可切换三至五轴模式的五轴五联动数控系统及数控机床的制作方法

本实用新型涉及一种复合式立式数控加工中心，具体来说是涉及三轴、四轴、五轴转台可模块化更换的数控加工中心，属于数控加工设备技术领域。

背景技术：

数控加工中心是一种带有刀库并能自动更换刀具，对工件能够在一定的范围内进行多种加工操作的数控机床。随着世界机床工具产业和制造技术不断发展完善，数控机床技术在复合、智能、环保技术的基础上，通过与控制技术、计算机技术、信息技术有机结合，不断向高速度、高效率、高精度、柔性化、集成化和高可靠性方向发展，出现了向多主轴、多坐标、复合加工以及成套设备自动化方向发展的趋势。

普通的三轴数控机床虽然在市场上实用性比较强，但是对于发展高端产品只用三轴是远远办不到的，因为传统的数控机床加工不出来形状复杂的曲线、曲面零件，只能使用多坐标联动，多轴控制的多轴数控机床才能实现。四轴、五轴联动数控机床能有效地解决复杂、精密、小批量多变零件的加工问题，可以减少加工工时和装夹次数、提高空间自由曲面的加工精度和质量、增加生产柔性、实现对各种复杂精密零件的自动化加工。而且四轴、五轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。

企业引进四轴、五轴联动的数控加工中心势必会提高企业的竞争力，使企业拥有了跨向高精端零件制造行业的入场券。但是，四轴、五轴联动的数控加工中心的售价颇高，特别是五轴联动数控加工中心基本依赖进口，售价高达数百万。然而需要用到五轴联动加工的零件量小且不常有，从管控零件制作成本的角度考虑，企业一般也不会用五轴联动的数控加工中心去加工形状简单的零件，企业购置的五轴联动数控加工中心得不到充分利用，陷入了设备投入大，产出回报低的窘境。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术方案是提供一种可切换三至五轴模式的五轴五联动数控系统，其是在现有的五轴五联动数控系统上作出的升级改进，采用了该数控系统的三轴三联动机床可拓展成四轴四联动甚至五轴五联动的数控机床；这样的一台模块化、可拓展、多样性的机床售价却远低于市面上的五轴联动数控加工中心。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

可切换三至五轴模式的五轴五联动数控系统，包括：

信息输入单元，用于数控模式信息的输入；数控模式包括可以同时切换的XY平台切换模式和三轴、四轴、五轴切换模式；XY平台切换模式包括XY滚珠丝杆平台模式和XY直线滑轨平台模式；三轴、四轴、五轴切换模式包括三轴模式、四轴模式和五轴模式；

信息接收单元，接收来自信息输入单元的信息，并将信息传送给CPU处理器；

CPU处理器将接受到的信息进行分析处理，并将处理结构输送给执行部；

执行部，由X轴驱动单元、Y轴驱动单元、Z轴驱动单元、A轴驱动单元、C轴驱动单元、X1轴驱动单元和Y1轴驱动单元组成；

锁定部，用于XY滚珠丝杆平台模式或者XY直线滑轨平台模式的锁定。

当在信息输入单元输入XY滚珠丝杆平台模式后，X轴驱动单元和Y轴驱动单元打开，X1轴驱动单元和Y1轴驱动单元关闭。此时，如果在信息输入单元输入三轴模式，X轴驱动单元、Y轴驱动单元和Z轴驱动单元打开，A轴驱动单元和C轴驱动单元关闭；如果在信息输入单元输入四轴模式，X轴驱动单元、Y轴驱动单元、Z轴驱动单元和A轴驱动单元打开，C轴驱动单元关闭；如果在信息输入单元输入五轴模式，X轴驱动单元、Y轴驱动单元、Z轴驱动单元、A轴驱动单元和C轴驱动单元全部打开。

当在信息输入单元输入XY直线滑轨平台模式后，X1轴驱动单元和Y1轴驱动单元打开，X轴驱动单元和Y轴驱动单元关闭。此时，如果在信息输入单元输入三轴模式，X1轴驱动单元、Y1轴驱动单元和Z轴驱动单元打开，A轴驱动单元和C轴驱动单元关闭；如果在信息输入单元输入四轴模式，X1轴驱动单元、Y1轴驱动单元、Z轴驱动单元和A轴驱动单元打开，C轴驱动单元关闭；如果在信息输入单元输入五轴模式，X1轴驱动单元、Y1轴驱动单元、Z轴驱动单元、A轴驱动单元和C轴驱动单元全部打开。

锁定部，用于XY滚珠丝杆平台模式或者XY直线滑轨平台模式的锁定。

上述数控系统可以同时切换XY平台切换模式和三轴、四轴、五轴切换模式，这两个切换模式的结合使得数控系统能够实现六种模式。

一种数控机床，机床的床身结构采用三轴数控加工中心的床身结构，床身的立柱向上至少延伸200mm，立柱上设置有刀具库和内藏式电主轴，位于电主轴的下方的XY滚珠丝杆平台上安装有一块安装台，所述安装台上用于安装四轴转台模块、五轴转台模块或者XY直线电机平台；机床内部设置有一个用于连接四轴转台模块、五轴转台模块的接口，也设置有一个用于XY直线电机平台的接口；控制器中安装的数控系统为可切换三至轴模式的五轴五联动数控系统。

进一步的是，所述XY滚珠丝杆平台上设置有一个机械锁定装置。

进一步的是，所述机械锁定装置为螺丝。

进一步的是，所述电主轴上安装有增速器。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：1.将传统的三轴数控加工中心床身的立柱加高，以营造出更多的安装空间；2.采用重量更轻的内藏式电主轴，以降低运行时的噪音、震动，而且电主轴的加减速灵敏，组装精度稳定；3.以普通的三轴联动数控中心作为改装基体，数控系统采用可切换三至轴模式的五轴五联动数控系统，通过模式与转台的同步切换，使得三轴联动数控加工中心可拓展成四轴四联动甚至五轴五联动的数控加工中心；这样的一台模块化、可拓展、多样性的数控加工中心售价却远低于市面上的五轴联动数控加工中心。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为是实施例一中公开的三至五轴模式的五轴五联动数控系统的控制流程图；

图2为实施例二中公开的数控机床的主视图；

图3为实施例二中公开的数控机床的主视图；

图4为实施例二中公开的数控机床的主视图；

图5为实施例四中公开的数控机床的主视图；

图6为图5中A处的放大示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例一

本实施例中介绍的可切换三至五轴模式的五轴五联动数控系统，是在现有技术中的五轴五联动数控系统的基础上所做的拓展，其包括信息输入单元、信息接收单元、CPU处理单元、执行部和锁定部。

信息输入单元用于数控模式信息的输入。数控模式包括可以同时切换的XY平台切换模式和三轴、四轴、五轴切换模式。XY平台切换模式包括XY滚珠丝杆平台模式和XY直线滑轨平台模式；三轴、四轴、五轴切换模式包括三轴模式、四轴模式和五轴模式。

信息接收单元接收来自信息输入单元的信息，并将信息传送给CPU处理器。

CPU处理器将接受到的信息进行分析处理，并将处理结构输送给执行部。

执行部接受CPU处理器的处理结果，并执行相应的动作。执行部由X轴驱动单元、Y轴驱动单元、Z轴驱动单元、A轴驱动单元、C轴驱动单元、X1轴驱动单元和Y1轴驱动单元组成。

当在信息输入单元输入XY滚珠丝杆平台模式后，X轴驱动单元和Y轴驱动单元打开，X1轴驱动单元和Y1轴驱动单元关闭。此时，如果在信息输入单元输入三轴模式，X轴驱动单元、Y轴驱动单元和Z轴驱动单元打开，A轴驱动单元和C轴驱动单元关闭；如果在信息输入单元输入四轴模式，X轴驱动单元、Y轴驱动单元、Z轴驱动单元和A轴驱动单元打开，C轴驱动单元关闭；如果在信息输入单元输入五轴模式，X轴驱动单元、Y轴驱动单元、Z轴驱动单元、A轴驱动单元和C轴驱动单元全部打开。

当在信息输入单元输入XY直线滑轨平台模式后，X1轴驱动单元和Y1轴驱动单元打开，X轴驱动单元和Y轴驱动单元关闭。此时，如果在信息输入单元输入三轴模式，X1轴驱动单元、Y1轴驱动单元和Z轴驱动单元打开，A轴驱动单元和C轴驱动单元关闭；如果在信息输入单元输入四轴模式，X1轴驱动单元、Y1轴驱动单元、Z轴驱动单元和A轴驱动单元打开，C轴驱动单元关闭；如果在信息输入单元输入五轴模式，X1轴驱动单元、Y1轴驱动单元、Z轴驱动单元、A轴驱动单元和C轴驱动单元全部打开。

锁定部，用于XY滚珠丝杆平台模式或者XY直线滑轨平台模式的锁定。

上述数控系统可以同时切换XY平台切换模式和三轴、四轴、五轴切换模式，这两个切换模式的结合使得数控系统能够实现六种模式。

实施例二

本实施例中将介绍一种采用实施例一中数控系统的数控机床。

机床的床身结构采用三轴数控加工中心的床身结构，床身的立柱向上至少延伸200mm，以营造出更多的安装空间。立柱上设置有刀具库和内藏式电主轴，位于电主轴的下方的XY滚珠丝杆平台上安装有一块安装台，安装台上用于安装四轴转台模块、五轴转台模块或者XY直线电机平台；机床内部设置有一个用于连接四轴转台模块、五轴转台模块的接口，也设置有一个用于XY直线电机平台的接口。

上述数控机床可以通过数控系统中的数控模式切换，实现以下几种功能：

第一种 将数控模式切换到XY滚珠丝杆平台模式+三轴模式后，装有产品的治具直接装夹在安装台上，在这种模式下的数控机床实现的是三轴三联动；

第二种 参见图2，将数控模式切换到XY滚珠丝杆平台模式+四轴模式后，需要在XY滚珠丝杆平台d1之上的安装台c1上安装四轴转台模块b1，并将接线接在对应的接口上，装有产品的治具直接装夹在四轴转台模块上，在这种模式下的数控机床实现的是四轴四联动；

第三种 参见图3，将数控模式切换到XY滚珠丝杆平台模式+五轴模式后，需要在在XY滚珠丝杆平台d2之上安装台c2上安装五轴转台模块b2，并将接线接在对应的接口上，装有产品的治具直接装夹在五轴转台模块上，在这种模式下的数控机床实现的是五轴五联动；

第四种 参见图4，将数控模式切换到XY直线滑轨平台模式+三轴模式后，需要在在XY滚珠丝杆平台d3之上安装台c3上安装有XY直线电机平台e3，装有产品的治具直接装夹在XY直线电机平台上。该XY直线电机平台为我司申请的专利（申请号为“201420309566.8”）中所公开的电机平台，其运行精度高，振动小，比较适合精密零件的加工。

在XY直线滑轨平台模式+四轴模式的数控模式下，以及在XY直线滑轨平台模式+四轴模式的数控模式下，需要将转台模块安装在XY直线电机平台上，这就需要机床的立柱加高更多，以提供更多的安装空间。

当XY滚珠丝杆平台不用时，可以在系统中进行锁定，也可以用螺丝进行机械锁定。

实施例三

本实施例中主要描述实施例二中的数控机床的应用。

如果在电主轴上安装一个增速器，去成倍地提高主轴的转速，再加上XY直线电机平台，这样数控机床就可以完成玻璃、陶瓷的加工和研磨。

在上述基础上，再在XY直线电机平台安装一个冰冻盘式的无应力固定夹具（申请号为“201610986814.6”），这样数控机床就可以加工任何形状的物体。

实施例四

本实施例中主要描述实施例二中的数控机床的应用。

参见图5和6，如果将车刀g4装夹在电主轴上，此时只要将数控系统中的数控模式切换到XY滚珠丝杆平台模式+五轴模式，并将工件装夹在五轴转台模块b4的C轴上，再在数控编程程序中命令X轴、Y轴、Z轴和A轴保持不动，只留C轴绕Z轴旋转，C后的旋转速度500转以上，这样数控机床就实现了车削的功能。

对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。