CN111002042A - 一种桌面级小型cnc机床 - Google Patents

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CN111002042A
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李劲松
李占伟
郁欣盛
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Shanghai Jiaotong University
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P23/00—Machines or arrangements of machines for performing specified combinations of different metal-working operations not covered by a single other subclass
    • B23P23/04—Machines or arrangements of machines for performing specified combinations of different metal-working operations not covered by a single other subclass for both machining and other metal-working operations

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种桌面级小型CNC机床，涉及数控机床整体设计领域，包括主体框架、加工平台、小轮同步带平动机构、滚珠丝杠传动机构和控制系统；所述主体框架与所述加工平台连接构成工作平面；所述滚珠丝杠传动机构垂直于所述工作平面；所述控制系统固定于所述主体框架上，并通过电线与各个舵机进行连接；所述控制系统具备无线传输和远程下载读取功能。本发明采用开源软硬件平台，采用构建在铝型材上的小车式结构并配备偏心轴套结构，易于调整和后期维护保养；并通过云计算、云编译和云平台进行无线远程控制；CNC机床中有无线交互设备，能够和加工中心组成云平台实时更改。

Description

一种桌面级小型CNC机床
技术领域
本发明涉及数控机床(CNC)整体设计领域，尤其涉及一种桌面级小型CNC机床。
背景技术
传统CNC机床的主要优点，包括加工精度高、利用多轴联动可以实现手动控制无法达到的各种复杂加工运动轨迹、节省大量的人力等，但传统CNC机床的质量和体积都十分巨大，对其进行搬运极其不便，同时高昂的价格也极大限制了使用人群。一般比较小的实验室或者家庭创客想要配备一台传统的CNC机床几乎不可能。
如果能把一台大型的CNC机床缩小到桌面级别，将为实验室或者个人带来极大的便利。目前已经有数量较少的桌面级CNC机床，但是价格依然较为昂贵，控制系统也较为复杂，不利于开展教学和展示活动。另外，现有的桌面级CNC机床多基于滚珠丝杠以及直线轴承进行构建，但是滚珠丝杠及直线轴承较易磨损，随着加工次数的增加，加工精度难以保证。而且，现有的桌面级CNC机床多采用专用软件，界面相对复杂，需要用户有专业知识基础，上手较难，同时拷贝程序的过程也较为复杂，更改模型不方便。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种新的桌面级小型CNC机床，克服现有CNC机床中存在的上述问题。
发明内容
鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是探究制造一台桌面级CNC机床的可能性并给出可行的解决方案。具体来说，这台桌面级CNC机床在保持较高加工精度的同时，体积要缩小到桌面级，重量也要缩减到能较为方便地搬运，成本要足够低廉，同时易于维护保养，使得作为实践教学用途进行大批量配置成为可能。
本发明提供的一种桌面级小型CNC机床，包括主体框架、加工平台、小轮同步带平动机构、滚珠丝杠传动机构和控制系统；
所述主体框架与所述加工平台连接构成工作平面；
所述滚珠丝杠传动机构垂直于所述工作平面；
所述控制系统固定于所述主体框架上，并通过电线与所述小轮同步带平动机构和所述滚珠丝杠传动机构连接；
所述控制系统具备无线传输和远程下载读取功能。
进一步地，所述小轮同步带平动机构包括第一小轮同步带平动机构和第二小轮同步带平动机构；
所述第一小轮同步带平动机构平行于所述工作平面；
所述第一小轮同步带平动机构包括两个，分别位于所述工作平面的两侧，控制刀具在所述工作平面内的前后运动。
进一步地，所述第二小轮同步带平动机构位于所述第一小轮同步带平动机构上且与所述第一小轮同步带平动机构垂直，并平行于所述工作平面。
进一步地，所述第二小轮同步带平动机构位于所述工作平面的上部，控制所述刀具在所述工作平面内的左右移动。
进一步地，所述滚珠丝杠传动机构位于所述第二小轮同步带平动机构的上面，控制所述刀具在垂直于所述工作平面的方向上移动。
进一步地，还包括激光雕刻器；所述激光雕刻器位于所述滚珠丝杠传动机构上，靠近所述刀具，具备雕刻切割功能。
进一步地，还包括反馈传感器。
进一步地，所述反馈传感器与建模控制端连接；所述建模控制端包括操作端、服务器、云平台和CNC控制器。
进一步地，通过所述操作端进行模型参数输入，通过所述云平台进行编译计算，并通过无线传输将建模命令传输到所述CNC控制器中；所述CNC控制器控制所述CNC机床中所述刀具和所述激光雕刻器的移动；所述反馈传感器实时监测切削雕刻过程并将数据返回所述CNC控制器及所述云平台进行实时补偿，提高加工精度。
进一步地，所述主体框架和所述加工平台采用铝合金型材。
本发明的有益效果是：
(1)零部件全部采用标准型材及易于购买或定制的批量化生产部件，降低成本；
(2)开源软硬件平台、开源G代码运动控制器、Arduino IDE下成功编译并运行；
(3)采用构建在铝型材上的小车式结构并配备偏心轴套结构，保证精度下具有较高的刚度、耐磨损，易于调整和后期维护保养；
(4)通过云计算、云编译和云平台进行无线远程控制；CNC机床中有无线交互设备，能够和加工中心组成云平台实时更改。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的总体示意图；
图2是本发明的一个较佳实施例的控制原理图。
其中：1-主体框架，2-加工平台，3-第一小轮同步带平动机构，4-第二小轮同步带平动机构，5-滚珠丝杠传动机构，6-控制系统，7-激光雕刻器，8-反馈传感器。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
如图1所示，为桌面级小型CNC机床的总体示意图，包括主体框架1、加工平台2、第一小轮同步带平动机构3、第二小轮同步带平动机构4、滚珠丝杠传动机构5、控制系统6、激光雕刻器7和反馈传感器8。
其中，主体框架1和加工平台2采用铝合金型材。
其中，主体框架1与加工平台2连接构成工作平面。
其中，第一小轮同步带平动机构3平行于工作平面。
其中，滚珠丝杠传动机构5垂直于工作平面。
其中，控制系统6固定于主体框架1上，并通过电线与第一小轮同步带平动机构3、第二小轮同步带平动机构4和滚珠丝杠传动机构5连接；控制系统6具备无线传输和远程下载读取功能。
其中，第一小轮同步带平动机构3带两个舵机，第二小轮同步带平动机构4带一个舵机，滚珠丝杠传动机构5带一个舵机。
其中，第一小轮同步带平动机构3包括两个，分别位于工作平面的两侧，控制刀具在工作平面内的前后运动。
其中，还包括一个位于第一小轮同步带平动机构3上且与第一小轮同步带平动机构3垂直，并平行于工作平面的第二小轮同步带平动机构4。
其中，第二小轮同步带平动机构4位于工作平面的上部，控制刀具在工作平面内的左右移动。
其中，滚珠丝杠传动机构5位于第二小轮同步带平动机构4的上面，控制刀具在垂直于工作平面的方向上移动。
其中，激光雕刻器7位于滚珠丝杠传动机构5上，是CNC机床上除了刀具之外的另一种加工方式，安装在刀具附近，可进行激光雕刻和加工。
其中，反馈传感器8与建模控制端连接。
如图2所示，建模控制端包括操作端、服务器、云平台和CNC控制器，为开源的软硬件控制平台，具有Arduino兼容性，可以在Arduino IDE下成功编译及运行，并采用通用的数控机床G代码进行设备控制，同时集成的控制平台能够以有线或无线方式接入互联网传输，构建加工云平台。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种桌面级小型CNC机床，其特征在于，包括主体框架、加工平台、小轮同步带平动机构、滚珠丝杠传动机构和控制系统；
所述主体框架与所述加工平台连接构成工作平面；
所述滚珠丝杠传动机构垂直于所述工作平面；
所述控制系统固定于所述主体框架上，并通过电线与所述小轮同步带平动机构和所述滚珠丝杠传动机构连接；
所述控制系统具备无线传输和远程下载读取功能。
2.如权利要求1所述的桌面级小型CNC机床，其特征在于，所述小轮同步带平动机构包括第一小轮同步带平动机构和第二小轮同步带平动机构；
所述第一小轮同步带平动机构平行于所述工作平面；
所述第一小轮同步带平动机构包括两个，分别位于所述工作平面的两侧，控制刀具在所述工作平面内的前后运动。
3.如权利要求2所述的桌面级小型CNC机床，其特征在于，所述第二小轮同步带平动机构位于所述第一小轮同步带平动机构上且与所述第一小轮同步带平动机构垂直，并平行于所述工作平面。
4.如权利要求3所述的桌面级小型CNC机床，其特征在于，所述第二小轮同步带平动机构位于所述工作平面的上部，控制所述刀具在所述工作平面内的左右移动。
5.如权利要求4所述的桌面级小型CNC机床，其特征在于，所述滚珠丝杠传动机构位于所述第二小轮同步带平动机构的上面，控制所述刀具在垂直于所述工作平面的方向上移动。
6.如权利要求5所述的桌面级小型CNC机床，其特征在于，还包括激光雕刻器；所述激光雕刻器位于所述滚珠丝杠传动机构上，靠近所述刀具，具备雕刻切割功能。
7.如权利要求6所述的桌面级小型CNC机床，其特征在于，还包括反馈传感器。
8.如权利要求7所述的桌面级小型CNC机床，其特征在于，所述反馈传感器与建模控制端连接；所述建模控制端包括操作端、服务器、云平台和CNC控制器。
9.如权利要求8所述的桌面级小型CNC机床，其特征在于，通过所述操作端进行模型参数输入，通过所述云平台进行编译计算，并通过无线传输将建模命令传输到所述CNC控制器中；所述CNC控制器控制所述CNC机床中所述刀具和所述激光雕刻器的移动；所述反馈传感器实时监测切削雕刻过程并将数据返回所述CNC控制器及所述云平台进行实时补偿，提高加工精度。
10.如权利要求1所述的桌面级小型CNC机床，其特征在于，所述主体框架和所述加工平台采用铝合金型材。
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