一种用于加工柔性材料的机械结构的制作方法

本发明涉及柔性材料加工设备技术领域，特别是一种用于加工柔性材料的机械结构。

背景技术：

对于刚性材料加工时，可以直接用转动的刀头或者激光直接加工。但是对于柔性材料而言，材料不容易固定，刀头转动时会让材料缠绕在刀头上，材料容易变形破损，影响加工精度和效率；而用激光加工，则可能会导致材料起火。因此上述两种方式都不合适，现在柔性材料加工主要采用刀具方式来实现。

刀具在加工时，难点是保证材料不撕裂、不褶皱、不缠绕刀具。普通的设备对于加工直线的柔性材料而言，只需要保证刀头的锋利程度和速度够慢即可，问题不是特别大；但是在加工复杂形状时经常让柔性材料产生褶皱，并且易损坏、精度差、效率低。例如，有的工厂在加工复杂形状时是采用人工转动柔性材料的方式，刀头转动时难以避免在水平方向产生作用力，从而让材料产生褶皱和破损；有的是采用人工轻微转动刀头的方式，但转动的动作速度稍有偏差也容易导致材料在相同弧度、不同位置因人工转动刀头的次数不一致，从而使得该位置弧面的加工效果产生差异，且容易缠绕、效率低下。对于加工柔性材料而言，现有的设备无法满足需求。

本方案设计一种用于加工柔性材料的机械结构，以提高柔性材料特别是复杂形状柔性材料的加工精度和效率，并力求结构简单。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点和痛点，提供一种结构简单、加工精度高、可靠性高、加工效率高，特别适用于加工各种形状柔性材料的机械结构。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种用于加工柔性材料的机械结构，包括刀具上下运动结构、刀具转向结构；

所述刀具上下运动结构包括沿竖直方向从上至下依次相连的连杆、连接头、竖轴，连杆与连接头能沿竖直面运动且连接头与连杆下端铰接设置，竖轴能沿水平方向转动且与连接头铰接设置，竖轴下端通过锁扣件将刀具包裹固定，连杆的上端与水平设置的偏心转轴配合相连；

所述刀具转向结构包括外筒、转向电机、齿轮、定位柱、锁扣件。齿轮与转向电机直接相连或者间接相连，齿轮套设在外筒上,外筒套设在刀具上下运动结构外，外筒内固定有定位柱，定位柱开有导槽，锁扣件沿导槽运动。

进一步地，所述的偏心转轴通过轴承与连杆配合相连，偏心转轴与上下运动电机相连。

进一步地，所述的锁扣件呈扁平状，锁扣件套设在竖轴端头；锁扣件和竖轴上均开设有安装刀具的槽。

优选地，所述外筒的下端设置有连接筒，连接筒通过外盖封闭且刀具从外盖伸出。

还包括安装箱，安装箱具有竖直安装孔、水平安装孔和连接孔；

所述外筒通过轴承设置在竖直安装孔中；偏心转轴通过轴承设置在水平安装孔中；上下运动电机设置在安装箱的外侧壁上。

优选地，所述的安装箱上固定有安装板，转向电机固定在安装板上；所述外筒外套设有齿轮，转向电机与齿轮直接相连或者间接相连。

所述的安装箱固定在底板的下表面，底板的上表面设置有控制盒，控制盒与上下运动电机和转向电机连接。

优选地，所述的偏心转轴包括依次相连的大径轴部分、中径轴部分和小径轴部分，大径轴部分和小径轴部分的轴心线相同，中径轴部分与大径轴部分的轴心线不同，中径轴部分通过轴承与连杆配合相连。

所述的用于加工柔性材料的机械结构，将刀具替换成笔时，还能够描绘柔性材料的切割轨迹。

所述的用于加工柔性材料的机械结构，转向可不用齿轮与转向电机直接相连或者间接相连，而将转向电机与外筒直接相连或者间接相连,同样可以实现刀具转向。

本发明具有以下优点：

（1）刀具上下运动结构中包括依次设置的连杆、连接头和竖轴，连杆与偏心转轴通过轴承配合相连，竖轴的端头安装刀具，当上下运动电机带动偏心转轴高频转动时，会通过连接头和竖轴带动刀具实现高频率的上下运动，这种高频的工作能保证每一处柔性材料被加工的次数足够多，加工效果好，效率高；

（2）在刀具上下运动结构的基础之上设置有外筒，且刀具经锁扣件能沿外筒中的定位柱上下运动；另外，竖轴通过轴承与连接头相连，竖轴能水平转动，外筒与转向电机相连；当外筒转动时，通过定位柱带动锁扣件转动，锁扣件带动刀具转动，从而达到刀具转向的目的，通过机械结构实现刀具转向，精度控制高，再加上刀具的高频上下运动，在对材料进行复杂形状加工的时候能保障高精度和高效率；

（3）刀具转向结构仅仅是在刀具上下运动结构的基础上增加了外筒，且将转轴与连接头之间通过轴承转动设置，结构简单；

（4）仅通过控制上下运动电机和转向电机，即可控制刀具的上下运动和转向，智能化程度高，控制简单，可靠性高。

附图说明

图1为本发明未加弹簧时的结构示意图；

图2为刀具上下运动结构与锁扣件、偏心转轴相连的结构示意图；

图3为刀具上下运动结构与锁扣件、定位柱、偏心转轴的结构示意图；

图4为刀具上下运动结构与锁扣件、定位柱、外筒、偏心转轴的结构示意图；

图5为刀具上下运动结构与锁扣件、定位柱、外筒、连接筒、偏心转轴的结构示意图；

图6为刀具上下运动结构与锁扣件、定位柱、外筒、齿轮、连接筒、外盖、偏心转轴的结构示意图；

图7为安装箱的结构示意图；

图8为偏心转轴的结构示意图；

图9为外筒的结构示意图；

图10为连接筒的结构示意图；

图11为本发明的内部剖视的结构示意图；

图12为图11绕竖轴轴心线旋转90度后的内部剖视结构示意图；

图13为本发明安装板固定在安装箱侧面的结构示意图；

图14为本发明的结构示意图；

图15为本发明无齿轮辅助转向的结构示意图；

图中：1-连杆，2-连接头，3-竖轴，4-锁扣件，5-偏心转轴，6-外筒，601-环形凸起，7-转向电机，8-定位柱，9-上下运动电机，10-刀槽，11-连接筒，12-外盖，13-安装箱，1301-竖直安装孔，1302-水平安装孔，14-安装板，15-齿轮，16-底板，17-控制盒，18-弹簧，19-连接孔，20-滑动腔，21-环形槽，22-定位插销，23-限位挡圈，24-定位凹槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围包括但不限于以下所述。

如图1~图15所示，一种用于加工柔性材料的机械结构，包括刀具上下运动结构、刀具转向结构，刀具上下运动结构实现刀具的上下伸缩加工，刀具转向结构实现任意形状加工。

本方案中，如图7所示安装箱13，安装箱13上开有竖直安装孔1301和水平安装孔1302且两者相贯通.

本方案中，刀具转向结构如图1、图6、图11所示，从外到内包括转向电机7，齿轮15，外筒6，定位柱8，锁扣件4，齿轮15套设在外筒6外径上，定位柱8设置在外筒6下端内壁，锁扣件4设置在定位柱8内壁，齿轮15和转向电机7直接或间接相连，转向电机固定在安装板14上，外筒6通过轴承设置在竖直安装孔1301中，水平安装孔1302中通过轴承设置有偏心转轴5，并且外筒6内设置刀具上下运动结构。

具体地，如图2所示，所述刀具上下运动结构包括沿竖直方向从上至下依次相连的连杆1、连接头2、竖轴3，连杆1与连接头2能沿竖直面运动且连接头与连杆下端铰接设置，竖轴3能沿水平方向转动且与连接头2铰接设置，竖轴3下端通过锁扣件4将刀具包裹固定，连杆1的上端与水平设置的偏心转轴5配合相连。偏心转轴5与上下运动电机9相连，上下运动电机9固定在安装箱13的外侧壁上。

如图3和图4所示，连杆1、连接头2、竖轴3沿外筒6的轴心线设置且与外筒6的内壁具有间距；外筒6内固定设置有定位柱8，定位柱8沿轴心开有导槽，刀具在竖轴3和锁扣件4的包裹下通过锁扣件4沿导槽作上下运动。

进一步地，为了实现刀具的安装，如图5所示，锁扣件4呈扁平状，锁扣件4套设在竖轴3端头；锁扣件4和竖轴3上均开设有安装刀具的槽10。如图5和图6所示，外筒6的下端还设置有连接筒11，连接筒11下端设置有外盖12且刀具从外盖12伸出，外盖12连接在连接筒11上。

进一步地，如图9、图11和图12所示。外筒6的下端处的外柱面呈阶梯轴状且从上至下直径逐渐减小，外筒6下端靠近端面处的柱面具有环形凸起601。

连接筒11套设在外筒6最下端的两节阶梯轴外，且连接筒11的内径与外筒6倒数第二阶梯轴的外径间隙配合，连接筒11的内壁与外筒6倒数第一阶梯轴的之间形成滑动腔20。

连接筒11的下端通过止口结构与外盖12过盈配合相连，外盖12的内壁上开有环形槽21，环形槽21内设置有限位挡圈23，限位挡圈23的内径比环形凸起601外径小0.2毫米，当连接筒11在外筒6上伸缩运动时，限位挡圈23被外筒6的环形凸起601挡住，让外盖12和连接筒11不会从外筒6上脱落。

另外为了能让连成一体的连接筒11和外盖12产生自动伸缩运动，外筒6第二阶梯轴的上端设置有阶梯肩台，在连接筒11的外柱面设置有另一肩台，弹簧18套在连接筒11和外筒6上且其两端分别抵在两肩台上。当需要切割柔性材料时，在弹簧18的作用下，连接筒11向下压，同时带动外盖12一起向下压，外盖12压在柔性材料上，保持柔性材料切割处的平整和位置固定,利于加工。

另外，为了防止外筒6转动的时候连接筒11打滑或者不同步，在连接筒11上设置有定位插销22，定位插销22与外筒6中下部的定位凹槽24匹配，在外筒6转动的时候,通过定位凹槽24和定位插销22带动连接筒11及外盖12同步转动。

为了实现刀具转向，本方案中，刀具转向结构包括转向电机7，如图1和图6及图11所示，安装箱13的底部固定在安装板14上，安装板14具有安装孔，外筒6从安装箱13的竖直安装孔1301中伸出；伸出的外筒6上套设有齿轮15。转向电机7固定在安装板14上，齿轮15与转向电机7直接或者间接相连。当刀具需要转向时，转向电机7带动齿轮15转动，齿轮15带动外筒6转动，外筒6通过定位柱8带动锁扣件4转动，锁扣件4带动刀具和竖轴3绕连接头2轴心线转动。

本方案中，安装板14还能够选择固定在安装箱13的外侧面上，如图13所示。

为了实现控制，在底板16的上表面上还设置有控制盒17，控制盒17与上下运动电机9、转向电机7连接。

本实施例中，如图8和图2所示，所述的偏心转轴5包括依次相连的大径轴部分、中径轴部分和小径轴部分，大径轴部分和小径轴部分的轴心线相同，中径轴部分与大径轴部分的轴心线不同，中径轴部分通过轴承与连杆1配合相连。

本方案中，整个加工柔性材料的机械结构既可通过安装板14安装在机床上，也可以选择在安装箱13上直接开连接孔19，将安装箱13经连接孔19安装在机床上。

本方案中，所述的用于加工柔性材料的机械结构，将刀具替换成笔时，还能够描绘柔性材料的切割轨迹。

本方案中，如图15所示，所述的转向结构，在取消齿轮15，保留其它转向结构的条件下，外筒6和转向电机7直接或间接相连，亦可以实现转向功能。

需要说明的是，凡是外筒6与转向电机7直接或者间接相连的方式，均在本方案保护范围内，如图15所示。

本方案中，上下、左右及竖直、水平、同一平面等位置，只是为了便于位置描述。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员和非本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。