一种具有开放式结构的五自由度移动式加工机床的制作方法

本发明涉及自动化加工，具体地说，涉及一种具有开放式结构的五自由度移动式加工机床。

背景技术：

1、大型和超大型工件的特点是尺寸大，尺寸从几米到几十米不等；重量很重，重量从几吨、几十吨到几百吨，这就要求机床具有足够的刚度和承载能力，要有足够的空间容纳工件，还要有足够的驱动和切削功率，加工刀具也要有相应的切削能力和寿命，所以必须攻克这一整套的装备和技术才能完成这些大型、超大型零件的加工任务。

2、路桥建设过程中，一些超大型零件在现场装配时往往需要根据试装情况进行修配加工，采用普通工具加工时劳动强度大、加工效率低、并且难以满足精度要求；如运至加工厂采用数控机床加工，也存在转运过程费工费时、拆装后安装及测量基准发生改变等问题，另外也很难找到适合超大型零件的数控机床，因此研制一种能够针对超大型零件进行现场加工的数控机床是非常必要的。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的是为了解决现有技术中的不足，提供一种具有开放式结构的五自由度移动式加工机床。

2、技术方案：一种具有开放式结构的五自由度移动式加工机床，包括移动底座、调整机身、旋转驱动轴、主驱动臂、副驱动臂、双轴摆头和加工主轴，移动底座可以在水平面沿任意方向移动，用于将机床移动至需要加工的区域后与地面固定在一起，用于保持加工过程的稳定性；调整机身具有高度和姿态调整功能，用于调整加工区域的高度和加工区域的方向；旋转驱动轴带动主驱动臂和副驱动臂在水平面内转动，形成加工主轴的侧向移动；主驱动臂形成加工主轴的前后运动；副驱动臂形成加工主轴的竖直运动；双轴摆头形成加工主轴两个方向的空间摆动。

3、本发明的进一步改进在于，旋转驱动轴、主驱动臂、副驱动臂和双轴摆头组成具有5个自由度的加工单元，用于实现空间任意位置和任意姿态的加工操作，主驱动臂和副驱动臂构成三角形稳固结构，用于提高机床刚度和加工稳定性；同时主驱动臂和副驱动臂将加工主轴伸至床身之外，形成开放式加工结构，实现对位于机床床身之外的零件进行加工。

4、本发明的进一步改进在于，移动底座包括座体、麦克纳姆轮和调整地脚，通过控制麦克纳姆轮的转速和转向，使得移动底座可沿水平面内任意方向移动及转动，调整地脚用于调整移动底座的水平度。

5、本发明的进一步改进在于，调整机身包括侧壁、导轨、竖向调整电机、弧形导轨和翻转座，侧壁和翻转座构成门字形框架，用于作为机床的承力结构，导轨沿竖直方向安装在侧壁上，竖向调整电机可以驱动翻转座沿导轨上下移动，用于改变加工区域在竖直方向的位置；翻转座可以沿弧形导轨翻转，用于调整翻转座的姿态和加工区域的方向。

6、本发明的进一步改进在于，旋转驱动轴包括u形座、大齿圈、轴承、伺服电机和小齿轮，伺服电机的转动带动主驱动臂和副驱动臂绕轴承在水平面内转动，形成加工主轴的侧向移动。

7、本发明的进一步改进在于，主驱动臂包括主驱动臂关节、中空伺服电机、滚珠丝杠和臂身，臂身连接主驱动臂端头，中空伺服电机通过滚珠丝杠驱动臂身相对于主驱动臂关节运动，形成加工主轴的前后运动。

8、本发明的进一步改进在于，副驱动臂包括副驱动臂关节、中空伺服电机、滚珠丝杠和臂间连接铰链，中空伺服电机通过滚珠丝杠控制臂身的水平倾角，形成加工主轴的竖直运动。

9、本发明的进一步改进在于，双轴摆头包括第一转轴伺服电机、第一转轴同步带、第二转轴伺服电机、第二转轴同步带、双轴摆头安装架、第一转轴减速器和第二转轴减速器，第一转轴伺服电机通过第一转轴同步带及第一转轴减速器带动双轴摆头的第一轴转动，第二转轴伺服电机通过第二转轴同步带及第二转轴减速器带动双轴摆头的第二轴转动，双轴摆头形成加工主轴两个方向的空间摆动。

10、本发明的进一步改进在于，加工主轴包括主轴安装筒、主轴和刀具。

11、与现有技术相比，至少实现了如下的有益效果：

12、移动底座可以将机床移动至需加工的区域，调整床身具有高度和姿态调整功能，调整床身可以在区域高度和加工区域的方向进行加工，开放式的结构使加工主轴可以加工床身范围外的工件，利用本设备可以加工尺寸比本设备大很多的工件，解决了大型零件在装配现场修配加工难的问题，能够针对超大型零件进行现场加工，提高了机床刚度和加工稳定性，主驱动臂和副驱动臂将加工主轴伸至床身之外，形成开放式加工结构，实现对位于机床床身之外的零件进行加工。

技术特征：

1.一种具有开放式结构的五自由度移动式加工机床，其特征在于：包括移动底座（1）、调整机身（2）、旋转驱动轴（3）、主驱动臂（4）、副驱动臂（5）、双轴摆头（6）和加工主轴（7），所述移动底座（1）可以在水平面沿任意方向移动，用于将机床移动至需要加工的区域后与地面固定在一起，用于保持加工过程的稳定性；所述调整机身（2）具有高度和姿态调整功能，用于调整加工区域的高度和加工区域的方向；所述旋转驱动轴（3）带动主驱动臂（4）和副驱动臂（5）在水平面内转动，形成加工主轴（7）的侧向移动；所述主驱动臂（4）形成加工主轴（7）的前后运动；所述副驱动臂（5）形成加工主轴（7）的竖直运动；所述双轴摆头（6）形成加工主轴（7）两个方向的空间摆动。

2.根据权利要求1所述的具有开放式结构的五自由度移动式加工机床，其特征在于：所述旋转驱动轴（3）、主驱动臂（4）、副驱动臂（5）和双轴摆头（6）组成具有5个自由度的加工单元，用于实现空间任意位置和任意姿态的加工操作，所述主驱动臂（4）和副驱动臂（5）构成三角形稳固结构，用于提高机床刚度和加工稳定性；同时所述主驱动臂（4）和副驱动臂（5）将加工主轴伸至床身之外，形成开放式加工结构，实现对位于机床床身之外的零件进行加工。

3.根据权利要求1所述的具有开放式结构的五自由度移动式加工机床，其特征在于：所述移动底座（1）包括座体（101）、麦克纳姆轮（102）和调整地脚（103），通过控制麦克纳姆轮（102）的转速和转向，使得移动底座（1）可沿水平面内任意方向移动及转动，所述调整地脚（103）用于调整移动底座（1）的水平度。

4.根据权利要求1所述的具有开放式结构的五自由度移动式加工机床，其特征在于：所述调整机身（2）包括侧壁（201）、导轨（202）、竖向调整电机（203）、弧形导轨（204）和翻转座（205），所述侧壁（201）和翻转座（205）构成门字形框架，用于作为机床的承力结构，所述导轨（202）沿竖直方向安装在侧壁（201）上，所述竖向调整电机（203）可以驱动翻转座（205）沿导轨（202）上下移动，用于改变加工区域在竖直方向的位置；翻转座（205）可以沿弧形导轨（204）翻转，用于调整翻转座（205）的姿态和加工区域的方向。

5.根据权利要求1所述的具有开放式结构的五自由度移动式加工机床，其特征在于：所述旋转驱动轴（3）包括u形座（301）、大齿圈（302）、轴承（303）、伺服电机（304）和小齿轮（305），所述伺服电机（304）的转动带动主驱动臂（4）和副驱动臂（5）绕轴承（303）在水平面内转动，形成加工主轴（7）的侧向移动。

6.根据权利要求1所述的具有开放式结构的五自由度移动式加工机床，其特征在于：所述主驱动臂（4）包括主驱动臂关节（401）、中空伺服电机（402）、滚珠丝杠（403）和臂身（404），所述臂身（404）连接主驱动臂端头（405），所述中空伺服电机（402）通过滚珠丝杠（403）驱动臂身（404）相对于主驱动臂关节（401）运动，形成加工主轴（7）的前后运动。

7.根据权利要求6所述的具有开放式结构的五自由度移动式加工机床，其特征在于：所述副驱动臂（5）包括副驱动臂关节（501）、中空伺服电机（502）、滚珠丝杠（503）和臂间连接铰链（504），所述中空伺服电机（502）通过滚珠丝杠（503）控制臂身（404）的水平倾角，形成加工主轴（7）的竖直运动。

8.根据权利要求1所述的具有开放式结构的五自由度移动式加工机床，其特征在于：所述双轴摆头（6）包括第一转轴伺服电机（601）、第一转轴同步带（602）、第二转轴伺服电机（603）、第二转轴同步带（604）、双轴摆头安装架（605）、第一转轴减速器（606）和第二转轴减速器（607），所述第一转轴伺服电机（601）通过第一转轴同步带（602）及第一转轴减速器（606）带动双轴摆头（6）的第一轴转动，所述第二转轴伺服电机（603）通过第二转轴同步带（604）及第二转轴减速器（607）带动双轴摆头（6）的第二轴转动，所述双轴摆头（6）形成加工主轴（7）两个方向的空间摆动。

9.根据权利要求8所述的具有开放式结构的五自由度移动式加工机床，其特征在于：所述加工主轴（7）包括主轴安装筒（701）、主轴（702）和刀具（703）。

技术总结
本发明公开了一种具有开放式结构的五自由度移动式加工机床，包括移动底座、调整机身、旋转驱动轴、主驱动臂、副驱动臂、双轴摆头和加工主轴，移动底座可以在水平面沿任意方向移动，用于将机床移动至需要加工的区域后与地面固定在一起，用于保持加工过程的稳定性；调整机身用于调整加工区域的高度和加工区域的方向；旋转驱动轴带动主驱动臂和副驱动臂在水平面内转动，形成加工主轴的侧向移动；主驱动臂形成加工主轴的前后运动；副驱动臂形成加工主轴的竖直运动；旋转驱动轴、主驱动臂、副驱动臂、双轴摆头组成具有5个自由度的加工单元，本发明可以加工床身范围外的工件，从而便于大型零件在装配现场进行修配加工。

技术研发人员：刘文涛,高志强,田云麒
受保护的技术使用者：南通诺迈数控科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15