CN103522814A - 整体上下型3d立体多功能数控雕刻机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种整体上下型3D立体多功能数控雕刻机，兼具圆柱表面雕刻、3D雕刻、平面雕刻等功能，雕刻精度高、工作效率高。其在床体上通过左导轨、右导轨活动连接有左立柱、右立柱，所述的左立柱、右立柱与床体之间还设置有Y向驱动装置，左立柱、右立柱上方设置有龙门，龙门下方的床体上设置有多个U轴夹紧装置和驱动U轴夹紧装置自转的卡盘驱动装置；龙门通过X向垂直导轨、X向水平导轨活动设置有移动底座，移动底座上通过底座左导轨、底座右导轨活动设置有雕刻头固定板，移动底座与雕刻头固定板之间设置有Z向驱动装置，所述的雕刻头固定板上与尾座匹配地设置有多个雕刻头；还包括与移动底座连接的X向驱动装置。

Description

整体上下型3D立体多功能数控雕刻机

技术领域

本发明涉及CNC数控雕刻机，具体涉及一种多功能数控雕刻机。

背景技术

授权公告号为202242712U的中国实用新型专利公开了一种多头雕刻机X向驱动装置，包括龙门，所述的龙门侧面设置有上、下X向方轨， 龙门上端面设置有X向齿条，龙门上通过上、下X向方轨活动连接有至少一个主动雕刻头，多个雕刻头通过上、下X向方轨活动连接在龙门上；所述的主动雕刻头内设置有与X向齿条通过齿轮连接的X向电机；所述的主动雕刻头与多个雕刻头之间通过连杆连接。结构简单，运动灵活，可以提高多头雕刻机作业的精确度。然而，由于上、下X向方轨设置在龙门侧面，雕刻头以侧悬挂方式布置，造成上、下X向方轨负载大且存在扭偏效应，不利于提高雕刻精度。

中国专利CN201120321728公开了一种重载荷多头独立作业雕刻机，其床体的两侧设置有左、右Y向方轨、 左、右Y向齿条， 床体两侧通过左、右Y向方轨活动连接有左、右立柱， 左、右立柱内固定设置有左、右Y向电机， 左、右Y向电机分别通过齿轮与左、右Y向齿条活动连接；左、右立柱上方固定设置有X向横梁，X向横梁上设置有多个雕刻头。X向横梁侧面设置有上、下X向方轨， X向横梁上端面设置有X向齿条，X向横梁上连接有至少一个主动雕刻头和多个雕刻头。其解决了以下技术问题：1、采用了齿条传动，传动机构载荷较大；2、采用了多个雕刻头，工作效率较高，同时各个雕刻头能够各自独立作业。

授权公告号为202192931U的中国实用新型公开了一种圆柱雕刻机，解决了现有雕刻机的雕刻头定位不精确，雕刻精度不高的技术问题。其多个雕刻头与龙门之间设置有Ｘ向驱动装置，左立柱、右立柱与床体之间设置有双边同步的Ｙ向驱动装置，雕刻头自身实现Ｚ向运动；工件由Ｕ轴驱动装置带动进行自转，控制***控制雕刻头在Ｘ向、Ｙ向、Ｚ向进行定位，雕刻电机自身旋转进行雕刻作业。由于Ｘ向采用了齿条传动方式，定位精确，Ｙ向采用了双边同步驱动方式，进一步提高了定位精确性。多个尾座同步旋转，工件被固定在尾座上，其圆周性定位准确，工件两端分别被卡盘顶芯和顶尖所固定，在轴向不产生位移偏差，加工过程中，工件固定牢固，可以承受较大的载荷。

综上，现有技术已有平面雕刻机、圆柱雕刻机等设备，但缺乏同时兼具平面雕刻、圆柱外表面雕刻、立体3D雕刻的多功能雕刻机，同时现有技术中，雕刻机的X向驱动（龙门）、Y向驱动还存在改进的空间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种整体上下型3D立体多功能数控雕刻机，兼具圆柱表面雕刻、3D雕刻、平面雕刻等功能，雕刻精度高、工作效率高。

为解决上述技术问题，本发明的整体上下型3D立体多功能数控雕刻机，包括床体，在所述的床体上通过左导轨、右导轨活动连接有左立柱、右立柱，所述的左立柱、右立柱与床体之间还设置有Y向驱动装置，左立柱、右立柱上方设置有龙门，所述的龙门下方的床体上设置有多个U轴夹紧装置；所述的U轴夹紧装置包括设置在床体末端的多个尾座，尾座内设置有可自转的卡盘，还包括多个与卡盘匹配的顶针；所述的卡盘的主轴与卡盘驱动装置传动连接；床体内侧设置有左、右内导轨， 左、右内导轨之间活动设置有顶针托板，顶针托板与左、右内导轨之间设置有左、右锁紧装置， 所述的多个顶针设置在顶针托板上；所述的龙门的垂直面上设置有X向垂直导轨、水平面上设置有X向水平导轨，龙门上通过X向垂直导轨、X向水平导轨活动设置有移动底座，移动底座上通过底座左导轨、底座右导轨活动设置有雕刻头固定板，移动底座与雕刻头固定板之间设置有Z向驱动装置，所述的雕刻头固定板上与尾座匹配地设置有多个雕刻头；还包括与移动底座连接的X向驱动装置。

所述的Y向驱动装置包括设置在床体上的左、右Y向齿条，还包括设置在左立柱、右立柱上的左、右Y向驱动电机，所述的左、右Y向驱动电机的主轴与所述的左、右Y向齿条传动连接。

所述的左、右Y向驱动电机的主轴上分别设置有左、右Y向驱动电机主轴齿轮，所述的左立柱、右立柱上分别设置有左、右Y向大齿轮和 左、右Y向小齿轮，所述的左、右Y向大齿轮 分别通过传动轴与左、右Y向小齿轮连接，所述的左、右Y向驱动电机主轴齿轮分别与左、右Y向大齿轮啮合，所述的左、右Y向小齿轮分别与左、右Y向齿条啮合；左、右Y向驱动电机主轴齿轮、 左、右Y向大齿轮、 左、右Y向小齿轮的螺旋角为5至15度。

所述的Z向驱动装置包括设置在移动底座上的Z向电机，所述的Z向电机的主轴上设置有Z向丝杆，Z向丝杆与雕刻头固定板上固定的丝杆副传动连接。

所述的床体上活动设置有面板。

所述的卡盘驱动装置包括一个设置在床体上的U轴电机，所述的尾座内活动设置有与卡盘的主轴传动连接的蜗杆，U轴电机的主轴经多个联轴器与多个蜗杆连接。

所述的X向驱动装置包括设置在龙门上的X向驱动电机，还包括与X向驱动电机的主轴连接的X向丝杆，移动底座与X向丝杆通过丝杆副传动连接。

所述的X向驱动装置包括设置在龙门上的X向齿条，移动底座上设置有X向齿条电机，所述的X向齿条电机的主轴上设置有X向电机齿轮，所述的移动底座的横板上方设置有X向大齿轮、下方设置有X向小齿轮，X向大齿轮与X向小齿轮之间传动连接，X向小齿轮与X向齿条啮合。

所述的X向齿轮的螺旋角为5至15度。

采用了上述技术方案后，其技术效果体现在：

1、兼具圆柱表面雕刻、3D雕刻功能，增加面板后，即可作为平面雕刻使用；

2、具备多个雕刻头同时作业功能，工作效率高；

3、通过在龙门的垂直面上设置X向垂直导轨、水平面上设置X向水平导轨，从而使得在X向，雕刻头的自重可以被更合理的分布，防止出现X向扭偏、行走不畅、卡死等故障，提高了雕刻精度；

4、X向、Y向可支持齿条传动、丝杆传动等多种传动方式，便于提高设备适应性；

5、齿条传动方式下，左、右Y向驱动电机主轴齿轮、 左、右Y向大齿轮、 左、右Y向小齿轮、X向齿轮都设置有螺旋角，相比现有技术的齿条传动进一步提高了行走精度，从而提高了设备的雕刻精度。

附图说明

图1是本发明的整体上下型3D立体多功能数控雕刻机的结构示意图；

图2是本发明的整体上下型3D立体多功能数控雕刻机的俯视图；

图3是图2的正视图；

图4是左立柱的局部剖视图；

图5是右立柱的局部剖视图；

图6是实施例二的示意图；

图7是实施例三的示意图；

图8是本发明的整体上下型3D立体多功能数控雕刻机的X向与Z向驱动装置配合的示意图；

图9是图8沿A-A线的剖视图；

图10是本发明的整体上下型3D立体多功能数控雕刻机的Z向驱动装置的后视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1至图10可见，本发明的整体上下型3D立体多功能数控雕刻机，包括床体1，在所述的床体1上通过左导轨10、右导轨10’活动连接有左立柱2、右立柱2’，所述的左立柱2、右立柱2’与床体1之间还设置有Y向驱动装置，左立柱2、右立柱2’上方设置有龙门3，所述的龙门3下方的床体1上设置有多个U轴夹紧装置；所述的U轴夹紧装置包括设置在床体1末端的多个尾座4，尾座4内设置有可自转的卡盘43，还包括多个与卡盘43匹配的顶针40；所述的卡盘43的主轴与卡盘驱动装置传动连接；床体1内侧设置有左、右内导轨11、11’， 左、右内导轨11、11’之间活动设置有顶针托板5，顶针托板5与左、右内导轨11、11’之间设置有左、右锁紧装置50、50’， 所述的多个顶针40设置在顶针托板5上；所述的龙门3的垂直面上设置有X向垂直导轨30、水平面上设置有X向水平导轨31，龙门3上通过X向垂直导轨30、X向水平导轨31活动设置有移动底座6，移动底座6上通过底座左导轨60、底座右导轨60’活动设置有雕刻头固定板61，移动底座6与雕刻头固定板61之间设置有Z向驱动装置，所述的雕刻头固定板61上与尾座4匹配地设置有多个雕刻头7；还包括与移动底座6连接的X向驱动装置。

本发明中，所述的龙门3的截面为矩形，在其垂直面上设置有X向垂直导轨30、水平面上设置有X向水平导轨31，龙门3上通过X向垂直导轨30、X向水平导轨31活动设置有移动底座6，为了方便连接，所述的移动底座6的截面为“┠”字形，其包括互相固定的横板和竖板，X向垂直导轨30与移动底座6的竖板内侧活动连接，X向水平导轨31与移动底座6的横板下侧活动连接；从而使得移动底座6以及其上的负载的重量通过X向水平导轨31沿铅垂线直接由龙门3承载，X向垂直导轨30起到导向支撑作用，相对于现有技术，X向导轨不易产生扭偏、行走不畅、卡死等故障；X向垂直导轨30、X向水平导轨31负载分配合理，两者配合工作，因而X向行走更为灵活，提高了雕刻精度。

X向、Y向、Z向驱动装置可以使用已知的丝杆传动或齿条传动等各种方式。

卡盘43与顶针40匹配，是指其个数和位置都是匹配的。顶针托板5与左、右内导轨11、11’之间设置有左、右锁紧装置50、50’， 所述的多个顶针40设置在顶针托板5上；工件上架时，先松开左、右锁紧装置50、50’， 顶针托板5沿左、右内导轨11、11’位置可调，工件顶牢于卡盘43与顶针40之间后，通过左、右锁紧装置50、50’固定顶针托板5。

本发明工作时，由Y向驱动装置驱动龙门3沿Y向行走，由X向驱动装置驱动移动底座6沿X向行走，Z向驱动装置驱动雕刻头固定板61及多个雕刻头7实现Z向行走，U轴上的卡盘43与顶针40配合顶牢工件并自转，雕刻头7上设置的雕刻电机带有刻刀并可自转，可实现工件的外表面360度雕刻。通过X、Y、Z、U轴以及雕刻电机主轴的五轴联动控制，即可实现任意形状的3D立体雕刻。

实施例一

由图1至图5、图8至图10可见，本实施例中，X向驱动装置、Y向驱动装置、Z向驱动装置均使用齿条传动方式，Y向双侧同步驱动。

所述的X向驱动装置包括设置在龙门3上的X向齿条35，移动底座6上设置有X向齿条电机36，所述的X向齿条电机36的主轴上设置有X向电机齿轮360，所述的移动底座6的横板上方设置有X向大齿轮361、下方设置有X向小齿轮362，X向大齿轮361与X向小齿轮362之间传动连接，X向小齿轮362与X向齿条35啮合。

上述结构中，X向大齿轮361与X向小齿轮362之间同轴连接，两者可以同步旋转。本实施例工作时，X向电机36依次经X向电机齿轮360、X向大齿轮361、、X向小齿轮362传动，并与X向齿条35之间相对移动，从而实现移动底座6在龙门3上沿X向行走。上述结构兼具X向传动和变速的功能。

优选的，X向电机齿轮360、X向大齿轮361、X向小齿轮362都带有一个5至15度的螺旋角，传动副互相匹配设置，可以进一步提高行走精度。

所述的Y向驱动装置包括设置在床体1上的左、右Y向齿条12、12’，还包括设置在左立柱2、右立柱2’上的左、右Y向驱动电机20、20’，所述的左、右Y向驱动电机20、20’的主轴与所述的左、右Y向齿条12、12’传动连接。

上述结构中，左、右Y向驱动电机20、20’的主轴上可以设置齿轮，从而与所述的左、右Y向齿条12、12’直连以实现Y向行走。上述结构中，Y向双侧同步驱动，可承受负载大，驱动精度高。

优选的，所述的左、右Y向驱动电机20、20’的主轴上分别设置有左、右Y向驱动电机主轴齿轮201、201’，所述的左立柱2、右立柱2’上分别设置有左、右Y向大齿轮21、21’和 左、右Y向小齿轮22、22’，所述的左、右Y向大齿轮21、21’ 分别通过传动轴与左、右Y向小齿轮22、22’连接，所述的左、右Y向驱动电机主轴齿轮201、201’分别与左、右Y向大齿轮21、21’啮合，所述的左、右Y向小齿轮22、22’分别与左、右Y向齿条12、12’啮合。所述的左立柱2包含有一个垂直布置的隔板，左Y向大齿轮21、左Y向小齿轮22分布于隔板两侧，两者之间通过一根传动轴连接。

上述结构逐级传动，一是具备变速传动的功能，提高行走精度；二是便于部件之间的位置和尺寸匹配，从而使得本发明采用模块化结构生产组装。

进一步，左、右Y向驱动电机主轴齿轮201、201’、 左、右Y向大齿轮21、21’、 左、右Y向小齿轮22、22’的螺旋角为5至15度。各传动副应互相匹配。上述结构进一步提高了驱动精度。

移动底座6上通过底座左导轨60、底座右导轨60’活动设置有雕刻头固定板61，移动底座6与雕刻头固定板61之间设置有Z向驱动装置，从而使得移动底座6可沿底座左导轨60、底座右导轨60’在Z向行走。Z向行走可使用丝杆、齿条等多种传动方式。

作为实施例之一，所述的Z向驱动装置包括设置在移动底座6上的Z向电机8，所述的Z向电机8的主轴上设置有Z向丝杆80，Z向丝杆80与雕刻头固定板61上固定的丝杆副传动连接。

本实施例中，X向驱动装置的作用是实现移动底座6在龙门3上X向行走，Y向驱动装置的作用是实现龙门3在床体1上的Y向行走，Z向驱动装置的作用是实现雕刻头固定板61及多个雕刻头7在Z向的行走，卡盘驱动装置实现工件在U轴自转，从而实现工件的3D立体雕刻。

本实施例中，采用了同步结构的卡盘驱动装置。

如图1至图6可见，本实施例的整体上下型3D立体多功能数控雕刻机，所述的卡盘驱动装置包括一个设置在床体1上的U轴电机41，所述的尾座4内活动设置有与卡盘43的主轴传动连接的蜗杆44，U轴电机41的主轴经多个联轴器42与多个蜗杆44连接。

本发明中，卡盘驱动装置的功能是夹紧工件，并使之绕轴自转，从而实现工件外表面圆周雕刻。为达到上述目的，每一个卡盘43都可以配备一个独立的动力装置，然而本发明在工作过程中，U轴行程较小，因而上述结构有利于降低装置成本，减小控制难度，同时也可以保证多个卡盘驱动装置的同步。

实施例二

本实施例给出了本发明作为平面雕刻机使用的情形。

如图1至图7可见，本实施例的整体上下型3D立体多功能数控雕刻机，将顶针托板5移动至床体1的末端，通过控制***关闭卡盘驱动装置，在床体1上活动设置面板13，X向、Y向、Z向、雕刻电机四轴联动，平板工件铺放在面板13上，即可达到表面浮雕的目的，因而本机兼具平面雕刻机功能。

实施例三

与实施例一的区别在于，本实施例在X向采用了丝杆传动的方式。

由图7可见，所述的X向驱动装置包括设置在龙门3上的X向驱动电机32，还包括与X向驱动电机32的主轴连接的X向丝杆33，移动底座6与X向丝杆33通过丝杆副传动连接。具体而言，所述的移动底座6的截面为“┠”字形，其包括互相固定的横板和竖板，X向丝杆33在横板的下方的中部与移动底座6连接，传动受力均匀。由于本发明中，移动底座6是通过设置在龙门3上两个不同端面的X向垂直导轨30和X向水平导轨31连接的，因此在X向，通过调整移动底座6横板局部厚度的方法，可以非常方便地创造X向丝杆的安装空间。

在龙门3的宽度方向，X向丝杆33设置在X向垂直导轨30、X向水平导轨31之间，也就是说，X向水平导轨31设置在龙门3的水平面上相对X向垂直导轨30的远端，X向丝杆33设置在龙门3的水平面上相对X向垂直导轨30的近端。从而使得受力更均匀，传动更流畅。

Claims (9)

1.一种整体上下型3D立体多功能数控雕刻机，包括床体（1），在所述的床体（1）上通过左导轨（10）、右导轨（10’）活动连接有左立柱（2）、右立柱（2’），所述的左立柱（2）、右立柱（2’）与床体（1）之间还设置有Y向驱动装置，左立柱（2）、右立柱（2’）上方设置有龙门（3），其特征在于：所述的龙门（3）下方的床体（1）上设置有多个U轴夹紧装置；所述的U轴夹紧装置包括设置在床体（1）末端的多个尾座（4），尾座（4）内设置有可自转的卡盘（43），还包括多个与卡盘（43）匹配的顶针（40）；所述的卡盘（43）的主轴与卡盘驱动装置传动连接；床体（1）内侧设置有左、右内导轨（11、11’）， 左、右内导轨（11、11’）之间活动设置有顶针托板（5），顶针托板（5）与左、右内导轨（11、11’）之间设置有左、右锁紧装置（50、50’）， 所述的多个顶针（40）设置在顶针托板（5）上；所述的龙门（3）的垂直面上设置有X向垂直导轨（30）、水平面上设置有X向水平导轨（31），龙门（3）上通过X向垂直导轨（30）、X向水平导轨（31）活动设置有移动底座（6），移动底座（6）上通过底座左导轨（60）、底座右导轨（60’）活动设置有雕刻头固定板（61），移动底座（6）与雕刻头固定板（61）之间设置有Z向驱动装置，所述的雕刻头固定板（61）上与尾座（4）匹配地设置有多个雕刻头（7）；还包括与移动底座（6）连接的X向驱动装置。

2.如权利要求1所述的整体上下型3D立体多功能数控雕刻机，其特征在于：所述的Y向驱动装置包括设置在床体（1）上的左、右Y向齿条（12、12’），还包括设置在左立柱（2）、右立柱（2’）上的左、右Y向驱动电机（20、20’），所述的左、右Y向驱动电机（20、20’）的主轴与所述的左、右Y向齿条（12、12’）传动连接。

3.如权利要求2所述的整体上下型3D立体多功能数控雕刻机，其特征在于：所述的左、右Y向驱动电机（20、20’）的主轴上分别设置有左、右Y向驱动电机主轴齿轮（201、201’），所述的左立柱（2）、右立柱（2’）上分别设置有左、右Y向大齿轮（21、21’）和 左、右Y向小齿轮（22、22’），所述的左、右Y向大齿轮（21、21’） 分别通过传动轴与左、右Y向小齿轮（22、22’）连接，所述的左、右Y向驱动电机主轴齿轮（201、201’）分别与左、右Y向大齿轮（21、21’）啮合，所述的左、右Y向小齿轮（22、22’）分别与左、右Y向齿条（12、12’）啮合；左、右Y向驱动电机主轴齿轮（201、201’）、 左、右Y向大齿轮（21、21’）、 左、右Y向小齿轮（22、22’）的螺旋角为5至15度。

4.如权利要求1、2、3或4所述的整体上下型3D立体多功能数控雕刻机，其特征在于：所述的Z向驱动装置包括设置在移动底座（6）上的Z向电机（8），所述的Z向电机（8）的主轴上设置有Z向丝杆（80），Z向丝杆（80）与雕刻头固定板（61）上固定的丝杆副传动连接。

5.如权利要求1、2、3或4所述的整体上下型3D立体多功能数控雕刻机，其特征在于：所述的床体（1）上活动设置有面板（13）。

6.如权利要求1、2、3或4所述的整体上下型3D立体多功能数控雕刻机，其特征在于：所述的卡盘驱动装置包括一个设置在床体（1）上的U轴电机（41），所述的尾座（4）内活动设置有与卡盘（43）的主轴传动连接的蜗杆（44），U轴电机（41）的主轴经多个联轴器（42）与多个蜗杆（44）连接。

7.如权利要求1、2、3或4所述的整体上下型3D立体多功能数控雕刻机，其特征在于：所述的X向驱动装置包括设置在龙门（3）上的X向驱动电机（32），还包括与X向驱动电机（32）的主轴连接的X向丝杆（33），移动底座（6）与X向丝杆（33）通过丝杆副传动连接。

8.如权利要求1、2、3或4所述的整体上下型3D立体多功能数控雕刻机，其特征在于：所述的X向驱动装置包括设置在龙门（3）上的X向齿条（35），移动底座（6）上设置有X向齿条电机（36），所述的X向齿条电机（36）的主轴上设置有X向电机齿轮（360），所述的移动底座（6）的横板上方设置有X向大齿轮（361）、下方设置有X向小齿轮（362），X向大齿轮（361）与X向小齿轮（362）之间传动连接，X向小齿轮（362）与X向齿条（35）啮合。

9.如权利要求8所述的整体上下型3D立体多功能数控雕刻机，其特征在于：所述的X向齿轮（37）的螺旋角为5至15度。

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