本发明涉及一种数控平台。特别是涉及一种可调节双层联动式数控平台。
背景技术：
激光雕刻技术、3D打印技术在全球范围内得到越来越广泛的关注，发展也越来越迅速。这些数控系统在工业生产、设计领域渐渐凸显出越来越重要的应用价值，随着科学技术的不断发展，它们在不远的将来也必定会走入普通人的生活里。现在主流激光雕刻机、3D打印机都是典型的直角坐标型，三角洲型。
这些传统的数控系统都有一个共同特点，就是打印平台固定或只做单方向移动，通过打印头的复杂运动来实现打印件的成型。这种打印方式效率有限，且打印幅面受整个打印机架限制较多。而且HBOT型机构结构简单、稳定性高，在运动机构上不会增加电机的负担。因此，考虑利用HBOT型机构来设计一种可以提高打印效率的装置。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，提供一种可显著提高工作效率的可调节双层联动式数控平台。
本发明所采用的技术方案是：一种可调节双层联动式数控平台，包括支撑机架，所述支撑机架是由上层框架、下层框架以及连接在所述上层框架和下层框架四个端角之间的连接板构成，所述上层框架上设置有运动滑台，以及用于驱动所述运动滑台在平面上分别沿X轴方向和Y轴方向移动的第一移动机构，所述下层框架上设置有打印平面，以及用于驱动所述打印平面在平面上分别沿X轴方向和Y轴方向移动的第二移动机构，所述支撑机架对应所述第一移动机构和第二移动机构同一侧的两个端角分别各设置有一组用于驱动所述第一移动机构和第二移动机构运行的驱动机构。
所述的第一移动机构包括有分别设置在上层框架中相平行的两个侧边架上的第一直线滑轨，用于支撑所述运动滑台的运动平台支撑机构，与所述的驱动机构相连并在驱动机构的驱动下沿设定轨迹移动的第一同步带，所述运动平台支撑机构两侧的下部分别固定连接在所述第一同步带上，所述运动平台支撑机构两侧分别各通过一个第一线轨滑块搭在两条所述的第一直线滑轨上，并在所述第一同步带的带动下通过第一线轨滑块沿两条所述第一直线滑轨移动，所述运动滑台的一侧滑动的连接在所述运动平台支撑机构上，另一侧连接在所述第一同步带上并在所述第一同步带的带动下沿所述运动平台支撑机构的Y轴方向移动。
所述的运动平台支撑机构包括有对称设置的两个上支撑板，两端分别固定连接在所述两个上支撑板内侧面上的两条平行设置的光轴，所述第一线轨滑块固定连接在所述上支撑板的外侧面上，所述运动滑台滑动的连接在所述两条平行设置的光轴上。
所述的第二移动机构包括有下层框架中相平行的两个侧边架上的第二直线滑轨，用于支撑所述打印平台的打印平台支撑机构，与所述的驱动机构相连并在驱动机构的驱动下沿设定轨迹移动的第二同步带，所述打印平台支撑机构两侧的下部分别固定连接在所述第二同步带上，所述打印平台支撑机构两侧分别各通过一个第二线轨滑块搭在两条所述的第二直线滑轨上，并在所述第二同步带的带动下通过第二线轨滑块沿两条所述第二直线滑轨移动，所述打印平台的底部通过底部滑块能够移动的设置在所述打印平台支撑机构上，所述打印平台的底部还与所述的第二同步带相连接并在所述第二同步带的带动下沿所述打印平台支撑机构的Y轴方向移动。
所述的打印平台支撑机构包括有对称设置的两个下支撑板，两端分别固定连接在所述两个下支撑板内侧面上的两条平行设置的横向线轨，所述第二线轨滑块固定连接在所述下支撑板的外侧面上，所述打印平台通过第二线轨滑块滑动的连接在所述两条平行设置的横向线轨上。
所述的驱动机构包括有对称设置在支撑机架两个端角上的第一驱动机构和第二驱动机构，所述第一驱动机构和第二驱动机构结构完全相同，均包括固定在上层框架上的第一步进电机或第二步进电机，所述第一步进电机或第二步进电机输出轴的上部分连接第一移动机构中的第一同步带，下部分固定连接主动齿轮并通过主动齿轮连接设置在所述上层框架和下层框架之间的模式切换机构，所述模式切换机构的输出端连接第二移动机构中的第二同步带。
所述的模式切换机构包括有舵机，一端铰接在舵机上的连杆，所述连杆的另一端通过滚动轴承连接垂直设置的齿轮轴)的一端，所述齿轮轴的另一端固定连接用于驱动所述第二同步带的同步带轮，所述的同步带轮连接在所述同步带轮上，其中，所述的齿轮轴上部固定设置有从动齿轮，所述的从动齿)与固定在所述的步进电机输出轴上的主动齿轮相啮合。
所述第一同步带的设置为：一端的端头连接在运动滑台a侧的侧面上，然后依次绕过位于运动滑台a侧的上支撑板底部的右侧旋转齿轮、第一步进电机的输出轴、设置在安装第一步进电机的侧边架另一端的第一同步带轮、位于运动滑台a侧的上支撑板底部的左侧旋转齿轮、位于运动滑台b侧的上支撑板底部的左侧旋转齿轮、设置在安装第二步进电机的侧边架另一端的第二同步带轮、第二步进电机的输出轴以及位于运动滑台b侧的上支撑板底部的右侧旋转齿轮，再固定连接在运动滑台b侧的侧面上。
所述第二同步带的设置为：一端的端头连接在打印平台a侧的侧面上，然后依次绕过位于打印平台a侧的下支撑板底部的右侧旋转齿轮、由第一步进电机驱动的同步带轮、设置在安装第一步进电机一侧的下边架另一端的第三同步带轮、位于打印平台a侧的下支撑板底部的左侧旋转齿轮、位于打印平台b侧的下支撑板底部的左侧旋转齿轮、设置在安装第二步进电机一侧的下边架另一端的第四同步带轮、由第二步进电机驱动的同步带轮、以及位于打印平台b侧的下支撑板底部的右侧旋转齿轮，再固定连接在打印平台b侧的侧面上。
所述第一同步带与第二同步带为同步反向移动。
本发明的一种可调节双层联动式数控平台，执行效率高运动速度快加工模式可切换。可以根据不同加工要求来进行两种模式的切换:加工幅面要求大速度要求高精度要求不高的场合可切换双层运动模式；对于加工精度要求高打印幅面、速度要求不高的场合可切换成单层运动模式。相比传统的数控运动平台来说可实现双层联动可根据加工需要来随意改变运动模式。
附图说明
图1是本发明的可调节双层联动式数控平台的整体结构示意图；
图2是本发明中模式切换机构的结构示意图；
图3是本发明中直线滑轨与线轨滑块连接的底面结构示意图；
图4是本发明第一同步带绕行示意图；
图5是本发明第二同步带绕行示意图；
图6是本发明的机械零点定位部件设置示意图。
图中
1：第一线轨滑块 2：第一同步带
3：运动滑台 4：安装孔
5：第一直线滑轨 6：第一步进电机
7：主齿轮 8：模式切换机构
801：舵机 802：连杆
803：滚动轴承 804：从动齿轮
805：齿轮轴 806：同步带轮
9：打印平台 10：第二步进电机
11：第二同步带 12：横向线轨
13：第二线轨滑块 14：第二直线滑轨
15：运动平台支撑机构 151：上支撑板
1511、1514：右侧旋转齿轮 1512、1513：左侧旋转齿轮
152：光轴 16：打印平台支撑机构
161：下支撑板 1611、1614：右侧旋转齿轮
1612、1613：左侧旋转齿轮 17：第一同步带轮
18：第二同步带轮 19：第三同步带轮
20：第四同步带轮 21：滑轮
22：X方向限位开关 23：Y方向限位开关
24：光电传感器
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的一种可调节双层联动式数控平台做出详细说明。
如图1所示，本发明的一种可调节双层联动式数控平台，包括支撑机架A，所述支撑机架A是由上层框架A1、下层框架A2以及连接在所述上层框架A1和下层框架A2四个端角之间的连接板A3构成，其特征在于，所述上层框架A1上设置有运动滑台3，以及用于驱动所述运动滑台3在平面上分别沿X轴方向和Y轴方向移动的第一移动机构B1，所述下层框架A2上设置有打印平面9，以及用于驱动所述打印平面9在平面上分别沿X轴方向和Y轴方向移动的第二移动机构B2，所述支撑机架A对应所述第一移动机构和第二移动机构同一侧的两个端角分别各设置有一组用于驱动所述第一移动机构和第二移动机构运行的驱动机构D。
所述的第一移动机构B1包括有分别设置在上层框架A1中相平行的两个侧边架上的第一直线滑轨5，用于支撑所述运动滑台3的运动平台支撑机构15，与所述的驱动机构D相连并在驱动机构D的驱动下沿设定轨迹移动的第一同步带2，所述运动平台支撑机构15两侧的下部分别固定连接在所述第一同步带2上，所述运动平台支撑机构15两侧分别各通过一个第一线轨滑块1搭在两条所述的第一直线滑轨5上，并在所述第一同步带2的带动下通过第一线轨滑块1沿两条所述第一直线滑轨5移动，所述运动滑台3的一侧滑动的连接在所述运动平台支撑机构15上，另一侧连接在所述第一同步带2上并在所述第一同步带2的带动下沿所述运动平台支撑机构15的Y轴方向移动，所述的运动滑台3上设置有用于安装激光头或3D打印机喷头或其他Z轴运动机构的安装孔4，方便二次开发。
所述的运动平台支撑机构15包括有对称设置的两个上支撑板151，两端分别固定连接在所述两个上支撑板151内侧面上的两条平行设置的光轴152，所述第一线轨滑块1固定连接在所述上支撑板151的外侧面上，所述运动滑台3滑动的连接在所述两条平行设置的光轴152上。
所述的第二移动机构B2包括有下层框架A2中相平行的两个侧边架上的第二直线滑轨14，用于支撑所述打印平台9的打印平台支撑机构16，与所述的驱动机构D相连并在驱动机构D的驱动下沿设定轨迹移动的第二同步带11，所述打印平台支撑机构16两侧的下部分别固定连接在所述第二同步带11上，所述打印平台支撑机构16两侧分别各通过一个第二线轨滑块13搭在两条所述的第二直线滑轨14上，并在所述第二同步带11的带动下通过第二线轨滑块13沿两条所述第二直线滑轨14移动，所述打印平台9的底部通过底部滑块能够移动的设置在所述打印平台支撑机构16上，所述打印平台9的底部还与所述的第二同步带11相连接并在所述第二同步带11的带动下沿所述打印平台支撑机构16的Y轴方向移动。
如图3所示，本发明中所述的第一直线滑轨5与第一线轨滑块1以及第二直线滑轨14与第二线轨滑块13的连接结构是：所述的第一线轨滑块1和第二线轨滑块13的底端面的四个端角上分别各形成有一个滑轮21，每一个滑轮21都形成有一圈能够滑动的卡入所述第一直线滑轨5或第二直线滑轨14上的凹槽，从而使所述的四个滑轮21沿所述的第一直线滑轨5或第二直线滑轨14的侧边移动。
所述的打印平台支撑机构16包括有对称设置的两个下支撑板161，两端分别固定连接在所述两个下支撑板161内侧面上的两条平行设置的横向线轨12，所述第二线轨滑块13固定连接在所述下支撑板161的外侧面上，所述打印平台9通过第二线轨滑块13滑动的连接在所述两条平行设置的横向线轨12上。
所述的驱动机构D包括有对称设置在支撑机架A两个端角上的第一驱动机构和第二驱动机构，所述第一驱动机构和第二驱动机构结构完全相同，均包括固定在上层框架A1上的第一步进电机6或第二步进电机10，所述第一步进电机6或第二步进电机10输出轴的上部分连接第一移动机构B1中的第一同步带2，下部分固定连接主动齿轮7并通过主动齿轮7连接设置在所述上层框架A1和下层框架A2之间的模式切换机构8，所述模式切换机构8主要用于整个数控系统普通打印模式与双层联动模式之间的切换。所述模式切换机构8的输出端连接第二移动机构B2中的第二同步带11。所述第一同步带2与第二同步带11为同步反向移动。
如图2所示，所述的模式切换机构8包括有舵机801，一端铰接在舵机801上的连杆802，所述连杆802的另一端通过滚动轴承803连接垂直设置的齿轮轴805的一端，所述齿轮轴805的另一端固定连接用于驱动所述第二同步带11的同步带轮806，所述的同步带轮806连接在所述同步带轮806上，其中，所述的齿轮轴805上部固定设置有从动从动齿轮804，所述的从动从动齿轮804与固定在所述的步进电机6、10输出轴上的主动齿轮7相啮合。滚动轴承803，可使下方齿轮轴805绕轴线转动，齿轮轴805下端与同步带轮806连接，使齿轮轴805可左右摆动。上方连杆802可带动下方齿轮轴805摆动，使主动齿轮7与从动齿轮脱离或啮合。因此，模式切换装置8可在普通工作模式与双层联动模式之间任意切换。
如图4所示，所述第一同步带2是以H型方式绕过同步带轮，其设置为：一端的端头连接在运动滑台3的a侧的侧面上，然后依次绕过位于运动滑台3的a侧的上支撑板151底部的右侧旋转齿轮1511、第一步进电机6的输出轴、设置在安装第一步进电机6的侧边架另一端的第一同步带轮17、位于运动滑台3的a侧的上支撑板151底部的左侧旋转齿轮1512、位于运动滑台3的b侧的上支撑板151底部的左侧旋转齿轮1513、设置在安装第二步进电机10的侧边架另一端的第二同步带轮18、第二步进电机10的输出轴以及位于运动滑台3的b侧的上支撑板151底部的右侧旋转齿轮1514，再固定连接在运动滑台3的b侧的侧面上。该结构运动稳定灵活，第一同步带两末端固定在运动滑台3上，运动滑台3会随着第一同步带的运动而移动。
如图5所示，所述第二同步带11是也是以H型方式绕过同步带轮，其设置为：一端的端头连接在打印平台9的a侧的侧面上，然后依次绕过位于打印平台9的a侧的下支撑板161底部的右侧旋转齿轮1611、由第一步进电机6驱动的同步带轮806、设置在安装第一步进电机6一侧的下边架另一端的第三同步带轮19、位于打印平台9的a侧的下支撑板161底部的左侧旋转齿轮1612、位于打印平台9的b侧的下支撑板161底部的左侧旋转齿轮1613、设置在安装第二步进电机10一侧的下边架另一端的第四同步带轮20、由第二步进电机10驱动的同步带轮806、以及位于打印平台9的b侧的下支撑板161底部的右侧旋转齿轮1614，再固定连接在打印平台9的b侧的侧面上。
本发明的一种可调节双层联动式数控平台，可根据实际应用的需要通过模式切换机构8在打印模式和双层联动模式之间进行切换。通常对于打印精度要求不高，打印幅面较大的打印件，可以采用双层联动模式来大大提高打印效率。对于精度要求高，幅面不大的打印件可以采用普通打印模式。
本发明的一种可调节双层联动式数控平台，需要将运动滑台和打印平台复位至各自的机械零点。运动滑台3的零点定位在支撑机架A左上角处。其定位装置由分别控制第一步进电机和第二步进电机的X方向限位开关22、Y方向限位开关23以及光电传感器24组成，进行三位一体式定位。所述X方向限位开关22、Y方向限位开关23主要是定位作用。所述光电传感器24起辅助定位作用，安装在机械零点位置机架偏下方，用于在X方向限位开关22、Y方向限位开关23定位偏差时，运动滑台到达机械零点但未停止的情况，及时制动步进电机。打印平台9的机械零点实际上是被动获得的，由于联动效应，它会随着上层运动滑台3的确定而确定。
以上所描述的一些具体实施方式较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围应以所附权利要求为准。