CN202656754U

CN202656754U - 多自由度四轴联动雕刻机

Info

Publication number: CN202656754U
Application number: CN 201220206660
Authority: CN
Inventors: 赵学敏; 张迎春; 郝涛; 孟召雷
Original assignee: Shandong Institute of Light Industry
Current assignee: Shandong Institute of Light Industry
Priority date: 2012-05-10
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2022-05-10

Abstract

本实用新型提供多自由度四轴联动雕刻机，其结构包括机体，所述机体上设置前后滑动的X轴进给机构、左右滑动的Y轴进给机构和上下滑动的Z轴进给机构，在机体的工作面上设置有回转头机构，所述的回转头机构包括用来连接并控制固定工件的卡盘、卡盘固定座和卡盘固定座驱动装置，所述的卡盘可在卡盘固定座驱动装置的驱动下回转运动。该多自由度四轴联动雕刻机和现有技术相比，具有设计合理、结构简单、使用方便等特点，提高雕刻机立体雕刻的精确度和生产效率，大大降低多轴雕刻机的生产成本，因而具有很好的推广使用价值。

Description

多自由度四轴联动雕刻机

技术领域

本实用新型涉及数控机床技术领域，具体的说是一种多自由度四轴联动雕刻机。

背景技术

随着社会的发展和进步，浮雕艺术以及传统的雕刻工艺品越来越受到人们的欢迎，这表现在需求量的增加、雕刻精度精确性的提高和造型的讲究上。传统的雕刻方法是手工制作，不但对其工匠的技术水平要求极高，而且劳动强度较大，生产周期长，效率低下，成本高，不能批量生产。目前市面上的雕刻机多为用于广告行业和家具的平面用的三轴雕刻机，无法用于精确的立体雕刻。

现有的数控雕刻机采用多台电机带动，由于数控机床的电机一般采用的是伺服电机，电机的费用较高，导致整台机床的造价较为昂贵，而且维修麻烦；结构较为复杂，制造成本较高，而且加工精度不高。尤其是雕刻机纵向运动，多数设计方案为单丝杠带动，因为运动中的铣头位置实际上不会在两导轨的正中间，同时两边导轨的安装间隙、摩擦阻力也不会完全相等，使得横梁在两边的导轨上运动时不能同步，造成一定程度的倾斜，影响准确度。单丝杠还有一个问题，就是单丝杠带动横梁运动，机身中间的底部必须留有丝杠和横连杆运动的空间，使得机床结构不够牢固。

发明内容

本实用新型的技术任务是解决现有技术的不足，提供一种多自由度四轴联

动雕刻机。

本实用新型的技术方案是按以下方式实现的，所述多自由度四轴联动雕刻机，其结构包括机体、所述机体上设置前后滑动的X轴进给机构、左右滑动的Y轴进给机构和上下滑动的Z轴进给机构，在机体的工作面上设置有回转头机构，所述的回转头机构包括用来连接并控制固定工件的卡盘、卡盘固定座和卡盘固定座驱动装置，所述的卡盘可在卡盘固定座驱动装置的驱动下回转运动。在工作面上增加的回转头机构，在原有的三维雕刻面上增加了第四维的雕刻面，可以完成普通的平面雕刻以及精确度要求较高的立体工艺品制作。

作为优化所述的卡盘固定座驱动装置为由电机驱动的蜗轮减速箱，所述的蜗轮减速箱通过联轴器与电机连接。采用本优化方案后，实现了电机驱动涡轮减速箱，带动卡盘上固定的工件做回转运动。使得雕刻的精度和造型的百变更容易实现。

作为改进所述的蜗轮减速箱包括箱体和设在箱体内的蜗轮、蜗杆，所述的箱体两端分别设有左轴承座和右轴承座，所述的蜗杆一端穿过设在左轴承座内的轴承左端并通过联轴器与电机连接，所述的蜗杆另一端穿过设在右轴承座内的轴承右端并通过设有的调整螺母固定。采用该改进措施后，通过调整螺母进行间隙调节实现无间隙传动，保证了传动精度，比市面上数控回转头降低生产成本10倍以上。

进一步所述的电机为步进电机。选用步进电机相对比伺服电机在保证雕刻精度的同时，更加的经济、实惠有利于节省生产成本。

作为优化所述Y轴进给机构包括横梁，所述横梁的两端部通过设有的横梁支座固定在机体上。采用该优化方案后，横梁紧贴底部增强了运动部件的机械强度，进而保证运动的准确性，保证横梁和横梁支架能够一起相对于导轨做同步运动。

作为改进所述X轴进给机构包括设置在机体两侧的一对平行导轨和一对平行X轴移动丝杠，所述两X轴移动丝杠左端分别设有两X轴移动电机，所述X轴移动电机通过X轴移动丝杠上的丝杠螺母带动横梁沿着导轨在X轴向上前后滑动。采用本改进方案后，保证运动中的铣头位置不会由于两边导轨的安装间隙、摩擦阻力的不同，而偏离两导轨的正中间，同时保证横梁在两边的导轨上运动时实现同步，不产生倾斜，影响准确度，解决了运动中的不平衡问题，使机体结构更加坚固。

进一步所述两X轴移动丝杠的右端设有机械纠步并配合使用的链轮链条。采用两条丝杠进行链轮链条联动，一方面并联的两步进电机可以保证传动精度，另一方面可以机械地进行纠步，消除了传动误差大带来的缺憾。

更进一步所述的X轴移动电机为步进电机。采用链轮链条传动两X轴移动丝杠后解决了使用步进电机丢步造成的运动不平衡问题，不需使用伺服电机和控制系统，从而达到控制成本的效果。

本实用新型与现有技术相比所产生的有益效果是：本实用新型的多自由度四轴联动雕刻机具有结构简单、使用方便、构思巧妙等特点，提高雕刻机立体雕刻的精确度和生产效率，大大降低多轴雕刻机的生产成本；横向运动的横梁紧贴底部，增强了运动部件的机械强度，进而保证运动的准确性；在Y轴方向两边的导轨附近各安装一条丝杠，解决运动中的不平衡问题，同时也使床身结构坚固，采用两台步进电机同时进行链轮链条传动，对两条丝杠进行机械联动，一方面并联的两步进电机可以保证传动精度，另一方面，可以机械地进行纠步；在数控回转头部分设计中，采用蜗轮蜗杆传动，可调蜗杆的机构方式，保证传动精度，比市场上的数控回转头降低生产成本10倍以上。

附图说明

附图1是本实用新型的正面结构示意图。

附图2是本实用新型的侧面结构示意图。

附图3是本实用新型的X轴进给机构示意图。

附图4是本实用新型的回转头部分结构示意图。

附图5是图4的A-A剖视图。

附图中的标记分别表示：

1、机体，2、Y轴进给机构，2.1、横梁支座，2.2、托板电机，2.3、横梁导轨，2.4、横梁丝杠，2.5、横梁，3、Z轴进给机构，3.1、刀架移动电机，3.2、刀架移动丝杠，3.3、主轴电机，4、工作面，5、X轴进给机构，5.1、X轴移动电机，5.2、X轴移动丝杠，5.3、导轨，5.4、链轮链条，6、回转头机构，6.1、电机，6.2、卡盘固定座，6.3、联轴器，6.4、轴承座，6.4.1、左轴承座，6.4.2、右轴承座，6.5、箱体，6.6、蜗轮，6.7、蜗杆，6.8、调整螺母，6.9、卡盘，6.10、轴承，7、工件。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的多自由度四轴联动雕刻机作以下详细说明。

如附图1、图2、图3所示，该一种多自由度四轴联动雕刻机，其结构包括机体1，所述机体1上设置有可沿X向前后滑动的X轴进给机构5，在机体1上还设置有与X轴进给机构5相配合的左右Y轴进给机构2和上下向Z轴进给机构3，在机体1的工作面4上设置有回转头机构6，所述的回转头机构6包括用来连接并控制固定工件7的卡盘6.9、卡盘固定座6.2和卡盘固定座驱动装置，所述的卡盘6.9可在卡盘固定座驱动装置的驱动下回转运动。

在本实施例中，所述的Y轴进给机构2包括横梁2.5，横梁2.5上设置有托板电机2.2、横梁丝杠2.4，横梁2.5上设置有横梁导轨2.3，Z轴进给机构3通过主轴电机3.3安装在横梁导轨2.3上并作Y轴向滑动；所述Z轴进给机构3包括刀架移动电机3.1，该刀架移动电机3.1通过刀架移动丝杠3.2连接有雕刻机刀架，所述横梁2.5的两端部通过横梁支座2.1固定在机体1上；所述X轴进给机构5包括设置在机体1两侧的一对平行导轨5.3和一对平行X轴移动丝杠5.2，所述两X轴移动丝杠5.2左端分别设有两X轴移动电机5.1，所述X轴移动电机5.1通过X轴移动丝杠5.2上的丝杠螺母带动横梁2.5沿着导轨5.3在X轴向上前后滑动。所述两X轴移动丝杠5.2的右端设有机械纠步并配合使用的链轮链条5.4，该链轮链条5.4用于机械地进行纠步，保证并联的两步进电机同步，另一方面，并联的两步进电机可以保证传动精度相比伺服电机节约成本。

上述机构的协同配合实现刀架的三维方向运动。

如附图4、图5所示，在本实施例中，所述的回转头机构6包括用来连接并控制固定工件7的卡盘6.9、卡盘固定座6.2和卡盘固定座驱动装置，所述的卡盘6.9可在卡盘固定座驱动装置的驱动下回转运动。所述的卡盘固定座驱动装置为由电机6.1驱动的蜗轮减速箱，所述的蜗轮减速箱通过联轴器6.3与电机6.1连接。所述的蜗轮减速箱包括箱体6.5和设在箱体6.5内的蜗轮6.6、蜗杆6.7，所述的箱体6.5两端分别设有左轴承座6.4.1和右轴承座6.4.2，所述的蜗杆6.7一端穿过设在左轴承座6.4.1内的轴承6.10左端并通过联轴器6.3与电机6.1连接，所述的蜗杆6.7另一端穿过设在右轴承座6.4.2内的轴承6.10右端并通过设有的调整螺母6.8固定；所述的电机6.1为步进电机。

在使用时，将工件7通过卡盘6.9固定在卡盘固定座6.2上，自由转动三个方向的进给机构，同时通过数控机柜接变频器以及相应的数控设备控制相应电机运动，最终实现多自由度四轴运动加工所需物件。

本实用新型多自由度雕刻机是在平面雕刻机的结构上改进得来的，该雕刻机的运行要配合相应的数控设备，因此类雕刻机的有关前期的数控软件和相应的PLC技术本领域技术人员在上述雕刻机的基础上进行改进是显而易见的技术，故而在此对本实用新型雕刻机的数控软件控制器不再详述。

在上述实施例中，对本实用新型的最佳实施方式做了描述，很显然，在本实用新型的发明构思下，仍可做出很多变化，如所述的机械部件的外形尺寸规格也根据所需的加工的物件的大小进行选择，机械部件的材料也可根据加工材料的类型进行相应的更改，以及在图1的刀架移动电机旁加上刀架摆动电机构成五轴联动雕刻机，再如控制雕刻机的控制器以及相关的CAD/CAM软件也可根据所需加工的产品精度要求需要进行调整等。因此，应该说明，在本实用新型的发明构思下所做出的任何改变都应落入本实用新型的保护范围内。

Claims

1.多自由度四轴联动雕刻机，其结构包括机体(1)、所述机体(1)上设置前后滑动的X轴进给机构(5)、左右滑动的Y轴进给机构(2)和上下滑动的Z轴进给机构(3)，其特征在于：在机体(1)的工作面(4)上设置有回转头机构(6)，所述的回转头机构(6)包括用来连接并控制固定工件(7)的卡盘（6.9）、卡盘固定座(6.2)和卡盘固定座驱动装置，所述的卡盘（6.9）可在卡盘固定座驱动装置的驱动下回转运动。

2.根据权利要求1所述的多自由度四轴联动雕刻机，其特征在于：所述的卡盘固定座驱动装置为由电机（6.1）驱动的蜗轮减速箱，所述的蜗轮减速箱通过联轴器（6.3）与电机（6.1）连接。

3.根据权利要求2所述的多自由度四轴联动雕刻机，其特征在于：所述的蜗轮减速箱包括箱体（6.5）和设在箱体（6.5）内的蜗轮（6.6）、蜗杆（6.7)，所述的箱体(6.5)两端分别设有左轴承座（6.4.1）和右轴承座（6.4.2），所述的蜗杆（6.7）一端穿过设在左轴承座（6.4.1）内的轴承（6.10）左端并通过联轴器（6.3）与电机（6.1）连接，所述的蜗杆（6.7）另一端穿过设在右轴承座（6.4.2）内的轴承（6.10）右端并通过设有的调整螺母（6.8）固定。

4.根据权利要求3所述的多自由度四轴联动雕刻机，其特征在于：所述的电机(6.1)为步进电机。

5.根据权利要求1所述的多自由度四轴联动雕刻机，其特征在于：所述Y轴进给机构(2)包括横梁(2.5)，所述横梁(2.5)的两端部通过设有的横梁支座(2.1)固定在机体(1)上。

6.根据权利要求1所述的多自由度四轴联动雕刻机，其特征在于：所述X轴进给机构（5）包括设置在机体（1）两侧的一对平行导轨（5.3）和一对平行X轴移动丝杠（5.2），所述两X轴移动丝杠(5.2)左端分别设有两X轴移动电机（5.1），所述X轴移动电机(5.1)通过X轴移动丝杠(5.2)上的丝杠螺母带动横梁(2.5)沿着导轨(5.3)在X轴向上前后滑动。

7.根据权利要求6所述的多自由度四轴联动雕刻机，其特征在于：所述两X轴移动丝杠（5.2）的右端设有机械纠步并配合使用的链轮链条（5.4）。

8.根据权利要求7所述的多自由度四轴联动雕刻机，其特征在于：所述的X轴移动电机(5.1)为步进电机。