CN103433755B - 三维软质模型切削成型机及三维软质模型切削成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种结构紧凑、加工流畅快捷的三维软质模型切削成型机以及使用成型机实现高效加工的三维软质模型切削成型方法。该成型机包括：底座；立柱，通过第一导向驱动机构安装在底座上并可沿水平X轴往复运动；固定悬臂，通过第二导向驱动机构安装在立柱上并可沿竖直Z轴往复运动；活动悬臂，通过第三导向驱动机构安装在固定悬臂上并可沿水平Y轴往复运动；角铣头座，通过第四导向驱动机构安装在活动悬臂的前端并可在该第四导向驱动机构的保持下绕与水平Y轴平行的第一基准轴双向摆动；铣头本体，通过第五导向驱动机构安装在角铣头座上并可在该第五导向驱动机构的保持下绕垂直于第一基准轴的第二基准轴双向摆动。
Description
技术领域
本发明涉及一种多轴数控加工设备，具体涉及一种用于对油泥、泡沫、木材或轻型树脂等软质材料进行切削并将其成型为三维实体模型的三维软质模型切削成型机。此外，本发明还涉及三维软质模型切削成型方法。
背景技术
在汽车造型等工业设计领域，经常需要运用油泥等软质材料制作三维实体模型来进行仿真。其中一种比较先进的方法是在计算机中利用三维建模软件进行设计，然后再利用多轴数控切削设备对软质材料按设计好的形状进行加工。但是，目前尚未见到一种三维软质模型切削成型的专用设备，其既能够快速、流畅及准确的加工出复杂的形状，同时又能保证加工面的光滑平整。
发明内容
本发明首先要解决的技术问题是提供一种结构紧凑、加工流畅快捷的三维软质模型切削成型机，以及，使用该三维软质模型切削成型机实现高效加工的三维软质模型切削成型方法。
此外，本发明还要解决的技术问题是提供一种包括但不限于在该三维软质模型切削成型机中应用的具有双导程蜗杆蜗轮传动消隙装置的角铣头，以提高角铣头的加工精度。
本发明的三维软质模型切削成型机包括：底座；以及立柱，所述立柱通过第一导向驱动机构安装在底座上并可在该第一导向驱动机构的保持下沿水平X轴往复运动；固定悬臂，所述固定悬臂通过第二导向驱动机构安装在立柱上并可在该第二导向驱动机构的保持下沿竖直Z轴往复运动；活动悬臂，所述活动悬臂通过第三导向驱动机构安装在固定悬臂上并可在该第三导向驱动机构的保持下沿水平Y轴往复运动；角铣头座，所述角铣头座通过第四导向驱动机构安装在活动悬臂的前端并可在该第四导向驱动机构的保持下绕与水平Y轴平行的第一基准轴双向摆动；铣头本体，所述铣头本体通过第五导向驱动机构安装在角铣头座上并可在该第五导向驱动机构的保持下绕垂直于第一基准轴的第二基准轴双向摆动；若以第二基准轴与水平X轴平行且铣头本体的铣刀回转中心与第一基准轴平行为初始状态，则相对于该初始状态，角铣头座可在至少±90°范围内绕第一基准轴双向摆动，铣头本体可在至少±90°范围内绕第二基准轴双向摆动。
本发明上述三维软质模型切削成型机主要具有以下几方面的优点：第一，采用了悬臂式结构，设备占用空间相对较小，结构紧凑度较高；第二，基于该悬臂式结构的特殊五轴联动方式，既能够一次性大面积的加工出模型的顶面，又能够一次性大面积的加工出模型的侧面，故一次定位的加工范围宽，并且可加工出复杂的形状，同时减少对刀、换刀工序，使加工更为流畅快捷；第三，五轴联动方式可实现近法线铣削，保证加工面的光滑平整。
在上述结构的基础上，为了更进一步的提高三维软质模型切削成型机一次定位的加工范围，相对于所述初始状态，所述角铣头座最好可在±170°范围内绕第一基准轴双向转动转动，所述铣头本体最好可在±110°范围内绕第二基准轴双向摆动。
上述三维软质模型切削成型机中，作为其立柱的一种理想结构，所述立柱采用了由多块设置有减重孔槽的钢板焊接而成并经过除焊接应力处理的主体框架，该主体框架的侧面包括左侧板、右侧板和前侧板，左侧板与右侧板平行、对称设置且为上窄下宽的直角梯形，该直角梯形上底与下底的长度之比为0.3至0.5，所述前侧板垂直安装在左侧板与右侧板之间且两边分别与左侧板和右侧板的直边焊接，左侧板、右侧板和前侧板的上端焊接上横板，下端焊接下横板，主体框架的内侧沿高度方向间隔设置多块加强横板，各加强横板分别与左侧板、右侧板和前侧板的内侧面焊接为一体；所述固定悬臂安装于前侧板一侧。
而作为其活动悬臂的一种理想结构，所述活动悬臂采用了由多块设置有减重孔槽的钢板焊接而成并经过除焊接应力处理的主体框架，该主体框架的侧面由四块侧板焊接形成条状矩形结构，该条状矩形结构的两端分别焊接端板。测试表明，上述结构的立柱以及活动悬臂不仅重量较轻，同时具有很高的刚性，能够保持三维软质模型切削成型机较高的支撑性。
为了提高第四导向驱动机构的传动控制精度，所述第四导向驱动机构采用了双导程蜗杆蜗轮传动消隙装置，该双导程蜗杆蜗轮传动消隙装置包括安装在外壳内的双导程蜗杆蜗轮副，其中的双导程蜗杆经由前端旋转支撑组件和后端旋转支撑组件定位于外壳内，对应的蜗轮与之正确的啮合并保持设定的中心距，所述蜗轮通过与该蜗轮轴毂联接的传动轴带动角铣头座绕第一基准轴摆动，所述双导程蜗杆上位于其螺旋齿与前端旋转支撑组件之间安装有从动齿轮，该从动齿轮与由安装在双导程蜗杆一侧的伺服电机所驱动的主动齿轮啮合；所述前端旋转支撑组件包括前端套筒件，该前端套筒件的内孔壁由内向外分别构成前端导向孔和前端螺纹孔，与双导程蜗杆的前端部紧密配合的前端轴承安装在该前端导向孔内并与之轴向滑动配合，与前端螺纹孔适配联接的前端调节螺杆从外向内轴向紧压前端轴承外侧外圈端面；所述后端旋转支撑组件包括后端套筒件，该后端套筒件的内孔壁由内向外分别构成后端导向孔和后端螺纹孔，与双导程蜗杆的后端部紧密配合的后端轴承安装在该后端导向孔内并与之轴向滑动配合，与后端螺纹孔适配联接的后端调节螺杆从外向内轴向紧压后端轴承外侧外圈端面。
作为对上述双导程蜗杆蜗轮传动消隙装置的进一步改进，所述前端导向孔与前端螺纹孔同轴且前端导向孔的孔径大于前端螺纹孔的孔径从而形成止退台阶；并且，所述后端导向孔与后端螺纹孔同轴且后端导向孔的孔径大于后端螺纹孔的孔径从而形成止退台阶。
同样的，为了提高第五导向驱动机构的传动控制精度，所述第五导向驱动机构采用了双导程蜗杆蜗轮传动消隙装置，该双导程蜗杆蜗轮传动消隙装置包括安装在外壳内的双导程蜗杆蜗轮副，其中的双导程蜗杆经由前端旋转支撑组件和后端旋转支撑组件定位于外壳内，对应的蜗轮与之正确的啮合并保持设定的中心距，所述蜗轮通过与该蜗轮轴毂联接的传动轴带动铣头本体绕第二基准轴摆动，所述双导程蜗杆上位于其螺旋齿与前端旋转支撑组件之间安装有从动齿轮，该从动齿轮与由安装在双导程蜗杆一侧的伺服电机所驱动的主动齿轮啮合；所述前端旋转支撑组件包括前端套筒件，该前端套筒件的内孔壁由内向外分别构成前端导向孔和前端螺纹孔，与双导程蜗杆的前端部紧密配合的前端轴承安装在该前端导向孔内并与之轴向滑动配合，与前端螺纹孔适配联接的前端调节螺杆从外向内轴向紧压前端轴承外侧外圈端面；所述后端旋转支撑组件包括后端套筒件，该后端套筒件的内孔壁由内向外分别构成后端导向孔和后端螺纹孔，与双导程蜗杆的后端部紧密配合的后端轴承安装在该后端导向孔内并与之轴向滑动配合，与后端螺纹孔适配联接的后端调节螺杆从外向内轴向紧压后端轴承外侧外圈端面。
作为对上述双导程蜗杆蜗轮传动消隙装置的进一步改进，所述前端导向孔与前端螺纹孔同轴且前端导向孔的孔径大于前端螺纹孔的孔径从而形成止退台阶；并且，所述后端导向孔与后端螺纹孔同轴且后端导向孔的孔径大于后端螺纹孔的孔径从而形成止退台阶。
“双导程蜗杆蜗轮副”是现有技术。其原理为：在双导程蜗杆上，螺旋齿两侧螺旋面的导程数值不同，而同侧螺旋面的导程则相等，因而形成了沿轴向均匀增加的齿厚；但是，与双导程蜗杆啮合的蜗轮每个齿厚都是相同的。这样，当双导程蜗杆蜗轮副运转一段时间磨损后，就可利用双导程蜗杆的轴向移动来消除双导程蜗杆蜗轮副的齿侧间隙，从而保证传动精度，确保用双导程蜗杆蜗轮副实现机床分度控制的精确性。本发明中的双导程蜗杆蜗轮传动消隙装置主要在调整双导程蜗杆轴向位移的部分采用了新颖的结构设计。具体的讲，在本发明中，双导程蜗杆是经由一前端旋转支撑组件和一后端旋转支撑组件定位于外壳内的，该前端旋转支撑组件和后端旋转支撑组件能够分别对双导程蜗杆施加相反的轴向力，这样，当双导程蜗杆轴向调整到位后，通过该前端旋转支撑组件和后端旋转支撑组件就能够很好的保持住双导程蜗杆的轴向位置，防止其轴向跳动。
本发明的三维软质模型切削成型方法，其步骤包括：一、在待加工三维软质模型的周边布置至少两台上述的三维软质模型切削成型机；二、分别建立各台三维软质模型切削成型机与待加工三维软质模型加工基准之间的相对位置；三、编制各台三维软质模型切削成型机的加工路径并确定其加工区域，保确在三维软质模型切削成型机之间不发生干涉的情况下，各加工区域和与之相邻的加工区域之间在它们的边缘处重合；四、按前面设定的程序进行加工。显然，该方法除利用了本发明的三维软质模型切削成型机的优点外，由于还实现了至少两台三维软质模型切削成型机的联合，故加工效率可进一步显著提高。
本发明以下还将提供的一种包括但不限于在上述三维软质模型切削成型机中应用的具有双导程蜗杆蜗轮传动消隙装置的角铣头，该角铣头包括角铣头座和铣头本体，所述铣头本体通过导向驱动机构安装在角铣头座上并可在该导向驱动机构的保持下绕一基准轴双向摆动，所述导向驱动机构采用了双导程蜗杆蜗轮传动消隙装置，该双导程蜗杆蜗轮传动消隙装置包括安装在外壳内的双导程蜗杆蜗轮副，其中的双导程蜗杆经由前端旋转支撑组件和后端旋转支撑组件定位于外壳内，对应的蜗轮与之正确的啮合并保持设定的中心距，所述蜗轮通过与该蜗轮轴毂联接的传动轴带动铣头本体绕所述基准轴摆动，所述双导程蜗杆上位于其螺旋齿与前端旋转支撑组件之间安装有从动齿轮，该从动齿轮与由安装在双导程蜗杆一侧的伺服电机所驱动的主动齿轮啮合；所述前端旋转支撑组件包括前端套筒件，该前端套筒件的内孔壁由内向外分别构成前端导向孔和前端螺纹孔，与双导程蜗杆的前端部紧密配合的前端轴承安装在该前端导向孔内并与之轴向滑动配合，与前端螺纹孔适配联接的前端调节螺杆从外向内轴向紧压前端轴承外侧外圈端面；所述后端旋转支撑组件包括后端套筒件，该后端套筒件的内孔壁由内向外分别构成后端导向孔和后端螺纹孔，与双导程蜗杆的后端部紧密配合的后端轴承安装在该后端导向孔内并与之轴向滑动配合，与后端螺纹孔适配联接的后端调节螺杆从外向内轴向紧压后端轴承外侧外圈端面。
作为对其双导程蜗杆蜗轮传动消隙装置的进一步改进，所述前端导向孔与前端螺纹孔同轴且前端导向孔的孔径大于前端螺纹孔的孔径从而形成止退台阶；并且，所述后端导向孔与后端螺纹孔同轴且后端导向孔的孔径大于后端螺纹孔的孔径从而形成止退台阶。
本发明的另一种具有双导程蜗杆蜗轮传动消隙装置的角铣头，包括角铣头座和铣头本体，所述角铣头座通过角铣头座导向驱动机构安装在一传动构件的前端并可在该角铣头座导向驱动机构的保持下绕第一基准轴双向摆动，所述铣头本体通过铣头本体导向驱动机构安装在角铣头座上并可在该铣头本体导向驱动机构的保持下绕垂直于第一基准轴的第二基准轴双向摆动，所述角铣头座导向驱动机构采用了双导程蜗杆蜗轮传动消隙装置，该双导程蜗杆蜗轮传动消隙装置包括安装在外壳内的双导程蜗杆蜗轮副，其中的双导程蜗杆经由前端旋转支撑组件和后端旋转支撑组件定位于外壳内，对应的蜗轮与之正确的啮合并保持设定的中心距，所述蜗轮通过与该蜗轮轴毂联接的传动轴带动角铣头座绕第一基准轴摆动，所述双导程蜗杆上位于其螺旋齿与前端旋转支撑组件之间安装有从动齿轮，该从动齿轮与由安装在双导程蜗杆一侧的伺服电机所驱动的主动齿轮啮合；所述前端旋转支撑组件包括前端套筒件，该前端套筒件的内孔壁由内向外分别构成前端导向孔和前端螺纹孔，与双导程蜗杆的前端部紧密配合的前端轴承安装在该前端导向孔内并与之轴向滑动配合，与前端螺纹孔适配联接的前端调节螺杆从外向内轴向紧压前端轴承外侧外圈端面；所述后端旋转支撑组件包括后端套筒件，该后端套筒件的内孔壁由内向外分别构成后端导向孔和后端螺纹孔，与双导程蜗杆的后端部紧密配合的后端轴承安装在该后端导向孔内并与之轴向滑动配合，与后端螺纹孔适配联接的后端调节螺杆从外向内轴向紧压后端轴承外侧外圈端面。
进一步的，所述铣头本体导向驱动机构采用了双导程蜗杆蜗轮传动消隙装置，该双导程蜗杆蜗轮传动消隙装置包括安装在外壳内的双导程蜗杆蜗轮副，其中的双导程蜗杆经由前端旋转支撑组件和后端旋转支撑组件定位于外壳内，对应的蜗轮与之正确的啮合并保持设定的中心距，所述蜗轮通过与该蜗轮轴毂联接的传动轴带动铣头本体绕所述第二基准轴摆动，所述双导程蜗杆上位于其螺旋齿与前端旋转支撑组件之间安装有从动齿轮，该从动齿轮与由安装在双导程蜗杆一侧的伺服电机所驱动的主动齿轮啮合；所述前端旋转支撑组件包括前端套筒件，该前端套筒件的内孔壁由内向外分别构成前端导向孔和前端螺纹孔，与双导程蜗杆的前端部紧密配合的前端轴承安装在该前端导向孔内并与之轴向滑动配合，与前端螺纹孔适配联接的前端调节螺杆从外向内轴向紧压前端轴承外侧外圈端面；所述后端旋转支撑组件包括后端套筒件，该后端套筒件的内孔壁由内向外分别构成后端导向孔和后端螺纹孔，与双导程蜗杆的后端部紧密配合的后端轴承安装在该后端导向孔内并与之轴向滑动配合，与后端螺纹孔适配联接的后端调节螺杆从外向内轴向紧压后端轴承外侧外圈端面。
此外，在角铣头座导向驱动机构以及铣头本体导向驱动机构中，所述前端导向孔与前端螺纹孔同轴且前端导向孔的孔径大于前端螺纹孔的孔径从而形成止退台阶；并且，所述后端导向孔与后端螺纹孔同轴且后端导向孔的孔径大于后端螺纹孔的孔径从而形成止退台阶。
下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明三维软质模型切削成型机的结构示意图。
图2为本发明三维软质模型切削成型机中双导程蜗杆蜗轮传动消隙装置的结构示意图。
图3为本发明三维软质模型切削成型方法的工作状态示意图。
图4为本发明三维软质模型切削成型机中立柱的结构示意图。
图5为本发明三维软质模型切削成型机中活动悬臂的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，三维软质模型切削成型机包括：底座1；立柱2，立柱2通过第一导向驱动机构安装在底座1上并可在该第一导向驱动机构的保持下沿水平X轴a往复运动；固定悬臂3，所述固定悬臂3通过第二导向驱动机构安装在立柱2上并可在该第二导向驱动机构的保持下沿竖直Z轴c往复运动；活动悬臂4，所述活动悬臂4通过第三导向驱动机构安装在固定悬臂3上并可在该第三导向驱动机构的保持下沿水平Y轴b往复运动；角铣头座5，所述角铣头座5通过第四导向驱动机构安装在活动悬臂4的前端并可在该第四导向驱动机构的保持下绕与水平Y轴b平行的第一基准轴d双向摆动；铣头本体6，所述铣头本体6通过第五导向驱动机构安装在角铣头座5上并可在该第五导向驱动机构的保持下绕垂直于第一基准轴d的第二基准轴e双向摆动；若以第二基准轴e与水平X轴a平行且铣头本体6的铣刀回转中心与第一基准轴d平行为初始状态，则相对于该初始状态，角铣头座5可在至少±90°范围内绕第一基准轴d双向摆动，铣头本体6可在至少±90°范围内绕第二基准轴e双向摆动。
其中，第一导向驱动机、第二导向驱动机构以及第三导向驱动机构均为平移运动，具体的实现方式较多，通常可采用齿轮齿条、丝杠传动机构等。第四导向驱动机、第五导向驱动机构均为旋转运动，考虑到结构的紧凑性等因素，最好采用蜗轮蜗杆机构。上述水平X轴a、水平Y轴b以及竖直Z轴c的交点即为三维软质模型切削成型机的机械坐标原点，加工前，通过对刀等操作，正确标定该机械坐标原点与待加工模型加工基准的相对位置，才能保证加工的准确性。铣头本体6用于安装铣刀，铣头本体6中带有内置式驱动电机，可驱动铣刀做回转运动；根据加工的材料（油泥、泡沫、木材或轻型树脂材料等软质材料），铣刀转速一般设定为5000～10000转/分钟；铣刀直径一般在3～20mm。
如按照图1所示的水平X轴a、水平Y轴b以及竖直Z轴c的坐标轴方向（以水平X轴a的正向为前、反向为后；水平Y轴b的正向为右、反向为左；竖直Z轴c的正向为上，反向为下），由于相对于上述初始状态，角铣头座5可在至少±90°范围内绕第一基准轴d双向摆动，铣头本体6可在至少±90°范围内绕第二基准轴e双向摆动，因此，该三维软质模型切削成型机理论上已经能够在其行程极限内加工待加工模型上、下、前、后及左侧面。当然，相对于该初始状态，所述角铣头座5最好在±170°范围内绕第一基准轴d双向转动转动，所述铣头本体6最好在±110°范围内绕第二基准轴e双向摆动，从而进一步提高三维软质模型切削成型机一次定位的加工范围。如果进一步增大角铣头座5和铣头本体6摆动行程，则会增加角铣头部分的尺寸的结构复杂度。
如图4所示，所述立柱2采用了由多块设置有减重孔槽的钢板焊接而成并经过除焊接应力处理的主体框架，该主体框架的侧面包括左侧板201、右侧板202和前侧板203，左侧板201与右侧板202平行、对称设置且为上窄下宽的直角梯形，该直角梯形上底与下底的长度之比为0.3至0.5，所述前侧板203垂直安装在左侧板201与右侧板202之间且两边分别与左侧板201和右侧板202的直边焊接，左侧板201、右侧板202和前侧板203的上端焊接上横板204，下端焊接下横板205，主体框架的内侧沿高度方向间隔设置多块加强横板206，各加强横板206分别与左侧板201、右侧板202和前侧板203的内侧面焊接为一体；所述固定悬臂3安装于前侧板203一侧。如图5所示，所述活动悬臂4采用了由多块设置有减重孔槽的钢板焊接而成并经过除焊接应力处理的主体框架，该主体框架的侧面由四块侧板401焊接形成条状矩形结构，该条状矩形结构的两端分别焊接端板402。上述立柱2及活动悬臂4的主体框架具有重量轻但刚度很高的特点，正好适于应用在三维软质模型切削成型机这种切削力不高但又有较高精度要求的机型上。
如图2所示，所述第四导向驱动机构采用了双导程蜗杆蜗轮传动消隙装置7，该双导程蜗杆蜗轮传动消隙装置7包括安装在外壳701内的双导程蜗杆蜗轮副，其中的双导程蜗杆702经由前端旋转支撑组件和后端旋转支撑组件定位于外壳701内，对应的蜗轮703与之正确的啮合并保持设定的中心距，所述蜗轮703通过与该蜗轮703轴毂联接的传动轴带动角铣头座5绕第一基准轴d摆动，所述双导程蜗杆702上位于其螺旋齿与前端旋转支撑组件之间安装有从动齿轮704，该从动齿轮704与由安装在双导程蜗杆702一侧的伺服电机706所驱动的主动齿轮705啮合；所述前端旋转支撑组件包括前端套筒件706a，该前端套筒件706a的内孔壁由内向外分别构成前端导向孔和前端螺纹孔，与双导程蜗杆702的前端部紧密配合的前端轴承707a安装在该前端导向孔内并与之轴向滑动配合，与前端螺纹孔适配联接的前端调节螺杆708a从外向内轴向紧压前端轴承707a外侧外圈端面；所述后端旋转支撑组件包括后端套筒件706b，该后端套筒件706b的内孔壁由内向外分别构成后端导向孔和后端螺纹孔，与双导程蜗杆702的后端部紧密配合的后端轴承707b安装在该后端导向孔内并与之轴向滑动配合，与后端螺纹孔适配联接的后端调节螺杆708b从外向内轴向紧压后端轴承707b外侧外圈端面。其中，所述前端导向孔与前端螺纹孔同轴且前端导向孔的孔径大于前端螺纹孔的孔径从而形成止退台阶709；并且，所述后端导向孔与后端螺纹孔同轴且后端导向孔的孔径大于后端螺纹孔的孔径从而形成止退台阶709。
该双导程蜗杆蜗轮传动消隙装置7的使用方法为：正常情况下，前端旋转支撑组件和后端旋转支撑组件分别对双导程蜗杆702施加相反的轴向力，从而保持双导程蜗杆702的轴向位置，双导程蜗杆702通过伺服电机706经主动齿轮705和从动齿轮704驱动做纯转动，蜗轮703旋转从而通过传动轴带动角铣头座5绕第一基准轴d摆动；在双导程蜗杆蜗轮传动消隙装置7运行一段时间后，双导程蜗杆蜗轮副产生齿侧间隙，此时，通过分别旋转后端调节螺杆708a和后端调节螺杆708b，使前端轴承707a和后端轴承707b分别在前端导向孔和后端导向孔内轴向滑移，进而带动双导程蜗杆702轴向移动，消除双导程蜗杆蜗轮副的齿侧间隙。由于所述前端导向孔与前端螺纹孔同轴且前端导向孔的孔径大于前端螺纹孔的孔径从而形成止退台阶709，所述后端导向孔与后端螺纹孔同轴且后端导向孔的孔径大于后端螺纹孔的孔径从而形成止退台阶709，因此，通过两端的止退台阶709对双导程蜗杆702进行了轴向限位，使其只能在设定的范围内进行轴向调节。
同理，如图2所示，所述第五导向驱动机构也采用了双导程蜗杆蜗轮传动消隙装置7，该双导程蜗杆蜗轮传动消隙装置7包括安装在外壳701内的双导程蜗杆蜗轮副，其中的双导程蜗杆702经由前端旋转支撑组件和后端旋转支撑组件定位于外壳701内，对应的蜗轮703与之正确的啮合并保持设定的中心距，所述蜗轮703通过与该蜗轮703轴毂联接的传动轴带动铣头本体6绕第二基准轴e摆动，所述双导程蜗杆702上位于其螺旋齿与前端旋转支撑组件之间安装有从动齿轮704，该从动齿轮704与由安装在双导程蜗杆702一侧的伺服电机706所驱动的主动齿轮705啮合；所述前端旋转支撑组件包括前端套筒件706a，该前端套筒件706a的内孔壁由内向外分别构成前端导向孔和前端螺纹孔，与双导程蜗杆702的前端部紧密配合的前端轴承707a安装在该前端导向孔内并与之轴向滑动配合，与前端螺纹孔适配联接的前端调节螺杆708a从外向内轴向紧压前端轴承707a外侧外圈端面；所述后端旋转支撑组件包括后端套筒件706b，该后端套筒件706b的内孔壁由内向外分别构成后端导向孔和后端螺纹孔，与双导程蜗杆702的后端部紧密配合的后端轴承707b安装在该后端导向孔内并与之轴向滑动配合，与后端螺纹孔适配联接的后端调节螺杆708b从外向内轴向紧压后端轴承707b外侧外圈端面。其中，所述前端导向孔与前端螺纹孔同轴且前端导向孔的孔径大于前端螺纹孔的孔径从而形成止退台阶709；并且，所述后端导向孔与后端螺纹孔同轴且后端导向孔的孔径大于后端螺纹孔的孔径从而形成止退台阶709。
在上述的双导程蜗杆蜗轮传动消隙装置7中，还可以将双导程蜗杆702设计为一种组件。如图2所示，该组件包括蜗杆芯轴（图中未标号）、螺旋齿套702a以及定位轴套702b，螺旋齿套702a从蜗杆芯轴的一端套入该蜗杆芯轴后，通过键与蜗杆芯轴轴毂联接，且螺旋齿套702a的一端与蜗杆芯轴上的一轴肩接触，另一端又与后套入的定位轴套702b的端面接触，而定位轴套702b的另一端则与后端轴承707b的内侧内圈端面接触。这一设计的主要好处在于，与蜗轮703啮合的仅仅是螺旋齿套702a，当螺旋齿套702a磨损后可以单独更换；螺旋齿套702a在蜗杆芯轴上的轴向安装位置可通过改变定位轴套702b的长度来调整。
基于上面的三维软质模型切削成型机，一种三维软质模型切削成型方法，其步骤包括：一、在待加工三维软质模型的周边布置至少两台上述的三维软质模型切削成型机；二、分别建立各台三维软质模型切削成型机与待加工三维软质模型加工基准之间的相对位置；三、编制各台三维软质模型切削成型机的加工路径并确定其加工区域，保确在三维软质模型切削成型机之间不发生干涉的情况下，各加工区域和与之相邻的加工区域之间在它们的边缘处重合；四、按前面设定的程序进行加工。作为该方法的具体应用，如图3所示，三维软质模型8具体为一汽车油泥模型，在该三维软质模型8的两侧沿模型长度方向分别布置有一台三维软质模型切削成型机，相对于前述初始状态，所述角铣头座5可在±170°范围内绕第一基准轴d双向转动转动，所述铣头本体6可在±110°范围内绕第二基准轴e双向摆动，因而通过这两台三维软质模型切削成型机即可一次性加工出整个三维软质模型8；这两台三维软质模型切削成型机分别覆盖三维软质模型8中轴线两侧的加工区域，这两个加工区域仅在中轴轮廓线处部分的重合，从而可在一定程度上避免出现接缝，为了避免三维软质模型切削成型机之间不发生干涉，其中一台以从前往后的方式加工，另一台以从后往前的方式加工；两台三维软质模型切削成型机可分别进行对刀操作，但最好事先用激光跟踪仪等设备标定好两台三维软质模型切削成型机的相对位置，然后仅用一台三维软质模型切削成型机进行对刀，这样能够更为精确的统一两台三维软质模型切削成型机的坐标，使两台设备的加工基准更加一致。
Claims (9)
1.三维软质模型切削成型机，其特征在于，包括：
底座(1)；以及
立柱(2)，所述立柱(2)通过第一导向驱动机构安装在底座(1)上并可在该第一导向驱动机构的保持下沿水平X轴(a)往复运动；
固定悬臂(3)，所述固定悬臂(3)通过第二导向驱动机构安装在立柱(2)上并可在该第二导向驱动机构的保持下沿竖直Z轴(c)往复运动；
活动悬臂(4)，所述活动悬臂(4)通过第三导向驱动机构安装在固定悬臂(3)上并可在该第三导向驱动机构的保持下沿水平Y轴(b)往复运动；
角铣头座(5)，所述角铣头座(5)通过第四导向驱动机构安装在活动悬臂(4)的前端并可在该第四导向驱动机构的保持下绕与水平Y轴(b)平行的第一基准轴(d)双向摆动；
铣头本体(6)，所述铣头本体(6)通过第五导向驱动机构安装在角铣头座(5)上并可在该第五导向驱动机构的保持下绕垂直于第一基准轴(d)的第二基准轴(e)双向摆动；
若以第二基准轴(e)与水平X轴(a)平行且铣头本体(6)的铣刀回转中心与第一基准轴(d)平行为初始状态，则相对于该初始状态，角铣头座(5)可在至少±90°范围内绕第一基准轴(d)双向摆动，铣头本体(6)可在至少±90°范围内绕第二基准轴(e)双向摆动；
所述立柱(2)采用了由多块设置有减重孔槽的钢板焊接而成并经过除焊接应力处理的主体框架，该主体框架的侧面包括左侧板(201)、右侧板(202)和前侧板(203)，左侧板(201)与右侧板(202)平行、对称设置且为上窄下宽的直角梯形，该直角梯形上底与下底的长度之比为0.3至0.5，所述前侧板(203)垂直安装在左侧板(201)与右侧板(202)之间且两边分别与左侧板(201)和右侧板(202)的直边焊接，左侧板(201)、右侧板(202)和前侧板(203)的上端焊接上横板(204)，下端焊接下横板(205)，主体框架的内侧沿高度方向间隔设置多块加强横板(206)，各加强横板(206)分别与左侧板(201)、右侧板(202)和前侧板(203)的内侧面焊接为一体；所述固定悬臂(3)安装于前侧板(203)一侧。
2.如权利要求1所述的三维软质模型切削成型机，其特征在于：相对于所述初始状态，所述角铣头座(5)可在±170°范围内绕第一基准轴(d)双向摆动，所述铣头本体(6)可在±110°范围内绕第二基准轴(e)双向摆动。
3.如权利要求1所述的三维软质模型切削成型机，其特征在于：所述活动悬臂(4)采用了由多块设置有减重孔槽的钢板焊接而成并经过除焊接应力处理的主体框架，该主体框架的侧面由四块侧板(401)焊接形成条状矩形结构，该条状矩形结构的两端分别焊接端板(402)。
4.如权利要求1所述的三维软质模型切削成型机，其特征在于：所述第四导向驱动机构采用了双导程蜗杆蜗轮传动消隙装置(7)，该双导程蜗杆蜗轮传动消隙装置(7)包括安装在外壳(701)内的双导程蜗杆蜗轮副，其中的双导程蜗杆(702)经由前端旋转支撑组件和后端旋转支撑组件定位于外壳(701)内，对应的蜗轮(703)与之正确的啮合并保持设定的中心距，所述蜗轮(703)通过与该蜗轮(703)轴毂联接的传动轴带动角铣头座(5)绕第一基准轴(d)摆动，所述双导程蜗杆(702)上位于其螺旋齿与前端旋转支撑组件之间安装有从动齿轮(704)，该从动齿轮(704)与由安装在双导程蜗杆(702)一侧的伺服电机(706)所驱动的主动齿轮(705)啮合；
所述前端旋转支撑组件包括前端套筒件(706a)，该前端套筒件(706a)的内孔壁由内向外分别构成前端导向孔和前端螺纹孔，与双导程蜗杆(702)的前端部紧密配合的前端轴承(707a)安装在该前端导向孔内并与之轴向滑动配合，与前端螺纹孔适配联接的前端调节螺杆(708a)从外向内轴向紧压前端轴承(707a)外侧外圈端面；所述后端旋转支撑组件包括后端套筒件(706b)，该后端套筒件(706b)的内孔壁由内向外分别构成后端导向孔和后端螺纹孔，与双导程蜗杆(702)的后端部紧密配合的后端轴承(707b)安装在该后端导向孔内并与之轴向滑动配合，与后端螺纹孔适配联接的后端调节螺杆(708b)从外向内轴向紧压后端轴承(707b)外侧外圈端面。
5.如权利要求4所述的三维软质模型切削成型机，其特征在于：所述前端导向孔与前端螺纹孔同轴且前端导向孔的孔径大于前端螺纹孔的孔径从而形成止退台阶(709)；并且，所述后端导向孔与后端螺纹孔同轴且后端导向孔的孔径大于后端螺纹孔的孔径从而形成止退台阶(709)。
6.如权利要求1所述的三维软质模型切削成型机，其特征在于：所述第五导向驱动机构采用了双导程蜗杆蜗轮传动消隙装置(7)，该双导程蜗杆蜗轮传动消隙装置(7)包括安装在外壳(701)内的双导程蜗杆蜗轮副，其中的双导程蜗杆(702)经由前端旋转支撑组件和后端旋转支撑组件定位于外壳(701)内，对应的蜗轮(703)与之正确的啮合并保持设定的中心距，所述蜗轮(703)通过与该蜗轮(703)轴毂联接的传动轴带动铣头本体(6)绕第二基准轴(e)摆动，所述双导程蜗杆(702)上位于其螺旋齿与前端旋转支撑组件之间安装有从动齿轮(704)，该从动齿轮(704)与由安装在双导程蜗杆(702)一侧的伺服电机(706)所驱动的主动齿轮(705)啮合；
所述前端旋转支撑组件包括前端套筒件(706a)，该前端套筒件(706a)的内孔壁由内向外分别构成前端导向孔和前端螺纹孔，与双导程蜗杆(702)的前端部紧密配合的前端轴承(707a)安装在该前端导向孔内并与之轴向滑动配合，与前端螺纹孔适配联接的前端调节螺杆(708a)从外向内轴向紧压前端轴承(707a)外侧外圈端面；所述后端旋转支撑组件包括后端套筒件(706b)，该后端套筒件(706b)的内孔壁由内向外分别构成后端导向孔和后端螺纹孔，与双导程蜗杆(702)的后端部紧密配合的后端轴承(707b)安装在该后端导向孔内并与之轴向滑动配合，与后端螺纹孔适配联接的后端调节螺杆(708b)从外向内轴向紧压后端轴承(707b)外侧外圈端面。
7.如权利要求6所述的三维软质模型切削成型机，其特征在于：所述前端导向孔与前端螺纹孔同轴且前端导向孔的孔径大于前端螺纹孔的孔径从而形成止退台阶(709)；并且，所述后端导向孔与后端螺纹孔同轴且后端导向孔的孔径大于后端螺纹孔的孔径从而形成止退台阶(709)。
8.如权利要求1至7中任意一项权利要求所述的三维软质模型切削成型机，其特征在于：所述的三维软质模型切削成型机是用于油泥、泡沫、木材或轻型树脂材料的切削并成型为三维软质模型。
9.三维软质模型切削成型方法，其步骤包括：一、在待加工三维软质模型(8)的周边布置至少两台权利要求1至8中任意一项权利要求所述的三维软质模型切削成型机；二、分别建立各台三维软质模型切削成型机与待加工三维软质模型(8)加工基准之间的相对位置；三、编制各台三维软质模型切削成型机的加工路径并确定其加工区域，保确在三维软质模型切削成型机之间不发生干涉的情况下，各加工区域和与之相邻的加工区域之间在它们的边缘处重合；四、按前面设定的程序进行加工。
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