五轴加工机的制作方法

本发明涉及一种五轴加工机，尤其涉及一种具备能够倾斜的心轴模块的五轴加工机。

背景技术：

通常，机床指用作借由各种切削加工方法或非切削加工方法利用各种工具将金属或非金属工作物加工成希望的形状和尺寸的目的的机器。

根据加工方法，机床大体被分类为车削中心(turningcenter)和加工中心(machiningcenter)。其中，车削中心旋转工作物来进行加工，加工中心旋转工具来加工工作物。

作为一种将镗床(boringmachine)、铣床(millingmachine)以及钻床(drillingmachine)等复合构成为一，从而能够进行切削、钻孔以及攻丝等一切加工作业的复合机床，加工中心可以进行向三轴方向直线移送旋转工具的心轴来加工的三轴加工作业。

近来，随着汽车、造船、航空工业的发展，具有复杂形状的部件越来越多，为提高这种部件加工的生产率，由原来的分为执行三轴加工作业的多台加工中心来加工的方式，逐渐普遍利用能够进行五轴加的五轴加工机。其中，之前的附加于三轴加工的二轴加工可以包括旋转支撑工作物的工作台的旋转轴和使心轴倾斜的倾斜轴。

此时，使心轴倾斜的倾斜运动平面应与和支撑工作物的工作台平行的直线轴，即前后方向直线轴和左右方向直线轴所形成的运动平面互相构成直角。

然而，在能够倾斜地支撑心轴的倾斜头一体地连接于向上下方向移送心轴的移送装置的移送轴来向上下方向直线往复运动的结构中，在为使心轴的倾斜运动平面与前述的前后方向直线轴和左右方向直线轴所形成的运动平面构成直角而调整位置的过程中存在还要一起调整上下方向移送轴的麻烦。

亦即，迄今为止，为调整心轴的斜运动平面，需要连同用于上下方向移送轴的滚珠螺杆与螺母的拧紧状态也要一一调整或重新设置滚珠螺杆，且为确认倾斜运动平面是否成直角，需要一边移动上下方向移送轴一边进行确认，若不符合直角，则需要再反复调整心轴的倾斜运动平面、滚珠螺杆以及螺母。

如此，现有的五轴加工机所存在的问题是，调整心轴的倾斜运动平面需要大量的时间和精力。

此外，为了加工复杂的形状和多种材料，五轴加工机还要能够对工作物执行诸如强力切削和高速切削的多种切削加工。

但是，心轴的尺寸越大，越不容易使心轴稳定地倾斜，因而能够倾斜的心轴受尺寸的限制。

此外，因受尺寸限制，若使用在心轴内部备置驱动电机的内置电机(builtinmotor)型心轴，则难以实现五轴加工机所要求的高速低扭矩和低速高扭矩的旋转动力。

因而，所存在的问题是，尽管需要在心轴外部备置驱动电机来旋转心轴，但也不容易从外部向能够倾斜的心轴供应旋转动力。

技术实现要素：

技术问题

本发明的实施例提供一种使用模块化的能够倾斜的心轴模块，从而易于进行位置调整和维修保养的五轴加工机。

此外，本发明的实施例提供一种能有效地向能够倾斜的心轴供应旋转动力的五轴加工机。

技术方案

根据本发明的实施例，五轴加工机包括：立柱(column)；滑块，其能够在上下方向上滑动地结合于所述立柱；主轴驱动部，其在所述滑块的后方被支撑；以及心轴模块，其能够倾斜，且能够拆装地结合于所述滑块的前方，从所述主轴驱动部接受旋转动力。

所述心轴模块包括：心轴，其使加工工作物的工具旋转；心轴头，其能够旋转地支撑所述心轴；倾斜头，其具有向所述心轴传递旋转动力的动力传递部和使所述心轴头倾斜的倾斜驱动部；以及倾斜体，其支撑所述倾斜头，且能够拆装地结合于所述滑块且所述心轴模块由这些一体结合而模块化。

所述心轴模块还可以包括调整用块，该调整用块分别备置于以所述心轴为中心对置的所述倾斜体的两侧边缘来调整结合于所述滑块的所述倾斜体的高度位置。

所述五轴加工机还可以包括：床身，其以能够在左右方向上滑动地支撑所述立柱；以及鞍座，其能够在前后方向上滑动地结合于所述床身。此外，所述倾斜体的高度位置可以通过所述调整用块被调整成，使所述立柱的左右方向和所述鞍座的前后方向运动平面与所述心轴的倾斜运动平面构成直角。

在上述五轴加工机中，所述主轴驱动部可以包括主轴驱动轴，所述倾斜头的动力传递部可以包括动力传递轴，且所述主轴驱动轴和所述动力传递轴通过联轴器连接来传递动力。

此外，根据本发明的另一实施例，五轴加工机包括：心轴，其旋转用于加工工作物的工具；心轴头，其能够旋转地支撑所述心轴；倾斜头，其具有使用一个以上的锥齿轮通过所述心轴头的一侧面向所述心轴传递旋转动力的动力传递部和结合于所述心轴头的另一侧面来使所述心轴头倾斜的倾斜驱动部，且能够倾斜地支撑所述心轴头的两侧面；以及主轴驱动电机，其连接于所述倾斜头的动力传递部来供应旋转动力。

所述心轴可以包括心轴传动轴和形成于所述心轴传动轴的外周面的主轴锥齿轮。

所述动力传递部可以包括：第一动力传递轴，在其一侧形成有与所述主轴锥齿轮啮合的第一传递锥齿轮；第二动力传递轴，在其一侧形成有第二传递锥齿轮，且与所述第一动力传递轴平行地分隔；以及驱动轴，其与所述主轴驱动电机串联连接，且在一侧形成有与所述第二传递锥齿轮啮合的驱动锥齿轮。

所述动力传递部还可以包括向所述第一动力传递轴与所述第二动力传递轴之间传递动力的机构。

向所述第一动力传递轴和所述第二动力传递轴之间传递动力的机构可以为一个以上的斜齿轮(helicalgear)。

上述五轴加工机的所述心轴的主轴锥齿轮可以以所述动力传递部的第一传递锥齿轮的轴为中心旋转来使所述心轴头倾斜。

此外，当所述倾斜驱动部使所述心轴头倾斜时，所述主轴驱动电机的轴可以是固定的。

所述五轴加工机还可以包括变速器，其连接于所述主轴驱动电机的电机轴与所述动力传递部的驱动轴之间，且包括行星齿轮。

所述变速器可以以串联连接所述主轴驱动电机的电机轴与所述驱动轴的高速模式和经由所述行星齿轮向所述驱动轴传递所述主轴驱动电机的电机轴的旋转动力的低速模式中的任一模式动作。

所述心轴、所述心轴头以及所述倾斜头可以一体结合而模块化。此外，所述动力传递部可以借由联轴器结合而能够分离地与所述主轴驱动电机的电机轴连接。

发明的效果

根据本发明的实施例，五轴加工机使用模块化的能够倾斜的心轴模块，从而易于进行位置调整作业，且能有效地维修保养。

根据本发明的实施例，五轴加工机能有效地向能够倾斜的心轴供应旋转动力。

附图说明

图1是本发明第一实施例的五轴加工机的立体图。

图2是分解图1的心轴模块和滑块的分解立体图。

图3是图示图1的心轴模块与滑块的结合状态的立体图。

图4是示出图1的心轴的倾斜运动平面的调整方法的概念图。

图5是示出图1的心轴模块和主轴驱动部的内部结构的平面图。

图6是示出本发明的第二实施例的五轴加工机的心轴、倾斜头以及主轴驱动电机的连接状态的平面图。

图7是示出用于向心轴传递图6的主轴驱动电机的动力的构成的立体图。

图8是示出用于图6的五轴加工机的倾斜驱动部的齿轮的侧隙调整方法的平面图。

图9、图10分别是用于示出图6的五轴加工机的变速器的动作状态的剖视图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施例进行详细说明，以便本发明所属技术领域的一般的技术人员容易实施。本发明可以以多种不同形态实现，不限于此处所说明的实施例。

需要说明的是，附图为概略性的，并没有按照比例图示。为便于图示的清晰性和方便性，图中的部分结构的相对尺寸及比例在大小上被夸大或缩小地图示，而任意尺寸均为示例性的，而不是限定性的。此外，对于出现在两个以上图中的相同结构物、要素或部件，为体现相似的特征，适用相同的参照符号。

本发明的实施例具体示出了本发明的优选实施例。其结果是，可以预想到图解的多种变形。因而，实施例不局限于所图示区域的特定形态，例如还包括制造引起的形态的变形。

下面参照图1至图5对本发明第一实施例的五轴加工机101进行说明。

如图1至图5所示，本发明第一实施例的五轴加工机101包括立柱(column)400、滑块450、主轴驱动部480以及心轴模块901。

此外，本发明第一实施例的五轴加工机101还可以包括床身800、鞍座700、工作台600、上下移送装置530、左右移送装置520、前后移送装置510以及工作台旋转驱动部750。

主轴驱动部480与待后述的心轴模块901的心轴200机构性地连接来向心轴200供应旋转动力。主轴驱动部480可以包括本领域的技术人员所公知的诸多种类的电机。

此外，本发明的第一实施例中，主轴驱动部480在待后述的滑块450的后方受支撑。

心轴模块901可以包括心轴200、心轴头250、倾斜头300以及倾斜体350。亦即，本发明的第一实施例中，心轴模块901由心轴200、心轴头250、倾斜头300以及倾斜体350一体结合，以实现模块化，且心轴200能够倾斜。

此外，心轴模块901能够拆装地结合于待后述的滑块450的前方，且与待后述的主轴驱动部480连接来接受旋转动力。

此外，本发明的第一实施例中，心轴模块901还可以包括调整用块370(示于图3)。

心轴200与工作物接触来向加工工作物的工具传递旋转动力。亦即，心轴200在一端部夹紧并旋转用于加工工作物的工具。在心轴200的内部可以备置用于夹紧工具的夹紧装置(未图示)。其中，作为夹紧装置，可以使用本领域的技术人员所公知的诸多种类的夹紧装置，通常可以使用包括夹头(collet)的夹紧装置。

此外，本发明的第一实施例中，心轴200可以包括形成于心轴传动轴210的外周面的主轴锥齿轮230，以围绕心轴传动轴210和心轴传动轴210。

心轴头250围绕心轴200，且能够旋转地支撑心轴200。为了使心轴头250能够旋转地支撑心轴200，在心轴头250与心轴200之间可以设置轴承。

倾斜头300不但能够倾斜地支撑心轴头250，还向心轴200传递由主轴驱动部480供应的旋转动力。

具体而言，倾斜头300包括向心轴200传递旋转动力的动力传递部310和使心轴头200倾斜的倾斜驱动部360。

本发明的第一实施例中，动力传递部310向心轴200传递由主轴驱动部480供应的旋转动力。具体而言，动力传递部310可以包括动力传递轴331和包含形成于和动力传递轴331的一端部来与心轴200的主轴锥齿轮230啮合的动力传递锥齿轮334的多个动力传递齿轮335。

本发明的第一实施例中，倾斜驱动部360使能够旋转地支撑心轴200的心轴头250倾斜。具体而言，倾斜驱动部360包括与心轴头250连接来使心轴头250倾斜的倾斜驱动轴381和向倾斜驱动轴381供应旋转动力的倾斜驱动电机388。

此外，倾斜驱动部360还可以包括机构性地连接倾斜驱动电机388和倾斜驱动轴381的一个以上的倾斜驱动齿轮385。

倾斜体350支撑倾斜头300，且能够拆装地结合于待后述的滑块450。

调整用块370可以分别备置于以心轴200为中心对置的倾斜体350的两侧边缘，从而调整结合于待后述的滑块450的倾斜体350的高度位置。

此外，若倾斜体350能够拆装地结合于待后述的滑块450，则倾斜头300的动力传递部310的动力传递轴通过联轴器337、487与主轴驱动部480的主轴驱动轴连接来传递动力。

相反，若倾斜体350从待后述的滑块450分离，则倾斜头300的动力传递部310的动力传递轴与主轴驱动部480的主轴驱动轴也随之分离。

床身800能够滑动地支撑待后述的鞍座700和立柱400。

具体而言，床身800可以包括主架801和形成于主架801上来与鞍座700及立柱400能够滑动地结合的直线导轨810、820。其中，直线导轨可以包括前后直线导轨810和左右直线导轨820。

鞍座700能够滑动地结合于床身800上来可以沿床身800的前后直线导轨810直线往复运动。亦即，鞍座700可以向前后方向(以下，称“z轴方向”)直线往复运动。

前后移送装置(以下，称“z轴移送装置”)510设置于床身800与鞍座700之间来使鞍座700在床身800上直线往复运动。

工作台600支撑借由心轴200旋转的工具所要加工的工作物。此外，工作台600设置于鞍座700上来沿鞍座700直线往复运动。

此外，工作台旋转驱动部750备置于工作台600与鞍座700之间来使放置工作物的工作台600旋转。此时，工作台600的旋转轴与垂直于工作台600的平面的方向平行。

立柱400可以垂直地立于床身800的后方侧一区域，以位于相对于工作台600更后方的位置。

此外，立柱400也可以能够滑动地结合于床身800上来沿床身800的左右直线导轨820直线往复运动。亦即，立柱400可以向左右方向(以下，称“x轴方向”)直线往复运动。

左右移送装置(以下，称“x轴移送装置”)520设置于床身800与立柱400之间来使立柱400在床身800上直线往复运动。

此外，立柱400可以包括形成于工作台600方向一侧的上下直线导轨430。

滑块450能够滑动地结合于立柱400的工作台600方向一侧来可以沿立柱400的上下直线导轨430直线往复运动。亦即，滑块450可以向上下方向(以下，称“y轴方向”)直线往复运动。

上下移送装置(以下，称“y轴移送装置”)530设置于立柱400与滑块450之间来使滑块450向上下方向直线往复运动。

此外，本发明第一实施例的滑块450在后方支撑主轴驱动部480，且在前方与前述的心轴模块901能够拆装地结合。

亦即，心轴模块901和主轴驱动部480可以与滑块450一同向y轴方向直线往复运动。

举例而言，z轴移送装置510、x轴移送装置520以及y轴移送装置530可以为滚珠螺杆移送装置。

如此，本发明第一实施例的五轴加工机101能够通过z轴移送装置510、x轴移送装置520以及y轴移送装置530向z轴方向、x轴方向、y轴方向进行直线轴驱动。

此外，还能够进行包括工作台600的旋转和包括倾斜头300的倾斜的二轴方向的旋转轴驱动。

因此，本发明第一实施例的五轴加工机101能够进行共借由五轴驱动的加工作业。

此外，根据本发明的第一实施例，倾斜体350的高度位置可以通过调整用块370调整成使立柱400的左右方向运动和鞍座700的前后方向运动所形成的运动平面与心轴200的倾斜运动平面构成直角。

此时，可以向上推动或打击调整用块370来调整位置，并利用强力结合以使倾斜体350和滑块450坚固地啮合的方法调整倾斜体350的高度位置。

亦即，如图4所示，可以调整调整用块370的位置来调整与心轴200、心轴头250以及倾斜头300一体结合而模块化的倾斜体350的高度，以使z轴移送装置510和x轴移送装置520所形成的直线轴运动平面与倾斜运动平面构成直角。

此外，根据本发明的第一实施例，可以省去位置调整过程中还要一起调整y轴移送装置530的麻烦。

利用这种构成，本发明第一实施例的五轴加工机101能够使用模块化的能够倾斜的心轴模块901容易执行位置调整作业。

此外，根据本发明的第一实施例，不只是对五轴的轴的调整变得容易，而且还心轴200或倾斜头300的内部构成发生问题需要对其进行维修保养时，可以从滑块450分离心轴模块901来容易执行维修保养作业。

下面参照图1、图2、图6和图10对本发明的第二实施例的五轴加工机102进行说明。

如图1、图2、图6和图7所示，本发明的第二实施例的五轴加工机102包括心轴200、心轴头250、倾斜头300以及主轴驱动电机480。

此外，本发明的第二实施例的五轴加工机102还可以包括变速器470、倾斜体350、滑块450、立柱(column)400、床身800、鞍座700、工作台600、上下移送装置530、左右移送装置520、前后移送装置510以及工作台旋转驱动部750。

心轴200与工作物接触来向加工工作物的工具传递旋转动力。亦即，心轴200在一端部夹紧并旋转用于加工工作物的工具。在心轴200的内部可以备置用于夹紧工具的夹紧装置(未图示)。

此外，本发明的第二实施例中，心轴200包括心轴传动轴210和形成于主轴本体210的外周面以围绕主轴本体210的主轴锥齿轮230。

心轴头250围绕心轴200，且能够旋转地支撑心轴200。为了使心轴头250能够旋转地支撑心轴200，在心轴头250与心轴200之间可以设置轴承。

主轴驱动电机480与心轴200机构性地连接来向心轴200供应旋转动力。作为主轴驱动电机480，可以使用本领域的技术人员所公知的诸多种类的电机。

此外，本发明的第二实施例中，主轴驱动电机480在待后述的滑块450的后方受支撑。

倾斜头300能够倾斜地支撑心轴头250的两侧面。本发明的第二实施例中，倾斜头300不但能够倾斜地支撑心轴头250，还向心轴200传递由主轴驱动电机480供应的旋转动力。

具体而言，如图2所示，倾斜头300包括通过心轴头250的一侧面向心轴200传递旋转动力的动力传递部310和结合于心轴头250的另一侧面来使心轴头250倾斜的倾斜驱动部360。

本发明的第二实施例中，动力传递部310向心轴200传递由主轴驱动电机480供应的旋转动力。

具体而言，动力传递部310包括第一动力传递轴321、第二动力传递轴333以及驱动轴341，且还可以包括一至三个锥齿轮。

第一动力传递轴321在其一侧形成有与主轴锥齿轮230啮合的第一传递锥齿轮322，在其另一侧形成有从动齿轮323。

第二动力传递轴333与第一动力传递轴321平行地分隔。此外，第二动力传递轴333在其一侧形成有旋转第一动力传递轴321的从动齿轮323的驱动齿轮332，在其另一侧形成有第二传递锥齿轮338。

驱动轴341与主轴驱动电机480串联连接，在其一侧形成有与第二动力传递轴333的第二传递锥齿轮338啮合的驱动锥齿轮348。

此外，动力传递部310还可以包括在第一动力传递轴321的从动齿轮323与第二动力传递轴333的驱动齿轮332之间啮合来传递动力的机构。其中，传递动力的机构可以是至少一个以上的斜齿轮(helicalgear)357。

本发明的第二实施例中，倾斜驱动部360使能够旋转地支撑心轴200的心轴头250倾斜。具体而言，倾斜驱动部360包括与心轴头250连接来使心轴头250倾斜的倾斜驱动轴381和向倾斜驱动轴381供应旋转动力的倾斜驱动电机388。

此外，倾斜驱动部360还可以包括机构性地连接倾斜驱动电机388和倾斜驱动轴381的一个以上的倾斜驱动齿轮385，从而可以以图8所示的方式容易调整侧隙。

此外，当倾斜驱动部360使心轴头250倾斜时，主轴驱动电机480的轴可以是固定的。

倾斜体357支撑倾斜头300，且能够拆装地结合于待后述的滑块450。

此外，本发明的第二实施例中，如图2、图6所示，心轴200、心轴头250、倾斜头300以及倾斜体350可以一体结合而模块化。

此时，动力传递部310的驱动轴341可以借由联轴器487的结合能够分离地与主轴驱动电机480的电机轴连接。

亦即，若倾斜体350从滑块450分离，则与倾斜体350一体地模块化的心轴200、心轴头250以及倾斜头300也随之从滑块450分离，从而可以解除连接驱动轴341的联轴器487的结合。

变速器470连接于主轴驱动电机480的电机轴481与驱动轴341之间。变速器470包括具有减速比的行星齿轮473。

本发明的第二实施例中，变速器470可以以串联连接主轴驱动电机480的电机轴481与驱动轴341的高速模式和经由行星齿轮473向驱动轴341传递主轴驱动电机480的电机轴481的旋转动力的低速模式中的任一模式动作。

这种模式可以通过数值控制(nc)装置(未图示)选择。数值控制(nc)装置根据所输入的数值控制程序(nc-program)控制五轴加工机102的动作。

此外，模式的选择可以根据对工作物的工具的切削加工方法决定，切削加工方法有强力切削、高速切削、一般切削等。

具体而言，变速器470包括行星齿轮473、太阳齿轮474、环形齿轮472、传送体471，滑动套筒476以及制动盘478。

如图9所示，在高速模式下，变速器470为进行高速低扭矩驱动，输入齿轮不通过行星齿轮473，直接向输出端传递动力，因此会向输出端传递具有与主轴驱动电机480的旋转速度相同的速度的旋转动力。其中，输入齿轮成为环形齿轮472，输出端成为传送体471。

亦即，在高速模式下，太阳齿轮(sungear)474以借由滑动套筒(slindingsleeve)476与环形齿轮(ringgear)472结合的状态旋转，以使行星齿轮473整体与主轴驱动电机480的电机轴481一同旋转。

如图10所示，在低速模式下，变速器470为进行低速高扭矩驱动，输入齿轮减速至行星齿轮473的减速比对应的量来向输出端传递。其中，输入齿轮成为太阳齿轮474，输出端成为传送体471。

亦即，滑动套筒(slidingsleeve)476以与环形齿轮(ringgear)472结合的状态借由制动盘(brakedisk)478固定。

此外，变速器470与主轴驱动电机480一同在待后述的滑块450的后方受支撑。

如前面图1所示，床身800能够滑动地支撑鞍座700和立柱400。

床身800、鞍座700、z轴移送装置510、工作台600、工作台旋转驱动部750、立柱400、x轴移送装置520、滑块450以及y轴移送装置530的结构与动作原理可以与第一实施例相同。

但是，本发明的第二实施例中，在滑块450的前方，与倾斜体350一同模块化的心轴200、心轴头250以及倾斜头300受支撑，在滑块450的后方，变速器470和主轴驱动电机480受支撑。此时，倾斜体350与滑块450能够分离地结合。

亦即，心轴200、心轴头250、倾斜头300、倾斜体350、变速器470以及主轴驱动电机480可以与滑块450一同向y轴方向直线往复运动。

如此，本发明的第二实施例的五轴加工机102能够通过z轴移送装置510、x轴移送装置520、以及y轴移送装置530向z轴方向、x轴方向、y轴方向进行直线轴驱动。

此外，还能够进行包括工作台600的旋转和倾斜头300的倾斜的二轴方向的旋转轴驱动。

因此，本发明的第二实施例的五轴加工机102能够进行共借由五轴驱动的加工作业。

利用这种构成，本发明的第二实施例的五轴加工机102可以向能够倾斜的心轴200有效地供应旋转动力。

亦即，在心轴200外部备置主轴驱动电机480，从而在向心轴200供应具有高扭矩或旋转速度的旋转动力的同时，还能从外部对能够倾斜的心轴200有效地供应旋转动力。

此外，当使心轴200倾斜，并将传递动力的构成一体地模块化来对其进行维修保养时，可以从滑块450分离模块化的构成来容易执行维修保养作业。

尽管上面参照附图对本发明的实施例进行了说明，但本发明所属领域的技术人员可以理解在不变更本发明的技术思想或必备特征的前提下，可以以其他具体形态实施本发明。

因此，可以理解的是，以上所描述的实施例在各方面均为示例性描述，而不是限定性描述，关于本发明的范围的详细说明由待后述的权利要求书体现，从权利要求书的意义、范围及其等同概念中导出的所有变更或变形形态均应被解释为落入本发明的范围。

工业上应用的可能性

本发明的实施例的五轴加工机使用模块化的能够倾斜的心轴模块，从而可以易于用于进行位置调整和维修保养。

此外，本发明的实施例的五轴加工机可以用于向能够倾斜的心轴有效地供应旋转动力。