CN202573579U

CN202573579U - 一种雕刻机直驱数控转台

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Publication number: CN202573579U
Application number: CN 201220178351
Authority: CN
Inventors: 邵文远
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-04-19
Filing date: 2012-04-19
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2022-04-19

Abstract

一种用于雕刻机驱动工件或加工装置回转的数控转台，由于采取直驱步进电机和高细分步进驱动器，步进电机转子与工件之间直接连接，没有任何传动机构，因此不存在反向间隙，也不存在机械磨损，其回转分辨率远小于蜗轮减速器的间隙，也远小于同步带减速器的回差，不但精度高，同时具有优良的跟踪性能，有利于大大改善工艺品雕刻的精细程度和表面质量。而且免维护，高可靠，长寿命。本实用新型推出的低速大扭矩密极直驱步进电机，该电机与250细分的步进驱动器相配时，可达到小于1/1000度的分辨率，其输出力矩可达到50-1000NM。

Description

一种雕刻机直驱数控转台

技术领域：本发明涉及一种数控转台，尤其是一种用于驱动数控雕刻机工件或加工装置回转的直驱数控转台，属雕刻机技术领域。

背景技术：数控雕刻机是近十多年来快速发展起来的一种自动化切削加工设备，与金属切削机床类似地，可利用旋转刀具或其它工具对工件进行3轴，4轴，5轴加工，但又与金属切削机床不同，数控雕刻机主要加工竹、木、塑、砖、陶坯、玉石、铝、铜等材料，切削力较小，加工对象以工艺品、广告标识、家具为主，精度要求不高，但加工表面多为复杂浮雕，对所加工曲面质量要求，以及对加工速度，生产效率的要求比金属切削机床还高，而设备使用现场粉尘污染严重，设备运行24小时以上连续不停，操作人员多无机械设备使用经验，所以对设备的可靠性要求也很高，而设备的价格又要求较低，这些对数控雕刻机的运动部件，特别是回转驱动部件的设计了提出特殊的要求。

已有数控雕刻机多用伺服电机驱动蜗轮蜗杆减速器驱动工件或主轴回转，因蜗轮蜗杆间存在较大间隙，正反向加工不重合，所加工工件表面质量较差，而且设备运行时间长，使用中磨损较快，使蜗轮蜗杆间隙越来越大，雕刻质量越来越差。有的数控雕刻机采用伺服电机或与步进电机经减速器减速或直接地用同步齿带减速带动一个或多个工件回转，传动刚性很差，加工时振动大，同时回差大，正反加工不重合严重，而已有用于金属切削机床的永磁同步型直驱数控转台，因其价格十分昂贵，无法为雕刻机用户接受。

实用新型内容：

本发明的目的在于：提供一种适合数控雕刻机的驱动工件或主轴回转的数控转台，该数控转台无间隙，无磨损，可长期保证正反向雕刻路径的重合，实现雕刻工件表面的高质量加工，而且成本较低。

本发明用以下技术方案实现发明目的：

本发明雕刻机直驱数控转台，包括转台壳体(1)、直驱电机(2)、直驱电机驱动器(3)，在所述直驱电机(2)输出轴上直接安装有以下之一的部件：a，工件夹持装置(5)b，一个或多个相同或不同的加工装置(6)，加工装置(6)与数控转台轴线的夹角为90度或45度；c，第二个数控转台，两个数控转台轴线夹角为90度或45度；

所述数控转台壳体(1)固定在以下之一的部件上：a，雕刻机床身上或雕刻机的x，y，z之一的直线运动运动部件上，数控转台轴线与x，y，z之一的直线运动轴的夹角为0度或45度，b，第二个数控转台的输出轴上；两个数控转台轴线夹角为90度或45度，本发明的特点是：

所述直驱电机(2)，是一个步进电机，所述直驱电机驱动器(3)是一个细分步进驱动器。这样，所述步进电机转子与工件之间，没有任何传动机构，因此不存在反向间隙，也不存在机械磨损，其回转精度仅仅由步进电机转子的回转角所决定。由于采用细分步进驱动器，如驱动器设置为256细分，步进电机采用市场上广泛采用的两相50极步进电机，每输入一个脉冲，步进电机转子转动1/51200转，折算到直径200mm的圆周上，圆周向位移仅0.00613mm，这样的分辨率，远小于蜗轮减速器的间隙，也远小于同步带减速器的回差，有利于大大改善工艺品雕刻的精细程度和表面质量。高度细分的步进电机，当工件或加工装置在高速运行时，电机其实是在低速状态下运行，所以具有较好的跟踪性能。

步进电机的缺点之一是输出力矩有限，当受较大阻力时可能失步，但对于主要用于制造小直径竹、木、塑、铝、铜工艺品的雕刻机来说，只要选择适当扭矩的步进电机，是能满足可靠性要求的。对于需要高效率大切深加工大直径工件的圆柱雕刻机，或加工金属并要求达到较高精度，上述市场上的步进电机就不能满足要求。

本发明推出以下低速大扭矩密极直驱步进电机可以满足以上要求，该电机由外壳(2a)、轴承(2b)、定子铁心(2C)、定子绕组(2d)、转子铁心(2e)、转子磁钢(2f)、转子轴(2h)、底盖(2i)、构成。转子铁心极数为100-1500极，所述轴承是以下之一：

a，径向轴向滚柱(YRT)轴承；

b，四点接触式轴承；

c，交叉滚柱式轴承；

d，相反安装的两个角接触轴承；

当定子铁心为两相16槽，转子铁心极数为360极并与250细分的步进驱动器相配时，该直驱步进电机分辨率为1/1000度，即36万步/转，该分辨率保证2/1000度以内的高重复精度。其力矩根据定转子的直径和长度可达到50-1000NM。

步进电机的缺点之二是电机转子铁心和定子铁心磁极的制造分度有一定误差，而且每个细分周期内，每步对应的转角也是不均匀的，其误差会远大于1/1000度，这对工艺品加工影响不大，但如果用于模具或精密工件加工，就要求数控转台的回转具有高的绝对定位精度，针对这种要求，所述步进电机(2)应带有一个高分辨率的编码器，该编码器的信号接到所述驱动器(3)的编码器闭环反馈端口，或接到数控系统，实现闭环控制，并利用数控系统的螺距补偿功能，从而可以达到接近2/1000度的绝对定位精度。

对于要在对工件或加工装置进行精密分度后承受大切削力矩的应用场合，应在步进电机(2)上安装一个刹车机构。

所述刹车机构可由刹车鼓(2j)、液压胀套(2k)构成，刹车鼓(2j)直接固定在步进电机(2)的输出轴(2h)上，常态下刹车鼓(2j)和液压胀套(2k)之间保持一定间隙而不接触，当在液压胀套(2k)内导入高压油，液压胀套(2k)将膨胀并压紧刹车鼓(2j)，实现制动；

对于需要一次同时加工N个圆柱工件的雕刻机，N个所述直驱转台由N个所述步进电机(2)和N个所述细分步进驱动器(3)构成，N个所述细分步进驱动器的控制信号相互串联或并联，或串并联，并经一个放大器(15)接数控系统运动控制信号输出端。

发明优点；

本发明雕刻机直驱数控转台无反向间隙，分辨率高，可实现高质量浮雕加工，并且无磨损，长寿命，免维护，高可靠。如采用二相50极步进电机配合250细分驱动器，可达1/50000转的分辨率。如采用360极大扭矩步进电机配合250细分驱动器，可达1/360000转或1/1000度的分辨率，输出力矩根据需要可达到50-1000NM。

附图说明：

图1，本发明雕刻机直驱数控转台直接驱动工件回转示意图。

图2，驱动工件回转的本发明雕刻机直驱数控转台，其壳体装在第二个直驱数控转台输出轴上示意图，两转台轴线夹角90度。

图3，驱动工件回转的本发明雕刻机直驱数控转台，其壳体装在第二个直驱数控转台输出轴上示意图，两转台轴线夹角45度。

图3a为所示直驱数控转台，其二个直驱数控转台输出轴回转180度示意图。

图4，本发明雕刻机直驱数控转台直接驱动加工装置示意图。

图4a，本发明雕刻机直驱数控转台直接驱动多个不同加工装置示意图，图4a中绕轴线分布有高速精雕主轴、车刀架、大扭矩开粗主轴、激光发射头。

图4b中绕轴线装有有高速精雕主轴，和大扭矩开粗主轴，回转180度就可切换。

图5，驱动加工装置回转的本发明雕刻机直驱数控转台，其壳体装在第二个直驱数控转台输出轴上示意图，两转台轴线夹角90度。

图6，驱动加工装置回转的本发明雕刻机直驱数控转台，其壳体装在第二个直驱数控转台输出轴上示意图，两转台轴线夹角45度。

图6a，图6所示驱动加工装置回转的直驱数控转台输出轴回转180度示意图。

图7，低速大扭矩密极步进电机轴向剖视图。

图7a，低速大扭矩密极步进电机A-A向剖视图。

图7b，低速大扭矩密极步进电机A处局部放大图。

图8，多数控转台电气连接图。

附图标号说明：1转台座、2直驱电机、2a电机外壳、2b轴承、2c定子铁心、2d定子绕组、2e转子铁心、2f转子磁钢、2h转子轴、2g隔磁套、2i底盖、2j刹车鼓、2k液压胀套、3细分步进驱动器、4工件、5工件夹持装置、6加工装置、6a高速电主轴、6b大扭矩主轴、6c车刀架、6d激光发射头、8雕刻机床身或X、Y、Z运动部件之一、11编码器，15放大器。

具体实施方式：参图1-图7，本发明雕刻机用数控直驱转台，由转台外壳(1)、一个步进电机(2)和一个细分步进驱动器(3)构成，步进电机(2)是低速大扭矩密极直驱步进电机，也可采用已有步进电机。所述直驱步进电机(2)输出轴上直接安装有以下之一的部件：

a，工件夹持装置(5)，如图1、图2、图3、图3a；

b，一个或多个相同或不同的加工装置(6)，加工装置(6)与数控转台轴线的夹角为90度或45度，如图4、图4a、图4b、图5、图6、图6a；

c，第二个数控转台，两个数控转台轴线夹角为90度或45度，如图2、图3、图3a、图5、图6、图6a；

所述数控转台壳体(1)固定在以下之一的部件上：

a，雕刻机床身或雕刻机的x，y，z之一的直线运动运动部件(8)上，数控转台轴线与x，y，z之一的直线运动轴的夹角为0度或45度，如图1-图6a；

b，第二个数控转台的输出轴上；两个数控转台轴线夹角为90度或45度，如图2、图3、图3a、图5、图6、图6a。

这样，步进电机转子及输出轴与被驱动回转的工件或加工装置之间，没有任何传动机构，因此不存在反向间隙，也不存在机械磨损，其回转精度仅仅由步进电机转子的回转角所决定。由于采用了细分步进驱动器，如驱动器设置为256细分，步进电机采用市场上广泛采用的两相50极步进电机，每输入一个脉冲，步进电机转子转动1/51200转，折算到直径200mm的圆周上，圆周向位移仅0.00613mm，这样的分辨率，远小于蜗轮减速器的间隙，也远小于同步带减速器的回差，有利于大大改善并长期改善工艺品雕刻的精细程度和表面质量。由于采用高度细分，当工件在高速运行时，电机其实是在低速状态下运行，所以具有较好的跟踪性能。

步进电机的缺点之一是输出力矩有限，当受较大阻力时可能失步，主要适用于制造小直径竹、木、塑、铝、铜工艺品的雕刻机，只要选择适当扭矩的步进电机，是能满足可靠性要求的。

对于需要高效率大切深加工大直径工件的圆柱雕刻机，或加工金属并要求达到较高精度，市场上已有的步进电机就不能满足要求，图7是本发明的一种低速大扭矩密极直驱步进电机，该电机由外壳(2a)、轴承(2b)、定子铁心(2C)、定子绕组(2d)、转子铁心(2e)、转子磁钢(2f)、转子轴(2h)、隔磁套(2g)、底盖(2i)、构成。转子铁心极数为100-1500极，所述轴承是以下之一：

a，径向轴向滚柱(YRT)轴承；

b，四点接触式轴承；

c，交叉滚柱式轴承；

d，相反安装的两个角接触轴承；

当定子铁心为两相16槽，转子铁心极数为360极并与250细分的步进驱动器相配时，该直驱步进电机分辨率为1/1000度，即36万步/转，该分辨率可保证2/1000度的高重复精度。其力矩根据定转子的直径和长度可达到50-1000NM。

步进电机的缺点之二是电机转子铁心和定子铁心的制造分度有一定误差，而且每个细分周期内，每步对应的转角也是不均匀的，其误差会远大于1/1000度，这对工艺品加工影响不大，但如果用于模具或精密工件加工，要求数控转台的回转具有高的绝对定位精度，上述步进电机(2)应带有一个高分辨率的编码器(11)，该编码器的信号接到所述驱动器(3)的编码器闭环反馈端口，或接到数控系统，实现闭环控制，并利用数控系统的螺距补偿功能，从而可以达到接近2/1000度的绝对定位精度。

所述刹车机构可由刹车鼓(2j)、液压胀套(2k)构成，刹车鼓(2j)直接固定在步进电机(2)的输出轴(2h)上，常态下刹车鼓(2j、)和液压胀套(2k)之间报持一定间隙而不接触，当在液压胀套(2k)内导入高压油，液压胀套(2k)将膨胀并压紧刹车鼓(2j)，实现制动；

所述加工装置(6)是以下之一：a，高速主轴；b，激光发射头；c，火焰切割头；d，等离子切割头；e，水射流切割头；f，电动或气动冲击錾；g，电动或气动插削头；h，车刀；i，刻线刀。

对于需要一次同时加工N个工件的圆柱雕刻机，N个所述数控转台由N个所述工件夹持装置(5)，N个所述步进电机(2)和N个所述细分步进驱动器(3)构成，N个所述细分步进驱动器的控制信号相互串联或并联或串并联，直接地或经一个放大器(15)接数控系统运动控制信号输出端。

Claims

1.一种雕刻机直驱数控转台，包括壳体(1)、直驱电机(2)、直驱电机驱动器(3)，在所述直驱电机(2)输出轴上直接安装有以下之一的部件：

a，工件夹持装置(5)；

b，一个或多个相同或不同的加工装置(6)，加工装置(6)与数控转台轴线的夹角为90度或45度；

c，第二个数控转台，两个数控转台轴线夹角为90度或45度；所述数控转台壳体(1)固定在以下之一的部件上：

a，雕刻机床身或雕刻机的x，y，z之一的直线运动运动部件(8)上，数控转台轴线与x，y，z之一的直线运动轴的夹角为0度或45度，

b，第二个数控转台的输出轴上；两个数控转台轴线夹角为90度或45度，

其特征在于：所述直驱电机(2)是一个步进电机，所述直驱电机驱动器(3)是细分步进驱动器。

2.按权利要求1所述之雕刻机直驱数控转台，其特征在于：所述步进电机是低速大扭矩密极步进电机，由外壳(2a)、轴承(2b)、定子铁心(2C)、定子绕组(2d)、转子铁心(2e)、转子磁钢(2f)、转子轴(2h)、底盖(2i)构成，所述轴承是以下之一：

a，径向轴向滚柱轴承；

b，四点接触式轴承；

c，交叉滚柱式轴承；

d，相反安装的两个角接触轴承。

3.按权利要求1所述之雕刻机直驱数控转台，其特征在于：所述步进电机带有编码器(11)。

4.按权利要求1所述之雕刻机直驱数控转台，其特征在于：所述步进电机带有刹车机构，它由刹车鼓(2j)、液压胀套(2k)构成。

5.按权利要求1所述之雕刻机直驱数控转台，其特征在于：所述加工装置(6)是以下之一：a，高速主轴；b，激光发射头；c，火焰切割头；d，等离子切割头；e，水射流切割头；f，电动或气动冲击錾；g，插削刀；h，车刀；i，刻线刀。

6.按权利要求1所述之雕刻机直驱数控转台，其特征在于：N个所述数控转台由N个所述步进电机(2)和N个所述细分步进驱动器(3)构成，N个所述细分步进驱动器的控制信号相互串联或并联或串并联后直接或经放大器(15)接数控系统运动控制信号输出端。