CN105290619A - 激光雕刻机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光雕刻机，包括：机床座、安装在机床座上的工作台和门式框架、控制工作过程的电气控制***以及驱动刀具运动的AC轴装置；所述工作台包括：底座钢板、设于底座钢板下端驱动其前后运动的Y轴传动机构以及设于底座钢板上端用于安装工件的工件导轨；所述门式框架包括：相对而设的两根立柱、固定在立柱上端的横梁、驱动AC轴装置上下运动的Z轴传动机构以及设于横梁前端驱动Z轴传动机构左右运动的X轴传动机构。本发明激光雕刻效率高、无毛刺，环保、无污染、噪音小，不磨损刀具，有利于数控中心整体设备精简化，由工作台、门式框架和电气控制***构成的龙门铣床，使得刀具运动灵活、工作范围广，不受工作空间的限制。

Description

激光雕刻机

技术领域

本发明属于激光雕刻技术领域，更具体的涉及一种激光雕刻机。

背景技术

传统的数控加工中心由基础部件、主轴组件、进给机构、数控***、自动换刀***和辅助装置（如润滑、冷却、排屑、防护、液压、气动和检测***等部分）所组成。数控加工中心通过控制三坐标的运动及刀库切换刀具对工件进行加工。然而，由于上述运动设计不够合理，导致刀具易磨损且不易加工深窄缝隙，刀具成本高，且刀库占用空间大，刀具的更换影响加工效率。

传统的数控加工中心还受立柱高度及换刀装置的限制，不能加工高度较大的工件，在加工型腔或下凹的型面时，切屑不易排出，严重时还会损坏刀具，破坏已加工表面，影响加工的顺利进行。因此，使得传统数控加工中心设备费用高，且对操作人员和维修人员的技术要求较高。

而且，绝大多数的数控加工中心只设有一个刀具的加工主轴，为了使这一个主轴具有多面加工的功能，在主轴上会安装旋转装置，用于改变主轴的加工方向。但是，这种加工方式使得主轴在切换加工面时的定位过程变得很复杂。例如：主轴加工完一个水平表面后，要切换到竖直侧面上从某一个点开始加工，就需要主轴退刀后旋转一定角度，再通过控制三坐标轴的综合移动，才能定位到该侧面的加工点，而且这种对刀误差很大，在很大程度上降低了零件加工精度。旋转移动对刀的过程，需要根据主轴旋转的角度、刀具长度和加工点的具***置来综合计算得到，这使得数控加工中心在对复杂零件进行多面加工时的运动变得极其复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种激光雕刻机。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种激光雕刻机，包括机床座、安装在机床座上的工作台和门式框架以及控制工作过程的电气控制***，还包括驱动刀具运动的AC轴装置；所述工作台包括：底座钢板、设于底座钢板下端驱动其前后运动的Y轴传动机构以及设于底座钢板上端用于安装工件的工件导轨；所述门式框架包括：相对而设的两根立柱、固定在立柱上端的横梁、驱动AC轴装置上下运动的Z轴传动机构以及设于横梁前端驱动Z轴传动机构左右运动的X轴传动机构。

作为优选方案，所述AC轴装置包括激光光路、反射镜箱体、振镜、C轴传动机构、A轴传动机构以及竖立固定在Z轴传动机构前端的装置安装板；

所述C轴传动机构包括：固定在装置安装板前板面的C轴齿轮腔、与激光光路并排安装在C轴齿轮腔上的C轴伺服电机、设于C轴齿轮腔内相互啮合的C轴主动轮和C轴从动轮以及插固在C轴从动轮上的空心轴，所述C轴伺服电机动力输出端连接于C轴主动轮，所述空心轴的顶端对应着激光光路、底端固定在反射镜箱体上端入光口；

所述A轴传动机构包括：一端固定在反射镜箱体后端面的U形A轴固定板、固定在A轴固定板另一端的A轴电机座以及安装在A轴电机座上的A轴伺服电机，所述A轴伺服电机动力输出端传动连接于振镜，所述振镜与反射镜箱体出光口之间设有通光套筒。

作为优选方案，所述底座钢板上端设有连接钢板，所述连接钢板左右两端固定有导轨支撑板，所述导轨支撑板相对的侧面上设有多个凸扣；所述工作导轨沿其长度方向的侧面设有定位通槽，所述定位通槽的两端扣合在凸扣上。

作为优选方案，所述底座钢板前后端向上弯折形成有钢板安装边，通过所述钢板安装边安装有伸缩钢板。

作为优选方案，所述X轴传动机构包括：水平固定在横梁前端的X轴平行导轨、滑动安装在X轴平行导轨前端的X轴滑块安装板、带动X轴滑块安装板左右运动的X轴滚珠丝杠以及驱动X轴滚珠丝杠的丝杆旋转的X轴伺服电机。

作为优选方案，所述Z轴传动机构包括：竖直固定在X轴滑块安装板前端的Z轴平行导轨、滑动安装在Z轴滑块安装板前端的Z轴滑块安装板、带动Z轴滑块安装板上下运动的Z轴滚珠丝杠以及驱动Z轴滚珠丝杠的丝杆旋转的Z轴伺服电机，所述Z轴滑块安装板前端通过中间连接板安装固定装置安装板。

作为优选方案，所述电气控制***包括：由触摸屏构成的输入端、接收输入端指令信号并作出相应驱动信号的处理单元以及接收处理单元驱动信号的输出端，所述输出端即各个所述运动机构的伺服电机；所述机床底座外侧端设有旋转座，所述触摸屏通过其底端的旋转支架活动安装在所述旋转座上。

作为优选方案，所述横梁上方设有拖链，所述拖链一端安装在Z轴齿轮箱的底端后侧，另一端安装在横梁靠近触摸屏的一端，所述X轴滑块安装板后端设有拖链支撑板，拖链置于拖链支撑板上，并使用压线板将拖链固定。

作为优选方案，所述Y轴传动机构包括：Y轴滚珠丝杠和Y轴伺服电机，所述Y轴滚珠丝杠的螺母滑块固定连接在底座钢板底端，所述Y轴伺服电机动力输出端传动连接于Y轴滚珠丝杠的丝杆一端。

作为优选方案，还包括清洗***，所述清洗***包括：氩气罐及连接于氩气罐气管末端的锥形吹气头，所述锥形吹气头固定安装在AC轴装置一侧端。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明激光雕刻效率高、无毛刺，环保、无污染、噪音小，不磨损刀具，有利于数控中心整体设备精简化。

由工作台、门式框架和电气控制***构成的龙门铣床，工作台可在机床座上做前后直线运动，门式框架的横梁上设置有可做左右直线运动的Z轴传动机构，AC轴装置可在Z轴传动机构上做上下直线运动，从而使得刀具运动灵活、工作范围广，不受工作空间的限制，同时整个龙门铣床结构更加轻便，易于安装。

刀具的加工主轴由AC轴装置控制，A轴伺服电机直接驱动振镜进行A轴旋转，C轴伺服电机通过一对齿轮驱动反射镜箱体进行C轴旋转，可见传动结构简单，容易实现，从而使得刀具加工深度大、工作范围广，还不用经常更换刀具。安装部分也得到简化，只需通过相应的安装板螺纹连接即可。

加工后的清洗采用气体清洗，雕刻的碎屑由气体排出，较水洗简便，而且不会损坏工件已加工表面，加工精度高、质量稳定，重复精度高，生产效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，其中：

图1为本发明较佳实施例的整体结构示意图；

图2为本发明较佳实施例的机床座结构示意图；

图3为本发明较佳实施例的工作台结构示意图；

图4为本发明较佳实施例的工件导轨横截面示意图；

图5为本发明较佳实施例的导轨支撑板结构示意图；

图6为本发明较佳实施例的门式框架立体示意图；

图7为本发明较佳实施例的门式框架后端示意图；

图8为本发明较佳实施例的AC轴装置结构示意图；

图9为本发明较佳实施例的C轴传动机构示意图；

图10为本发明较佳实施例的A轴传动机构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。较佳实施例中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

请参见图1，本发明较佳实施例中设计的一种激光雕刻机，其具体包括：机床座100、工作台200、门式框架300、AC轴装置400、电气控制***及清洗***。

请参见图2，更具体地，机床座100包括：具有空腔的长方体机床底座101，机床底座101的顶端开口；设置在机床底座101内部的工作台座102；设置在机床底座101的顶端后侧亦具有空腔的长方体机床盖座103，机床盖座103的前端和底端开口，使得机床盖座103的空腔与机床底座101的空腔相连通；凸出设置在机床盖座103的顶端前侧的盖沿104；以及安装在机床底座101外侧端的旋转座105。

请参见图3，工作台200设置在工作台座102之上，工作台200包括：底座钢板210、设于底座钢板210下端的Y轴传动机构（图中未标示）、设于底座钢板210上端的工件导轨220以及分别设于底座钢板210前后端的伸缩钢板230。Y轴传动机构主要包括并排的两条Y轴滚珠丝杠和两个Y轴伺服电机，Y轴滚珠丝杠的支撑座安装固定在工作台座102的上端，Y轴滚珠丝杠的螺母滑块固定连接在底座钢板210的底端，Y轴伺服电机的动力输出端传动连接于Y轴滚珠丝杠的丝杆一端。从而使得Y轴伺服电机通过Y轴滚珠丝杠能够带动工作台200做前后直线运动。

在底座钢板210的前后端向上弯折形成有钢板安装边211，在两个伸缩钢板230上设置有伸缩钢板固定板231，伸缩钢板固定板231与钢板安装边211通过打螺钉固定连接，伸缩钢板230用于辅助支撑，易于工作台200调节伸缩长度。

在底座钢板210的上端设置有连接钢板（图中未标示），在该连接钢板的左右两端由螺钉安装固定有导轨支撑板240，多个工件导轨220平行安装在两导轨支撑板240之间，并位于该连接钢板的上端。更进一步地，请参见图4，工作导轨220的横截面呈矩形结构，在工作导轨220沿其长度方向的三个侧面上开设有贯通的定位通槽221，安装时，工作导轨220未开设定位通槽221的侧面朝向下方安放，在工作导轨220的中心还开设有用于减轻重量和节约材料的通孔222，工作导轨220本身是个可调节夹具，定位通槽221内设有连续的安装点。请参见图5，导轨支撑板240朝向工作导轨220的侧面设置有多个凸扣241，凸扣241要与定位通槽221的两端相互扣合，使得工作导轨220能够垂直卡固在两个导轨支撑板240之间。工作导轨220的间距可用不同导轨支撑板240进行调节，工作导轨220拆装方便、方向可调、更轻便，且易于安装夹具，于待加工工件的安装固定尺寸适应性非常强。

请参见图6和图7，门式框架300亦设置在工作台座102之上，且位于机床盖座103之内，门式框架300包括：相对而设的两根立柱310、横梁320、X轴传动机构和Z轴传动机构。两根立柱310对应固定安装在工作台座102的上端后侧，立柱310的前后端都设置有加强筋311，为了门式框架300的稳固安装。横梁320的底端两侧安装固定在立柱310的顶端。

X轴传动机构包括：X轴平行导轨331、X轴滚珠丝杠332、X轴伺服电机333和X轴滑块安装板334，X轴平行导轨331安装在横梁320的前端上下两侧，X轴滑块安装板334为竖长的板状结构，X轴滑块安装板334滑动安装在X轴平行导轨331的前端，X轴滚珠丝杠332通过其支撑座安装在横梁320的前端，并位于X轴平行导轨331之间，X轴滚珠丝杠332的螺母滑块固定连接在X轴滑块安装板334的后端。在横梁320的一侧端设置有X轴齿轮箱335，X轴齿轮箱335内安装有相互啮合的X轴传动轮（图中未标示）。X轴伺服电机333通过电机座安装在X轴齿轮箱335的侧端，X轴伺服电机333的动力输出端固定插接于X轴主传动轮，X轴从传动轮则固定套接于X轴滚珠丝杠332的丝杆一端。从而使得X轴伺服电机333通过X轴传动轮和X轴滚珠丝杠332能够带动X轴滑块安装板334在X轴平行导轨331上做左右直线运动。

Z轴传动机构包括：Z轴平行导轨341、Z轴滚珠丝杠342、Z轴伺服电机343和Z轴滑块安装板344，Z轴平行导轨341沿着X轴滑块安装板334的长度方向安装在其前端左右两侧，Z轴滑块安装板344滑动安装在Z轴平行导轨341的前端，Z轴滚珠丝杠342通过其支撑座安装在X轴滑块安装板334的前端，并位于Z轴平行导轨341之间，Z轴滚珠丝杠342的螺母滑块固定连接在Z轴滑块安装板344的后端。在X轴滑块安装板334的顶端设置有Z轴齿轮箱345，Z轴齿轮箱345内安装有相互啮合的Z轴传动轮（图中未标示）。Z轴伺服电机343通过电机座安装在Z轴齿轮箱345的顶端，Z轴伺服电机343的动力输出端固定插接于Z轴主传动轮，Z轴从传动轮则固定套接于Z轴滚珠丝杠342的丝杆一端。从而使得Z轴伺服电机343通过Z轴传动轮和Z轴滚珠丝杠342能够带动Z轴滑块安装板344在Z轴平行导轨341上做上下直线运动。

请参见图8，AC轴装置400包括：装置安装板401、激光光路402、反射镜箱体403、振镜404、C轴传动机构以及A轴传动机构。装置安装板401为板状结构，装置安装板401通过中间连接板346对应竖立安装固定在Z轴滑块安装板344的前端。

请参见图9，C轴传动机构设置在装置安装板401的前板面，C轴传动机构包括：C轴齿轮腔405、C轴伺服电机406、相互啮合的C轴主动轮407和C轴从动轮408以及空心轴409。C轴齿轮腔405是由上、下、左、右、前和后盖板所围成，其中下盖板呈C形，C轴齿轮腔405对应安装固定在装置安装板401的前板面上。C轴伺服电机406和激光光路402并排安装在C轴齿轮腔405的上盖板上，C轴主动轮407和C轴从动轮408分别对应着C轴伺服电机406和激光光路402设置在C轴齿轮腔405的内部，C轴伺服电机406的动力输出端通过键固定插接在C轴主动轮407上，空心轴409通过键固定插接在C轴从动轮408上。端盖410通过螺钉安装固定在空心轴409的顶端，端盖410为与空心轴409内部相通的环状结构，空心轴409的底端通过第一法兰盘411和螺钉固定在反射镜箱体403的上端入光口。从而使得C轴伺服电机406通过C轴主动轮407、C轴从动轮408和空心轴409能够带动反射镜箱体403进行旋转。

进一步地，空心轴409凸出于C轴从动轮408的上端部套接有第一套筒412，第一套筒412位于端盖410之下，空心轴409凸出于C轴从动轮408的下端部套接有第二套筒413，第二套筒413位于第一法兰盘411之上。

请参见图10，A轴传动机构设置在反射镜箱体403的一侧，A轴传动机构包括：A轴固定板414、A轴伺服电机415和通光套筒416。A轴固定板414呈U字形结构，在其两端向外弯折形成有折边，其中一个折边连接固定在反射镜箱体403的后端面上，另一个折边连接固定有A轴电机座417，A轴伺服电机415安装在A轴电机座417上，A轴伺服电机415的动力输出端上设置有轴套418，轴套418的外轴面通过第一轴承419插接在A轴电机座417上，轴套418的内孔面通过键固定连接在A轴伺服电机415的动力输出端上，轴套418一端的法兰盘通过螺钉连接固定在振镜404的侧面。通光套筒416呈长条筒状结构，其一端固定连接在反射镜箱体403的侧面出光口上，另一端通过第二轴承421外圈连接有第二法兰盘422，第二轴承421内圈固定连接在通光套筒416上，第二法兰盘422固定在振镜404上与轴套418相对的另一侧面的转接板423上。从而使得A轴伺服电机415能够带动振镜404进行旋转。

进一步地，在通光套筒416上还卡接有朝向第二法兰盘422的轴用弹性挡圈420，对第二轴承421起限位及保护作用。

AC轴装置400在使用时，通过控制C轴伺服电机406和A轴伺服电机415，来定位振镜404的不同位置，然后激光器发出的激光通过激光光路、空心轴409照射到反射镜箱体403，再经过反射镜箱体403的作用，反射到振镜404内，振镜404控制激光光斑的位置，从而进行激光雕刻工作。

请参见图1，电气控制***包括：输入端、处理单元和输出端。该输入端为触摸屏510，触摸屏510通过其底端的旋转支架511活动安装在机床座100的旋转座105上，触摸屏510上设置有各种操作按键，从而实现对整台设备的控制。该处理单元用于接收输入端的各种指令信号，经过处理，再做出相应的驱动信号，传输给输出端做出相应的操作动作。该输出端即指的是各个伺服电机，伺服电机接收到驱动信号后，带动相应的传动机构进行运动。上述各种信号的传输既可以采用有线传输，也可以采用无线传输。在本实施例中，触摸屏510与各伺服电机之间采用有线传输。具体地，请参见图7，在横梁320的上方设置有一根拖链520，拖链520的一端安装在Z轴齿轮箱345的底端后侧，另一端安装在横梁320上靠近触摸屏510的一端，在X轴滑块安装板334的后端且位于Z轴齿轮箱345的下方设置有拖链支撑板521，拖链520置于拖链支撑板521上，并使用压线板522将拖链520固定，使得拖链520能够随着X轴滑块安装板334一起运动。拖链520内设置有分别连接于Z轴伺服电机343、A轴伺服电机415和C轴伺服电机406的线缆。而连接于X轴伺服电机333和Y轴伺服电机的线缆则通过立柱310和机床座100即可实现全封闭式安装。

请参见图1，清洗***包括：氩气罐610和锥形吹气头620，氩气罐610设置在机床座100的后方，锥形吹气头620连接于氩气罐610的气管末端，锥形吹气头620安装在AC轴装置400一侧，并随着AC轴装置400一起左右、上下运动，锥形吹气头620用于吹气排出雕刻后的碎屑，同时防止工件雕刻加工表面被氧化。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种激光雕刻机，包括机床座、安装在机床座上的工作台和门式框架以及控制工作过程的电气控制***，其特征在于，还包括驱动刀具运动的AC轴装置；所述工作台包括：底座钢板、设于底座钢板下端驱动其前后运动的Y轴传动机构以及设于底座钢板上端用于安装工件的工件导轨；所述门式框架包括：相对而设的两根立柱、固定在立柱上端的横梁、驱动AC轴装置上下运动的Z轴传动机构以及设于横梁前端驱动Z轴传动机构左右运动的X轴传动机构。

2.根据权利要求1所述的激光雕刻机，其特征在于，所述AC轴装置包括激光光路、反射镜箱体、振镜、C轴传动机构、A轴传动机构以及竖立固定在Z轴传动机构前端的装置安装板；

所述C轴传动机构包括：固定在装置安装板前板面的C轴齿轮腔、与激光光路并排安装在C轴齿轮腔上的C轴伺服电机、设于C轴齿轮腔内相互啮合的C轴主动轮和C轴从动轮以及插固在C轴从动轮上的空心轴，所述C轴伺服电机动力输出端连接于C轴主动轮，所述空心轴的顶端对应着激光光路、底端固定在反射镜箱体上端入光口；

所述A轴传动机构包括：一端固定在反射镜箱体后端面的U形A轴固定板、固定在A轴固定板另一端的A轴电机座以及安装在A轴电机座上的A轴伺服电机，所述A轴伺服电机动力输出端传动连接于振镜，所述振镜与反射镜箱体出光口之间设有通光套筒。

3.根据权利要求2所述的激光雕刻机，其特征在于，所述底座钢板上端设有连接钢板，所述连接钢板左右两端固定有导轨支撑板，所述导轨支撑板相对的侧面上设有多个凸扣；所述工作导轨沿其长度方向的侧面设有定位通槽，所述定位通槽的两端扣合在凸扣上。

4.根据权利要求2所述的激光雕刻机，其特征在于，所述底座钢板前后端向上弯折形成有钢板安装边，通过所述钢板安装边安装有伸缩钢板。

5.根据权利要求2至4任一项所述的激光雕刻机，其特征在于，所述X轴传动机构包括：水平固定在横梁前端的X轴平行导轨、滑动安装在X轴平行导轨前端的X轴滑块安装板、带动X轴滑块安装板左右运动的X轴滚珠丝杠以及驱动X轴滚珠丝杠的丝杆旋转的X轴伺服电机。

6.根据权利要求5所述的激光雕刻机，其特征在于，所述Z轴传动机构包括：竖直固定在X轴滑块安装板前端的Z轴平行导轨、滑动安装在Z轴滑块安装板前端的Z轴滑块安装板、带动Z轴滑块安装板上下运动的Z轴滚珠丝杠以及驱动Z轴滚珠丝杠的丝杆旋转的Z轴伺服电机，所述Z轴滑块安装板前端通过中间连接板安装所述装置安装板。

7.根据权利要求5所述的激光雕刻机，其特征在于，所述电气控制***包括：由触摸屏构成的输入端、接收输入端指令信号并作出相应驱动信号的处理单元以及接收处理单元驱动信号的输出端，所述输出端即各个所述运动机构的伺服电机；所述机床底座外侧端设有旋转座，所述触摸屏通过其底端的旋转支架活动安装在所述旋转座上。

8.根据权利要求7所述的激光雕刻机，其特征在于，所述横梁上方设有拖链，所述拖链一端安装在Z轴齿轮箱的底端后侧，另一端安装在横梁靠近触摸屏的一端，所述X轴滑块安装板后端设有拖链支撑板，拖链置于拖链支撑板上，并使用压线板将拖链固定。

9.根据权利要求5所述的激光雕刻机，其特征在于，所述Y轴传动机构包括：Y轴滚珠丝杠和Y轴伺服电机，所述Y轴滚珠丝杠的螺母滑块固定连接在底座钢板底端，所述Y轴伺服电机动力输出端传动连接于Y轴滚珠丝杠的丝杆一端。

10.根据权利要求1至4、6至9任一项所述的激光雕刻机，其特征在于，还包括清洗***，所述清洗***包括：氩气罐及连接于氩气罐气管末端的锥形吹气头，所述锥形吹气头固定安装在AC轴装置一侧端。