专利名称：数控雕刻机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于夹持工件和刀具，并可在电脑控制下，使工具在X，Y两个或X，Y，Z三个正交方向精确地相对工件移动以对工件进行加工的设备。所述工具可以是能安装切削刀具并由马达驱动高速旋转的主轴头，也可以是一个能射出激光束的激光发射器。
数控雕刻机一般由机座，两到三个互相正交地安装的座标滑台组件及控制电路等所构成，每个座标滑台组件均由导轨、在导轨上滑动的滑块、执行电机、把执行电机的转动转变为滑块直线移动的传动机构和行程开关等组成。
已有数控雕刻机采用两到三个形状结构各不相同的座标滑台组件，要制造的机械另件较多，而已有座标滑台的导轨又均为钢或铸铁制造，导轨表面须经热处理和精密机械加工以保证高的耐磨性和高导向精度，滑块上也须制出精密的表面，因此这种数控雕刻机制造过程较复杂，制造费用也较高。
钢或铸铁制造的导轨滑块副具有较高的刚性和强度，但制造复杂，成本较高，对于工具和工件之间的作用力不很大的数控雕刻机，如激光雕刻机或雕刻塑料、木材或有色金属的旋转刀具雕刻机，采用上述导轨滑块付无疑是一种浪费。
本实用新型的目的在于提出一种新型的数控雕刻机，其导轨滑块付采用新的材料、构造和形状，使其在保证高的定位精度和耐用度的前提下，使制造工艺大为简化，并可低成本地大量制造。
本实用新型的目的主要通过以下手段达到1，导轨以及滑块用铝合金材料，采用挤压成型的工艺制造，以简化制造工艺；2，所有座标滑台组件尽量采用相同的横截面形状和相同的结构，以减少必须制造的另件的种类；3，滑块通过滚轮或滚动体与导轨导向面接触，以减小磨擦力，提高定位精度；4，导轨导向面采用镶钢结构，或采用塑料滚轮或滚动体以提高负载能力，减小对导轨的磨损；5，滑块上设置间隙调整机构或间隙自动消除机构，以提高导轨滑块副的导向精度。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
图1说明了数控雕刻机的结构。
图2a说明了一种座标滑台组件的纵向剖面图。
图2b说明了该座标滑台组件的横断面形状及结构。
图3说明了一种导轨上带有V形凸筋并采用双锥面滚轮的座标滑台横断面。
图4说明了一种导轨上镶嵌有圆钢棒并采用双锥面滚轮的座标滑台横断面。
图5说明了一种导轨上带有V形凸筋，并采用圆柱面滚轮的座标滑台横断面。
图6说明了一种导轨上采用不同角度的V形凸筋，因而能承受较大垂直向下负载的座标滑台横断面。
图7说明了一种导轨上镶嵌有圆钢棒，并用向心轴承作滚轮的座标滑台横断面。
图8说明了一种导轨外侧面制有V形凹槽的座标滑台横断面。
图9说明了一种滑块通过滚动体在导轨的两条凹形滚槽里滚动的座标滑台横断面。
图10说明了把图9的导轨和滑块的凹形滚槽改为镶钢滚槽，用钢球作滚动体的座标滑台横断面。
图11说明了把
图10的导轨和滑块上所镶的钢滚槽改为两根圆钢棒，用钢球作滚动体的座标滑台横断面。
图1中，1是底座，底座上装有由X向导轨3，X向滑块4，X向执行电机5等构成的X向座标滑台组件，该座标滑台的滑块4上装有工作台2。
底座两侧的立柱上装有由Y向导轨6、Y向滑块7、Y向执行电机8构成的Y向座标滑台组件。由Z向导轨10、Z向滑块9、Z向执行电机11构成的Z向座标滑台组件，其Z向滑块9背对背地而且正交地固定在Y向滑块7上，一个电动主轴头12安装在Z向导轨10上，其高速旋转的主轴13下端可安装刀具。
这样旋转刀具相对于工作台沿X向的移动由执行电机5控制，沿Y向的移动由执行电机8控制，沿Z向的移动由执行电机11控制。
X，Y，Z三个座标滑台组件长度可以不同，但其导轨滑块副及丝杠的横截面形状及其它主要结构是相同的，以便减少所需制造的另件的种类。另外，截面形状复杂的导轨和其它另件可以用铝合金材料用挤压成型的工艺制造，以进一步简化制造过程，降低成本。
图2是一个由导轨滑块副和执行电机，丝杠螺母副，光电开关等另件构成的一个座标滑台功能部件。
图2a中，15是槽形导轨本体，其两边内侧面对面地制有两条V形凹槽，16是滑块，17是安装在滑块右边的两个滚轮轴，滚轮轴下端各装有一个滚轮18，滚轮外圆是由两个同心圆锥面合并形成凸的V形，该V形表面与导轨上的V形凹槽吻合。滚轮与滚轮轴之间装有向心止推轴承组19，双螺母20用于消除滚轮与滚轮轴之间的轴向间隙并锁定在调整好的位置上。滚轮轴17上端是圆柱轴，插在滑块16的孔中，并用螺母21固定。与滚轮轴17不同，安装在滑块左边的22是偏心滚轮轴，其上下圆柱轴相互偏心，这样转动偏心滚轮轴22可以调整滚轮与导轨之间的间隙，用螺母21可把22固定在调整好的位置上。或者用双螺母23把偏心滚轮轴22固定在滑块16上，使其能自由转动但不能上下窜动，再用弹簧24对偏心滚轮轴22施加扭转力矩，迫使滚轮压向导轨左边的V形凹槽，从而可长期自动消除滑块导轨间的间隙。滑块左边安装的偏心滚轮轴22可以是一个或两个。
图2b中，25，29是滚动丝杠螺母副；30是执行电机，它可以是步进电机或伺服电机；电机轴端可装一个摇手轮，用于设定加工的起点或在加工过程中对切削参数进行干预。该摇手轮也可安装在丝杠的另一端。
26、27是安装在导轨体15两端的前后端盖，防尘盖28就安装在前后端盖上。防尘盖28向下折弯的两边不接触地插入滑块16上部左右两个V形凹槽内，防尘盖28的下边缘低于导轨体15的上边缘，从而可靠地防止了从上落下的异物进入座标滑台内部。31是焊有光电开关和电缆插座的印刷电路板，它安装在导轨体15的外部，光电开关通过导轨体上的孔或缺口插入导轨体内部。当滑块移到右端时，装在滑块下部的一个挡光板将插入光电开关中间，使光电开关发出到位信号。
该功能部件内还可安装一个直线位移传感器(光栅尺，或感应同步器，或容栅尺)32，传感器的定尺可直接固定在导轨内表面。动尺可固定在滑块上。
图3是图2所示功能部件的一种变型，导轨上制有一对V形凸筋代替V形凹槽，而滚轮33的外圆由两个同心圆锥面小端相接形成V形槽，与导轨上的V形凸筋相吻合。
图2和图3中的滚轮最好用铜、铝、塑料等材料制造，以减小对铝合金导轨的V形凸筋的磨耗。如欲采用硬质钢滚轮，导轨V形凸筋最好采用镶钢结构。
图4中，图3所示导轨上的一对V形凸筋用一对圆钢棒35代替，圆钢棒35镶嵌在导轨上的一对弧形凹槽内。钢滚轮在圆钢棒上滚动。这样，导轨的刚性、负荷能力和耐用性都可得到提高。
图2-4中滑块靠每个滚轮的两个锥面和导轨V形槽或V形凸筋或圆钢棒的上下两个导向面接触来实现垂直方向的定位，所以滚轮、滚轮轴、滑块的加工精度要求都较高，装配调整要求也较高。
图5中，图3-4中的一个双锥面滚轮33用一对圆柱面滚轮36来代替，两个圆柱面滚轮分别在导轨V形凸筋的上下两个导向面上滚动，两个滚轮的轴线应分别对V形凸筋上下导向面平行。滑块一边应安装两对这样的圆柱面滚轮，而滑块另一边应安装一或两对。本结构对每个滚轮的轴向位置要求不高，因此滚轮和滚轮轴的制造工艺可简化，并可用轴承代替滚轮。
图6中，导轨两个V形凸筋的上导向面接近水平面，而两个V形凸筋的下导向面与水平面的夹角接近60度。这种导轨滑块副可承受较大的垂直向下的负荷。38是带塑料外圈的向心轴承。
图5、6的结构中，与背对滑块主受力方向的一个导向面接触的滚轮的轴37应当是偏心轴，以便调整该偏心轴来消除滚轮和导轨的间隙，该偏心轴既可调整好后用螺母固定在滑块上，也可用弹簧24对其加压，使该偏心轴上的滚轮恒压紧在一个导向面上，从而导致滑块上所有滚轮恒压紧在导轨的所有导向面上。
图7与图4类似地，把图5所示导轨的一对V形凸筋用一对圆钢棒35代替，圆钢棒35镶嵌在导轨上的一对弧形凹槽内，滚轮36用轴承直接代替，该结构不但制造工艺简便，而且精度，负荷能力，耐用性都较好。
图2-图7所示制在导轨内侧面上的一对V形凹槽或V形凸筋或圆钢棒也同样可以制在导轨的外侧面。
图8是导轨的外侧面制有一对V形凹槽的导轨滑块副的截面图。
图9的结构中省略了滚轮、滚轮轴等另件，滑块通过滚动体41在导轨的导向滚槽中滚动。41可以是球状滚动体，也可以是交叉排列的短圆柱状滚动体。为便于调整滑块和导轨间的间隙，滑块分割为一个滑块体42和两个滑块支承43、44，两个相同的滑块支承一正一反地用螺钉固定在滑块体底部左右。滑块支承43、44外侧制有导向滚槽，内侧是一个斜面，左滑块支承43的斜面与一个楔块45的左斜面接触，楔块45的右垂直面，与滑块体下部的一个垂直面接触，调节螺钉46，把楔块45向上提，可迫使左滑块支承43向外移，以便消除滚动间隙。
如采用精密而廉价的轴承钢球来做滚动体可以进一步降低制造成本，但高硬度的轴承钢球将使铝合金制造的导轨和滑块支承上的导向滚槽易于被磨损。
图10是图9结构的一种改进。本例中用轴承钢球做滚动体，而铝质导轨体和滑块支承上的导向滚槽采用镶钢结构。47、48是钢制滚槽，它分别嵌入导轨体和滑块支承的矩形凹槽中，与钢球接触的一面制有圆弧槽或V形槽。由于钢制滚槽有较高的硬度，滑块的承载能力得到提高，并可长期保持高的导向精度。但制造异形的钢制滚槽需要专用设备，和较复杂的工艺。
图11的结构中，用两根圆截面的钢棒49代替一根
图10的异形钢制滚槽47或48，从而大大简化了制造工艺。导轨和滑块支承上放钢滚槽的每个矩形凹槽改为两个圆弧槽，并在其中嵌入两根圆形钢棒，钢球在导轨和滑块支承的四根圆形钢棒之间滚动，同样可保证较高的承载能力和较高的导向精度。
图1所示数控雕刻机中，其X向，Y向，Z向控制采用了三个构造相同，长度不同的图2-
图11所示的座标滑台组件，以提高标准化程度，降低成本。
如工作台较宽，为提高工作台的刚性，可在工作台底部并联使用两个座标滑台组件，但其中一个是辅助滑台，它省略了电机、丝杠螺母副等，导轨滑块副等与已有X向座标滑台组件完全相同。
本实用新型的优点在于，由于数控雕刻机的关键机构-三个轴的座标移动及定位机构采用了以铝型材为主的标准化组件，从而大大降低了制造难度和制造成本，并更易于批量制造，而机构的耐用度和精度，由于采用了镶钢导轨、自动消除间隙或间隙补偿机构等措施而得到充分保证。
图1所示数控雕刻机，图2所示座标滑台功能部件以及
图11所示导轨滑块副即为本实用新型的最佳实施例。
权利要求1，一种数控雕刻机由机座，工作台，两到三个互相正交地安装的座标滑台组件及控制电路所构成，所述座标滑台组件包含导轨，在导轨上滑动的滑块，执行电机，把执行电机的转动转变为滑块直线移动的传动机构等，其特征在于所述座标滑台组件的所述导轨上面对面或背对背地制有一对V形凸筋，所述滑块上装有3或4对圆柱形滚轮36，滑块左边安装2对滚轮，每对滚轮在所述导轨的一个V形凸筋的上下导向面上滚动，滑块右边安装1或2对滚轮，每对滚轮在所述导轨的另一个V形凸筋的上下导向面上滚动，每对滚轮的轴线分别对V形凸筋的上下导向面平行。
2，按权利要求1所述的数控雕刻机，其特征在于安装滚轮36的轴中有一或两个是偏心轴37，该偏心轴37动配合地装在滑块的安装孔中，并被弹簧24施加扭转力矩而旋转，从而使其上的滚轮压向导轨的一个导向面。
3，按权利要求1所述的数控雕刻机，其特征在于制在所述导轨上的一对V形凸筋由一对钢导杆35代替，这对钢导杆镶嵌在所述导轨的一对凹槽中。
4，按权利要求1或以下各项所述的数控雕刻机，其特征在于所述座标滑台组件上装有防尘盖28，它向下折弯的两边不接触地插入滑块16上部的左右两个凹槽内。
5，按权利要求1或以下各项所述的数控雕刻机，其特征在于采用了至少两个横截面形状和构造相同的座标滑台组件。
专利摘要一种数控雕刻机由机座,工作台,两到三个互相正交地安装的截面和构造统一的座标滑台组件等构成,所述座标滑台的滑块上交叉地安装的多个圆柱形滚轮在所述座标滑台的导轨导向面上滚动,滚轮轴中带有偏心滚轮轴,它们被弹簧施加扭矩而转动,使其上的滚轮压向导向面,从而消除了导轨间隙。又由于导轨采用了镶钢结构,使雕刻机的精度和耐用度得以保证。
文档编号B44B1/00GK2429345SQ0020352
公开日2001年5月9日 申请日期2000年2月11日 优先权日2000年2月11日
发明者邵文远 申请人:邵文远