也提出了很高的要求。用于葉片表面打孔的激光打孔技術(shù)，因具有高精度、高效率以及對(duì)葉片損傷小的 特點(diǎn)，而被逐步推廣。然而該技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用一方面要依賴于高能激光技術(shù)的發(fā)展，另一 方面要有適應(yīng)這項(xiàng)技術(shù)的激光加工機(jī)床。尤其對(duì)葉片表面微孔群的加工，其加工精度和效 率則更依賴于機(jī)床的性能。然而現(xiàn)有的大部分激光加工機(jī)床，是將傳統(tǒng)機(jī)床技術(shù)與激光加 工技術(shù)的簡(jiǎn)單結(jié)合，并未充分考慮激光加工本身的技術(shù)特征，限制了加工的精度和效率。與本發(fā)明相近的已有技術(shù)，多為三軸激光加工機(jī)床，用于零件表面孔加工的五軸 聯(lián)動(dòng)激光加工機(jī)床市場(chǎng)上也有成熟產(chǎn)品，這其中以DMG公司的LASERTEC 80型激光打孔機(jī) 床與本發(fā)明最為相近，該機(jī)床設(shè)有X、Y、Z、B、C五個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，具有一定的先進(jìn)性。但該機(jī)床 空間布局開(kāi)闊、占地面積大，而且工件采用水平裝夾，一方面受重力懸臂效應(yīng)的影響，加工 精度有所降低；另一方面給排屑帶來(lái)一定困難，影響打孔效果；同時(shí)，給工人操作帶來(lái)一定 不便，影響生產(chǎn)效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)新穎、尺寸緊湊、運(yùn)行穩(wěn)定性好、節(jié)約生產(chǎn)成本、同 時(shí)具有很高加工精度和加工效率的五軸聯(lián)動(dòng)激光加工機(jī)床。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的—種五軸聯(lián)動(dòng)激光加工機(jī)床，包括底座和安裝于其上方的床身，其特征在于所述 床身包括立柱模塊和平臺(tái)模塊兩部分；立柱模塊和平臺(tái)模塊之間通過(guò)定位板定位；所述立 柱模塊包含沿豎直方向運(yùn)動(dòng)的Z軸運(yùn)動(dòng)子模塊以及安裝于Z軸運(yùn)動(dòng)子模塊的Z軸溜板之上 的A軸旋轉(zhuǎn)模塊，激光發(fā)射頭安裝于A軸一端；平臺(tái)模塊包括一個(gè)由X軸子模塊和Y軸子模 塊組成的XY雙軸工作臺(tái)，以及安裝于X軸子模塊的溜板之上的C軸回轉(zhuǎn)模塊。上述方案中，所述Z軸運(yùn)動(dòng)子模塊包括Z軸立柱，Z軸立柱上設(shè)置有導(dǎo)軌安裝面，Z 軸導(dǎo)軌安裝于所述安裝面；Z軸溜板安裝于可沿Z軸導(dǎo)軌滑動(dòng)的Z軸滑塊之上。所述A軸旋轉(zhuǎn)模塊包括伺服電機(jī)及與其安裝為一體的減速器，聯(lián)軸器，安裝于Z軸 溜板上的驅(qū)動(dòng)軸支座及其中的驅(qū)動(dòng)軸，所述伺服電機(jī)由電機(jī)支架固定于Z軸溜板上；驅(qū)動(dòng) 軸一端通過(guò)一個(gè)聯(lián)軸器與減速器輸出軸相連，另一端安裝有轉(zhuǎn)盤(pán)，轉(zhuǎn)盤(pán)上安裝轉(zhuǎn)接板；激光 發(fā)射頭安裝于轉(zhuǎn)接板上。
所述 X軸子模塊和Y軸子模塊結(jié)構(gòu)相同，Y軸子模塊固定于底座之上，X軸子模塊 安裝于Y軸子模塊的Y軸溜板上，運(yùn)動(dòng)方向相互垂直；所述X、Y軸子模塊均設(shè)置有導(dǎo)軌安裝 面和絲杠安裝孔，導(dǎo)軌安裝面用于安裝導(dǎo)軌；絲杠安裝孔用于安裝絲杠。所述C軸回轉(zhuǎn)模塊包括基座，基座上安裝有力矩電機(jī)，力矩電機(jī)上設(shè)有回轉(zhuǎn)工作 臺(tái)，所述基座安裝于χ軸子模塊的χ軸溜板之上?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)上設(shè)置有用于夾持工件的夾 具，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中間設(shè)有定位中心孔，用于裝夾過(guò)程中的定位；工件立式裝夾于夾具之上。所述X、Y、Z軸運(yùn)動(dòng)子模塊上均安裝有直線光柵反饋元件，采用全閉環(huán)控制；所述A 軸旋轉(zhuǎn)模塊、C軸回轉(zhuǎn)模塊的驅(qū)動(dòng)電機(jī)上均設(shè)有高精度編碼器，采用半閉環(huán)控制。激光發(fā)射頭采用JK300型激光器，具有紅外輔助對(duì)刀功能。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及特色有1、機(jī)床整體采用模塊化設(shè)計(jì)，分床身模塊和底座模塊，X、Y、Z、A、C軸都可視為相 互獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)模塊。該設(shè)計(jì)方法為機(jī)床的設(shè)計(jì)和加工提供了便利，在加工過(guò)程中，可先保證 各個(gè)模塊本身性能，再考慮各個(gè)模塊之間的關(guān)系。機(jī)床更容易獲得優(yōu)良的綜合性能。2、總體布局上，采用了質(zhì)量分散的原則，防止各部分的負(fù)載重量過(guò)大，影響綜合性 能。X、Y、Z、A、C五個(gè)運(yùn)動(dòng)軸中，A軸子模塊安裝于Z軸模塊的溜板之上，構(gòu)成立柱模塊；C 軸子模塊安裝于XY軸工作臺(tái)之上構(gòu)成平臺(tái)模塊。與采用雙軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)相比，重量 更加分散。對(duì)串聯(lián)結(jié)構(gòu)中的上游模塊帶來(lái)的負(fù)載也更小，機(jī)床的性能也就更容易保證。3、結(jié)構(gòu)新穎，尺寸緊湊。布局上充分考慮激光曲面加工的特征，對(duì)空間的利用更為 合理；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，Z軸立柱、XY軸床身均采用了高比強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)，使整體的重量減輕。4、工件采用立式裝夾，一方面可以防止由重力引起的懸臂效應(yīng)影響加工精度；另 一方面更便于加工過(guò)程中的排屑；同時(shí)便于工人操作、提高了裝夾效率。5、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸定位精度高。設(shè)計(jì)中有A軸和C軸兩個(gè)回轉(zhuǎn)軸。A軸采用了伺服電 機(jī)加減速器的驅(qū)動(dòng)形式，一方面增強(qiáng)了驅(qū)動(dòng)力矩，另一方面提高了定位精度。C軸采用力矩 電機(jī)驅(qū)動(dòng)，力矩電機(jī)本身具有定位精度高，驅(qū)動(dòng)力矩大的特點(diǎn)，從而保證了回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的定 位精度。6、激光器所發(fā)射激光束可控性強(qiáng)、精度高，并設(shè)有紅外輔助對(duì)刀功能，保證了對(duì)刀 的精度和效率。7、整機(jī)具有高精度的特性。上述的1-6條優(yōu)點(diǎn)，從不同角度保證了機(jī)床的性能和 定位精度，再加上直線運(yùn)動(dòng)軸采用了成熟的控制技術(shù)，同樣可以達(dá)到極高的定位精度。因 此，整機(jī)定位精度很高，加工精度可達(dá)10um。8、整機(jī)具有高效率的特性。首先，各個(gè)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)軸都有較高的加速度和速度；其 次，機(jī)床布局合理，減少了空進(jìn)給；另外，工件采用了立式裝夾，提高了操作效率；同時(shí)輔助 對(duì)刀功能，也能顯著提高對(duì)刀效率。
以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明五軸聯(lián)動(dòng)激光加工機(jī)床整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中的立柱模塊示意圖。圖3為圖1中的Z軸子模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為圖1中的A軸旋轉(zhuǎn)模塊結(jié)構(gòu)示示意圖。圖5為圖1中的平臺(tái)模塊示意圖。圖6為圖5中的X軸子模塊示意圖。圖7為圖5中的Y軸子模塊示意圖。圖8為X、Y軸子模塊基座的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9為圖5中的C軸旋轉(zhuǎn)模塊示意圖。圖1至圖9中1_底座，2-床身，3-立柱模塊，4-平臺(tái)模塊，5-定位板，6-X軸子模塊，7-Y軸子模塊，8-Z軸子模塊，9-A軸旋轉(zhuǎn)模塊，IO-C軸旋轉(zhuǎn)模塊，Il-XY雙軸工作臺(tái)， 12-導(dǎo)軌安裝面，13-絲杠安裝孔，20-X軸基座，21-X軸導(dǎo)軌，22-X軸導(dǎo)軌滑塊，23-X軸絲 杠，24-X軸絲杠螺母，25-X軸絲杠螺母支座，26-X軸溜板，27-X軸光柵反饋元件，28-X軸聯(lián) 軸器，29-X軸伺服電機(jī)，30-Y軸基座，31-Y軸導(dǎo)軌，32-Y軸導(dǎo)軌滑塊，33-Y軸絲杠，34-Y軸 絲杠螺母，35-Y軸絲杠螺母支座，36-Y軸溜板，37-Y軸光柵反饋元件，38-Y軸聯(lián)軸器，39-Y 軸伺服電機(jī)，40-Z軸基座，41-Z軸導(dǎo)軌，42-Z軸導(dǎo)軌滑塊，43-Z軸絲杠，44-Z軸絲杠螺母， 45-Z軸絲杠螺母支座，46-Z軸溜板，47-Z軸光柵反饋元件，48-Z軸聯(lián)軸器，49-Z軸伺服電 機(jī)，50-Z軸安裝支座，51-C軸基座，52-C軸力矩電機(jī)，53-回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，60-A軸伺服電機(jī)， 61-A軸減速器，62-A軸電機(jī)支座，63-A軸聯(lián)軸器，64-A軸驅(qū)動(dòng)軸，65-A軸驅(qū)動(dòng)軸支座，66-A 軸轉(zhuǎn)盤(pán)，67-A軸轉(zhuǎn)接板，70-激光發(fā)射頭，71-夾具，72-工件。
具體實(shí)施例方式如圖1所示一種五軸聯(lián)動(dòng)激光加工機(jī)床，它包括底座1和床身2兩部分。底座1 為一塊符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的平板工作臺(tái)，床身2包括如圖2所示的立柱模塊3和圖5所示的平 臺(tái)模塊4，兩個(gè)模塊均安裝于所述底座平面之上。圖2所示的立柱模塊包括圖3所示的Z軸子模塊8和圖4所示的A軸子模塊9。 立柱模塊上有豎直方向運(yùn)動(dòng)的Z軸溜板46，溜板上安裝有A軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模塊9，激光頭安裝 于A軸末端，隨A軸回轉(zhuǎn)。圖3所示的Z軸子模塊，設(shè)置有立柱40，其上有導(dǎo)軌安裝面和絲杠支座安裝面；Z 軸導(dǎo)軌41安裝于導(dǎo)軌安裝面，絲杠支座50安裝于支座安裝面，絲杠43連同軸承安裝于所 述絲杠支座50內(nèi)；Z軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)49，通過(guò)聯(lián)軸器48與絲杠相連；Z軸溜板46安裝于導(dǎo)軌滑 塊42之上，其上安裝有絲杠螺母支座45，絲杠螺母支座45內(nèi)安裝有絲杠螺母44 ；Z軸溜板 46之上設(shè)置有A軸安裝孔。圖4所示的A軸運(yùn)動(dòng)模塊9，包括伺服電機(jī)60、減速器61、電機(jī)支架62、聯(lián)軸器63、 驅(qū)動(dòng)軸64及軸支座65、轉(zhuǎn)盤(pán)66、轉(zhuǎn)接板67。伺服電機(jī)60及減速器61安裝為一體，由電機(jī) 支架62固定于Z軸溜板46之上；驅(qū)動(dòng)軸支座6安裝于Z軸溜板46之上；驅(qū)動(dòng)軸64安裝于 所述支座內(nèi)；驅(qū)動(dòng)軸64 —端通過(guò)聯(lián)軸器63與減速器輸出軸相連，另一端安裝有轉(zhuǎn)盤(pán)66，轉(zhuǎn) 盤(pán)上安裝轉(zhuǎn)接板67 ；激光發(fā)射頭70安裝于轉(zhuǎn)接板之上。圖5所示的平臺(tái)模塊包括圖6所示的X軸子模塊6、圖7所示的Y軸子模塊7和圖 9所示的C軸子模塊10。圖7所示的Y軸子模塊7，設(shè)置有如圖8所示的基座40，該基座40安裝于底座1 平板之上，在圖8所示的“凸”形基座40之上，設(shè)置有導(dǎo)軌安裝面12和絲杠安裝孔13。絲杠33安裝于所述安裝孔13內(nèi)，導(dǎo)軌安裝于所述安裝面12之上；Y軸溜板36安裝于可沿Y 軸導(dǎo)軌31運(yùn)動(dòng)的滑塊32之上，其上安裝有X軸運(yùn)動(dòng)模塊6。 圖6所示的X軸運(yùn)動(dòng)模塊6，結(jié)構(gòu)上與Y軸運(yùn)動(dòng)模塊7相同，X軸基座20安裝于Y 軸溜板36，形成XY雙軸工作臺(tái)11。X軸溜板26上設(shè)置有圖9所示的C軸旋轉(zhuǎn)模塊10安裝位置。圖9所示的C軸旋轉(zhuǎn)模塊10，包括基座51、力矩電機(jī)52和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)53?；?51安裝于X軸溜板26之上，其上安裝有力矩電機(jī)52，力矩電機(jī)52之上安裝有回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 53，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的中心孔為裝夾定位孔。工件72通過(guò)專(zhuān)用夾具71呈立式裝夾于回轉(zhuǎn)工作 臺(tái)53上。圖3、圖6、圖7所示三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)模塊，安裝有直線光柵反饋元件27、37、47。直 線光柵反饋元件27、37、47，光柵尺設(shè)置于基座20、30、40側(cè)面，讀數(shù)頭安裝于溜板26、36、46 測(cè)面。所述光柵反饋元件，為閉環(huán)控制提供反饋信號(hào)。圖4、圖9中的A、C軸回轉(zhuǎn)模塊兩驅(qū)動(dòng)電機(jī)，設(shè)有高精度編碼器，采用半閉環(huán)控制。
權(quán)利要求
1.一種五軸聯(lián)動(dòng)激光加工機(jī)床，包括底座(1)和安裝于其上方的床身(2)，其特征在 于所述床身(2)包括立柱模塊(3)和平臺(tái)模塊(4)兩部分；立柱模塊(3)和平臺(tái)模塊(4) 之間通過(guò)定位板(5)定位；所述立柱模塊(3)包含沿豎直方向運(yùn)動(dòng)的Z軸運(yùn)動(dòng)子模塊(8)以 及安裝于Z軸運(yùn)動(dòng)子模塊(8)的Z軸溜板(46)之上的A軸旋轉(zhuǎn)模塊(9)，激光發(fā)射頭(70) 安裝于A軸一端；平臺(tái)模塊(4)包括一個(gè)由X軸子模塊和Y軸子模塊組成的XY軸工作臺(tái) (11)，以及安裝于X軸子模塊的溜板(26)之上的C軸回轉(zhuǎn)模塊(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五軸聯(lián)動(dòng)激光加工機(jī)床，其特征在于所述Z軸運(yùn)動(dòng)子模塊 (8)包括Z軸立柱(40)，Z軸立柱(40)上設(shè)置有導(dǎo)軌安裝面，Z軸導(dǎo)軌(41)安裝于所述安 裝面；Z軸溜板(46)安裝于可沿Z軸導(dǎo)軌(41)滑動(dòng)的Z軸滑塊(42)之上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五軸聯(lián)動(dòng)激光加工機(jī)床，其特征在于所述A軸旋轉(zhuǎn)模塊(9) 包括伺服電機(jī)(60)及與其安裝為一體的減速器(61)，聯(lián)軸器(63)，安裝于Z軸溜板(46) 上的驅(qū)動(dòng)軸支座(65)及其中的驅(qū)動(dòng)軸(64)，所述伺服電機(jī)(60)由電機(jī)支架(62)固定于Z 軸溜板(46)上；驅(qū)動(dòng)軸(64) —端通過(guò)一個(gè)聯(lián)軸器(63)與減速器輸出軸相連，另一端安裝 有轉(zhuǎn)盤(pán)(66)，轉(zhuǎn)盤(pán)上安裝轉(zhuǎn)接板(67)；激光發(fā)射頭(70)安裝于轉(zhuǎn)接板上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五軸聯(lián)動(dòng)激光加工機(jī)床，其特征在于所述X軸子模塊和Y軸 子模塊結(jié)構(gòu)相同，Y軸子模塊固定于底座(1)之上，X軸子模塊安裝于Y軸子模塊的Y軸溜 板(36)上，運(yùn)動(dòng)方向相互垂直；所述X、Y軸子模塊均設(shè)置有導(dǎo)軌安裝面和絲杠安裝孔，導(dǎo)軌 安裝面用于安裝導(dǎo)軌；絲杠安裝孔用于安裝絲杠。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五軸聯(lián)動(dòng)激光加工機(jī)床，其特征在于所述C軸回轉(zhuǎn)模塊 (10)包括基座(51)，基座(51)上安裝有力矩電機(jī)(52)，力矩電機(jī)(52)上設(shè)有回轉(zhuǎn)工作臺(tái) (53)，所述基座(51)安裝于X軸子模塊的X軸溜板(26)之上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的五軸聯(lián)動(dòng)激光加工機(jī)床，其特征在于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)(53)上設(shè) 置有用于夾持工件(72)的夾具(71)，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)(53)中間設(shè)有定位中心孔，用于裝夾過(guò)程 中的定位；工件(72)立式裝夾于夾具(71)之上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五軸聯(lián)動(dòng)激光加工機(jī)床，其特征在于所述X、Y、Z軸運(yùn)動(dòng)子 模塊上均安裝有直線光柵反饋元件，采用全閉環(huán)控制；所述A軸旋轉(zhuǎn)模塊(9)、C軸回轉(zhuǎn)模塊 (10)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)上均設(shè)有高精度編碼器，采用半閉環(huán)控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五軸聯(lián)動(dòng)激光加工機(jī)床，其特征在于激光發(fā)射頭(70)采用 JK300型激光器，具有紅外輔助對(duì)刀功能。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種五軸聯(lián)動(dòng)激光加工機(jī)床，包括底座(1)和床身(2)兩部分。床身(2)包括安裝于底座(1)的立柱模塊(3)和平臺(tái)模塊(4)兩個(gè)模塊，立柱模塊(3)包括Z軸子模塊(8)和A軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模塊(9)，Z軸模塊上有豎直方向運(yùn)動(dòng)的Z軸溜板(46)，溜板上安裝有A軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模塊(9)，激光頭(70)安裝于A軸末端，隨A軸回轉(zhuǎn)。平臺(tái)模塊(4)部分由一個(gè)XY工作臺(tái)(11)和安裝于該工作臺(tái)之上的C軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模塊(10)組成。C軸由力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)(52)，C軸上設(shè)有回轉(zhuǎn)工作臺(tái)(53)，工件通過(guò)專(zhuān)用夾具呈立式安裝于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)布局新穎、尺寸緊湊、加工精度高，同時(shí)能顯著提高加工效率。
文檔編號(hào)B23K26/08GK102000911SQ201010240139
公開(kāi)日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月29日
發(fā)明者王恪典, 許睦旬, 邵明平, 陶濤 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)