CN101239530A - 立体雕刻机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种立体雕刻机，属于机械技术领域。它解决了现有的雕刻机滑动不顺畅、稳定性差和传动的精度低的问题。本立体雕刻机包括机架和固定在机架上方按水平横向设置的横梁，在横梁的侧面上设置用于安装若干刀具的刀具架，在刀具架和横梁之间设有以水平横向设置的横导轨相连接的横拖板，在横拖板和刀具架之间设有以垂直设置的竖导轨相连接的竖拖块，刀具架固定在竖拖块上，横梁下方设有工作平台，在工作台上设置与刀具数量相同的工件夹持机构，在机架和工作平台之间至少以一条水平纵向放置的纵导轨相连接，在机架上设有用于驱动工作台沿纵导轨移动的驱动机构三。本立体雕刻机具有运动稳定性高、移动和定位精度高的特点。

Description

立体雕刻机

技术领域

本发明属于机械技术领域，涉及一种立体雕刻机，特别是一种立体雕刻机。

背景技术

在现有技术中，雕刻机的机头都按直角三维坐标系建立的方向运动。如中国专利申请号为95226290.8公开的“三维自由轨迹智能数控雕刻机”，其雕刻机底座内有伺服电机驱动器，机座上有伺服电机与变速箱相连接，纵横拖板之间有燕尾导轨，蜗轮变速箱装于横拖板左侧，立柱上端面有用于装刀具的升降拖板，通过这种结构可以实现工件与刀具的三维运动。

上述的专利申请公开的雕刻机只能加工一些尺寸较小的工艺品，如玉器、象牙等小尺寸物件，而对于大于1米以上的大尺寸的物件如大型的佛像等工艺品则无法适用。因为在雕刻大尺寸的雕刻机的三维运动中，机头的移动精度和定位的精度是由为重要的，否则就会出现大量的次品，严重时会损坏机器。

而可以加工大尺寸工件的雕刻机，如中国专利申请200520092477.3的“CNC雕刻机”，它公开了龙门及由钢架支撑的工作平台，在龙门横梁的垂直面上设有两条直线导轨，主轴导轨架套装在横梁上与直线导轨滑动配合，两条直线导轨安装在主轴导轨垂直表面上，两导轨之间的精密丝杠通过对轮式联轴器与主轴导轨连接固定；主轴电机由螺栓固定在主轴架上，主轴架套装在主轴导轨架上与导轨滑动配合；所述龙门的横梁部分水平搭接在钢架两侧的立臂上端，通过螺栓夹紧固定，紧密齿轮固定在所述钢架两侧的立臂上与对应的精密齿条传动连接，龙门与直线导轨滑动配合。由于龙门的横梁通过立臂支撑起横梁，用来承受立臂和横梁的重力都集中在设置在工作台的两侧的导轨上，在力臂上还设有用于齿条传动的电机，使得导轨的承受力增大，横梁在导轨上的阻力也增大，影响了横梁在导轨上滑动的顺畅性，严重影响了雕刻机三维运动的稳定性和传动的精度。

发明内容

本发明的目的是针对现有的立体雕刻机存在的上述的问题，提供一种运动稳定性高、移动和定位精度高的雕刻机。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种立体雕刻机，包括机架和固定在机架上方按水平横向设置的横梁，在横梁的侧面上设置用于安装若干刀具的刀具架，在刀具架和横梁之间设有以水平横向设置的横导轨相连接的横拖板，在横拖板和刀具架之间设有以垂直设置的竖导轨相连接的竖拖块，上述的刀具架固定在竖拖块上，所述的横梁上设有驱动横拖板沿横导轨移动的驱动机构一，在横拖板上设有驱动竖拖块沿竖导轨移动的驱动机构二，其特征在于，所述的横梁下方设有工作平台，在工作台上设置与刀具数量相同的工件夹持机构，在机架和工作平台之间至少以一条水平纵向放置的纵导轨相连接，在机架上设有用于驱动工作台沿纵导轨移动的驱动机构三。

本立体雕刻机可以将刀具驱动到工件的任意位置上。刀具架固定在竖拖块上，而竖拖块连接在横拖板上，在以横导轨、竖导轨和纵导轨建立的三维空间中，驱动机构一驱动横拖板在横导轨上来回移动，实现刀具的水平横向移动；驱动机构二驱动竖拖块在竖导轨上来回移动，实现刀具在垂直竖直方向上的移动；驱动机构三驱动工作平台在纵导轨上来回移动，实现工件在水平纵向上的移动，并使工作平台经过横梁。只将横拖板和竖拖块设置在横梁上，使横梁承受的力得以减少，而横梁又固定在机架上，增加了横拖板和竖拖块的稳定性，使横拖板和竖拖块的移动和定位的精度提高，次品率降低。

在上述的立体雕刻机中，所述的驱动机构三包括设置在机架中间的丝杆三和套接在丝杆三上可在丝杆三上来回移动的连接块三，在机架上固定有驱动电机三，上述的丝杆三连接在驱动电机三的转轴上，连接块三固定在工作平台上。驱动电机三将带动丝杆转动，而与丝杆套接的连接块就会在丝杆上来回移动，这样就实现了工作平台在水平纵向的来回移动。丝杆传动的传动进度高且定位效果好。将丝杆设置在机架的中间，使得驱动机构传动时工作平台的受力均衡，提高了工作平台移动的稳定性，以及移动和定位的精度。

作为驱动机构三的第二种情况，在上述的立体雕刻机中，所述的驱动机构三包括固定在工作台中部的水平纵向放置的齿条和与齿条啮合的齿轮，在机架上固定有驱动电机三，上述的齿轮连接在驱动电机三的转轴上。驱动电机三将带动齿轮转动，齿轮又与齿条相啮合，固定在工作平台上的齿条会随着齿轮的转动而来回移动，这样就实现了工作平台在水平纵向的来回移动。用齿轮传动代替丝杆传动可以减低制造的成本，适合不同的消费客户的需求。

在上述的立体雕刻机中，所述的夹持机构包括设置在工作平台上可转动的转盘和能够与转盘形成夹持住工件且能够在转盘轴线方向上伸缩的顶尖。通过转盘和顶尖将工件夹持住。夹持机构的个数与刀具一一对应。

在上述的立体雕刻机中，所述的工作平台中固定有两根沿水平纵向平行设置的圆柱导轨，在每个圆柱导轨上套有滑块，在两个滑块上固定有板条，上述的顶尖固定在板条上。通过这种结构可以先将顶尖靠近转盘后在将工件夹持住。

在上述的立体雕刻机中，所述的驱动机构一包括设置在横梁上的丝杆一和套接在丝杆一上可在丝杆一上来回移动的连接块一，在横梁上固定有驱动电机一，上述的丝杆一连接在驱动电机一的转轴上，连接块一固定在横拖板上。

在上述的立体雕刻机中，所述的驱动机构二包括设置在横拖板上的丝杆二和套接在丝杆上可在丝杆二上来回移动的连接块二，在横拖板上固定有驱动电机二，上述的丝杆二连接在驱动电机二的转轴上，连接块二固定在刀具架上。

驱动机构一和驱动机构二均可用齿轮传动或着同步带传动的方式来实现，而用丝杆传动是本方案中最优选的方案。

在上述的立体雕刻机中，所述的刀具架呈长条状，上述的刀具为若干个且按直线排列的方式固定在刀具架上。为了提供工作效率，本刀具架制成长条状，这样就可以并列安装多个刀具，可以一次同时加工多个工件，实现批量生产。

在上述的立体雕刻机中，所述的横拖板位于刀具架的中间。通过这种结构来平衡刀具架，增加刀具架的稳定性。

在上述的立体雕刻机中，所述的横导轨、竖导轨和纵导轨各有两根且平行设置。用两根导轨可以提高在横导轨、竖导轨和纵导轨上的移动精度。

在上述的立体雕刻机中，所述的驱动电机一、驱动电机二和驱动电机三均与电子控制系统相连接。各个驱动电机受电子控制系统的控制。这里的电子控制系统均可从市场上够得。驱动电机可采用步进电机或者伺服电机。在电子控制系统的控制下，按照程序编程的步骤控制横拖板、竖拖块和工作平台的移动，实现刀具对工件在任意位置上进行加工。

在上述的立体雕刻机中，所述的刀具架上设有与刀具一一对应设置的用于驱动刀具旋转的水冷高速电机。

与现有技术相比，本立体雕刻机具有以下优点：

1、本立体雕刻机中，由于可以将工件放置移动的工作平台上，工件可移动的范围增大，因此本三维运动装置可以加工大型的工件，增大了使用范围大。

2、水冷电机和刀具都设置在刀具架上，且刀具架和横拖板都连接在横梁上，而横梁是固定在机架上，不再使横梁做水平纵向移动，提高了移动的稳定性。

3、在刀具架上设有若干用于雕刻的刀具和用于驱动刀具的水冷高速电机，提高了工作效率。

4、驱动机构一、驱动机构二和驱动机构三都采用丝杠传动机构，移动和定位精度高。

附图说明

图1是本立体雕刻机的立体结构示意图。

图2是本立体雕刻机的立体后视结构示意图。

图3是本立体雕刻机中去掉刀具架和工作平台后的立体结构示意图。

图4是齿轮传动机构的结构示意图。

图中，机架1、底座一11、底座二12、刀具架2、横拖板3、竖拖块4、横梁5、工作平台6、刀具7、水冷高速电机8、横导轨9、支撑轴承10、竖导轨13、纵导轨14、转盘15、顶尖16、圆柱导轨17、滑块18、板条19、蜗轮减速箱20、丝杆一21、连接块一22、驱动电机一23、丝杆二31、连接块二32、驱动电机二33、丝杆三41、连接块三42、驱动电机三43、齿条44、齿轮45、转盘电机51。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1：

如图1、图2和图3所示，本立体雕刻机，包括机架1、刀具架2、横拖板3、竖拖块4、横梁5、工作平台6和驱动刀具架2的驱动机构一和驱动机构二以及驱动工作平台6移动的驱动机构三，使刀具7能对工件在任意位置上进行加工，以便完成雕刻工作。

具体来说，机架1是由钢条构成的，三根钢条连接成H形底座一11，另四根钢条连接成长方形的底座二12，底座二12的一端通过螺钉固定在底座一11的横条上，另一端由一根钢条做支撑脚。其中，底座一11的两根钢条高出横条，并在这两根钢条之间通过焊接的方式固连一根以水平横向放置的横梁5。

在横梁5的前侧面上设有一个呈长条形的刀具架2，刀具架2一侧上设有八个按直线排列的刀具7，每个刀具7装在一一对应设置的用于驱动刀具7旋转的水冷高速电机8上。在刀具架2的另一侧和横梁5之间装有长度为刀具架2的三分之二的横拖板3，该横拖板3处于刀具架2的中间位置，在横梁5上沿着横梁5的方向放置有两根平行设置的横导轨9，横拖板3的一侧开有与横导轨9对应的燕尾槽，横导轨9穿接在燕尾槽中实现横拖板3和横导轨9的连接。横梁5上设有驱动横拖板3沿横导轨9移动的驱动机构一，驱动机构一包括丝杆一21、套接在丝杆一21上的连接块一22和驱动电机一23，丝杆一21设置在两根横导轨9的正中间，这样可以使横拖板3受力均匀，为了减少丝杆一21的转动阻力，在横导轨9的两端安装固定在横梁5上的支撑轴承10，驱动电机一23固定在横梁5上，丝杆一21和驱动电机一23的转轴直接相连接，连接块一22通过螺钉与横拖板3固定。当驱动电机一23的转轴可以带动丝杆一21转动，而套接在丝杆一21上的连接块一22在丝杆一21来回移动，从而带动横拖板3的来回移动。

在横拖板3的另一侧面上设有两根垂直放置且相互平行设置的竖导轨13，在每个竖导轨13上设有一块竖拖块4，竖拖块4通过燕尾槽的方式连接在竖导轨上，每个竖拖块4与刀具架2通过螺钉固定连接。横拖板3上设有驱动竖拖块4沿竖导轨13移动的驱动机构二，驱动机构一包括丝杆二31、套接在丝杆二31上的连接块二32和驱动电机二33，丝杆二31设置在两根竖导轨13的正中间，为了减少丝杆二31的转动阻力，在竖导轨13的两端安装固定在横拖板3上的支撑轴承10，驱动电机二33固定在横拖板3上，丝杆二31和驱动电机二33的转轴直接相连接，连接块通过螺钉与刀具架2固定。当驱动电机二33的转轴可以带动丝杆二31转动，而套接在丝杆二31上的连接块二32在丝杆二31来回移动，从而带动刀具架2的来回移动。

工作平台6由钢条构成矩形状，安装在底座二12上，沿着水平纵向的底座二12上固定两根相互平行设置的纵导轨14。工作平台6的底部开有与纵导轨14对应的燕尾槽，纵导轨14穿接在燕尾槽中实现工作平台6和竖导轨13的连接。底座二12上设有驱动工作平台6沿竖导轨13移动的驱动机构三，驱动机构三包括丝杆三41、套接在丝杆三41上的连接块三42和驱动电机三43，丝杆三41设置在两根竖导轨13的正中间，这样可以使工作平台6受力均匀，为了减少丝杆一21的转动阻力，在竖导轨13的两端安装固定在底座二12的支撑轴承10，驱动电机三43固定在底座二12上，丝杆三41和驱动电机三43的转轴相连接，连接块通过螺钉与工作平台6固定。当驱动电机三43的转轴可以带动丝杆三41转动，而套接在丝杆三41上的连接块三42在丝杆三41来回移动，从而带动工作平台6的来回移动。在工作台上设置与刀具7数量相同的工件夹持机构，夹持机构包括转盘15和能够与转盘15形成夹持住工件且能够在转盘15轴线方向上伸缩的顶尖16，工作平台6上设有八个蜗轮减速箱20，每个蜗轮减速箱20的输出轴与转盘15固定连接，蜗轮减速箱20的输入轴连成一条直线，并通过转盘电机51来驱动八个蜗轮减速箱20来驱动。通过转盘15和顶尖16将工件夹持住。工作平台6中固定有两根沿水平纵向平行设置的圆柱导轨17，在每个圆柱导轨17上套有滑块18，在两个滑块18上固定有板条19，八个顶尖16固定在板条19上。由于工作平台6处于横梁5的下方，工作平台6能够将工件移动到刀具架2下，使工件得以加工。

驱动电机一23、驱动电机二33和驱动电机三43均与电子控制系统相连接，本例中的驱动电机可采用伺服电机。电子控制系统包括编程器、DSP控制器、驱动器。

本立体雕刻机的刀具架2固定在竖拖块4上，而竖拖块4连接在横拖板3上，在以横导轨9、竖导轨13和纵导轨14建立的三维空间中，驱动机构一驱动横拖板3在横导轨9上来回移动，实现刀具7的水平横向移动；驱动机构二驱动竖拖块4在竖导轨13上来回移动，实现刀具7在垂直竖直方向上的移动；驱动机构三驱动工作平台6在纵导轨14上来回移动，实现工件在水平纵向上的移动，并使工作平台6经过横梁5。在使用之前，先将编好的程序输入到DSP控制器中，由DSP控制器将原代码转换成控制信号后分别输出给各个驱动器，由驱动器控制驱动电机工作。在电子控制系统的控制下，按照程序编程的步骤控制横拖板3、竖拖块4和工作平台6的移动，实现刀具7对工件的三维加工。

实施例2：

如图4所示，实施例2的内容基本与实施例1相同，不同点在于所述的驱动机构三包括固定在工作台中部的水平纵向放置的齿条44和与齿条44啮合的齿轮45，在机架1上固定有驱动电机三43，上述的齿轮45连接在驱动电机三43的转轴上。驱动电机三43将带动齿轮45转动，齿轮45又与齿条44相啮合，固定在工作平台6上的齿条44会随着齿轮45的转动而来回移动，这样就实现了工作平台6在水平纵向的来回移动。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了机架1、底座一11、底座二12、刀具架2、横拖板3、竖拖块4、横梁5、工作平台6、刀具7、水冷高速电机8、横导轨9、支撑轴承10、竖导轨13、纵导轨14、转盘1515、顶尖16、丝杆一21、连接块一22、驱动电机一23、丝杆二31、连接块二32、驱动电机二33、丝杆三41、连接块三42、驱动电机三43、齿条44、齿轮45等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1、一种立体雕刻机，包括机架(1)和固定在机架(1)上方按水平横向设置的横梁(5)，在横梁(5)的侧面上设置用于安装若干刀具(7)的刀具架(2)，在刀具架(2)和横梁(5)之间设有以水平横向设置的横导轨(9)相连接的横拖板(3)，在横拖板(3)和刀具架(2)之间设有以垂直设置的竖导轨(13)相连接的竖拖块(4)，上述的刀具架(2)固定在竖拖块(4)上，所述的横梁(5)上设有驱动横拖板(3)沿横导轨(9)移动的驱动机构一，在横拖板(3)上设有驱动竖拖块(4)沿竖导轨(13)移动的驱动机构二，其特征在于，所述的横梁(5)下方设有工作平台(6)，在工作台上设置与刀具(7)数量相同的工件夹持机构，在机架(1)和工作平台(6)之间至少以一条水平纵向放置的纵导轨(14)相连接，在机架(1)上设有用于驱动工作台沿纵导轨(14)移动的驱动机构三。

2、根据权利要求1所述的立体雕刻机，其特征在于，所述的驱动机构三包括设置在机架(1)中间的丝杆三(41)和套接在丝杆三(41)上可在丝杆三(41)上来回移动的连接块三(42)，在机架(1)上固定有驱动电机三(43)，上述的丝杆三(41)连接在驱动电机三(43)的转轴上，连接块三(42)固定在工作平台(6)上。

3、根据权利要求1所述的立体雕刻机，其特征在于，所述的驱动机构三包括固定在工作台中部的水平纵向放置的齿条(44)和与齿条(44)啮合的齿轮(45)，在机架(1)上固定有驱动电机三(43)，上述的齿轮(45)连接在驱动电机三(43)的转轴上。

4、根据权利要求1或2或3所述的立体雕刻机，其特征在于，所述的夹持机构包括设置在工作平台(6)上可转动的转盘(15)和能够与转盘(15)形成夹持住工件且能够在转盘(15)轴线方向上伸缩的顶尖(16)。

5、根据权利要求4所述的立体雕刻机，其特征在于，所述的工作平台(6)中固定有两根沿水平纵向平行设置的圆柱导轨(17)，在每个圆柱导轨(17)上套有滑块(18)，在两个滑块(18)上固定有板条(19)，上述的顶尖(16)固定在板条(19)上。

6、根据权利要求1或2或3所述的立体雕刻机，其特征在于，所述的驱动机构一包括设置在横梁(5)上的丝杆一(21)和套接在丝杆一(21)上可在丝杆一(21)上来回移动的连接块一(22)，在横梁(5)上固定有驱动电机一(23)，上述的丝杆一(21)连接在驱动电机一(23)的转轴上，连接块一(22)固定在横拖板(3)上。

7、根据权利要求1或2或3所述的立体雕刻机，其特征在于，所述的驱动机构二包括设置在横拖板(3)上的丝杆二(31)和套接在丝杆上可在丝杆二(31)上来回移动的连接块二(32)，在横拖板(3)上固定有驱动电机二(33)，上述的丝杆二(31)连接在驱动电机二(33)的转轴上，连接块二(32)固定在刀具(7)架(2)上。

8、根据权利要求5所述的立体雕刻机，其特征在于，所述的刀具架(2)呈长条状，上述的刀具(7)为若干个且按直线排列的方式固定在刀具架(2)上。

9、根据权利要求8所述的立体雕刻机，其特征在于，所述的横拖板(3)位于刀具架(2)的中间。

10、根据权利要求1或2或3所述的立体雕刻机，其特征在于，所述的横导轨(9)、竖导轨(13)和纵导轨(14)各有两根且平行设置。

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