CN109623439B - 一种四轴联动式数控加工中心及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种四轴联动式数控加工中心及其工作方法。本发明的技术方案为：由加工舱、刀具承载架、刀具控制器、刀具更换机、刀具更换控制台、加工控制柜和加工机构组成，加工机构是由加工承载台、Y轴移动轨道台、Y轴移动架、X轴移动支撑台、X轴移动轨道台、Z轴加工机构、伸缩机和多个物料承载固定架组成，加工承载台是由废料收集槽、废料翻转器和废料回收板组成；该设备换刀操作和加工操作形成两个独立的控制，避免单独的控制单元产生误操作，方便维护和检修，从而让四轴联动式的数控加工更加精确，多个物料承载固定架能够实现物料固定和位置调整，可以将加工后的废料进行集中，保证加工空间内部作业环境，提高了加工产品的质量。

Description

一种四轴联动式数控加工中心及其工作方法

技术领域

本发明涉及机械加工领域，尤其涉及一种四轴联动式数控加工中心及其工作方法。

背景技术

机械制造业在国家行业中处于基础性地位，它同时也是一个国家的支柱型行业，能在 很大程度上影响国民经济的发展。在长期的经济建设中，我国的机械制造行业取得了显著 的成绩，但不可否认的是，它在发展过程中同时也暴露出一些问题，对任何一个国家来说， 机械制造业水平都会对该国的经济建设产生重要影响，我国自然也不例外，我国机械制造 业水平能够在一定程度上体现我国经济建设的整体水平，因此可以毫不夸张地说，机械制 造业为国家发展提供重要保障，同时它也是判断国家建设水平的重要标准之一；随着科技 的不断发展和进步，一些更高效的、更智能的高科技机械加工设备越来越受到企业的青睐 和认可，其中，四轴联动加工中心是数控铣床或雕刻机控制***中常用到的一种高尖端机 加工设备，但是目前市面上已有的四轴联动加工中心的工作模式都大同小异，只是用来对 零部件进行加工和输出的机械设备，虽然在加工方面非常优秀，但是也暴露了许多问题， 如四轴联动刀具需要人工进行更换，无形当中增加了风险，很容易对操作人员的人身安全 构成伤害，废料的处理不当导致加工中心内部作业环境的恶劣，对残余碎屑不便于清理也 容易影响加工中心内部其他部件的运行等诸多弊端，并且对待加工物料的固定模式也很单 一，不能根据加工产品的型号来调整固定装置的结构，缺少了加工的多样性，此外，对于 整个加工设备的移动和互相之间的传动也收到了局限，使得加工精确度无法得到保证，需 要对加工中心进行全面的剖析和升级，来使得四轴联动加工作业更精确，解决和改善现有 技术条件内的缺失才是根本问题。

发明内容

本发明的目的是提供了一种带有多个物料承载固定架能够实现物料固定和位置调整， 并且可以将加工后的废料进行集中，进而保证加工空间内部作业环境，以及采用自动换刀 设备来实现不同规格刀具的交替更换，使得换刀操作和加工操作形成两个独立的控制，避 免单独的控制单元产生的误操作，方便维护和检修，从而让四轴联动式的数控加工更加精 确的四轴联动式数控加工中心以及整体运转的工作方法。

本发明的技术方案为：一种四轴联动式数控加工中心及其工作方法，其特征在于：由 加工舱、刀具承载架、刀具控制器、刀具更换机、刀具更换控制台、加工控制柜和加工机构组成，所述刀具承载架位于加工舱上部的一侧，所述刀具承载架与加工舱为固定连接，所述刀具控制器位于加工舱的内部一侧，并且位于靠近刀具承载架的位置处，所述刀具控制器与加工舱为固定连接，所述刀具更换机位于加工舱内部的刀具控制器的一侧，所述刀具更换机与刀具控制器为固定连接，所述刀具更换控制台位于刀具承载架的一侧，所述刀具更换控制台带有连接线路的一端穿过加工舱与刀具控制器为固定连接，所述加工控制柜位于加工舱的一侧，所述加工控制柜与加工舱为固定连接，所述加工机构位于加工舱的内部，所述加工机构与加工舱为固定连接。

进一步，所述加工舱上还设有两个舱门、护网和散热风机，所述两个舱门位于加工舱 的同一侧，所述两个舱门均与加工舱为固定连接，所述护网位于加工舱上部的中间位置处， 所述护网与加工舱为固定连接，所述散热风机位于加工舱的另一侧，所述散热风机与加工 舱为固定连接，所述两个舱门均为轨道式透明钢化玻璃拉门，所述护网为双层交错式铁网。

进一步，所述刀具更换机为吊装自动旋转式刀具更换装置。

进一步，所述加工机构是由加工承载台、Y轴移动轨道台、Y轴移动架、X轴移动支撑台、X轴移动轨道台、Z轴加工机构、伸缩机和多个物料承载固定架组成，所述加工承载台 位于加工舱的内侧的底部，所述加工承载台与加工舱为固定连接，所述Y轴移动轨道台位 于加工承载台的上部，所述Y轴移动轨道台与加工承载台为固定连接，所述Y轴移动架位 于Y轴移动轨道台的上部，所述Y轴移动架与Y轴移动轨道台为活动连接，所述X轴移动 支撑台位于Y轴移动架的一侧，所述X轴移动支撑台与Y轴移动架为固定连接，所述Y轴 移动架上还设有两个Y轴移动传动装置，所述两个Y轴移动传动装置分别位于Y轴移动架 的两侧，任意所述Y轴移动传动装置的一端与Y轴移动架为固定连接，所述Y轴移动传动 装置的另一端与加工承载台为固定连接，所述X轴移动轨道台位于Y轴移动架的上部，所 述X轴移动轨道台与Y轴移动架为固定连接，所述X轴移动轨道台上还设有X轴移动传动 装置，所述X轴移动传动装置的一端与X轴移动轨道台为固定连接，所述X轴移动传动装 置的另一端与Z轴加工机构为固定连接，所述Z轴加工机构位于X轴移动轨道台的上部， 所述Z轴加工机构与X轴移动轨道台为活动连接，所述伸缩机位于Z轴加工机构的一侧， 并且所述伸缩机位于加工舱的外部，所述伸缩机与地面为固定连接，所述伸缩机上还设有Z 轴移动传动带，所述Z轴移动传动带位于伸缩机的上部，所述Z轴移动传动带的一端与伸 缩机为固定连接，所述Z轴移动传动带的另一端穿过加工舱与Z轴加工机构为固定连接， 所述多个物料承载固定架按照相同的间隔距离均匀分布在加工承载台的中部，所述多个物 料承载固定架均与加工承载台为固定连接，所述两个Y轴移动传动装置和X轴移动传动装 置均为伺服电机驱动式传动链，所述X轴移动轨道台为双圆管卡轮式轨道架，所述伸缩机 为带有轨道的可移动式自动液压升降装置。

再进一步，所述加工承载台是由废料收集槽、废料翻转器和废料回收板组成，所述废 料翻转器位于废料收集槽的内侧底部，所述废料翻转器与废料收集槽为固定连接，所述废 料回收板位于废料翻转器的下部，所述废料回收板与废料收集槽为固定连接，所述废料回 收板上还设有废料收集盒，所述废料收集盒位于废料回收板的内部，所述废料收集盒与废 料回收板为活动连接。

再进一步，所述废料收集槽呈锥形，所述废料翻转器为螺旋式交错旋转机，所述废料 回收板为梯形斜面结构，所述废料收集盒为抽拉式不锈钢盒。

再进一步，所述Z轴加工机构是由X轴移动支撑台、Z轴加工支撑架、Z轴移动轨道、限位板、Z轴加工移动台和刀具旋转固定器组成，所述X轴移动支撑台位于X轴移动传动装置的上部，所述X轴移动支撑台与X轴移动传动装置为活动连接，所述Z轴加工支撑架位 于X轴移动支撑台的上部，所述Z轴加工支撑架与X轴移动支撑台为固定连接，所述Z轴 移动轨道位于Z轴加工支撑架的一侧，所述Z轴移动轨道与Z轴加工支撑架为固定连接， 所述限位板位于Z轴移动轨道的上部，所述限位板与Z轴加工支撑架为固定连接，所述Z 轴加工移动台位于Z轴移动轨道的一侧，所述Z轴加工移动台与Z轴移动轨道为活动连接， 所述刀具旋转固定器位于Z轴加工移动台的一侧，所述刀具旋转固定器与Z轴加工移动台 为固定连接。

再进一步，所述X轴移动支撑台为底部带有凹形定向轮的行走车，所述Z轴移动轨道 为齿轮式双排轨道，所述Z轴加工移动台为液压式齿轮咬合升降台。

再进一步，任意所述物料承载固定架是由轨道和两个物料承载支撑架组成，所述轨道 位于加工承载台的中部，所述轨道与加工承载台为固定连接，所述两个物料承载支撑架垂 直位于轨道的上部，所述两个物料承载支撑架均与轨道为活动连接，任意所述物料承载支 撑架上还设有移动滑块和物料固定器，所述移动滑块位于物料承载支撑架的下部，所述移 动滑块的一端与物料承载支撑架为固定连接，所述移动滑块的另一端与轨道为活动连接， 所述物料固定器位于物料承载支撑架的上部，所述物料固定器与物料承载支撑架为固定连 接，所述移动滑块呈回字形，所述物料固定器为可更换式的卡装物料固定装置。

进一步，四轴联动式数控加工中心的工作方法：

步骤一：加工产品的固定；操作人员打开舱门，将待加工产品放到物料承载固定架上， 该物料承载固定架有多个，这些物料承载固定架按照相同的间隔距离均匀分布在加工承载 台的中部，并且每个物料承载固定架是由轨道和两个物料承载支撑架组成，而每个物料承 载支撑架的底部还设有移动滑块，并采用回字形结构设计，它可以包裹轨道，操作人员可 以随意在轨道上移动物料承载支撑架，而每个物料承载支撑架的上部都设有一个物料固定 器，该物料固定器采用可更换式的卡装物料固定装置，操作人员可以根据加工产品型号的 不同，自行更换物料固定器来满足待加工产品的规格和形状，用于卡装固定，操作人员可 以一次夹装多种不同的待加工产品，并且可以将物料承载支撑架在轨道上进行移动调节， 以适应待加工产品的尺寸大小；

步骤二：刀具的检查和添加补充；接着，操作人员打开刀具承载架，根据需要加工的 产品，来检查其内部的刀具配备情况，如果需要更换，可以自行进行更换和调配，而刀具承载架中的刀具可以利用刀具更换机进行提取，整个操作是通过刀具控制器来完成，操作人员只需在刀具更换控制台中编辑需要调配的刀具的信号和顺序，通过操作刀具更换控制台即可完成刀具更换机对刀具承载架的操作控制；

步骤三：四轴联动加工；然后，操作人员通过加工舱一侧的加工控制柜来完成整个加 工机构对物料承载固定架上的产品的加工；其中，整个Y轴移动架是利用两侧的Y轴移动传动装置来完成在Y轴移动轨道台上进行的Y轴方向的水平移动，这两个Y轴移动传动装 置均采用伺服电机驱动式传动链，移动更加平稳和精确，而Y轴移动架上部的X轴移动轨 道台则是采用双圆管卡轮式轨道架，在该X轴移动轨道台上行走的装置是一个X轴移动支 撑台，它采用底部带有凹形定向轮的行走车，底部带有的凹形定向轮被夹装在X轴移动轨 道台的两个圆管之间，保证了行走轨迹的稳定，由于整个Z轴加工机构的重量比较大，在 进行整体移动的时候，也是为了防止X轴移动支撑台从X轴移动轨道台上脱落，起到一个 固定的作用，X轴移动支撑台是利用其一侧的X轴移动传动装置来完成在X轴移动轨道台上 进行的X轴方向的水平移动，为了保证行走轨迹的稳定，该X轴移动传动装置同样采用伺 服电机驱动式传动链，在X轴移动支撑台上还设有Z轴加工支撑架、Z轴移动轨道、限位板、 Z轴加工移动台和刀具旋转固定器，其中，Z轴加工移动台被安装在Z轴加工支撑架一侧的 Z轴移动轨道上，在伸缩机的驱动下，通过Z轴移动传动带来驱动Z轴加工移动台在Z轴移 动轨道上进行上下移动，当伸缩机进行提升作业时，Z轴移动传动带就会被提升，而Z轴移 动传动带相应的另一端就会下降，进而带动Z轴加工移动台的下降，反之，当伸缩机进行 收缩作业时，Z轴移动传动带就会被下拉，而Z轴移动传动带相应的另一端就会提升，进而 带动Z轴加工移动台的上升，此外，由于Z轴移动轨道和Z轴加工移动台均采用齿轮互相 咬合的结构，所以能够使得Z轴加工移动台停留在特定的高度上，此外，伸缩机采用带有 轨道的可移动式自动液压升降装置，可以随着整个Z轴加工机构在X轴方向上的水平移动， 在Z轴移动轨道的顶端位置处装有一个限位板，它用于防止Z轴加工支撑架从Z轴移动轨 道中顶出发生的脱落现象，以上的操作完成了X轴、Y轴、Z轴方向的移动，而刀具旋转固 定器用于夹装刀具，来对待加工产品进行旋转加工，从而完成四轴联动加工；

步骤四：加工碎屑废料的清理；整个的四轴联动加工设备都被固定在加工承载台的上 部，而加工承载台主要是由废料收集槽、废料翻转器和废料回收板组成，在整体四轴联动 对产品进行加工作业的时候，会产生大量的金属碎屑，而这些碎屑则会掉落到废料收集槽 中，该废料收集槽采用锥形结构设计，使得加工当中所产生的金属碎屑沿着坡道滑落到废 料收集槽的底部，由于加工产品的规格多种多样，其产生的加工碎屑的形状也不相同，尤 其是一些卷式碎屑很容易发生缠绕，并且这些金属碎屑的集中很容易粘连，久而久之在废 料收集槽的底部发生囤积和堵塞，为了避免这一现象的发生，在废料收集槽的底部还设有 一个废料翻转器，该废料翻转器采用螺旋式交错旋转机，这样可以使得这些金属碎屑进行 搅拌分散和翻转输送，使得这些金属碎屑翻转到废料翻转器下部的废料回收板中，该废料 回收板采用梯形斜面结构设计，翻转后的金属碎屑会沿着坡道滑落到废料收集盒中，操作 人员只需抽拉该废料收集盒对金属碎屑进行提取即可，节省了人工清理所需要的大量时间， 并且改善了加工舱内部的整体作业环境，避免因碎屑导致的加工影响；

步骤五：换刀操作；整个四轴联动加工可以根据需要加工的产品的规格、型号、大小 来对Z轴加工机构上的刀具旋转固定器进行更换，操作人员利用加工控制柜将整个Z轴加 工机构移动到带有刀具更换机的一侧，操作人员只需在刀具更换控制台中编辑需要调配的 刀具的信号和顺序，通过操作刀具更换控制台即可完成刀具更换机对Z轴加工机构上的刀 具旋转固定器进行刀具更换，待更换刀具完毕后，操作人员利用刀具更换控制台将刀具更 换机更换下来的刀具输送到刀具承载架中，从而完成刀具更换。

本发明的有益效果在于：该机构采用封闭式的结构设计，在加工舱顶部的空洞区域处 安装了一个采用双层交错式铁网的护网，用于防止加工机构进行工作时所产生的金属碎屑 的飞溅，保护了加工作业环境，并且还配有一个散热风机，用于对加工舱的内部进行通风； 整个加工操作以及刀具的更换全部在加工舱内部来完成，其中，刀具更换机采用吊装自动 旋转式刀具更换装置，操作人员只需向刀具承载架中添加加工机构所需的刀具，利用该刀 具更换机来对加工机构的加工设备进行刀具更换，即可完成不同规格型号的加工产品的刀 具交替，而加工机构用于部件的加工，使得换刀和加工形成两个独立的操控模式，操作更 加具体，避免误操作；操作人员可以根据加工产品型号的不同，自行更换物料固定器来满 足待加工产品的规格和形状，用于卡装固定，操作人员可以一次夹装多种不同的待加工产 品，并且可以将物料承载支撑架在轨道上进行移动调节，以适应待加工产品的尺寸大小； 此外，X、Y、Z三个轴向的移动传动装置均采用伺服电机驱动式传动链，移动更加平稳和精 确，其中的X轴移动轨道台则是采用双圆管卡轮式轨道架，在该X轴移动轨道台上行走的 装置是一个X轴移动支撑台，它采用底部带有凹形定向轮的行走车，底部带有的凹形定向 轮被夹装在X轴移动轨道台的两个圆管之间，保证了行走轨迹的稳定，由于整个Z轴加工 机构的重量比较大，在进行整体移动的时候，也是为了防止X轴移动支撑台从X轴移动轨道台上脱落，起到一个固定的作用，而Z轴移动轨道采用齿轮式双排轨道，Z轴加工移动台则是采用液压式齿轮咬合升降台，它们可以互相咬合，这种咬合结构，所以能够使得Z轴 加工移动台停留在特定的高度上，并且伸缩机采用带有轨道的可移动式自动液压升降装置，可以随着整个Z轴加工机构在X轴方向上的水平移动，在Z轴移动轨道的顶端位置处装有 一个限位板，它用于防止Z轴加工支撑架从Z轴移动轨道中顶出发生的脱落现象；废料收 集槽采用锥形结构设计，使得加工当中所产生的金属碎屑沿着坡道滑落到废料收集槽的底 部，由于加工产品的规格多种多样，其产生的加工碎屑的形状也不相同，尤其是一些卷式 碎屑很容易发生缠绕，并且这些金属碎屑的集中很容易粘连，久而久之在废料收集槽的底 部发生囤积和堵塞，为了避免这一现象的发生，在废料收集槽的底部还设有一个废料翻转 器，该废料翻转器采用螺旋式交错旋转机，这样可以使得这些金属碎屑进行搅拌分散和翻 转输送，使得这些金属碎屑翻转到废料翻转器下部的废料回收板中，该废料回收板采用梯 形斜面结构设计，翻转后的金属碎屑会沿着坡道滑落到废料收集盒中，操作人员只需抽拉 该废料收集盒对金属碎屑进行提取即可，节省了人工清理所需要的大量时间，并且改善了 加工舱内部的整体作业环境，避免因碎屑导致的加工影响；该设备整体结构复杂，操作简 单，采用自动换刀设备来实现不同规格刀具的交替更换，使得换刀操作和加工操作形成两 个独立的控制，避免单独的控制单元产生的误操作，方便维护和检修，从而让四轴联动式 的数控加工更加精确，并且配有多个物料承载固定架能够实现物料固定和位置调整，并且 可以将加工后的废料进行集中，进而保证加工空间内部作业环境，提高了四轴联动加工产 品的质量。

附图说明

图1为本发明的主视图。

图2为本发明的舱门开启结构示意图。

图3为本发明的加工中心内部结构示意图。

图4为本发明的加工机构结构示意图。

图5为本发明的加工承载台结构示意图。

图6为本发明的废料回收板结构示意图。

图7为本发明的物料承载固定架结构示意图。

其中：1、加工舱 2、舱门 3、护网

4、刀具承载架 5、刀具控制器 6、刀具更换机

7、刀具更换控制台 8、散热风机 9、加工控制柜

10、加工机构 11、加工承载台 12、废料收集槽

13、废料翻转器 14、废料回收板 15、废料收集盒

16、Y轴移动轨道台 17、Y轴移动架 18、X轴移动支撑台

19、Y轴移动传动装置 20、X轴移动传动装置 21、X轴移动轨道台

22、Z轴加工机构 23、另一X轴移动支撑台 24、Z轴加工支撑架

25、Z轴移动轨道 26、限位板 27、Z轴加工移动台

28、刀具旋转固定器 29、伸缩机 30、Z轴移动传动带

31、物料承载固定架 32、轨道 33、物料承载支撑架

34、移动滑块 35、物料固定器

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做出简要说明。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示一种四轴联动式数控加工中心及其工 作方法，其特征在于：由加工舱1、刀具承载架4、刀具控制器5、刀具更换机6、刀具更 换控制台7、加工控制柜9和加工机构10组成，所述加工舱1上还设有两个舱门2、护网3 和散热风机8，所述两个舱门2位于加工舱1的同一侧，所述两个舱门2均与加工舱1为固 定连接，所述护网3位于加工舱1上部的中间位置处，所述护网3与加工舱1为固定连接， 所述散热风机8位于加工舱1的另一侧，所述散热风机8与加工舱1为固定连接，所述刀 具承载架4位于加工舱1上部的一侧，所述刀具承载架4与加工舱1为固定连接，所述刀 具控制器5位于加工舱1的内部一侧，并且位于靠近刀具承载架4的位置处，所述刀具控 制器5与加工舱1为固定连接，所述刀具更换机6位于加工舱1内部的刀具控制器5的一 侧，所述刀具更换机6与刀具控制器5为固定连接，所述刀具更换控制台7位于刀具承载 架4的一侧，所述刀具更换控制台7带有连接线路的一端穿过加工舱1与刀具控制器5为 固定连接，所述加工控制柜9位于加工舱1的一侧，所述加工控制柜9与加工舱1为固定 连接，所述加工机构10位于加工舱1的内部，所述加工机构10与加工舱1为固定连接， 所述加工机构10是由加工承载台11、Y轴移动轨道台16、Y轴移动架17、X轴移动支撑台 18、X轴移动轨道台21、Z轴加工机构22、伸缩机29和多个物料承载固定架31组成，所 述加工承载台11位于加工舱1的内侧的底部，所述加工承载台11与加工舱1为固定连接， 所述加工承载台11是由废料收集槽12、废料翻转器13和废料回收板14组成，所述废料翻 转器13位于废料收集槽12的内侧底部，所述废料翻转器13与废料收集槽12为固定连接， 所述废料回收板14位于废料翻转器13的下部，所述废料回收板14与废料收集槽12为固 定连接，所述废料回收板14上还设有废料收集盒15，所述废料收集盒15位于废料回收板 14的内部，所述废料收集盒15与废料回收板14为活动连接，所述Y轴移动轨道台16位于 加工承载台11的上部，所述Y轴移动轨道台16与加工承载台11为固定连接，所述Y轴移 动架17位于Y轴移动轨道台16的上部，所述Y轴移动架17与Y轴移动轨道台16为活动 连接，所述X轴移动支撑台18位于Y轴移动架17的一侧，所述X轴移动支撑台18与Y轴移动架17为固定连接，所述Y轴移动架17上还设有两个Y轴移动传动装置19，所述两个 Y轴移动传动装置19分别位于Y轴移动架17的两侧，任意所述Y轴移动传动装置19的一 端与Y轴移动架17为固定连接，所述Y轴移动传动装置19的另一端与加工承载台11为固 定连接，所述X轴移动轨道台21位于Y轴移动架17的上部，所述X轴移动轨道台21与Y 轴移动架17为固定连接，所述X轴移动轨道台21上还设有X轴移动传动装置20，所述X 轴移动传动装置20的一端与X轴移动轨道台21为固定连接，所述X轴移动传动装置20的 另一端与Z轴加工机构22为固定连接，所述Z轴加工机构22位于X轴移动轨道台21的上 部，所述Z轴加工机构22与X轴移动轨道台21为活动连接，所述Z轴加工机构22是由X 轴移动支撑台23、Z轴加工支撑架24、Z轴移动轨道25、限位板26、Z轴加工移动台27和 刀具旋转固定器28组成，另一X轴移动支撑台23位于X轴移动传动装置20的上部，所述另一X轴移动支撑台23与X轴移动传动装置20为活动连接，所述Z轴加工支撑架24位于X轴 移动支撑台23的上部，所述Z轴加工支撑架24与所述另一X轴移动支撑台23为固定连接，所述Z 轴移动轨道25位于Z轴加工支撑架24的一侧，所述Z轴移动轨道25与Z轴加工支撑架24 为固定连接，所述限位板26位于Z轴移动轨道25的上部，所述限位板26与Z轴加工支撑 架24为固定连接，所述Z轴加工移动台27位于Z轴移动轨道25的一侧，所述Z轴加工移 动台27与Z轴移动轨道25为活动连接，所述刀具旋转固定器28位于Z轴加工移动台27 的一侧，所述刀具旋转固定器28与Z轴加工移动台27为固定连接，所述伸缩机29位于Z 轴加工机构22的一侧，并且所述伸缩机29位于加工舱1的外部，所述伸缩机29与地面为 固定连接，所述伸缩机29上还设有Z轴移动传动带30，所述Z轴移动传动带30位于伸缩 机29的上部，所述Z轴移动传动带30的一端与伸缩机29为固定连接，所述Z轴移动传动 带30的另一端穿过加工舱1与Z轴加工机构22为固定连接，所述多个物料承载固定架31 按照相同的间隔距离均匀分布在加工承载台11的中部，所述多个物料承载固定架31均与 加工承载台11为固定连接，任意所述物料承载固定架31是由轨道32和两个物料承载支撑 架33组成，所述轨道32位于加工承载台11的中部，所述轨道32与加工承载台11为固定 连接，所述两个物料承载支撑架33垂直位于轨道32的上部，所述两个物料承载支撑架33 均与轨道32为活动连接，任意所述物料承载支撑架33上还设有移动滑块34和物料固定器 35，所述移动滑块34位于物料承载支撑架33的下部，所述移动滑块34的一端与物料承载 支撑架33为固定连接，所述移动滑块34的另一端与轨道32为活动连接，所述物料固定器35位于物料承载支撑架33的上部，所述物料固定器35与物料承载支撑架33为固定连接。 所述两个舱门2均为轨道式透明钢化玻璃拉门。所述护网3为双层交错式铁网。所述刀具 更换机6为吊装自动旋转式刀具更换装置。所述废料收集槽12呈锥形。所述废料翻转器13 为螺旋式交错旋转机。所述废料回收板14为梯形斜面结构。所述废料收集盒15为抽拉式 不锈钢盒。所述两个Y轴移动传动装置19和X轴移动传动装置20均为伺服电机驱动式传 动链。所述X轴移动轨道台21为双圆管卡轮式轨道架。所述另一X轴移动支撑台23为底部带 有凹形定向轮的行走车。所述Z轴移动轨道25为齿轮式双排轨道。所述Z轴加工移动台27 为液压式齿轮咬合升降台。所述伸缩机29为带有轨道的可移动式自动液压升降装置。所述 移动滑块34呈回字形。所述物料固定器35为可更换式的卡装物料固定装置。

工作方式：该机构主要是由加工舱1、刀具承载架4、刀具控制器5、刀具更换机6、刀具更换控制台7、加工控制柜9和加工机构10组成，其中，刀具控制器5、刀具更换机6 和加工机构10全部位于加工舱1的内部，而刀具承载架4位于加工舱1的外部靠近刀具更 换机6的上部，这样便于操作人员对道具进行调配和更换，此外，两个舱门2均采用轨道 式透明钢化玻璃拉门，便于打开和关闭，其透明钢化玻璃材质也能够使得操作人员观察到 加工舱1的内部工作状态情况，护网3采用双层交错式铁网，它被安装在加工舱1顶部的 空洞区域处，该护网3用于防止加工机构10进行工作时所产生的金属碎屑的飞溅，保护了 加工作业环境，此外，在加工舱1的一侧还配有一个散热风机8，用于对加工舱1的内部进 行通风；整个加工操作以及刀具的更换全部在加工舱1内部来完成，其中，刀具更换机6 采用吊装自动旋转式刀具更换装置，操作人员只需向刀具承载架4中添加加工机构10所需 的刀具，利用该刀具更换机6来对加工机构10的加工设备进行刀具更换，即可完成不同规 格型号的加工产品的刀具交替，而加工机构10主要是由加工承载台11、Y轴移动轨道台16、 Y轴移动架17、X轴移动支撑台18、X轴移动轨道台21、Z轴加工机构22、伸缩机29和多 个物料承载固定架31组成，该加工机构10的整体用于部件的加工，使得换刀和加工形成 两个独立的操控模式，使得操作更加具体，避免误操作。

步骤一：加工产品的固定；首先，操作人员打开舱门2，将待加工产品放到物料承载固 定架31上，该物料承载固定架31有多个，这些物料承载固定架31按照相同的间隔距离均匀分布在加工承载台11的中部，并且每个物料承载固定架31是由轨道32和两个物料承载支撑架33组成，而每个物料承载支撑架33的底部还设有移动滑块34，该移动滑块34采用 回字形结构设计，它可以包裹轨道32，操作人员可以随意在轨道32上移动物料承载支撑架33，而每个物料承载支撑架33的上部都设有一个物料固定器35，该物料固定器35采用可 更换式的卡装物料固定装置，操作人员可以根据加工产品型号的不同，自行更换物料固定 器35来满足待加工产品的规格和形状，用于卡装固定，操作人员可以一次夹装多种不同的 待加工产品，并且可以将物料承载支撑架33在轨道32上进行移动调节，以适应待加工产 品的尺寸大小。

步骤二：刀具的检查和添加补充；接着，操作人员打开刀具承载架4，根据需要加工的 产品，来检查其内部的刀具配备情况，如果需要更换，可以自行进行更换和调配，而刀具承载架4中的刀具可以利用刀具更换机6进行提取，整个操作是通过刀具控制器5来完成，操作人员只需在刀具更换控制台7中编辑需要调配的刀具的信号和顺序，通过操作刀具更换控制台7即可完成刀具更换机6对刀具承载架4的操作控制。

步骤三：四轴联动加工；然后，操作人员通过加工舱1一侧的加工控制柜9来完成整个加工机构10对物料承载固定架31上的产品的加工；其中，整个Y轴移动架17是利用两 侧的Y轴移动传动装置19来完成在Y轴移动轨道台16上进行的Y轴方向的水平移动，这 两个Y轴移动传动装置19均采用伺服电机驱动式传动链，移动更加平稳和精确，而Y轴移 动架17上部的X轴移动轨道台21则是采用双圆管卡轮式轨道架，在该X轴移动轨道台21 上行走的装置是另一X轴移动支撑台23，它采用底部带有凹形定向轮的行走车，底部带有 的凹形定向轮被夹装在X轴移动轨道台21的两个圆管之间，保证了行走轨迹的稳定，由于 整个Z轴加工机构22的重量比较大，在进行整体移动的时候，也是为了防止X轴移动支撑 台23从X轴移动轨道台21上脱落，起到一个固定的作用，另一X轴移动支撑台23是利用其一 侧的X轴移动传动装置20来完成在X轴移动轨道台21上进行的X轴方向的水平移动，为 了保证行走轨迹的稳定，该X轴移动传动装置20同样采用伺服电机驱动式传动链，在X轴 移动支撑台23上还设有Z轴加工支撑架24、Z轴移动轨道25、限位板26、Z轴加工移动台 27和刀具旋转固定器28，其中，Z轴加工移动台27被安装在Z轴加工支撑架24一侧的Z 轴移动轨道25上，而Z轴移动轨道25采用齿轮式双排轨道，Z轴加工移动台27则是采用 液压式齿轮咬合升降台，它们可以互相咬合，在伸缩机29的驱动下，通过Z轴移动传动带 30来驱动Z轴加工移动台27在Z轴移动轨道25上进行上下移动，当伸缩机29进行提升作 业时，Z轴移动传动带30就会被提升，而Z轴移动传动带30相应的另一端就会下降，进而 带动Z轴加工移动台27的下降，反之，当伸缩机29进行收缩作业时，Z轴移动传动带30 就会被下拉，而Z轴移动传动带30相应的另一端就会提升，进而带动Z轴加工移动台27 的上升，此外，由于Z轴移动轨道25和Z轴加工移动台27均采用齿轮咬合结构，所以能 够使得Z轴加工移动台27停留在特定的高度上，此外，伸缩机29采用带有轨道的可移动 式自动液压升降装置，可以随着整个Z轴加工机构22在X轴方向上的水平移动，在Z轴移 动轨道25的顶端位置处装有一个限位板26，它用于防止Z轴加工支撑架27从Z轴移动轨 道25中顶出发生的脱落现象，以上的操作完成了X轴、Y轴、Z轴方向的移动，而刀具旋 转固定器28用于夹装刀具，来对待加工产品进行旋转加工，从而完成四轴联动加工。

步骤四：加工碎屑废料的清理；整个的四轴联动加工设备都被固定在加工承载台11的 上部，而加工承载台11主要是由废料收集槽12、废料翻转器13和废料回收板14组成，在 整体四轴联动对产品进行加工作业的时候，会产生大量的金属碎屑，而这些碎屑则会掉落 到废料收集槽12中，该废料收集槽12采用锥形结构设计，使得加工当中所产生的金属碎屑沿着坡道滑落到废料收集槽12的底部，由于加工产品的规格多种多样，其产生的加工碎屑的形状也不相同，尤其是一些卷式碎屑很容易发生缠绕，并且这些金属碎屑的集中很容易粘连，久而久之在废料收集槽12的底部发生囤积和堵塞，为了避免这一现象的发生，在废料收集槽12的底部还设有一个废料翻转器13，该废料翻转器13采用螺旋式交错旋转机，这样可以使得这些金属碎屑进行搅拌分散和翻转输送，使得这些金属碎屑翻转到废料翻转器13下部的废料回收板14中，该废料回收板14采用梯形斜面结构设计，翻转后的金属碎 屑会沿着坡道滑落到废料收集盒15中，操作人员只需抽拉该废料收集盒15对金属碎屑进 行提取即可，节省了人工清理所需要的大量时间，并且改善了加工舱1内部的整体作业环 境，避免因碎屑导致的加工影响。

步骤五：换刀操作；整个四轴联动加工可以根据需要加工的产品的规格、型号、大小 来对Z轴加工机构22上的刀具旋转固定器28进行更换，操作人员利用加工控制柜9将整个Z轴加工机构22移动到带有刀具更换机6的一侧，操作人员只需在刀具更换控制台7中 编辑需要调配的刀具的信号和顺序，通过操作刀具更换控制台7即可完成刀具更换机6对Z 轴加工机构22上的刀具旋转固定器28进行刀具更换，待更换刀具完毕后，操作人员利用 刀具更换控制台7将刀具更换机6更换下来的刀具输送到刀具承载架4中，从而完成刀具 更换。

该机构结构复杂，操作简单，采用自动换刀设备来实现不同规格刀具的交替更换，使 得换刀操作和加工操作形成两个独立的控制，避免单独的控制单元产生的误操作，方便维 护和检修，从而让四轴联动式的数控加工更加精确，并且配有多个物料承载固定架能够实 现物料固定和位置调整，并且可以将加工后的废料进行集中，进而保证加工空间内部作业 环境，提高了四轴联动加工产品的质量。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、 “后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顶部”、“底部”、“端部”等指示的 方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的， 而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例， 不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等， 均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (7)

1.一种四轴联动式数控加工中心，其特征在于：由加工舱、刀具承载架、刀具控制器、刀具更换机、刀具更换控制台、加工控制柜和加工机构组成，所述刀具承载架位于加工舱上部的一侧，所述刀具承载架与加工舱为固定连接，所述刀具控制器位于加工舱的内部一侧，并且位于靠近刀具承载架的位置处，所述刀具控制器与加工舱为固定连接，所述刀具更换机位于加工舱内部的刀具控制器的一侧，所述刀具更换机与刀具控制器为固定连接，所述刀具更换控制台位于刀具承载架的一侧，所述刀具更换控制台带有连接线路的一端穿过加工舱与刀具控制器为固定连接，所述加工控制柜位于加工舱的一侧，所述加工控制柜与加工舱为固定连接，所述加工机构位于加工舱的内部，所述加工机构与加工舱为固定连接；

所述加工舱上还设有两个舱门、护网和散热风机，所述两个舱门位于加工舱的同一侧，所述两个舱门均与加工舱为固定连接，所述护网位于加工舱上部的中间位置处，所述护网与加工舱为固定连接，所述散热风机位于加工舱的另一侧，所述散热风机与加工舱为固定连接，所述两个舱门均为轨道式透明钢化玻璃拉门，所述护网为双层交错式铁网；

所述刀具更换机为吊装自动旋转式刀具更换装置；

所述加工机构是由加工承载台、Y轴移动轨道台、Y轴移动架、X轴移动支撑台、X轴移动轨道台、Z轴加工机构、伸缩机和多个物料承载固定架组成，所述加工承载台位于加工舱的内侧的底部，所述加工承载台与加工舱为固定连接，所述Y轴移动轨道台位于加工承载台的上部，所述Y轴移动轨道台与加工承载台为固定连接，所述Y轴移动架位于Y轴移动轨道台的上部，所述Y轴移动架与Y轴移动轨道台为活动连接，所述X轴移动支撑台位于Y轴移动架的一侧，所述X轴移动支撑台与Y轴移动架为固定连接，所述Y轴移动架上还设有两个Y轴移动传动装置，所述两个Y轴移动传动装置分别位于Y轴移动架的两侧，任意所述Y轴移动传动装置的一端与Y轴移动架为固定连接，所述Y轴移动传动装置的另一端与加工承载台为固定连接，所述X轴移动轨道台位于Y轴移动架的上部，所述X轴移动轨道台与Y轴移动架为固定连接，所述X轴移动轨道台上还设有X轴移动传动装置，所述X轴移动传动装置的一端与X轴移动轨道台为固定连接，所述X轴移动传动装置的另一端与Z轴加工机构为固定连接，所述Z轴加工机构位于X轴移动轨道台的上部，所述Z轴加工机构与X轴移动轨道台为活动连接，所述伸缩机位于Z轴加工机构的一侧，并且所述伸缩机位于加工舱的外部，所述伸缩机与地面为固定连接，所述伸缩机上还设有Z轴移动传动带，所述Z轴移动传动带位于伸缩机的上部，所述Z轴移动传动带的一端与伸缩机为固定连接，所述Z轴移动传动带的另一端穿过加工舱与Z轴加工机构为固定连接，所述多个物料承载固定架按照相同的间隔距离均匀分布在加工承载台的中部，所述多个物料承载固定架均与加工承载台为固定连接，所述两个Y轴移动传动装置和X轴移动传动装置均为伺服电机驱动式传动链，所述X轴移动轨道台为双圆管卡轮式轨道架，所述伸缩机为带有轨道的可移动式自动液压升降装置。

2.根据权利要求1所述一种四轴联动式数控加工中心，其特征在于：所述加工承载台是由废料收集槽、废料翻转器和废料回收板组成，所述废料翻转器位于废料收集槽的内侧底部，所述废料翻转器与废料收集槽为固定连接，所述废料回收板位于废料翻转器的下部，所述废料回收板与废料收集槽为固定连接，所述废料回收板上还设有废料收集盒，所述废料收集盒位于废料回收板的内部，所述废料收集盒与废料回收板为活动连接。

3.根据权利要求2所述一种四轴联动式数控加工中心，其特征在于：所述废料收集槽呈锥形，所述废料翻转器为螺旋式交错旋转机，所述废料回收板为梯形斜面结构，所述废料收集盒为抽拉式不锈钢盒。

4.根据权利要求3所述一种四轴联动式数控加工中心，其特征在于：所述Z轴加工机构是由另一X轴移动支撑台、Z轴加工支撑架、Z轴移动轨道、限位板、Z轴加工移动台和刀具旋转固定器组成，另一X轴移动支撑台位于X轴移动传动装置的上部，所述另一X轴移动支撑台与X轴移动传动装置为活动连接，所述Z轴加工支撑架位于X轴移动支撑台的上部，所述Z轴加工支撑架与所述另一X轴移动支撑台为固定连接，所述Z轴移动轨道位于Z轴加工支撑架的一侧，所述Z轴移动轨道与Z轴加工支撑架为固定连接，所述限位板位于Z轴移动轨道的上部，所述限位板与Z轴加工支撑架为固定连接，所述Z轴加工移动台位于Z轴移动轨道的一侧，所述Z轴加工移动台与Z轴移动轨道为活动连接，所述刀具旋转固定器位于Z轴加工移动台的一侧，所述刀具旋转固定器与Z轴加工移动台为固定连接。

5.根据权利要求4所述一种四轴联动式数控加工中心，其特征在于：所述X轴移动支撑台为底部带有凹形定向轮的行走车，所述Z轴移动轨道为齿轮式双排轨道，所述Z轴加工移动台为液压式齿轮咬合升降台。

6.根据权利要求5所述一种四轴联动式数控加工中心，其特征在于：任意所述物料承载固定架是由轨道和两个物料承载支撑架组成，所述轨道位于加工承载台的中部，所述轨道与加工承载台为固定连接，所述两个物料承载支撑架垂直位于轨道的上部，所述两个物料承载支撑架均与轨道为活动连接，任意所述物料承载支撑架上还设有移动滑块和物料固定器，所述移动滑块位于物料承载支撑架的下部，所述移动滑块的一端与物料承载支撑架为固定连接，所述移动滑块的另一端与轨道为活动连接，所述物料固定器位于物料承载支撑架的上部，所述物料固定器与物料承载支撑架为固定连接，所述移动滑块呈回字形，所述物料固定器为可更换式的卡装物料固定装置。

7.一种使用如权利要求6所述四轴联动式数控加工中心的工作方法，其特征在于：

步骤一：加工产品的固定；操作人员打开舱门，将待加工产品放到物料承载固定架上，该物料承载固定架有多个，这些物料承载固定架按照相同的间隔距离均匀分布在加工承载台的中部，并且每个物料承载固定架是由轨道和两个物料承载支撑架组成，而每个物料承载支撑架的底部还设有移动滑块，并采用回字形结构设计，它包裹轨道，而每个物料承载支撑架的上部都设有一个物料固定器，该物料固定器采用可更换式的卡装物料固定装置；

步骤二：刀具的检查和添加补充；接着，操作人员打开刀具承载架，检查其内部的刀具配备情况，刀具承载架中的刀具利用刀具更换机进行提取，整个操作是通过刀具控制器来完成；

步骤三：四轴联动加工；然后，操作人员通过加工舱一侧的加工控制柜来完成整个加工机构对物料承载固定架上的产品的加工；其中，整个Y轴移动架是利用两侧的Y轴移动传动装置来完成在Y轴移动轨道台上进行的Y轴方向的水平移动，这两个Y轴移动传动装置均采用伺服电机驱动式传动链，而Y轴移动架上部的X轴移动轨道台则是采用双圆管卡轮式轨道架，在该X轴移动轨道台上行走的装置是另一X轴移动支撑台，它采用底部带有凹形定向轮的行走车，底部带有的凹形定向轮被夹装在X轴移动轨道台的两个圆管之间，另一X轴移动支撑台是利用其一侧的X轴移动传动装置来完成在X轴移动轨道台上进行的X轴方向的水平移动，该X轴移动传动装置同样采用伺服电机驱动式传动链，在X轴移动支撑台上还设有Z轴加工支撑架、Z轴移动轨道、限位板、Z轴加工移动台和刀具旋转固定器，其中，Z轴加工移动台被安装在Z轴加工支撑架一侧的Z轴移动轨道上，在伸缩机的驱动下，通过Z轴移动传动带来驱动Z轴加工移动台在Z轴移动轨道上进行上下移动，当伸缩机进行提升作业时，Z轴移动传动带就会被提升，而Z轴移动传动带相应的另一端就会下降，进而带动Z轴加工移动台的下降，反之，当伸缩机进行收缩作业时，Z轴移动传动带就会被下拉，而Z轴移动传动带相应的另一端就会提升，进而带动Z轴加工移动台的上升，此外，由于Z轴移动轨道和Z轴加工移动台均采用齿轮互相咬合的结构，所以能够使得Z轴加工移动台停留在特定的高度上，此外，伸缩机采用带有轨道的可移动式自动液压升降装置，随着整个Z轴加工机构在X轴方向上的水平移动，在Z轴移动轨道的顶端位置处装有一个限位板，以上的操作完成了X轴、Y轴、Z轴方向的移动，而刀具旋转固定器用于夹装刀具，来对待加工产品进行旋转加工，从而完成四轴联动加工；

步骤四：加工碎屑废料的清理；整个的四轴联动加工设备都被固定在加工承载台的上部，而加工承载台主要是由废料收集槽、废料翻转器和废料回收板组成，废料收集槽采用锥形结构设计，废料收集槽的底部还设有一个废料翻转器，该废料翻转器采用螺旋式交错旋转机，废料回收板采用梯形斜面结构设计；

步骤五：换刀操作；整个四轴联动加工根据需要加工的产品的规格、型号、大小来对Z轴加工机构上的刀具旋转固定器进行更换，操作人员利用加工控制柜将整个Z轴加工机构移动到带有刀具更换机的一侧，操作人员对Z轴加工机构上的刀具旋转固定器进行刀具更换，待更换刀具完毕后，操作人员利用刀具更换控制台将刀具更换机更换下来的刀具输送到刀具承载架中，从而完成刀具更换。

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