专利名称：蜡像雕刻机的运动机构的制作方法
技术领域：
本专利涉及一种加工机床的运动机构，该机床是一种用热刀的数控六轴加工机床,用来全自动加工立体蜡质人像。
背景技术：
当前，把人物摄影或扫描，得到轮廓三维坐标的扫描技术和仪器已比较成熟。但以此数据加工雕像，却没有合适的机床。虽然现有加工中心等多轴机床可有5个自由度，刀具可倾斜，但不是悬臂机构，无法加工人耳、鼻孔一类的特形物体。也不能装夹小于直径3mm的铣刀，加工小型人像等细小物体明显不够细腻。且因为此类机床的加工对象主要是坚硬 的金属，对机床及刀具本身刚性和切削力要求很高，结构复杂，造价高昂，导致工时成本很高，在雕像领域无商业可行性。另外，虽然市场上的三维雕刻机比起加工中心来成本较低，但其雕刻刀不能倾斜俯仰，无法加工与基准面不垂直的孔、沟槽等，无法加工人像。根据国家专利信息中心网上查询，发现只有两个有效专利涉及蜡质人像或模型的雕刻。一个是《200420069997. 8热雕刻机》，其本质是一个手持的可调温低压电烙铁，只能手工操作。另一个是《200920091876. 6 一种三维人像雕刻机》，它实际上仍是传统的旋转切削，且只有三自由度，只能加工单面的浮雕，不能加工全立体的雕像。
发明内容
3. I要解决的技术问题本专利的目的，是提供一种用热刀的数控六轴自动机床的运动机构，它可低成本方便快捷地将热刀移动到蜡坯附近的任意位置并指向任意方向。3. 2技术方案本专利将用以下技术路线实现。本专利的前提是，不用传统的刀刃切削被加工件——蜡坯，而是用电加热的热刀去消融蜡坯。热刀中空，配以抽气机，把熔化的蜡吸走。虽然数学原理证明无自旋刀具的空间位置须且只须5个自由度确定，但为了减小机床体积和造价，本专利在可水平移动的蜡坯托盘导轨副下面增加了一个电机和驱动轴，使得托盘可旋转。托盘中心为此有一个定位中心锥。另外用4个电机组成双关节4自由度的机械手固定热刀，使得热刀的基准轴心能与蜡坯成任意空间角度和距离，加工出鼻孔、耳孔或张开的嘴等与蜡坯旋转轴不共面、不垂直的孔。3. 3有益效果由于采用上述设计，因此带来一系列好处由于使用热刀，不是旋转切削，因此无需高速旋转的动力主轴。且把加工点加热到略高于蜡的滴点温度，只有与刀头接触的一薄层蜡被熔化成液态，随即被吸入刀中，加工切削阻力很微小，故可用悬臂式机械手机构和微型电机，使得刀臂、刀架、刀具可做得很轻小，刀尖可作复杂的运动并深入狭小空间。本机加工刀具比起加工中心笨重复杂的主轴，制造难度和成本可以大大减小。由于热刀任意方向都可切削，故无论正向走刀还是反向走刀，无论蜡坯正转还是反转，都能雕刻，可大大提闻雕刻效率。软件中引入模糊数学和预置眼睛模块，因此能刻出蓬松的头发和透明的眼睛效果。另外软件中还有平滑、粗砺、马赛克、定向变形等不同风格艺术处理的手段，使得使用者 能轻松创造出艺术品。如有需要。还可利用成熟的失蜡铸造技术，进一步铸出惟妙惟肖的铜像。
附图是本专利一个具体实施例的各种视图。图I是雕刻机整体二视图，右边的是正视图，左边的是右视图，图中采取了局部剖视和阶梯剖视。为了看得清楚些，图2是放大了的正视图，图3是放大了的右视图。图中方向的命名，以托盘上蜡像的视角为基准。图中I.基座外壳2. Z方向(上下运动)驱动电机座3· X方向(左右运动)驱动丝杠4.托盘旋转驱动电机5. X方向驱动丝母6.托盘旋转驱动电机座7.电源和控制电路盒8. X方向驱动电机9. Y方向(前后运动)驱动电机10. Z方向驱动电机11. Y方向驱动丝母12. Y方向驱动丝杠13. X方向导轨14. X方向滑块15.托盘16.中心锥17.蜡坯18.热刀刀头19. U形支架20.水平旋转驱动电机21.悬臂22. Z方向滑块23. Z方向导轨24. Z方向驱动丝杠25. Z方向驱动丝母26.抽气嘴27.废蜡罐28. Y方向滑块29. Y方向导轨30.俯仰旋转驱动电机31.热刀32.抽气机图中，电气连线，连接废蜡罐(27)和抽气机(32)的气密软管未画出。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利作进一步说明。5. I 结构机壳(I)内装有刀架Y方向驱动电机(9)，其轴与Y方向驱动丝杠(12)相连，该丝杠(12)上套有Y方向驱动丝母(11)。该丝母(11)上固定Z方向驱动电机座(2)，座中安装Z方向驱动电机(10)，该座(2)还与Y方向滑块(28)相固定，Y方向滑块(28)与Y方向导轨(29)组成Y方向导轨滑块副。Z方向驱动电机(10)的轴与Z方向驱动丝杠(24)相连，该丝杠(24)上套有Z方向驱动丝母(25)。Y方向滑块(28)上还与Z方向驱动丝杠(24)平行地装有Z方向导轨，该导轨(23)与其上的Z方向滑块(22)组成Z方向导轨滑块副。Z方向滑块(22) —边与Z方向驱动丝母(25)相连，另一边装有悬臂(21)。以上部分构成Y方向和Z方向直角坐标系运动刀架。2套丝杠丝母副把电机的旋转运动变成往复运动，而与丝母相连的2套滑块导轨副则保证了刀架运动轨迹是直线。直角坐标系的X方向运动部件装在托盘(15)下面，它由X方向驱动电机(8)、X方向驱动丝杠(3)、X方向驱动丝母(5)、X方向导轨(13)和X方向滑块(14)构成。它们移动的不是刀架而是托盘(15)。它们与Y方向和Z方向直角坐标系运动刀架联合，就使得悬臂
(21)端点可到达相对于蜡坯(17)三维空间的任意指定点。
悬臂(21)端头上装着热刀水平旋转驱动电机(20)，该电机(20)轴上装着热刀U形支架(19),电机(20)的轴与U形支架(19)的对称轴重合。U形支架(19) 一侧装着热刀俯仰旋转驱动电机(30),该电机(30)的轴上垂直固定着热刀(31)。以上部分构成球坐标系刀架，通常也叫做机械手。此双关节机械手使得热刀(31)能指向三维空间的任意方向。此机械手与Y方向、Z方向直角坐标系运动刀架结合，组成4自由度刀架。热刀刀头(18)对着蜡坯(17)，热刀(31)的尾端装有废蜡罐(27)，该罐(27)上部有抽气嘴(26)。热刀(31)包括热刀刀头(18)都是中空的，孔道通向废蜡罐(27)。抽气嘴(26)与废蜡罐(27)也相通。实施例的抽气嘴(26)套有气密软管，与抽气机(32)相连。开 动抽气机(32)后，空气从热刀刀头(18)吸入，通过热刀(31)、废蜡罐(27)、抽气嘴(26)、气密软管直达抽气机(32)。机壳(I)内还装有托盘旋转驱动电机(4)，它可使得进刀量(刀头进入蜡坯的深度)基本由y方向给进决定。而且当蜡像(16)的脸部刻好后，驱动电机(4)将转动托盘
(15)，方便地雕刻蜡像(16)的背面，而无需把4自由度刀架费力地移动到蜡像(17)的背面。为了工件定位，托盘(15)的中心上方有一中心锥(16)。本专利6个电机的驱动受外接雕刻机专用工作站(未画出)软件的控制，而具体的驱动电流则来自机壳⑴内的电源和控制电路盒(7)。5. 2 工作下面简述蜡像雕刻机的工作过程。蜡坯为圆柱形，下端中心有有一与托盘中心锥
(16)配套的定位锥孔。把蜡坯放到托盘上并固定好。把要雕刻的人像的三维数据输入相连的工作站，雕刻软件一方面精确控制热刀刀头(18)的温度保持在略高于石蜡滴点(视牌号不同，通常在50°C 70°C)的温度，另一方面运算出热刀刀头(18)的运动方向和轨迹，然后驱动各电机旋转。比如，当Y方向驱动电机(9)反转时，Y方向驱动丝杠(12)反转，带动Y方向丝母
(11)向蜡像前进，从而带动整个4自由度刀架以及其上的热刀(31) —起向蜡像前进，完成进刀动作。期间凡是热刀刀头(18)接触到的石蜡都迅速熔化，被抽气机(32)造成的负压吸进热刀(30)，在重力作用下与气流分离，掉入废蜡罐(27)中。再比如，当要雕刻左耳朵孔时，由于耳孔是斜向后上方的，所以，一方面要转动托盘旋转驱动电机(4)，让蜡坯(17)的左斜后方转向热刀；另一方面要转动俯仰旋转驱动电机(30)，让热刀刀头(18)指向斜下方；再一方面转动X方向驱动电机(8)，让蜡坯(17)从热刀(31)的正前方右移一小段距离，同时转动水平旋转驱动电机(20)，让热刀刀头(18)指向左耳；最后使Z方向和Y方向联合驱动，让热刀刀头(18)进刀，雕出左耳孔。
权利要求
1.一种蜡像雕刻机的运动机构，其特征是在刀架悬臂(21)端头上，装着水平旋转驱动电机(20)，它通过U形支架(19)与俯仰旋转驱动电机(30)相连，水平旋转驱动电机(20)的轴与U形支架(19)的对称轴重合，俯仰驱动电机(30)装在U形支架(19)的侧面。
2.根据权利要求I所述的一种蜡像雕刻机的运动机构，其特征是俯仰旋转驱动电机(30)的轴上垂直固定着热刀(31)。
3.根据权利要求I所述的一种蜡像雕刻机的运动机构，其特征是可旋转托盘(15)装在可在X方向平移的滑块(14)上。
4.根据权利要求I所述的一种蜡像雕刻机的运动机构，其特征是可旋转托盘(15)有一中心锥(16)，它可插入蜡坯(17)下端与之配套的定位锥孔中。
全文摘要
一种蜡像雕刻机的运动机构，它是一种用热刀的数控六轴低成本加工机床，蜡坯固定在可横向平移的旋转托盘上，热刀装在双关节机械手上，能与蜡坯成任意空间位置和角度。
文档编号B44B1/02GK102632752SQ201110034799
公开日2012年8月15日 申请日期2011年2月9日 优先权日2011年2月9日
发明者邢刚 申请人:邢刚