專利名稱：立體雕刻機的制作方法
技術領域：
本發明屬于機械技術領域，涉及一種立體雕刻機，特別是一 種立體雕刻機。
背景技術：
在現有技術中，雕刻機的機頭都按直角三維坐標系建立的方向運動。如中國專利申請號為95226290.8公開的"三維自由軌跡 智能數控雕刻機"，其雕刻機底座內有伺服電機驅動器，機座上有 伺服電機與變速箱相連接，縱橫拖板之間有燕尾導軌，蝸輪變速 箱裝于橫拖板左側，立柱上端面有用于裝刀具的升降拖板，通過 這種結構可以實現工件與刀具的三維運動。上述的專利申請公開的雕刻機只能加工一些尺寸較小的工藝 品，如玉器、象牙等小尺寸物件，而對于大于1米以上的大尺寸 的物件如大型的佛像等工藝品則無法適用。因為在雕刻大尺寸的 雕刻機的三維運動中，機頭的移動精度和定位的精度是由為重要 的，否則就會出現大量的次品，嚴重時會損壞機器。而可以加工大尺寸工件的雕刻機，如中國專利申請 200520092477.3的"CNC雕刻機"，它公開了龍門及由鋼架支撐的 工作平臺，在龍門橫梁的垂直面上設有兩條直線導軌，主軸導軌 架套裝在橫梁上與直線導軌滑動配合，兩條直線導軌安裝在主軸 導軌垂直表面上，兩導軌之間的精密絲杠通過對輪式聯軸器與主 軸導軌連接固定；主軸電機由螺栓固定在主軸架上，主軸架套裝 在主軸導軌架上與導軌滑動配合；所述龍門的橫梁部分水平搭接 在鋼架兩側的立臂上端，通過螺栓夾緊固定，緊密齒輪固定在所 述鋼架兩側的立臂上與對應的精密齒條傳動連接，龍門與直線導 軌滑動配合。由于龍門的橫梁通過立臂支撐起橫梁，用來承受立臂和橫梁的重力都集中在設置在工作臺的兩側的導軌上，在力臂 上還設有用于齒條傳動的電機，使得導軌的承受力增大，橫梁在 導軌上的阻力也增大，影響了橫梁在導軌上滑動的順暢性，嚴重 影響了雕刻機三維運動的穩定性和傳動的精度。發明內容本發明的目的是針對現有的立體雕刻機存在的上述的問題， 提供一種運動穩定性高、移動和定位精度高的雕刻機。本發明的目的可通過下列技術方案來實現一種立體雕刻機， 包括機架和固定在機架上方按水平橫向設置的橫梁，在橫梁的側 面上設置用于安裝若干刀具的刀具架，在刀具架和橫梁之間設有 以水平橫向設置的橫導軌相連接的橫拖板，在橫拖板和刀具架之 間設有以垂直設置的豎導軌相連接的豎拖塊，上述的刀具架固定 在豎拖塊上，所述的橫梁上設有驅動橫拖板沿橫導軌移動的驅動 機構一，在橫拖板上設有驅動豎拖塊沿豎導軌移動的驅動機構二， 其特征在于，所述的橫梁下方設有工作平臺，在工作臺上設置與 刀具數量相同的工件夾持機構，在機架和工作平臺之間至少以一 條水平縱向放置的縱導軌相連接，在機架上設有用于驅動工作臺 沿縱導軌移動的驅動機構三。本立體雕刻機可以將刀具驅動到工件的任意位置上。刀具架 固定在豎拖塊上，而豎拖塊連接在橫拖板上，在以橫導軌、豎導 軌和縱導軌建立的三維空間中，驅動機構一驅動橫拖板在橫導軌 上來回移動，實現刀具的水平橫向移動；驅動機構二驅動豎拖塊 在豎導軌上來回移動，實現刀具在垂直豎直方向上的移動；驅動 機構三驅動工作平臺在縱導軌上來回移動，實現工件在水平縱向 上的移動，并使工作平臺經過橫梁。只將橫拖板和豎拖塊設置在 橫梁上，使橫梁承受的力得以減少，而橫梁又固定在機架上，增 加了橫拖板和豎拖塊的穩定性，使橫拖板和豎拖塊的移動和定位的精度提高，次品率降低。在上述的立體雕刻機中，所述的驅動機構三包括設置在機架 中間的絲桿三和套接在絲桿三上可在絲桿三上來回移動的連接塊 三，在機架上固定有驅動電機三，上述的絲桿三連接在驅動電機 三的轉軸上，連接塊三固定在工作平臺上。驅動電機三將帶動絲 桿轉動，而與絲桿套接的連接塊就會在絲桿上來回移動，這樣就 實現了工作平臺在水平縱向的來回移動。絲桿傳動的傳動進度高 且定位效果好。將絲桿設置在機架的中間，使得驅動機構傳動時 工作平臺的受力均衡，提高了工作平臺移動的穩定性，以及移動 和定位的精度。作為驅動機構三的第二種情況，在上述的立體雕刻機中，所 述的驅動機構三包括固定在工作臺中部的水平縱向放置的齒條和 與齒條嚙合的齒輪，在機架上固定有驅動電機三，上述的齒輪連 接在驅動電機三的轉軸上。驅動電機三將帶動齒輪轉動，齒輪又 與齒條相嚙合，固定在工作平臺上的齒條會隨著齒輪的轉動而來 回移動，這樣就實現了工作平臺在水平縱向的來回移動。用齒輪 傳動代替絲桿傳動可以減低制造的成本，適合不同的消費客戶的 需求。在上述的立體雕刻機中，所述的夾持機構包括設置在工作平 臺上可轉動的轉盤和能夠與轉盤形成夾持住工件且能夠在轉盤軸 線方向上伸縮的頂尖。通過轉盤和頂尖將工件夾持住。夾持機構 的個數與刀具——對應。在上述的立體雕刻機中，所述的工作平臺中固定有兩根沿水 平縱向平行設置的圓柱導軌，在每個圓柱導軌上套有滑塊，在兩 個滑塊上固定有板條，上述的頂尖固定在板條上。通過這種結構 可以先將頂尖靠近轉盤后在將工件夾持住。在上述的立體雕刻機中，所述的驅動機構一包括設置在橫梁 上的絲桿一和套接在絲桿一上可在絲桿一上來回移動的連接塊一，在橫梁上固定有驅動電機一，上述的絲桿一連接在驅動電機 一的轉軸上，連接塊一固定在橫拖板上。在上述的立體雕刻機中，所述的驅動機構二包括設置在橫拖 板上的絲桿二和套接在絲桿上可在絲桿二上來回移動的連接塊 二，在橫拖板上固定有驅動電機二，上述的絲桿二連接在驅動電 機二的轉軸上，連接塊二固定在刀具架上。驅動機構一和驅動機構二均可用齒輪傳動或著同步帶傳動的 方式來實現，而用絲桿傳動是本方案中最優選的方案。在上述的立體雕刻機中，所述的刀具架呈長條狀，上述的刀 具為若干個且按直線排列的方式固定在刀具架上。為了提供工作 效率，本刀具架制成長條狀，這樣就可以并列安裝多個刀具，可 以一次同時加工多個工件，實現批量生產。在上述的立體雕刻機中，所述的橫拖板位于刀具架的中間。 通過這種結構來平衡刀具架，增加刀具架的穩定性。在上述的立體雕刻機中，所述的橫導軌、豎導軌和縱導軌各 有兩根且平行設置。用兩根導軌可以提高在橫導軌、豎導軌和縱 導軌上的移動精度。在上述的立體雕刻機中，所述的驅動電機一、驅動電機二和 驅動電機三均與電子控制系統相連接。各個驅動電機受電子控制 系統的控制。這里的電子控制系統均可從市場上夠得。驅動電機 可采用步迸電機或者伺服電機。在電子控制系統的控制下，按照 程序編程的步驟控制橫拖板、豎拖塊和工作平臺的移動，實現刀 具對工件在任意位置上進行加工。在上述的立體雕刻機中，所述的刀具架上設有與刀具一一對 應設置的用于驅動刀具旋轉的水冷高速電機。與現有技術相比，本立體雕刻機具有以下優點 1、本立體雕刻機中，由于可以將工件放置移動的工作平臺上，工件可移動的范圍增大，因此本三維運動裝置可以加工大型的工件，增大了使用范圍大。2、 水冷電機和刀具都設置在刀具架上，且刀具架和橫拖板都 連接在橫梁上，而橫梁是固定在機架上，不再使橫梁做水平縱向 移動，提高了移動的穩定性。3、 在刀具架上設有若干用于雕刻的刀具和用于驅動刀具的水冷高速電機，提高了工作效率。4、 驅動機構一、驅動機構二和驅動機構三都采用絲杠傳動機 構，移動和定位精度高。
圖1是本立體雕刻機的立體結構示意圖。 圖2是本立體雕刻機的立體后視結構示意圖。 圖3是本立體雕刻機中去掉刀具架和工作平臺后的立體結構 示意圖。圖4是齒輪傳動機構的結構示意圖。圖中，機架1、底座一 11、底座二 12、刀具架2、橫拖板3、 豎拖塊4、橫梁5、工作平臺6、刀具7、水冷高速電機8、橫導 軌9、支撐軸承10、豎導軌13、縱導軌14、轉盤15、頂尖16、 圓柱導軌17、滑塊18、板條19、蝸輪減速箱20、絲桿一 21、連 接塊一22、驅動電機一23、絲桿二31、連接塊二32、驅動電機 二33、絲桿三41、連接塊三42、驅動電機三43、齒條44、齒輪 45、轉盤電機51。具體實施方式
以下是本發明的具體實施例并結合附圖，對本發明的技術方 案作進一步的描述，但本發明并不限于這些實施例。 實施例1:如圖1、圖2和圖3所示，本立體雕刻機，包括機架1、刀具架2、橫拖板3、豎拖塊4、橫梁5、工作平臺6和驅動刀具架2 的驅動機構一和驅動機構二以及驅動工作平臺6移動的驅動機構 三，使刀具7能對工件在任意位置上進行加工，以便完成雕刻工 作。具體來說，機架l是由鋼條構成的，三根鋼條連接成H形底 座一ll，另四根鋼條連接成長方形的底座二 12，底座二12的一 端通過螺釘固定在底座一 11的橫條上，另一端由一根鋼條做支撐 腳。其中，底座一 11的兩根鋼條高出橫條，并在這兩根鋼條之間 通過焊接的方式固連一根以水平橫向放置的橫梁5。在橫梁5的前側面上設有一個呈長條形的刀具架2，刀具架2 一側上設有八個按直線排列的刀具7，每個刀具7裝在一一對應 設置的用于驅動刀具7旋轉的水冷高速電機8上。在刀具架2的 另一側和橫梁5之間裝有長度為刀具架2的三分之二的橫拖板3， 該橫拖板3處于刀具架2的中間位置，在橫梁5上沿著橫梁5的 方向放置有兩根平行設置的橫導軌9，橫拖板3的一側開有與橫 導軌9對應的燕尾槽，橫導軌9穿接在燕尾槽中實現橫拖板3和 橫導軌9的連接。橫梁5上設有驅動橫拖板3沿橫導軌9移動的 驅動機構一，驅動機構一包括絲桿一 21、套接在絲桿一 21上的 連接塊一 22和驅動電機一 23，絲桿一 21設置在兩根橫導軌9的 正中間，這樣可以使橫拖板3受力均勻，為了減少絲桿一 21的轉 動阻力，在橫導軌9的兩端安裝固定在橫梁5上的支撐軸承10， 驅動電機一 23固定在橫梁5上，絲桿一 21和驅動電機一 23的轉 軸直接相連接，連接塊一22通過螺釘與橫拖板3固定。當驅動電 機一 23的轉軸可以帶動絲桿一 21轉動，而套接在絲桿一 21上的 連接塊一22在絲桿一21來回移動，從而帶動橫拖板3的來回移 動。在橫拖板3的另一側面上設有兩根垂直放置且相互平行設置 的豎導軌13，在每個豎導軌13上設有一塊豎拖塊4，豎拖塊4通過燕尾槽的方式連接在豎導軌上，每個豎拖塊4與刀具架2通 過螺釘固定連接。橫拖板3上設有驅動豎拖塊4沿豎導軌13移動 的驅動機構二，驅動機構一包括絲桿二 31、套接在絲桿二 31上 的連接塊二 32和驅動電機二 33，絲桿二 31設置在兩根豎導軌13 的正中間，為了減少絲桿二 31的轉動阻力，在豎導軌13的兩端 安裝固定在橫拖板3上的支撐軸承10，驅動電機二 33固定在橫 拖板3上，絲桿二 31和驅動電機二 33的轉軸直接相連接，連接 塊通過螺釘與刀具架2固定。當驅動電機二 33的轉軸可以帶動絲 桿二 31轉動，而套接在絲桿二 31上的連接塊二 32在絲桿二 31 來回移動，從而帶動刀具架2的來回移動。工作平臺6由鋼條構成矩形狀，安裝在底座二 12上，沿著水 平縱向的底座二 12上固定兩根相互平行設置的縱導軌14。工作 平臺6的底部開有與縱導軌14對應的燕尾槽，縱導軌14穿接在 燕尾槽中實現工作平臺6和豎導軌13的連接。底座二 12上設有 驅動工作平臺6沿豎導軌13移動的驅動機構三，驅動機構三包括 絲桿三41、套接在絲桿三41上的連接塊三42和驅動電機三43， 絲桿三41設置在兩根豎導軌13的正中間，這樣可以使工作平臺 6受力均勻，為了減少絲桿一 21的轉動阻力，在豎導軌13的兩 端安裝固定在底座二 12的支撐軸承10，驅動電機三43固定在底 座二 12上，絲桿三41和驅動電機三43的轉軸相連接，連接塊通 過螺釘與工作平臺6固定。當驅動電機三43的轉軸可以帶動絲桿 三41轉動，而套接在絲桿三41上的連接塊三42在絲桿三41來 回移動，從而帶動工作平臺6的來回移動。在工作臺上設置與刀 具7數量相同的工件夾持機構，夾持機構包括轉盤15和能夠與轉 盤15形成夾持住工件且能夠在轉盤15軸線方向上伸縮的頂尖 16，工作平臺6上設有八個蝸輪減速箱20，每個蝸輪減速箱20 的輸出軸與轉盤15固定連接，蝸輪減速箱20的輸入軸連成一條 直線，并通過轉盤電機51來驅動八個蝸輪減速箱20來驅動。通過轉盤15和頂尖16將工件夾持住。工作平臺6中固定有兩根沿 水平縱向平行設置的圓柱導軌17，在每個圓柱導軌17上套有滑 塊18，在兩個滑塊18上固定有板條19，八個頂尖16固定在板條 19上。由于工作平臺6處于橫梁5的下方，工作平臺6能夠將工 件移動到刀具架2下，使工件得以加工。驅動電機一 23、驅動電機二 33和驅動電機三43均與電子控 制系統相連接，本例中的驅動電機可采用伺服電機。電子控制系 統包括編程器、DSP控制器、驅動器。本立體雕刻機的刀具架2固定在豎拖塊4上，而豎拖塊4連 接在橫拖板3上，在以橫導軌9、豎導軌13和縱導軌14建立的 三維空間中，驅動機構一驅動橫拖板3在橫導軌9上來回移動， 實現刀具7的水平橫向移動；驅動機構二驅動豎拖塊4在豎導軌 13上來回移動，實現刀具7在垂直豎直方向上的移動；驅動機構 三驅動工作平臺6在縱導軌14上來回移動，實現工件在水平縱向 上的移動，并使工作平臺6經過橫梁5。在使用之前，先將編好 的程序輸入到DSP控制器中，由DSP控制器將原代碼轉換成控制 信號后分別輸出給各個驅動器，由驅動器控制驅動電機工作。在 電子控制系統的控制下，按照程序編程的步驟控制橫拖板3、豎 拖塊4和工作平臺6的移動，實現刀具7對工件的三維加工。實施例2:如圖4所示，實施例2的內容基本與實施例1相同，不同點 在于所述的驅動機構三包括固定在工作臺中部的水平縱向放置的 齒條44和與齒條44嚙合的齒輪45，在機架1上固定有驅動電機 三43，上述的齒輪45連接在驅動電機三43的轉軸上。驅動電機 三43將帶動齒輪45轉動，齒輪45又與齒條44相嚙合，固定在 工作平臺6上的齒條44會隨著齒輪45的轉動而來回移動，這樣 就實現了工作平臺6在水平縱向的來回移動。本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例 做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離 本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。盡管本文較多地使用了機架1、底座一 11、底座二 12、刀具架2、橫拖板3、豎拖塊4、橫梁5、工作平臺6、刀具7、水冷高 速電機8、橫導軌9、支撐軸承10、豎導軌13、縱導軌14、轉盤 1515、頂尖16、絲桿一21、連接塊一22、驅動電機一23、絲桿 二31、連接塊二 32、驅動電機二33、絲桿三41、連接塊三42、 驅動電機三43、齒條44、齒輪45等術語，但并不排除使用其它 術語的可能性。使用這些術語僅僅是為了更方便地描述和解釋本 發明的本質；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發明精 神相違背的。
權利要求
1、一種立體雕刻機，包括機架(1)和固定在機架(1)上方按水平橫向設置的橫梁(5)，在橫梁(5)的側面上設置用于安裝若干刀具(7)的刀具架(2)，在刀具架(2)和橫梁(5)之間設有以水平橫向設置的橫導軌(9)相連接的橫拖板(3)，在橫拖板(3)和刀具架(2)之間設有以垂直設置的豎導軌(13)相連接的豎拖塊(4)，上述的刀具架(2)固定在豎拖塊(4)上，所述的橫梁(5)上設有驅動橫拖板(3)沿橫導軌(9)移動的驅動機構一，在橫拖板(3)上設有驅動豎拖塊(4)沿豎導軌(13)移動的驅動機構二，其特征在于，所述的橫梁(5)下方設有工作平臺(6)，在工作臺上設置與刀具(7)數量相同的工件夾持機構，在機架(1)和工作平臺(6)之間至少以一條水平縱向放置的縱導軌(14)相連接，在機架(1)上設有用于驅動工作臺沿縱導軌(14)移動的驅動機構三。
2、 根據權利要求1所述的立體雕刻機，其特征在于，所述的 驅動機構三包括設置在機架(1)中間的絲桿三(41)和套接在絲 桿三(41)上可在絲桿三(41)上來回移動的連接塊三(42)，在 機架(1)上固定有驅動電機三(43)，上述的絲桿三(41)連接 在驅動電機三(43)的轉軸上，連接塊三(42)固定在工作平臺(6)上。
3、 根據權利要求1所述的立體雕刻機，其特征在于，所述的 驅動機構三包括固定在工作臺中部的水平縱向放置的齒條(44) 和與齒條(44)嚙合的齒輪(45)，在機架(1)上固定有驅動電 機三(43)，上述的齒輪(45)連接在驅動電機三(43)的轉軸上。
4、 根據權利要求1或2或3所述的立體雕刻機，其特征在于， 所述的夾持機構包括設置在工作平臺(6)上可轉動的轉盤(15) 和能夠與轉盤(15)形成夾持住工件且能夠在轉盤(15)軸線方 向上伸縮的頂尖(16)。
5、 根據權利要求4所述的立體雕刻機，其特征在于，所述的工作平臺(6)中固定有兩根沿水平縱向平行設置的圓柱導軌(17)， 在每個圓柱導軌(17)上套有滑塊(18)，在兩個滑塊(18)上固 定有板條(19)，上述的頂尖(16)固定在板條(19)上。
6、 根據權利要求1或2或3所述的立體雕刻機，其特征在于， 所述的驅動機構一包括設置在橫梁(5)上的絲桿一 (21)和套接 在絲桿一 (21)上可在絲桿一 (21)上來回移動的連接塊一 (22)， 在橫梁(5)上固定有驅動電機一 (23)，上述的絲桿一 (21)連 接在驅動電機一 (23)的轉軸上，連接塊一 (22)固定在橫拖板(3)上。
7、 根據權利要求1或2或3所述的立體雕刻機，其特征在于， 所述的驅動機構二包括設置在橫拖板(3)上的絲桿二 (31)和套 接在絲桿上可在絲桿二 (31)上來回移動的連接塊二 (32)，在橫 拖板(3)上固定有驅動電機二 (33)，上述的絲桿二 (31)連接 在驅動電機二 (33)的轉軸上，連接塊二 (32)固定在刀具(7) 架(2)上。
8、 根據權利要求5所述的立體雕刻機，其特征在于，所述的 刀具架(2)呈長條狀，上述的刀具(7)為若干個且按直線排列 的方式固定在刀具架(2)上。
9、 根據權利要求8所述的立體雕刻機，其特征在于，所述的 橫拖板(3)位于刀具架(2)的中間。
10、 根據權利要求1或2或3所述的立體雕刻機，其特征在 于，所述的橫導軌(9)、豎導軌(13)和縱導軌(14)各有兩根 且平行設置。
全文摘要
本發明提供了一種立體雕刻機，屬于機械技術領域。它解決了現有的雕刻機滑動不順暢、穩定性差和傳動的精度低的問題。本立體雕刻機包括機架和固定在機架上方按水平橫向設置的橫梁，在橫梁的側面上設置用于安裝若干刀具的刀具架，在刀具架和橫梁之間設有以水平橫向設置的橫導軌相連接的橫拖板，在橫拖板和刀具架之間設有以垂直設置的豎導軌相連接的豎拖塊，刀具架固定在豎拖塊上，橫梁下方設有工作平臺，在工作臺上設置與刀具數量相同的工件夾持機構，在機架和工作平臺之間至少以一條水平縱向放置的縱導軌相連接，在機架上設有用于驅動工作臺沿縱導軌移動的驅動機構三。本立體雕刻機具有運動穩定性高、移動和定位精度高的特點。
文檔編號B41J1/06GK101239530SQ20081006010
公開日2008年8月13日 申請日期2008年3月6日 優先權日2008年3月6日
發明者吳善旺 申請人:吳善旺