微型多軸聯(lián)動機床及其應用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微型多軸聯(lián)動機床，包括固定罩、電主軸及用于帶動電主軸運動的多組運動組件，各組運動組件均分別包括支撐部件、滑動部件和驅動電機，所述各組運動組件依次連接，第一組運動組件的支撐部件和驅動電機固定于固定罩，最后一組運動組件的滑動部件安裝所述電主軸，相鄰兩組運動組件中的前面一組運動組件的支撐部件和驅動電機安裝于后面一組運動組件的滑動部件，各組運動組件均安裝在固定罩內部。將所有部件整成零件的形式，便于安裝使用，將各部件最有效化的利用，節(jié)約安裝空間。將此微型多軸聯(lián)動機床應用于加工工件時，可有效利用該機床運動的靈活性、小慣量，使得運動平穩(wěn)不震顫，加工精度高。
【專利說明】微型多軸聯(lián)動機床及其應用方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)控加工領域，具體涉及一種微型多軸聯(lián)動機床，還涉及該微型多軸聯(lián)動機床的應用方法。

【背景技術】
[0002]現(xiàn)有的用于焊接、雕刻、噴涂、搬運的加工設備，若需要在待加工的工件上進行精細處理時，如雕刻異型孔時，需要整個設備共同協(xié)作動作，整個設備動作時，慣量大，會引起機身產(chǎn)生很大的震動，造成加工不精確，甚至加工失敗。目前，加工工件上的精細部分時，一般采用的方法是，用加工設備加工到該工件需要進行精細加工的地方時，將加工設備停機，使用其他的小型設備或人工進行精細加工，操作繁瑣，效率低。
[0003]專利CN201310253859.9公開了一種六軸自由度機械手，包括依次連接的第一傳動機構、第二傳動機構、第三傳動機構、第四傳動機構、第五傳動機構、第六傳動機構，第六傳動機構傳動連接有機械手掌部分。該工業(yè)機器人靈活度高、控制精確，但是由于本身重，運動慣量大，很難產(chǎn)生流暢的運動軌跡。若用該工業(yè)機器人進行精細加工時，整個設備都需要通過數(shù)控系統(tǒng)的控制進行聯(lián)動，如此產(chǎn)生的慣量很大，而且該工業(yè)機器人若用于雕刻，也只能雕刻圓形孔，無法完成異型孔的雕刻。


【發(fā)明內容】

[0004]為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種可安裝在加工設備的運動末端的微型多軸聯(lián)動機床，還提出一種實現(xiàn)高精度加工的該微型多軸聯(lián)動機床的應用方法。
[0005]本發(fā)明為了實現(xiàn)上述目的，采用的技術解決方案是:
[0006]一種微型多軸聯(lián)動機床，包括固定罩、電主軸及用于帶動電主軸運動的多組運動組件，各組運動組件均分別包括支撐部件、滑動部件和驅動電機，所述各組運動組件依次連接，第一組運動組件的支撐部件和驅動電機固定于固定罩，最后一組運動組件的滑動部件安裝所述電主軸，相鄰兩組運動組件中的前面一組運動組件的支撐部件和驅動電機安裝于后面一組運動組件的滑動部件。各運動組件提供各方向運動的同時還起到對其他運動組件或電主軸的支承固定作用，將各運動組件最有效化的利用。
[0007]優(yōu)選的，所述運動組件為三組，三組運動組件分別用于實現(xiàn)電主軸X軸、Y軸、Z軸方向的運動。選擇該三組運動組件實現(xiàn)了電主軸在三維空間內的運動，且結構簡單。也可根據(jù)實際加工的需要增加或減少運動組件的數(shù)量。
[0008]如上所述的微型多軸聯(lián)動機床，所述固定罩上設有通孔，所述電主軸的一端安裝于所述最后一組運動組件，另一端從該通孔伸出。各組運動組件實現(xiàn)均安裝于固定罩內部，將電主軸及帶動電主軸在X、Y、Z方向運動的運動組件整合到一起，安裝到一個固定罩內，伸出固定罩的主軸對工件進行加工。整個設計簡單緊湊，將空間最大化的利用，將工件的體積減少到了最小。
[0009]為了防止加工產(chǎn)生的廢屑和灰塵等進入固定罩內的零件上，所述固定罩外表面與電主軸之間設有用于遮住所述通孔的防塵罩。
[0010]所述固定罩設有一個與X軸、Y軸、Z軸中任意兩個軸所構成的平面平行的校準面。此校準面可以為固定罩的頂面，可以為其側面。由此，小機床外型的校準面與X、Y、Z中一個方向垂直，從而該校準面也和自身的X、Y、Z平行或者垂直，使用時，若把機床的校準面X方向用百分表打平，這時候機床行程的X行走方向和這個打平的方向是平行的，Y、z同樣如此。這樣，在某些領域使用這個小機床，優(yōu)良的安裝后，x、Y、z坐標體系也就確定下來了。
[0011]本發(fā)明還公開了一種微型多軸聯(lián)動機床的應用方法，該方法包括以下步驟:
[0012](I)將所述微型多軸聯(lián)動機床安裝到加工設備上；
[0013](2)所述加工設備帶動微型多軸聯(lián)動機床運動到一定的姿態(tài)和位置；
[0014](3)在步驟(2)所述的姿態(tài)和位置下，所述微型多軸聯(lián)動機床由數(shù)控系統(tǒng)控制實現(xiàn)對其行程覆蓋區(qū)域內的工件的加工。
[0015]該應用方法實現(xiàn)了小慣量體系附加到大慣量體系中，使得加工設備不僅在原有的基礎上增加了 3個自由度，而且在使用時，可先大體定位加工之后，用微型多軸聯(lián)動機床進行細微的加工，相比較原來的用加工設備整機加工，慣量減少，震動也大大減輕，加工精度更高，且無須更換設備或人工加工，效率大大提高。
[0016]具體地，所述加工設備為工業(yè)機器人或挖掘機或腳手架或數(shù)控機床。工業(yè)機器人、數(shù)控機床等是常用的進行工件加工的設備，安裝有微型多軸聯(lián)動機床的工業(yè)機器人、數(shù)控機床的功能將更加強大、加工效果將更加精細，若用于雕刻，也可輕松實現(xiàn)異形孔的雕刻。挖掘機上也可設置該微型多軸聯(lián)動機床，將該微型多軸聯(lián)動機床與挖掘機之類的工程機械配合，利用挖掘機類的工程機械的自身可連續(xù)移動且運動到相應位置后可長時間保持此位置，附加有微型多軸聯(lián)動機床的挖掘機可實現(xiàn)對工件的加工。而腳手架上安裝微型多軸聯(lián)動機床，該微型多軸聯(lián)動機床可為一個或多個，使得實現(xiàn)更大工作空間和方便更多微型多軸聯(lián)動機床同時協(xié)同合作變?yōu)榭赡堋?br> [0017]所述步驟(I)中，優(yōu)選的，將所述微型多軸聯(lián)動機床安裝到工業(yè)機器人的運動末端的其中一種方式為通過將微型多軸聯(lián)動機床的X、Y、Z坐標系分別與工業(yè)機器人運動末端的X、Y、Z坐標系相對應進行安裝。另一種方式為采用現(xiàn)有技術中的標定方法進行安裝。采用上述方法將微型多軸聯(lián)動機床安裝到工業(yè)機器人上后，微型多軸聯(lián)動機床和工業(yè)機器人的坐標系結合為一體，通過數(shù)控系統(tǒng)的控制，可以實現(xiàn)聯(lián)動。
[0018]優(yōu)選的，所述加工設備為挖掘機或腳手架時，為了實現(xiàn)對微型多軸聯(lián)動機床的數(shù)控控制，所述步驟(2)和(3)之間還包括在工件和微型多軸聯(lián)動機床上貼上若干標志點并用照相式測量系統(tǒng)確定工件坐標系的步驟，可根據(jù)該確定的工件坐標系進行數(shù)控編碼，實現(xiàn)自動化加工。同時若由加工設備帶動微型多軸聯(lián)動機床改變姿態(tài)和位置對工件進行加工時，需要在工件被加工完的區(qū)域上貼上新的若干標志點，并將該新的標志點納入工件坐標系，以便于保持初始的工件坐標系不變。
[0019]本發(fā)明能夠產(chǎn)生的有益效果:本發(fā)明提供的微型多軸聯(lián)動機床結構簡單，設計成零部件的結構形式，各運動組件提供各方向運動的同時還起到對其他運動組件或電主軸的支承固定作用，將各部件最有效化的利用，同時也將固定罩內空間最大化的利用，有效減少了體積；將此微型多軸聯(lián)動機床應用到加工設備，在加工工件時，可實現(xiàn)加工設備中只有微型多軸聯(lián)動機床動，慣性小，運動平穩(wěn)不震顫，提高加工的精度，且無須頻繁更換零部件或頻繁更換加工設備。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]附圖1為微型多軸聯(lián)動機床的結構示意圖。
[0021]附圖2為微型多軸聯(lián)動機床的結構示意圖。
[0022]附圖3為微型多軸聯(lián)動機床的結構示意圖。
[0023]附圖4為工業(yè)機器人的結構示意圖。
[0024]附圖5為挖掘機的結構示意圖。
[0025]附圖6為腳手架的結構示意圖。
[0026]其中:1、固定罩；2、電主軸；3、X軸運動組件；31、X軸支撐部件；32、X軸滑動部件；33,X軸驅動電機；4、Y軸運動組件；41、Υ軸支撐部件；42、Υ軸滑動部件；43、Υ軸驅動電機；5、Z軸運動組件；51、Z軸支撐部件；52、Z軸滑動部件；53、Z軸驅動電機；6、防塵罩；7、微型多軸聯(lián)動機床；8、工件；9、工業(yè)機器人；10、外部轉臺；11、挖掘機；12、鏟斗；13、腳手架；14、通孔；15、校準面。

【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細的說明。
[0028]實施例1
[0029]如圖1?3所示的微型多軸聯(lián)動機床，包括固定罩1、電主軸2及用于帶動電主軸2運動的多組運動組件，各組運動組件均分別包括支撐部件、滑動部件和驅動電機。所述各組運動組件由上至下依次連接(參照圖1所示的上下方向)，位于最上方的運動組件的支撐部件和驅動電機固定于固定罩，位于最下方的運動組件的滑動部件安裝所述電主軸2，相鄰兩組運動組件中的位于下方的運動組件的支撐部件和驅動電機安裝于位于上方的運動組件的滑動部件。
[0030]優(yōu)選的，所述運動組件為三組，三組運動組件分別用于實現(xiàn)電主軸X軸、Y軸、Z軸方向的運動。也可根據(jù)實際加工的需要增加或減少運動組件的數(shù)量，原理相同，具體不再贅述。三組運動組件分別為X軸運動組件3、Y軸運動組件4、Z軸運動組件5。
[0031]各組運動組件均安裝于固定罩I內部，固定罩I上設有通孔14，電主軸2的一端安裝于固定罩I內部，另一端從該通孔14伸出。為了防止加工產(chǎn)生的廢屑和灰塵等進入固定罩內的零件上，固定罩I外表面與電主軸2之間設有用于遮住所述通孔14的防塵罩6，如圖3所示。同時，固定罩I設有一個與X軸、Y軸、Z軸中任意兩個軸所構成的平面平行的校準面15。
[0032]三組運動組件的安裝方式可以任意的組合安裝，其中一種方式如圖1?3所示:Ζ軸運動組件5安裝在固定罩I的內壁上，X軸運動組件3安裝在Z軸運動組件5上，Y軸運動組件4安裝在X軸運動組件3上，電主軸2安裝在Y軸運動組件4上。還可以將X軸運動組件3安裝在固定罩I內壁上，Y軸運動組件4安裝在X軸運動組件3上，Z軸運動組件5安裝在Y軸運動組件4上，電主軸2安裝在Z軸運動組件5上，等等，共有6種組合形式，可以根據(jù)實際的需要進行選擇，原理相同，不再贅述。
[0033]三組運動組件分別包括滑動部件、支撐部件及驅動滑動部件沿支撐部件直線運動的電機。其中X軸運動組件3包括X軸支撐部件31、X軸滑動部件32、X軸驅動電機33，Y軸運動組件4包括Y軸支撐部件41、Y軸滑動部件42、Y軸驅動電機43，Z軸運動組件5包括Z軸支撐部件51、Z軸滑動部件52、Z軸驅動電機53。動作時，以上段中所述的第一種三組運動組件的安裝方式(圖1?3所示)為例，Z軸驅動電機53驅動Z軸滑動部件52帶動X軸運動組件3、Y軸運動組件4、電主軸2沿Z軸支撐部件51實現(xiàn)微型多軸聯(lián)動機床的Z軸方向運動，X軸驅動電機33驅動X軸滑動部件32帶動Y軸運動組件4、電主軸2沿X軸支撐部件31實現(xiàn)微型多軸聯(lián)動機床的X軸方向運動，Y軸驅動電機43驅動Y軸滑動部件42帶動電主軸2沿Y軸支撐部件41實現(xiàn)微型多軸聯(lián)動機床的Y軸方向運動。
[0034]本實施例還公開了一種微型多軸聯(lián)動機床的應用方法，該方法包括以下步驟:
[0035](I)將所述微型多軸聯(lián)動機床7安裝到加工設備上；
[0036](2)所述加工設備帶動微型多軸聯(lián)動機床7運動到一定的姿態(tài)和位置；
[0037](3)在步驟⑵所述的姿態(tài)和位置下，所述微型多軸聯(lián)動機床7由數(shù)控系統(tǒng)控制實現(xiàn)對其行程覆蓋區(qū)域內的工件8的加工。
[0038]該加工設備為工業(yè)機器人9，微型多軸聯(lián)動機床7安裝在工業(yè)機器人9的運動末端，如圖4所示。該加工設備也可以為挖掘機11或腳手架13或數(shù)控機床。其中數(shù)控機床的原理與工業(yè)機器人9的原理相同，具體不再贅述。
[0039]將所述微型多軸聯(lián)動機床7安裝到工業(yè)機器人9的運動末端可通過將微型多軸聯(lián)動機床7的X、Y、Z坐標系分別與工業(yè)機器人9運動末端的X、Y、Z坐標系相對應實現(xiàn)。該方法較為簡單，兩者的坐標系相對應，有利于工業(yè)機器人9、微型多軸聯(lián)動機床7利用工業(yè)機器人9的數(shù)控系統(tǒng)進行控制時進行編程，提高控制的精度。也可以通過標定方法進行安裝，工業(yè)機器人9重新標定，用角關節(jié)坐標系和重新標定的信息得到比現(xiàn)有工業(yè)機器人9更高的定位精度，微型多軸聯(lián)動機床7附加到工業(yè)機器人9時統(tǒng)一做標定處理，數(shù)控控制的精度更高，使得雖增加了運動的軸數(shù)，但反而可以得到更快的運動速度和更好的全空間精度。
[0040]將微型多軸聯(lián)動機床7安裝于工業(yè)機器人9上進行應用時，還可包括外部轉臺10帶動工件8旋轉到一定位置的輔助動作。
[0041]如圖4所示的工業(yè)機器人9具體為六軸自由度機械手，將微型多軸聯(lián)動機床7附加到該工業(yè)機器人9上后，可以得到6軸加3軸的運動方式，再配合外部轉臺的旋轉軸，共計10個軸。使用的時候，外部轉臺10將工件8旋轉到合適的位置停下，工業(yè)機器人9帶著微型多軸聯(lián)動機床7運動到合適的姿態(tài)和位置也停下來定位，然后微型多軸聯(lián)動機床7在此姿態(tài)和位置下，把行程所覆蓋的區(qū)域做高速高精度的加工，然后重復這個過程，這樣可以得到機器人和外部轉臺10配合下的大空間全姿態(tài)下的高精度加工。運動控制上，微型多軸聯(lián)動機床的3軸聯(lián)動和工業(yè)機器人的6軸聯(lián)動用軟件配合起來，可以形成9軸聯(lián)動甚至10軸聯(lián)動，這樣就可以實現(xiàn)在大空間的聯(lián)動加工。
[0042]實施例2
[0043]與實施例1的區(qū)別在于，本實施例公開的運動末端設置微型多軸聯(lián)動機床7的加工設備為挖掘機11，如圖5所示。微型多軸聯(lián)動機床7固定在加工設備的鏟斗12上。
[0044]微型多軸聯(lián)動機床與挖掘機之類的工程機械配合，這些設備自身不能提供空間坐標位置和姿態(tài)。此種情況小機床與之配合的時候，需要借助非接觸測量設備來確定工件與小機床的準確位置關系。具體的做法是，首次用挖掘機11把固定在鏟斗12上的微型多軸聯(lián)動機床7擺到第一個認為比較合適的位置，位置的選擇用人眼睛來確定，位置和姿態(tài)大致合理就行。然后把工件8和微型多軸聯(lián)動機床7都貼上標志點，用照相式測量系統(tǒng)確定工件坐標系和微型多軸聯(lián)動機床7相對這個坐標系的位置關系。然后針對這個位置關系來做數(shù)控編程，完成此位置關系下的所有加工。此過程完成后必然破壞部分工件8上的標志點，因此若需要加工設備帶動微型多軸聯(lián)動機床7行走到下一個加工區(qū)域進行加工，需要在上一個加工后的區(qū)域補上足夠合理位置的標志點，之后用照相式測量系統(tǒng)重新測量工件與機床的位置關系，同時也把新貼上的標志點納入坐標體系。這時候雖然丟失一部分之前的標志點，但是又引入新的標志點，可以實現(xiàn)用軟件保持與初始的工件坐標系統(tǒng)一，從而實現(xiàn)整個工程能多次加工甚至多個小機床共同加工同一工件。其中該照相式測量系統(tǒng)可采用現(xiàn)有的照相式測量系統(tǒng)即可，如TRITOP非接觸式光學量測系統(tǒng)或AICON攝影測量系統(tǒng)以及國內類似系統(tǒng)。使用過程中，也可同時利用外部轉臺輔助工件轉動調整工件的位置。
[0045]實施例3
[0046]與實施例1的區(qū)別在于，本實施例公開的運動末端設置微型多軸聯(lián)動機床7的加工設備為腳手架13，如圖6所示。
[0047]具體應用時，包括以下步驟:(I)在工件8周圍搭置腳手架，把微型多軸聯(lián)動機床7以一定姿態(tài)安裝在腳手架13上；(2)把工件8和微型多軸聯(lián)動機床7上都貼上若干個標志點，用照相式測量系統(tǒng)確定工件坐標系；(3)用照相式測量系統(tǒng)確定微型多軸聯(lián)動機床7相對工件8的位置關系，針對該位置關系進行數(shù)控編程，根據(jù)數(shù)控編程完成對此位置關系下的加工；(4)在工件8加工完的區(qū)域補充上若干個標志點，將新標志點納入步驟(2)所述工件坐標系以保持初始的工件坐標系不變，將微型多軸聯(lián)動機床7以另一姿態(tài)安裝在腳手架13上，再進行上述步驟(3) ；(5)重復步驟(4)直到完成整個工件8的加工。其中該照相式測量系統(tǒng)可采用現(xiàn)有的照相式測量系統(tǒng)即可，如TRITOP非接觸式光學量測系統(tǒng)或AICON攝影測量系統(tǒng)以及國內類似系統(tǒng)。腳手架13上安裝一個或多個微型多軸聯(lián)動機床7。
[0048]使用過程中，也可同時利用外部轉臺輔助工件轉動調整工件的位置。
[0049]小機床與腳手架配合使用。區(qū)別于工程機械之類的可自動運動系統(tǒng)帶小機床的方式。腳手架是此方法實現(xiàn)更大加工空間和更多小機床同時協(xié)同工作變?yōu)榭赡?。這種配合方式是在要加工工件周圍搭置合適的腳手架，然后把小機床合適的姿態(tài)安裝在腳手架上。位置和姿態(tài)靠人眼睛大致確定。然后仍使用照相式測量系統(tǒng)確定工件和微型多軸聯(lián)動機床姿態(tài)并在后續(xù)的改變機床姿態(tài)時候保持初始的坐標系持續(xù)傳遞下去以完成整個大工件的加工。此方法可以用多個小機床同時在不同的姿態(tài)下加工同一個大工件。
[0050]當然，上述說明并非是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本【技術領域】的技術人員在本發(fā)明的實質范圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也應屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種微型多軸聯(lián)動機床，包括固定罩、電主軸及用于帶動電主軸運動的多組運動組件，各組運動組件均分別包括支撐部件、滑動部件和驅動電機，其特征在于:所述各組運動組件依次連接，第一組運動組件的支撐部件和驅動電機固定于固定罩，最后一組運動組件的滑動部件安裝所述電主軸，相鄰兩組運動組件中的前面一組運動組件的支撐部件和驅動電機安裝于后面一組運動組件的滑動部件。
2.根據(jù)權利要求1所述微型多軸聯(lián)動機床，其特征在于:所述運動組件為三組，三組運動組件分別用于實現(xiàn)電主軸X軸、Y軸、Z軸方向的運動。
3.根據(jù)權利要求1或2所述微型多軸聯(lián)動機床，其特征在于:所述固定罩上設有通孔，所述電主軸的一端安裝于所述最后一組運動組件，另一端從該通孔伸出。
4.根據(jù)權利要求3所述微型多軸聯(lián)動機床,其特征在于:所述固定罩外表面與電主軸之間設有用于遮住所述通孔的防塵罩。
5.根據(jù)權利要求2所述微型多軸聯(lián)動機床，其特征在于:所述固定罩設有一個與X軸、Y軸、Z軸中任意兩個軸所構成的平面平行的校準面。
6.—種如權利要求1?5任一所述的微型多軸聯(lián)動機床的應用方法,其特征在于:該方法包括以下步驟: (1)將所述微型多軸聯(lián)動機床安裝到加工設備上； (2)所述加工設備帶動微型多軸聯(lián)動機床運動到一定的姿態(tài)和位置； (3)在步驟(2)所述的姿態(tài)和位置下，所述微型多軸聯(lián)動機床由數(shù)控系統(tǒng)控制實現(xiàn)對其行程覆蓋區(qū)域內的工件的加工。
7.根據(jù)權利要求6所述的微型多軸聯(lián)動機床的應用方法，其特征在于:所述加工設備為工業(yè)機器人或挖掘機或腳手架或數(shù)控機床。
8.根據(jù)權利要求7所述的微型多軸聯(lián)動機床的應用方法，其特征在于:所述步驟(I)中，通過將微型多軸聯(lián)動機床的X、Y、Z坐標系分別與工業(yè)機器人運動末端的X、Y、Z坐標系相對應或通過標定方法實現(xiàn)微型多軸聯(lián)動機床的安裝。
9.根據(jù)權利要求7所述的微型多軸聯(lián)動機床的應用方法，其特征在于:所述加工設備為挖掘機或腳手架時，所述步驟(2)和(3)之間還包括在工件和微型多軸聯(lián)動機床上貼上若干標志點并用照相式測量系統(tǒng)確定工件坐標系的步驟。
【文檔編號】B23Q11/08GK104385061SQ201410515597
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年9月29日 優(yōu)先權日:2014年9月29日
【發(fā)明者】李遠強, 于浩源 申請人:青島科捷自動化設備有限公司