CN104191885B - 一种拟人式雕刻用双摆头机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拟人式雕刻用双摆头机构，包括以下部件：一支架，用于将机构固定在雕刻机床上，所述支架上设有旋转装置；一电机座，设于支架下，通过转动轴与所述旋转装置连接，所述电机座上设有传动装置，所述传动装置的输出轴上固定有第一齿轮；一雕刻头，包括装夹有刀具的主轴、带动主轴旋转的气动马达及带到主轴摆动的摆轴，所述摆轴两端通过两对称固定柱安装于所述电机座下端，摆轴一端连接有第二齿轮，所述第二齿轮通过传动带与第一齿轮传动连接，所述气动马达通过钢丝软轴与主轴传动连接。用比较小的刀具和启动马达来形成扭矩输出，替换掉原来的电主轴提供旋转动力，它整体主轴头部比较小，此结构可以模块化，满足木雕需求。

Description

一种拟人式雕刻用双摆头机构

技术领域

本发明针对木雕行业三维立体雕刻机床所需的摆头机构而设计，主要涉及一种拟人式雕刻用双摆头机构。

背景技术

木雕浮雕行业比较成熟，机械主体以两轴到三轴半为主，而真正的四轴、五轴联动加工木雕机仍然是短板，且由于自身行业的发展特性，未能出现真正满足五轴木雕所需的机械主体，基本采用金属切削机床，未能考虑木雕的高速轻载和微小线段角度的加工特点，其核心的数控系统仍然基本采取PC+控制板卡的模式。

但是对于有凹凸感的三维立体雕刻，则上述的数控机床则往往有缺陷，需要针对木雕行业特点设计的专用五轴雕刻机，而这样的机床往往采取双摆头的结构形式。但常规的双摆头往往是直接采购电主轴，而后由电主轴上安装刀具进行加工，虽然可以加工一些产品，但是好多的艺术造型，往往是很复杂，直接用电主轴往往会造成电主轴与加工胚料干涉，而无法达到加工目的。后续就需要艺术雕刻人员来进行细化，其从CAM方面来说，软件工艺是可以实现的，只是由于机械结构的限制无法加工。

发明内容

本发明的发明目的在于克服上述技术问题，提供一种不再采用电主轴作为刀具动力输出源，改为用气动马达带动钢丝软轴来为主轴形成扭矩输出的拟人式雕刻用双摆头机构。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种拟人式雕刻用双摆头机构，包括以下部件：

一支架，用于将机构固定在雕刻机床上，所述支架上设有旋转装置；

一电机座，设于支架下，通过转动轴与所述旋转装置连接，并可由旋转装置带动旋转，所述电机座上设有传动装置，所述传动装置的输出轴上固定有第一齿轮；

一雕刻头，包括装夹有刀具的主轴、带动主轴旋转的气动马达及带到主轴摆动的摆轴，所述摆轴两端通过两对称固定柱安装于所述电机座下端，摆轴一端连接有第二齿轮，所述第二齿轮通过传动带与第一齿轮传动连接，所述气动马达通过钢丝软轴与主轴传动连接。

进一步优化的，所述主轴通过定子固定在摆轴上，主轴内部设有转子，所述转子与定子之间内嵌有轴承，所述定子顶部设有轴套，所述钢丝软轴的一端通过固定在轴套上，轴套与转子相连接。

进一步优化的，所述主轴的端部设有弹簧夹头，所述转子下部外侧为一段螺纹，安装有小型螺母，所述弹簧夹头与转子通过小型螺母紧密配合进而一起旋转。

进一步优化的，所述轴套下方进一步设有锁紧螺母，所述轴套和锁紧螺母通过内部螺纹与转子上不拧紧连接。

进一步优化的，所述旋转装置包括第一伺服电机和第一行星减速机，所述第一伺服电机和第一行星减速机通过轴承座内放置的轴承与电机座相连接。

进一步优化的，所述第一行星减速机的输出轴采用键槽方式与电机座的旋转连接轴相连接，所述轴承座上方设有顶盖，轴承座内部放置两个轴承通过螺栓固定在支架上。

进一步优化的，所述传动装置包括第二伺服电机和第二行星减速机，第二行星减速机的输出轴上固定有第一齿轮。

进一步优化的，进一步包括有防护盖，所述防护盖罩在第一齿轮、第二齿轮和传动带的外侧。

进一步优化的，所述传动带为同步带。

区别于现有技术的双摆头机构，本发明用比较小的刀具和启动马达来形成扭矩输出，替换掉原来的电主轴提供旋转动力，它整体主轴头部比较小，此结构可以模块化，满足木雕需求。还可以通过不同需求改变旋转装置和传动装置的大小、扭矩来增加其刚性，并且小的气动马达也可以根据需求改为较小的电主轴以满足大的切削需求，进而满足石材、木材、珠宝等的雕刻用需求。由于采用这样的机构，可以使得最终的刀具运行类似人拿着雕刻笔去雕刻产品一般。从而可以加工原来由于刀具和电主轴与加工胚料干涉而无法加工的部分和产品，使得产品的加工范围和自动化更高，留给后续的人工修饰的部分更少，提升了产品的效率、质量，降低生产成本。

附图说明

图1为本发明拟人式雕刻用双摆头机构的结构示意图；

图2为本发明实施例中电机座的结构示意图；

图3为本发明实施例中主轴的结构示意图；

图4为本发明实施例中电机座与旋转装置的连接示意图。

标号说明：

1：支架；2：第一伺服电机；3：第一行星减速机；4：顶盖；5：轴承座；6：电机座；7：第二伺服电机；8：第二行星减速机；9：防护盖；10：固定柱A；11：固定柱B；12：气动马达；13：轴套；14：锁紧螺母；15：摆轴；16：主轴；17：刀具；18：马达轴套；19：钢丝软轴；

21：第一齿轮；22：同步带；23：第二齿轮；

31：转子；32：转子轴承；33：定子；34：弹簧夹头；35：小型螺母；

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1以及图2，本发明拟人式雕刻用双摆头机构通过支架1固定与机床上面，第一伺服电机2和第一行星减速机3通过轴承座5内放置的轴承与电机座6相连，并且可带动电机座6，以及固定在上面的机构与第一伺服电机2一起旋转。电机座6上面通过螺栓固定有第二伺服电机7和第二行星减速机8，在第二行星减速机8的输出轴上固定有第一齿轮21，通过同步带22与下面的第二齿轮23相连，第二齿轮23则是固定在摆轴15上，摆轴15则通过分布两侧的固定柱A10、固定柱B11和电机座6相连。固定柱A10、固定柱B11通过螺栓固定在电机座6上，防护盖9主要是起到遮挡第一齿轮21、第二齿轮23和同步带22的作用，通过螺栓与电机座6相连。在摆轴15的中部，与电机2的旋转中心相一致，放置有主轴16，主轴16顶部通过轴套13与钢丝软轴19的一端相连，轴套13内部通过螺栓与主轴16的转子部分相连接，为保证连接紧密，在轴套下方增加一个锁紧螺母14，在电机座6的下面的固定柱A10上通过螺栓固定有一个微型的气动马达12，在气动马达12的输出轴上固定有一个马达轴套18，轴套中心焊接固定有钢丝软轴19的另一端。通过钢丝软轴19可以讲气动马达12的旋转扭矩传递给主轴16，用于带动主轴上装夹的刀具17旋转。本机构可以根据加工的需求，通过改变轴承的大小、同步带长度，来改变电机座与摆轴之间的距离。同时也可以通过改变两个所用电机的大小，尤其是第二伺服电机7和第二行星减速机8的大小，较为明显的改变最终执行机构的外形尺寸，以适应不同工况下的要求。气动马达通过钢丝软轴为主轴提供旋转动力，采用这样的结构，可以使得主轴外径极小，长度也可以缩小很多，从而可以使得在加工某些部位的时候，可以先使刀具放入进去，而后再进行摆动和旋转，从而达到加工要求，本机构比采用电主轴而言，可以覆盖更多的产品加工类型和区域。采用气动马达可以无级调速，且具有正反转功能，且有较好的过载能力，过载时，马达只是转速降低或停止，当过载解除，立即可以重新正常运转，并不产生机件损坏等故障。可以长时间满载连续运转，温升较小。且具有结构简单，体积小，重量轻，马力大，操纵容易，维修方便。通过这样的一个双摆头机构，改变了传动的采用电主轴作为旋转扭矩的动力输出，改为了气动马达通过柔性扭矩传输零件如钢丝软轴，使得主轴部分的尺寸可以极小，仅用于旋转输出和内置刀具，并由于采用微型电机、轴承等，使得主轴与摆动电机之间的支撑和动力传输机构的外形尺寸也比较小，可以加工一些原来由于主轴干涉而无法加工到的部分，同时，也可以提高加工的纵向深度和内凹部分。

在本实施例中，如图3所示，主轴16主要是通过定子33直接焊接在摆轴15上，主轴16整体比较短小，主要是内部有转子31，转子31与定子33之间内嵌有两对转子轴承32，而钢丝软轴19的一段通过焊接在轴套13上，轴套13和锁紧螺母14通过内部螺纹与转子31上不拧紧连接。而通过气动马达12的旋转带动钢丝软轴19的旋转，进而通过固定带动转子旋转。在转子下部外侧为一段螺纹，可以安装小型螺母35，小型的刀具主要是通过弹簧夹头34安装，而后弹簧夹头34与转子31通过小型螺母35紧密配合进而一起旋转。由于主轴自身主要就是一个安装刀具并旋转，而动力来源则是通过钢丝软轴来实现，就可以缩小主轴自身的长度和直径，进而使得主轴带上刀具之后的整体外径尺寸和长度可以极小，可以使机床垂直深入某些内凹的传统由于主轴干涉而不便于加工的部分，而后再去摆动和旋转主轴和刀具，达到加工目的。

在本实施例中，如图4所示，第一行星减速机3的输出轴，它采用键槽方式与电机座6的旋转连接轴相连，轴承座5的上方顶盖4通过螺栓相连，轴承座5内部放置有两个轴承通过螺栓固定在支架1上。从而可以实现第一伺服电机2和第一行星减速机3的旋转带动电机座6的旋转。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种拟人式雕刻用双摆头机构，其特征在于，包括以下部件：

一支架，用于将机构固定在雕刻机床上，所述支架上设有旋转装置；

一电机座，设于支架下，通过转动轴与所述旋转装置连接，并可由旋转装置带动旋转，所述电机座上设有传动装置，所述传动装置的输出轴上固定有第一齿轮；

一雕刻头，包括装夹有刀具的主轴、带动主轴旋转的气动马达及带动主轴摆动的摆轴，所述摆轴两端通过两对称固定柱安装于所述电机座下端，摆轴一端连接有第二齿轮，所述第二齿轮通过传动带与第一齿轮传动连接，所述气动马达通过钢丝软轴与主轴传动连接；

所述主轴通过定子固定在摆轴上，主轴内部设有转子，所述转子与定子之间内嵌有轴承，所述定子顶部设有轴套，所述钢丝软轴的一端固定在轴套上，轴套与转子相连接。

2.根据权利要求1所述的拟人式雕刻用双摆头机构，其特征在于，所述主轴的端部设有弹簧夹头，所述转子下部外侧为一段螺纹，安装有小型螺母，所述弹簧夹头与转子通过小型螺母紧密配合进而一起旋转。

3.根据权利要求1所述的拟人式雕刻用双摆头机构，其特征在于，所述轴套下方进一步设有锁紧螺母，所述轴套和锁紧螺母通过内部螺纹与转子上不拧紧连接。

4.根据权利要求1所述的拟人式雕刻用双摆头机构，其特征在于，所述旋转装置包括第一伺服电机和第一行星减速机，所述第一伺服电机和第一行星减速机通过轴承座内放置的轴承与电机座相连接。

5.根据权利要求4所述的拟人式雕刻用双摆头机构，其特征在于，所述第一行星减速机的输出轴采用键槽方式与电机座的旋转连接轴相连接，所述轴承座上方设有顶盖，轴承座内部放置两个轴承通过螺栓固定在支架上。

6.根据权利要求1所述的拟人式雕刻用双摆头机构，其特征在于，所述传动装置包括第二伺服电机和第二行星减速机，第二行星减速机的输出轴上固定有第一齿轮。

7.根据权利要求1所述的拟人式雕刻用双摆头机构，其特征在于，进一步包括有防护盖，所述防护盖罩在第一齿轮、第二齿轮和传动带的外侧。

8.根据权利要求7所述的拟人式雕刻用双摆头机构，其特征在于，所述传动带为同步带。