专利名称：三维电脑雕刻机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种三维电脑雕刻机，属机电一体化技术领域。
在现有的雕刻机中，横向移动机构的结构形式有三种类型。第一种是将两条横向导轨布置在一个水平平面上，因而构架宽度尺寸大而高度尺寸小，整个构架两边支承在纵向导轨上，沿纵向相对于固定在机座上的工件台移动。属于这一类的如美国Newing-Hall Inc.生产的的HN-100。第二种是将两条导轨布置在垂直平面上，构架宽度尺寸小而高度尺寸大，垂直移动机构支承在位于构架垂直墙板同侧横向导轨上，构架与机座固接，而工件台支承在纵向导轨上前后移动。属于这一类的如美国Gerber公司生产的GerberRouter III，DIMENSION 200，MultiCam公司的MultiCam SF等。第三种结构形式与第二种类似，只是其横移机构的构架可沿纵向移动而工件台固接在机座上。
上述三种结构形式各有其优点和缺点。第一种结构的主要缺点在于其垂直平面内的刚度不及后两种结构形式大。第二种结构形式的主要缺点则在于其沿纵向移动的工作台对于长度大的板料不太适用。后两种结构形式还有一个共同缺点是由于垂直移动机构和雕刻头与横移导轨处于构架垂直墙板同侧，自重载荷平衡程度差，加大了横移机构导轨及其支持墙板的载荷，还使导轨难于加装防护罩防止切屑侵入。此外，现有雕刻机的传动丝杠轴承座采用弹性卡环作为滚动轴承的轴向定位件，由于卡环与沟槽间不可避免的间隙，螺母运动换向时可能发生轴向游动而影响精度。另外，现有的标准丝杠螺母副间隙偏大，这也限制了定位精度的提高。
针对上述问题，本实用新型的目的在于创造一种能兼有上述三种结构的优点的新型结构形式，克服现有结构中的问题，提供一种三维电脑雕刻机。
现提出的三维电脑雕刻机由计算机、控制箱和雕刻机机械本体组成。计算机配有专用雕刻软件包，可对要雕刻的图文进行设计、编辑和排版，并生成雕刻走刀轨迹。控制箱把计算机传来的雕刻信息进行处理，转换成控制雕刻机动作的脉冲串，自动控制雕刻机完成雕刻作业。电脑雕刻机机械本体由雕刻头、进刀机构、纵向移动机构、横向移动机构、工件台和固定机座等组成。进刀机构、纵向移动机构和横向移动机构三个机构的构造类似，每个机构有两条导轨，通过直线轴承支持机构构架，并由与导轨平行布置的传动丝杠和螺母驱动构架作直线运动。三个机构按直角坐标系方向布置，进刀机构沿垂直方向，纵向移动机构沿水平前后方向，横向移动机构沿水平左右方向，分别驱动雕刻头上下、前后和左右移动。开动设在雕刻头上的雕刻电机驱动雕刻刀转动，完成各种雕刻作业。其技术特征在于横向移动机构的两条导轨布置在垂直平面上，进刀机构和雕刻头与横向导轨布置在构架垂直墙板的两侧，进刀机构的构架从上下跨越横向移动机构构架垂直墙板，与套装在横向导轨上的直线轴承座相固接，横向移动机构的构架两边支承在纵向导轨上沿纵向移动，而工件台固接在固定机座上。传动丝杠的端部支承采用一对外圈带阶梯形突肩的滚动轴承，两个滚动轴承对称地置于轴承座两边，滚动轴承外圈的阶梯形突肩与轴承座相配，使轴向无游动可能，滚动轴承内圈用传动丝杠的轴肩和端螺母沿轴向压紧，从而消除了轴向窜动。螺母为分离式结构，每个螺母分成两部分，其间设有调节弹簧，从而消除了传动丝杠与螺母螺纹间的间隙，运动反向时不会发生冲击。螺母的螺纹加工按传动丝杠的螺纹实测尺寸控制公差，进一步提高了传动精度。
由于上述技术特征，本实用新型综合了现有三种横向移动机构的优点，消除或减少了它们的缺点。它使主要受载的垂直平面内的强度和刚度加大。由于工件台固定不动，对于长度大的材料不会因必须拖着材料一起移动而带来麻烦。由于将雕刻头和支承它横向移动的导轨和传动丝杠布置在横向移动机构构架垂直墙板的两边，减少了自重引起的力矩，而且可防止雕刻时切屑侵入导轨和传动丝杠。由于在传动丝杠端部支承中采用了一对带凸肩的滚动轴承并采用轴向无间隙的传动丝杠螺母副，提高了机构传动精度，可满足雕刻精细的二维和三维图案文字的要求。因此，本实用新型是一种结构优良、精度高、经久耐用的三维电脑雕刻机，可广泛应用于各行业中刻制各种精美的文字和图案，有广阔的应用前景。
以下结合附图对本实用新型的实施方式进一步描述
图1本实用新型的结构简图；图2本实用新型横向移动机构的剖视图；图3本实用新型传动丝杠端部轴承的剖视图。
本实用新型是一个有效雕刻面为400×400的三维电脑雕刻机，由计算机、控制箱和雕刻机机械本体组成。计算机配有专用雕刻软件包，可对要雕刻的图文进行设计、编辑和排版，并生成雕刻走刀轨迹。控制箱把计算机传来的雕刻信息进行处理，转换成控制雕刻机动作的脉冲串，自动控制雕刻机完成雕刻作业。
作为实施例的三维电脑雕刻机机械本体由雕刻头1、进刀机构2、纵向移动机构3、横向移动机构4、工件台5和固定机座6等组成。进刀机构2、纵向移动机构3和横向移动机构4三个机构的构造类似，每个机构各有两条导轨11，通过直线轴承12支持机构构架13，并由与导轨11平行布置的传动丝杠14和螺母15驱动机构构架13作直线运动。三个机构按直角坐标系方向布置，进刀机构2沿垂直方向，纵向移动机构3沿水平前后方向，横向移动机构4沿水平左右方向，分别驱动雕刻头1上下、前后和左右移动。开动设在雕刻头1上的雕刻电机17驱动雕刻刀16转动，完成雕刻作业。其技术特征在于横向移动机构4的两条导轨11布置在垂直平面上，进刀机构2和雕刻头1与横向导规11布置在机构构架垂直墙板18的两侧，进刀机构2的构架13从上下跨越横向移动机构构架垂直墙板18，与套装在横向导轨11上的直线轴承座20相固接，横向移动机构4的构架两边支承在纵向导轨上沿纵向移动，而工件台5固接在固定机座6上。传动丝杠14的端部支承采用一对外圈带阶梯形突肩的滚动轴承21，两个滚动轴承21对称地置于轴承座22两边，滚动轴承21外圈的阶梯形突肩与轴承座22相配，使轴向无游动可能，滚动轴承21内圈用传动丝杠14的轴肩24和端螺母25沿轴向压紧，从而消除了轴向窜动。螺母15为分离式结构，每个螺母分成两部分，其间设有调节弹簧，从而消除了传动丝杠与螺母15螺纹间的间隙，运动反向时不会发生冲击。螺母15的螺纹加工按传动丝杠14的螺纹实测尺寸控制公差，进一步提高了传动精度。导轨11采用圆形断面的直线导轨，横向移动机构4和纵向移动机构3采用开口式直线轴承12，进刀机构2采用封闭式直线轴承，传动丝杠14为直径1/4″、双头不锈钢精密传动丝杠，试用证明，完全达到了预期的效果。
权利要求1.一种三维电脑雕刻机，由配有专用雕刻软件包的计算机、控制箱和雕刻机机械本体组成，雕刻机机械本体由雕刻头1、进刀机构2、纵向移动机构3、横向移动机构4、工件台5和固定机座6等组成，进刀机构2、纵向移动机构3和横向移动机构4三个机构各有两条导轨11，通过直线轴承12支持机构构架13，并由与导轨11平行布置的传动丝杠14和螺母15驱动构架13作直线运动，三个机构按直角坐标系方向布置，进刀机构2沿垂直方向，纵向移动机构3沿水平前后方向，横向移动机构4沿水平左右方向，分别驱动雕刻头1上下、前后和左右移动，设在雕刻头1上的雕刻电机17驱动雕刻刀16转动，其技术特征在于横向移动机构4的两条导轨11布置在垂直平面上，进刀机构2和雕刻头1与横向导规11布置在构架垂直墙板18的两侧，进刀机构2的构架13从上下跨越横向移动机构构架垂直墙板18，与套装在横向导轨11上的直线轴承座20相固接，横向移动机构4的构架两边支持在纵向导轨上沿纵向移动，而工件台5固接在固定机座6上。
2.一种如权利要求1所述的三维电脑雕刻机，其特征是传动丝杠14的端部支承采用一对外圈带阶梯形凸肩的滚动轴承21，两个滚动轴承对称地置于轴承座22两边，滚动轴承外圈的阶梯形凸肩与轴承座相配，滚动轴承内圈用传动丝杠14的轴肩24和端螺母25沿轴向压紧。
3.一种如权利要求1或权利要求2所述的三维电脑雕刻机，其特征还在于螺母15为分离式结构，每个螺母15分成两部分，其间设有调节弹簧，螺母15的螺纹加工按传动丝杠14的螺纹实测尺寸控制公差。
专利摘要一种三维电脑雕刻机,属机电一体化机械。由计算机、控制箱和机械本体组成,其横向移动机构的两条导轨布置在垂直平面上,进刀机构和雕刻头与横向导规布置在构架垂直墙板的两侧,进刀机构构架从上下跨越横向移动机构构架垂直墙板,与套装在横向导规上的直线轴承座相固接,横向移动机构的构架两边支持在纵向导轨上沿纵向移动,而工件台固接在固定机座上。精度高,经久耐用,可雕刻精细的二维和三维图文,有广阔的应用前景。
文档编号B44B1/00GK2393733SQ9924038
公开日2000年8月30日 申请日期1999年11月19日 优先权日1999年11月19日
发明者蒋厚宗, 赵维江, 夏福康, 薛卫, 汪维 申请人:上海交通大学