CN103522813A - 独立对刀型3d立体多功能数控雕刻机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种独立对刀型3D立体多功能数控雕刻机，兼具圆柱表面雕刻、3D雕刻、平面雕刻等功能，雕刻精度高、工作效率高。其在床体上通过左导轨、右导轨活动连接有左立柱、右立柱，左立柱、右立柱与床体之间还设置有Y向驱动装置，左立柱、右立柱上方设置有龙门，龙门下方的床体上设置有多个U轴夹紧装置；床体内侧设置有左、右内导轨，左、右内导轨之间活动设置有顶针托板，顶针托板与左、右内导轨之间设置有左、右锁紧装置，多个顶针设置在顶针托板上；龙门上通过X向垂直导轨、X向水平导轨活动设置有通过X向连杆互相连接的多个雕刻头，还包括与多个雕刻头连接的X向驱动装置；雕刻头具备独立Z向上下的结构。

Description

独立对刀型3D立体多功能数控雕刻机

技术领域

本发明涉及CNC数控雕刻机，具体涉及一种多功能数控雕刻机。

背景技术

授权公告号为202242712U的中国实用新型专利公开了一种多头雕刻机X向驱动装置，包括龙门，所述的龙门侧面设置有上、下X向方轨， 龙门上端面设置有X向齿条，龙门上通过上、下X向方轨活动连接有至少一个主动雕刻头，多个雕刻头通过上、下X向方轨活动连接在龙门上；所述的主动雕刻头内设置有与X向齿条通过齿轮连接的X向电机；所述的主动雕刻头与多个雕刻头之间通过连杆连接。结构简单，运动灵活，可以提高多头雕刻机作业的精确度。然而，由于上、下X向方轨设置在龙门侧面，雕刻头以侧悬挂方式布置，造成上、下X向方轨负载大且存在扭偏效应，不利于提高雕刻精度。

中国专利CN201120321728公开了一种重载荷多头独立作业雕刻机，其床体的两侧设置有左、右Y向方轨、 左、右Y向齿条， 床体两侧通过左、右Y向方轨活动连接有左、右立柱， 左、右立柱内固定设置有左、右Y向电机， 左、右Y向电机分别通过齿轮与左、右Y向齿条活动连接；左、右立柱上方固定设置有X向横梁，X向横梁上设置有多个雕刻头。X向横梁侧面设置有上、下X向方轨， X向横梁上端面设置有X向齿条，X向横梁上连接有至少一个主动雕刻头和多个雕刻头。其解决了以下技术问题：1、采用了齿条传动，传动机构载荷较大；2、采用了多个雕刻头，工作效率较高，同时各个雕刻头能够各自独立作业。

授权公告号为202192931U的中国实用新型公开了一种圆柱雕刻机，解决了现有雕刻机的雕刻头定位不精确，雕刻精度不高的技术问题。其多个雕刻头与龙门之间设置有Ｘ向驱动装置，左立柱、右立柱与床体之间设置有双边同步的Ｙ向驱动装置，雕刻头自身实现Ｚ向运动；工件由Ｕ轴驱动装置带动进行自转，控制系统控制雕刻头在Ｘ向、Ｙ向、Ｚ向进行定位，雕刻电机自身旋转进行雕刻作业。由于Ｘ向采用了齿条传动方式，定位精确，Ｙ向采用了双边同步驱动方式，进一步提高了定位精确性。多个尾座同步旋转，工件被固定在尾座上，其圆周性定位准确，工件两端分别被卡盘顶芯和顶尖所固定，在轴向不产生位移偏差，加工过程中，工件固定牢固，可以承受较大的载荷。

授权公告号为201816385U的中国实用新型公开了一种雕刻头，其中设置有Z向电机、Z向导轨、Z向驱动装置，还设置有雕刻电机，雕刻电机能够在Z向电机驱动下沿Z向独立上下对刀并通过自转实现雕刻作业，适合作为多头雕刻机和单头雕刻机的雕刻头。

综上，现有技术已有平面雕刻机、圆柱雕刻机等设备，但缺乏同时兼具平面雕刻、圆柱外表面雕刻、立体3D雕刻的多功能雕刻机，同时现有技术中，雕刻机的X向驱动（龙门）、Y向驱动还存在改进的空间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种独立对刀型3D立体多功能数控雕刻机，兼具圆柱表面雕刻、3D雕刻、平面雕刻等功能，雕刻精度高、工作效率高。

为解决上述技术问题，本发明的独立对刀型3D立体多功能数控雕刻机，包括床体，在所述的床体上通过左导轨、右导轨活动连接有左立柱、右立柱，所述的左立柱、右立柱与床体之间还设置有Y向驱动装置，左立柱、右立柱上方设置有龙门，其特征在于：所述的龙门下方的床体上设置有多个U轴夹紧装置；所述的U轴夹紧装置包括设置在床体末端的多个尾座，尾座内设置有可自转的卡盘，还包括多个与卡盘匹配的顶针；所述的卡盘的主轴与卡盘驱动装置传动连接；床体内侧设置有左、右内导轨， 左、右内导轨之间活动设置有顶针托板，顶针托板与左、右内导轨之间设置有左、右锁紧装置， 所述的多个顶针设置在顶针托板上；所述的龙门的垂直面上设置有X向垂直导轨、水平面上设置有X向水平导轨，龙门上通过X向垂直导轨、X向水平导轨活动设置有多个雕刻头，多个雕刻头通过X向连杆互相连接；所述的雕刻头与尾座匹配；还包括与多个雕刻头连接的X向驱动装置；所述的雕刻头具备独立Z向上下的结构。

所述的Y向驱动装置包括设置在床体上的左、右Y向齿条，还包括设置在左立柱、右立柱上的左、右Y向驱动电机，所述的左、右Y向驱动电机的主轴与所述的左、右Y向齿条传动连接。

所述的左、右Y向驱动电机的主轴上分别设置有左、右Y向驱动电机主轴齿轮，所述的左立柱、右立柱上分别设置有左、右Y向大齿轮和 左、右Y向小齿轮，所述的左、右Y向大齿轮 分别通过传动轴与左、右Y向小齿轮连接，所述的左、右Y向驱动电机主轴齿轮分别与左、右Y向大齿轮啮合，所述的左、右Y向小齿轮分别与左、右Y向齿条啮合。

左、右Y向驱动电机主轴齿轮、 左、右Y向大齿轮、 左、右Y向小齿轮的螺旋角为5至15度。

所述的床体上活动设置有面板。

所述的卡盘驱动装置包括一个设置在床体上的U轴电机，所述的尾座内活动设置有与卡盘的主轴传动连接的蜗杆，U轴电机的主轴经多个联轴器与多个蜗杆连接。

所述的X向驱动装置包括设置在龙门上的X向驱动电机，还包括与X向驱动电机的主轴连接的X向丝杆，至少一个雕刻头与X向丝杆通过丝杆副传动连接。

所述的X向驱动装置包括设置在龙门上的X向齿条，至少一个雕刻头内设置有主动雕刻头X向电机，所述的主动雕刻头X向电机的主轴上设置有X向齿轮，所述的X向齿轮与X向齿条啮合。

所述的X向齿轮的螺旋角为5至15度。

采用了上述技术方案后，其技术效果体现在：

1、兼具圆柱表面雕刻、3D雕刻功能，增加面板后，即可作为平面雕刻使用；

2、具备多个雕刻头同时作业功能，工作效率高；

3、多个雕刻头针对工件的差别进行各自独立对刀和补偿，进一步提高了雕刻精度；

4、通过在龙门的垂直面上设置X向垂直导轨、水平面上设置X向水平导轨，从而使得在X向，雕刻头的自重可以被更合理的分布，防止出现X向扭偏、行走不畅、卡死等故障，提高了雕刻精度；

5、X向、Y向可支持齿条传动、丝杆传动等多种传动方式，便于提高设备适应性；

6、齿条传动方式下，左、右Y向驱动电机主轴齿轮、 左、右Y向大齿轮、 左、右Y向小齿轮、X向齿轮都设置有螺旋角，相比现有技术的齿条传动进一步提高了行走精度，从而提高了设备的雕刻精度。

附图说明

图1是本发明的独立对刀型3D立体多功能数控雕刻机的结构示意图；

图2是本发明的独立对刀型3D立体多功能数控雕刻机的俯视图；

图3是图2的正视图；

图4是本发明的独立对刀型3D立体多功能数控雕刻机的侧视图；

图5是左立柱的局部剖视图；

图6是右立柱的局部剖视图；

图7是实施例二的示意图；

图8是实施例三的结构示意图；

图9是实施例三的俯视图；

图10是图9沿A-A线的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1至图10可见，本发明的独立对刀型3D立体多功能数控雕刻机，包括床体1，在所述的床体1上通过左导轨10、右导轨10’活动连接有左立柱2、右立柱2’，所述的左立柱2、右立柱2’与床体1之间还设置有Y向驱动装置，左立柱2、右立柱2’上方设置有龙门3，所述的龙门3下方的床体1上设置有多个U轴夹紧装置；所述的U轴夹紧装置包括设置在床体1末端的多个尾座4，尾座4内设置有可自转的卡盘43，还包括多个与卡盘43匹配的顶针40；所述的卡盘43的主轴与卡盘驱动装置传动连接；床体1内侧设置有左、右内导轨11、11’， 左、右内导轨11、11’之间活动设置有顶针托板5，顶针托板5与左、右内导轨11、11’之间设置有左、右锁紧装置50、50’， 所述的多个顶针40设置在顶针托板5上；所述的龙门3的垂直面上设置有X向垂直导轨30、水平面上设置有X向水平导轨31，龙门3上通过X向垂直导轨30、X向水平导轨31活动设置有多个雕刻头6，多个雕刻头6通过X向连杆34互相连接；所述的雕刻头6与尾座4匹配；还包括与多个雕刻头6连接的X向驱动装置；所述的雕刻头6具备独立Z向上下的结构。

本发明中，所述的龙门3的截面为矩形，在其垂直面上设置有X向垂直导轨30、水平面上设置有X向水平导轨31，龙门3上通过X向垂直导轨30、X向水平导轨31活动设置有多个雕刻头6，为了方便连接，所述的雕刻头6上固定设置有一个由相互垂直的竖板和横板组成的雕刻头托板60，X向垂直导轨30与雕刻头托板60的竖板内侧活动连接，X向水平导轨31与雕刻头托板60的横板下侧活动连接；从而使得雕刻头6的重量通过X向水平导轨31沿铅垂线直接由龙门3承载，X向垂直导轨30起到导向支撑作用，相对于现有技术，X向导轨不易产生扭偏、行走不畅、卡死等故障；X向垂直导轨30、X向水平导轨31负载分配合理，两者配合工作，因而X向行走更为灵活，提高了雕刻精度。

X向水平导轨31与雕刻头托板60的横板下侧活动连接；所述的X向连杆34设置在雕刻头托板60的横板的上方靠近X向垂直导轨30的一侧，从而使得在截面方向，X向连杆34也位于X向水平导轨31与X向垂直导轨30之间，有利于提高传动效率。

X向、Y向驱动装置可以使用已知的丝杆传动或齿条传动等各种方式。

在龙门3的宽度方向，X向驱动装置应设置在X向垂直导轨30、X向水平导轨31之间，也就是说，X向水平导轨31设置在龙门3的水平面上相对X向垂直导轨30的远端，X向驱动装置设置在龙门3的水平面上相对X向垂直导轨30的近端，从而使得传动时，力矩更为平衡。

卡盘43与顶针40匹配，是指其个数和位置都是匹配的。顶针托板5与左、右内导轨11、11’之间设置有左、右锁紧装置50、50’， 所述的多个顶针40设置在顶针托板5上；工件上架时，先松开左、右锁紧装置50、50’， 顶针托板5沿左、右内导轨11、11’位置可调，工件顶牢于卡盘43与顶针40之间后，通过左、右锁紧装置50、50’固定顶针托板5。

本发明工作时，由Y向驱动装置驱动龙门3沿Y向行走，由X向驱动装置驱动多个雕刻头6沿X向行走，雕刻头各自独立上下实现Z向行走，U轴上的卡盘43与顶针40配合顶牢工件并自转，雕刻头上设置的雕刻电机7上带有刻刀并可自转，可实现工件的外表面360度雕刻。通过X、Y、Z、U轴以及雕刻电机7主轴的五轴联动控制，即可实现任意形状的3D立体雕刻。

实施例一

由图1至图6可见，本实施例中，Y向驱动装置采用齿条传动方式，双侧同步驱动。

本实施例的独立对刀型3D立体多功能数控雕刻机，其Y向驱动装置包括设置在床体1上的左、右Y向齿条12、12’，还包括设置在左立柱2、右立柱2’上的左、右Y向驱动电机20、20’，所述的左、右Y向驱动电机20、20’的主轴与所述的左、右Y向齿条12、12’传动连接。

本实施例中Y向采用了齿条传动方式，床体1的两侧设置左、右Y向齿条12、12’， 左、右Y向驱动电机20、20’同时对龙门3进行双边同步的驱动，从而保证双边行走一致，不易产生扭偏等现象。所述的左导轨10、右导轨10’设置在床体1在水平面上，所述的左、右Y向齿条12、12’ 设置在床体1的两侧，左立柱2、右立柱2’、 龙门3的重量主要经左导轨10、右导轨10’沿铅垂线直接由床体1承载，因而左、右Y向齿条12、12’重力负荷减小，有利于提高Y向行走精度。

所述的左、右Y向驱动电机20、20’的主轴上分别设置有左、右Y向驱动电机主轴齿轮201、201’，所述的左立柱2、右立柱2’上分别设置有左、右Y向大齿轮21、21’和 左、右Y向小齿轮22、22’，所述的左、右Y向大齿轮21、21’ 分别通过传动轴与左、右Y向小齿轮22、22’连接，所述的左、右Y向驱动电机主轴齿轮201、201’分别与左、右Y向大齿轮21、21’啮合，所述的左、右Y向小齿轮22、22’分别与左、右Y向齿条12、12’啮合。

上述技术方案给出了Y向驱动的一种实现方式，其通过Y向大齿轮、Y向小齿轮多级传动，可以起到变速的效果，同时也有利于传动机构的模块化生产装配。本领域技术人员可以做出各种变化，例如通过位置、尺寸变化实现Y向驱动电机的主轴不经中间机构而直接与Y向齿条传动连接，但仍然属于本专利的保护范围。

优选的，左、右Y向驱动电机主轴齿轮201、201’、 左、右Y向大齿轮21、21’、 左、右Y向小齿轮22、22’的螺旋角为5至15度，各传动付匹配设置。采用上述结构，有利于进一步提高齿条传动的精度。

本实施例中，采用了同步结构的卡盘驱动装置。

如图1至图6可见，本实施例的独立对刀型3D立体多功能数控雕刻机，所述的卡盘驱动装置包括一个设置在床体1上的U轴电机41，所述的尾座4内活动设置有与卡盘43的主轴传动连接的蜗杆44，U轴电机41的主轴经多个联轴器42与多个蜗杆44连接。

本发明中，卡盘驱动装置的功能是夹紧工件，并使之绕轴自转，从而实现工件外表面圆周雕刻。为达到上述目的，每一个卡盘43都可以配备一个独立的动力装置，然而本发明在工作过程中，U轴行程较小，因而上述结构有利于降低装置成本，减小控制难度，同时也可以保证多个卡盘驱动装置的同步。

如图1至图6可见，本实施例在X向采用了丝杆传动的方式。

所述的X向驱动装置包括设置在龙门3上的X向驱动电机32，还包括与X向驱动电机32的主轴连接的X向丝杆33，至少一个雕刻头6与X向丝杆33通过丝杆副传动连接。本实施例中，最靠近X向驱动电机32的雕刻头6与X向丝杆33通过丝杆副传动连接，由于多个雕刻头之间通过X向连杆34互相连接，连杆34起到传动和限位作用，因而行走过程中，可以保证多个雕刻头同步。

由于所述的雕刻头6上固定设置有一个由竖板和横板组成的雕刻头托板60，X向垂直导轨30与雕刻头托板60的竖板活动连接，X向水平导轨31与雕刻头托板60的横板活动连接；因而可以非常方便的在雕刻头托板60的横板下方提供X向丝杆33所需空间。

在龙门3的宽度方向，X向丝杆33设置在X向垂直导轨30、X向水平导轨31之间，也就是说，X向水平导轨31设置在龙门3的水平面上相对X向垂直导轨30的远端，X向丝杆33设置在龙门3的水平面上相对X向垂直导轨30的近端。

实施例二

在实施例一的基础上，本实施例给出了本发明作为平面雕刻机使用的情形。

如图1至图7可见，本实施例的独立对刀型3D立体多功能数控雕刻机，将顶针托板5移动至床体1的末端，通过控制系统关闭卡盘驱动装置，在床体1上活动设置面板13，X向、Y向、Z向、雕刻电机四轴联动，平板工件铺放在面板13上，即可达到表面浮雕的目的，因而本机兼具平面雕刻机功能。

实施例三

如图5、图6、图8、图9、图10可见，本实施例与实施例一的区别在于，在X向采用了齿条传动的方式。

所述的X向驱动装置包括设置在龙门3上的X向齿条35，至少一个雕刻头6内设置有主动雕刻头X向电机36，本实施例中，主动雕刻头X向电机36设置在左侧的第一个雕刻头6内。所述的主动雕刻头X向电机36的主轴上设置有X向齿轮37，所述的X向齿轮37与X向齿条35啮合。

在龙门3的宽度方向，X向齿条35设置在X向垂直导轨30、X向水平导轨31之间，也就是说，X向水平导轨31设置在龙门3的水平面上相对X向垂直导轨30的远端，X向齿条35设置在龙门3的水平面上相对X向垂直导轨30的近端。

优选的，所述的X向齿轮37的螺旋角为5至15度。X向齿条35与X向齿轮37相配合。

Claims (9)

1.一种独立对刀型3D立体多功能数控雕刻机，包括床体（1），在所述的床体（1）上通过左导轨（10）、右导轨（10’）活动连接有左立柱（2）、右立柱（2’），所述的左立柱（2）、右立柱（2’）与床体（1）之间还设置有Y向驱动装置，左立柱（2）、右立柱（2’）上方设置有龙门（3），其特征在于：所述的龙门（3）下方的床体（1）上设置有多个U轴夹紧装置；所述的U轴夹紧装置包括设置在床体（1）末端的多个尾座（4），尾座（4）内设置有可自转的卡盘（43），还包括多个与卡盘（43）匹配的顶针（40）；所述的卡盘（43）的主轴与卡盘驱动装置传动连接；床体（1）内侧设置有左、右内导轨（11、11’）， 左、右内导轨（11、11’）之间活动设置有顶针托板（5），顶针托板（5）与左、右内导轨（11、11’）之间设置有左、右锁紧装置（50、50’）， 所述的多个顶针（40）设置在顶针托板（5）上；所述的龙门（3）的垂直面上设置有X向垂直导轨（30）、水平面上设置有X向水平导轨（31），龙门（3）上通过X向垂直导轨（30）、X向水平导轨（31）活动设置有多个雕刻头（6），多个雕刻头（6）通过X向连杆（34）互相连接；所述的雕刻头（6）与尾座（4）匹配；还包括与多个雕刻头（6）连接的X向驱动装置；所述的雕刻头（6）具备独立Z向上下的结构。

2.如权利要求1所述的独立对刀型3D立体多功能数控雕刻机，其特征在于：所述的Y向驱动装置包括设置在床体（1）上的左、右Y向齿条（12、12’），还包括设置在左立柱（2）、右立柱（2’）上的左、右Y向驱动电机（20、20’），所述的左、右Y向驱动电机（20、20’）的主轴与所述的左、右Y向齿条（12、12’）传动连接。

3. 如权利要求2所述的独立对刀型3D立体多功能数控雕刻机，其特征在于：所述的左、右Y向驱动电机（20、20’）的主轴上分别设置有左、右Y向驱动电机主轴齿轮（201、201’），所述的左立柱（2）、右立柱（2’）上分别设置有左、右Y向大齿轮（21、21’）和 左、右Y向小齿轮（22、22’），所述的左、右Y向大齿轮（21、21’） 分别通过传动轴与左、右Y向小齿轮（22、22’）连接，所述的左、右Y向驱动电机主轴齿轮（201、201’）分别与左、右Y向大齿轮（21、21’）啮合，所述的左、右Y向小齿轮（22、22’）分别与左、右Y向齿条（12、12’）啮合。

4. 如权利要求3所述的独立对刀型3D立体多功能数控雕刻机，其特征在于：左、右Y向驱动电机主轴齿轮（201、201’）、 左、右Y向大齿轮（21、21’）、 左、右Y向小齿轮（22、22’）的螺旋角为5至15度。

5. 如权利要求1、2、3或4所述的独立对刀型3D立体多功能数控雕刻机，其特征在于：所述的床体（1）上活动设置有面板（13）。

6. 如权利要求1、2、3或4所述的独立对刀型3D立体多功能数控雕刻机，其特征在于：所述的卡盘驱动装置包括一个设置在床体（1）上的U轴电机（41），所述的尾座（4）内活动设置有与卡盘（43）的主轴传动连接的蜗杆（44），U轴电机（41）的主轴经多个联轴器（42）与多个蜗杆（44）连接。

7. 如权利要求1、2、3或4所述的独立对刀型3D立体多功能数控雕刻机，其特征在于：所述的X向驱动装置包括设置在龙门（3）上的X向驱动电机（32），还包括与X向驱动电机（32）的主轴连接的X向丝杆（33），至少一个雕刻头（6）与X向丝杆（33）通过丝杆副传动连接。

8. 如权利要求1、2、3或4所述的独立对刀型3D立体多功能数控雕刻机，其特征在于：所述的X向驱动装置包括设置在龙门（3）上的X向齿条（35），至少一个雕刻头（6）内设置有主动雕刻头X向电机（36），所述的主动雕刻头X向电机（36）的主轴上设置有X向齿轮（37），所述的X向齿轮（37）与X向齿条（35）啮合。

9. 如权利要求8所述的独立对刀型3D立体多功能数控雕刻机，其特征在于：所述的X向齿轮（37）的螺旋角为5至15度。

Images