一种立体雕刻机的制作方法

本发明属于机械技术领域，涉及一种多刀头同时加工的立体雕刻机，特别是一种多刀头六轴立体雕刻机。

背景技术：

立体雕刻机的机型较多，可以应用到木料、石料、金属、塑料等加工雕刻上，但随着工件越来越复杂，针对一些复杂形状工件的雕刻加工，各种相适应的立体雕刻机也陆续出现了。为了提高加工效率，多刀头同时进行加工时立体雕刻机领域里最佳的提高效率方法，因此将多个刀头设置在刀具架上进行同步移动，同步进行加工。

如中国专利申请号为cn201520018008.0专利公开了一种立体雕刻机，包括机架和雕刻平台；所述雕刻平台位于机架下端，雕刻平台上设有移动支架，移动支架上设有用于固定工件的四爪自定心卡盘组件。机架上端设有升降组件，升降组件还可以位于机架的中间或两侧。移动支架上设有吸附平台，吸附平台通过真空泵吸附。将产品用四爪自定心卡盘组件夹紧后，通过升降组件调整雕刻刀的位置和角度，再通过移动支架调整产品的位置和角度后进行雕刻。

跟上述类型的立体雕刻机机型只能采用水平方向的夹持方式进行夹持，粗长的工件在这种多刀头的刀具架上采用竖直的夹装比较难以雕刻倾斜槽壁的凹槽，而且也因为高度过高而难以装夹。采用水平夹装虽然比较方便，但是这种雕刻机机型的夹持机构高度已经固定，导致刀具和夹持机构之间的高度有限。因此，跟这种类似机型的雕刻机对于短小工件的加工就变得非常困难，由于没有足够的长度和角度导致倾斜凹入的凹槽表面难以雕刻。因此，这种机型的雕刻机一般只适用于粗长工件的加工，对于短小的零件的加工难度较大。

技术实现要素：

本发明针对现有的技术存在上述问题，提出了一种立体雕刻机，本发明所要解决的技术问题是在保证加工效率的情况下如何提高适用性。

本发明通过下列技术方案来实现：一种立体雕刻机，包括机架，在机架上设有支撑台和长条形的刀具架，所述刀具架上设有若干刀头，所述支撑台和刀具架分别与机架之间设置平移结构使刀具架相对于支撑台形成三维立体平移，在所述的支撑台上设有呈长条形的工作台，其特征在于，在工作台上设有若干组用于定位工件的定位组件，所述的工作台与刀具架平行设置，在支撑台上设有能够与定位组件数量相同且位置相对的夹持件，工作台可以在第一位置与第二位置之间变换，当工作台处于第二位置时所述的定位组件与所述的夹持件相配合将工件夹持住。

本立体雕刻机中的刀具架相对于支撑台能够形成三维立体平移，比如刀具架能够竖向上下平移和水平横向左右平移，支撑台能够水平纵向前后平移，或者刀具架能够竖向上下平移，支撑台能够水平纵向前后平移和水平横向左右平移。工作台可以以工作台的条形方向为轴心进行前后摆动或者转动来变换第一位置和第二位置，在第一位置时，可以将短小的工件通过定位组件直接固定在工作台上，而平行设置的工作台和刀具架能够形成足够的角度来进行雕刻，并且在加工粗长的工件时，可以将工作台变换到第二位置，配合加持件将粗长工件在水平方向夹持住，这样，本立体雕刻机的多刀头就能对短小工件和粗长工件都能适用，具有非常大的适用范围。克服通用的多刀头雕刻机只能水平放置工件的做法。

在上述的立体雕刻机中，若干所述刀头在刀具架上间隔设置，且同一处的刀头至少有两个不同的朝向。同一处的不同朝向的刀头组成一组刀头组，用于雕刻同一个工件，这些雕刻刀组有若干组并依次排列在刀具架上，一般根据定位组件的个数来确定雕刻刀组的数量。不同朝向的刀头只要摆动刀具架就能选择所需要的刀头，进行换刀雕刻，效率提高。并且不同朝向的刀头可以选用方向相反的两个刀头，也可以选用上下前后四个方向相差90度的四个刀头。当有一个刀头在进行雕刻时，其余刀头不会干扰到工件的移动和摆动，提高适用范围和加工效率。

在上述的立体雕刻机中，所述的夹持件为顶尖，在支撑台上滑动连接有能够靠近或者远离工作台且呈长条形的顶尖架，所述的顶尖设置在顶尖架上，在顶尖架和支撑台之间设有在顶尖架滑动后进行固定的锁定结构。通过顶尖架带动所有顶尖一起移动，能够提高夹装效率。

顶尖的外端为尖刺结构，可以为单个锥形的尖刺或者为具有多个尖刺的盘形结构，顶尖滑动连接在顶尖架上，并通过手柄或者气缸来驱动顶尖的外端伸出与上述的工作台配合形成加持。手柄驱动顶尖外伸可以采用螺纹或者齿轮齿条等传动结构。

在上述的立体雕刻机中，所述的夹持件包括顶尖座和设置在顶尖座上的顶尖，每个顶尖座分别滑动连接在支撑台且在每个顶尖座和支撑台之间设有在顶尖滑动后进行固定的锁定结构。单个独立的加持件能够适用不同长度的工件进行加持，扩大适用范围。

在上述的立体雕刻机中，所述的锁定结构包括紧固件，在支撑台上设有沿着水平纵向设置的滑轨，顶尖架或者顶尖座滑动连接在滑轨上，所述的紧固件通过螺纹连接在顶尖架或者顶尖座上，转动紧固件能够使紧固件抵靠在滑轨上。

除了这种锁定结构外，所述锁定结构包括插销，滑轨上设有若干个按直线排列的插孔，顶尖架或者顶尖座通过插销锁定在滑轨上。还可以是螺纹条直拉、齿轮齿条定位锁紧、或者夹持滑轨的方式进行锁紧。

在上述的立体雕刻机中，所述的工作台以工作台的条形方向为轴心进行前后摆动，定位组件能够相对于工作台转动。通过这种结构使本立体雕刻机升级到多刀头六轴雕刻机，采用这种布局后能够使本立体雕刻机更加大的适用性，也雕刻精度也能进一步的提高。

定位组件能够相对于工作台转动有两种方式：一种是在工作台上设有若干能够转动的转盘，定位组件设置在转盘上；另一种是在工作台上设有若干能够转动的输出轴，定位组件设置在输出轴上，输出轴可以是转动连接在工作台上转轴，也可以是电机的输出轴或者减速器的输出轴。这里的定位组件可以采用多种方式，比如夹持方式、顶压抵靠方式、气吸附方式或者胶水粘接方式等。定位组件可以转动使本立体雕刻机成为多刀头的六轴雕刻机，而在双摆动结构的基础上设置定位组件转动能够更好实现六轴雕刻机的稳定性和加工精度。

在上述的立体雕刻机中，所述的支撑台上设有两个支撑座，所述工作台设置在两个支撑座之间且工作台的两端摆动连接在支撑座上，在其中一个支撑座外侧设有用于驱动工作台摆动的电机一。通过支撑座将工作台提高，增加大工作台的摆动范围。电机一外置避免对工作台造成摆动干涉。

在上述的立体雕刻机中，所述的工作台包括长条形的条形板和连接在条形板两端的连接板，连接板的上端与支撑座连接，在工作台的下侧设有驱动定位组件转动的动力源。通过连接板来扩大工作台和刀具架之间的间距，使增加工件的适用范围，并且连接板也能增加摆动的范围。

在上述的立体雕刻机中，所述的动力源包括电机二和设置在每个定位组件下方的减速器，每个减速器包括水平设置的传动轴和与传动轴垂直的输出轴，所述输出轴用于驱动定位组件转动，相邻两个减速器的传动轴同轴心串联连接，上述的电机二与位于端部的减速器的传动轴连接。

在上述的立体雕刻机中，所述的动力源包括设置在每个定位组件下方的电机三，每个电机三用于驱动定位组件转动。电机三的输出轴可以直接带动定位组件转动或者电机三通过减速器的输出轴带动定位组件转动。

将动力源设置在工作台底部能避免对工件造成干涉，保证刀具架和工作台之间的摆动范围不会缩小。而这种结构能够在工件定位在定位组件中时能够保持重心平衡。

在上述的立体雕刻机中，所述的机架包括底座和固定在底座上的横梁，支撑台和机架之间的平移结构包括水平横导轨和水平纵导轨，所述的支撑台通过水平横导轨和水平纵导轨连接在底座上使支撑台能够水平横向移动和水平纵向移动；刀具架和机架之间的平移结构包括竖导轨，所述的刀具架通过竖导轨连接在横梁上使刀具架能够上下移动。

在上述的立体雕刻机中，所述的竖导轨设置在横梁的中部，在竖导轨上滑动连接有竖拖架，所述的刀具架转动连接在竖拖架上。

在上述的立体雕刻机中，所述的竖导轨有两组，且分别设置在横梁的两端部，在每组竖导轨上均设有竖拖架，所述的刀具架两端分别转动连接在相应的竖拖架上。

在上述的立体雕刻机中，所述的机架包括底座和固定在底座上的横梁，所述支撑台和机架之间的平移结构包括水平纵导轨，所述的支撑台通过水平纵导轨连接在底座上使支撑台能够水平纵向移动；刀具架和机架之间的平移结构包括竖导轨和水平横导轨，所述的刀具架通过竖导轨和水平横导轨连接在横梁上使刀具架能够上下移动和水平横向移动。

在上述的立体雕刻机中，所述的竖导轨与横梁固定且竖导轨上滑动连接有竖拖架，所述的水平横导轨设置在竖拖架上，在水平横导轨上滑动连接有横拖架，所述的刀具架的两端或则中部转动连接在横拖架上。

在上述的立体雕刻机中，所述的水平横导轨与横梁固定并在水平横导轨上滑动连接有横拖架，所述的竖导轨设置在横拖架上，在竖导轨上滑动连接有竖拖架，所述的刀具架的两端或者中部转动连接在竖拖架上。

与现有技术相比，本立体雕刻机具有以下优点：

1、本立体雕刻机的工作台以工作台的条形方向为轴心进行前后摆动或者转动来变换第一位置和第二位置，在加工粗长的工件时，将工作台变换到第二位置，配合加持件将粗长工件在水平方向夹持住，在加工短小工件的时候，工作台变换到第一位置，配合摆动状态的工作台和旋转的定位组件，形成了多刀头的六轴雕刻机，具有非常大的适用范围。

2、刀具架上不同朝向的刀头只要摆动刀具架就能选择所需要的刀头，进行换刀雕刻，效率提高，并且在一个刀头在进行雕刻，而其余刀头不会干扰到工件的移动和摆动，使工件的摆动角度能够变大，提高单把刀头的适用范围，提高加工效率。

附图说明

图1是实施例一立体雕刻机的立体结构示意图。

图2是工作台处于第二位置时与夹持件形成的夹持状态结构示意图。

图3是采用手柄驱动夹持件进行夹持的状态结构示意图。

图4是图1另一个视角的立体结构示意图。

图5是图1中的俯视图。

图6是图5中a-a的剖视结构示意图。

图7是实施例二立体雕刻机的立体结构示意图。

图8是实施例三立体雕刻机去除部分支撑台的立体结构示意图。

图9是实施例四立体雕刻机去除部分支撑台的立体结构示意图。

图10-12是四种不同定位组件的结构示意图。

图中，1、机架；1a、底座；1b、横梁；1c、立柱；2、支撑台；2a、支撑座；2b、支架座；2c、电机一；2d、减速器；2e、轴承；2f、滑轨；3、刀具架；3a、刀头；3b、雕刻刀组；4、工作台；4a、条形板；4b、连接板；4c、转盘；4d、定位组件；4d1、吸气孔；4d2、气道；4d3、卡爪；5、夹持件；5a、顶尖；5b、顶尖架；5c、气缸；5d、手柄；6a、水平纵导轨；6b、水平横导轨；6c、竖导轨；7、纵拖架；8、竖拖架；8a、安装座；8b、齿轮组；8c、电机；8d、减速器；8e、轴承座；8f、电机；9、动力源；9a、电机二；9b、减速器；9b1、传动轴；9b2、输出轴；10、横拖架。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一：

图1所示，图1是多刀六轴立体雕刻机，包括机架1，在机架1上设有支撑台2和长条形的刀具架3，支撑台2和刀具架3分别与机架1之间设置平移结构使刀具架3相对于支撑台2，刀具架3上设有若干刀头3a且能够以刀具架3的条形方向为轴心进行摆动，在支撑台2上设有用于夹持工件且呈长条形的工作台4，所述的工作台4与刀具架3平行设置且工作台4能够以工作台4的条形方向为轴心进行摆动使工作台4可以在第一位置与第二位置之间变换，在工作台4的上侧设有若干能够转动的转盘4c，在转盘4c设有用于定位工件的定位组件4d，在支撑台2上设有能够与定位组件4d数量相同且位置相对的夹持件5，当工作台处于第二位置时定位组件4d与夹持件5相配合将工件夹持住。

具体来说，如图1并结合图2-6所示，机架1包括底座1a和横梁1b，横梁1b通过两根立柱1c固定在底座1a的中后部，支撑台2位于横梁1b的下方并连接在底座1a上，在底座1a上固定有水平纵导轨6a，在水平纵导轨6a上滑动连接有纵拖架7，在纵拖架7上固连有水平横导轨6b，支撑台2滑动连接在水平横导轨6b上。作为简单替换，在底座1a上连接水平横导轨6b和水平纵导轨6a进行互换也是可以的，即支撑台2通过水平横导轨6b和水平纵导轨6a连接在底座1a上使支撑台2能够水平横向移动和水平纵向移动。纵拖架7可以条形板，也可以是h形支架，而驱动纵拖架7和支撑台2移动的驱动机构，可以是丝杆驱动机构、齿轮齿条机构或者气缸等。

横梁1b中部通过安装板固连有竖导轨6c，在竖导轨6c上滑动连接有竖拖架8，竖拖架8为条形板状或者h形支架，刀具架3摆动连接在竖拖架8上，即刀具架3通过竖导轨6c连接在横梁1b上使刀具架3能够上下移动。竖拖架8外侧设有安装座8a，刀具架3的中部通过轴承连接在竖拖架8上，在竖拖架8上设有驱动刀具架3摆动的齿轮组8b，齿轮组8b由电机8c通过减速器8d带动。作为替代的，皮带、链条等传动结构也是可以带动刀具架3转动的。

刀具架3呈长条形，可以做成方形截面或者圆形截面，本例采用方形截面，在刀具架3上间隔设置有若干刀头3a，相邻的刀头3a至少有两个不同的朝向。可以做成如图1所示的四个不同的朝向，由一根刀具主轴穿出刀具架3使刀具主轴的两端形成两个刀头3a，相邻的刀具主轴与该刀具主轴垂直，并且也穿出刀具架3，形成两个刀头3a，这两根刀具主轴共同组成一组雕刻刀组3b，用于加工同一个工件，这样就有四个刀头3a可以对工件进行加工。雕刻刀组3b有若干组并依次排列在刀具架3上，一般根据转盘4c的个数来确定雕刻刀组3b的数量。不同朝向的刀头3a只要摆动刀具架3就能选择所需要的刀头3a，进行换刀雕刻，效率提高。也可以简化雕刻刀组3b，比如在四个刀头3a简化为三个或者两个等。

工作台4包括长条形的条形板4a和连接在条形板4a两端的连接板4b，连接板4b和条形板4a可以为一体式结构或者分体焊接结构。转盘4c转动连接在条形板4a上，转盘4c上设有工件定位组件4d用于定位工件，这里的定位组件4d为夹持件、顶压件、气吸附件或者直接用于胶水将工件粘接在转盘4c上。具体的定位组件4d如图10所示的气吸附件，在转盘4c上设有吸气孔4d1和设置在转盘4c上表面的气道4d2，或者如图11所示的夹持件，转盘4c上设置有若干卡爪4d3，通过卡爪4d3的夹持来进行工件的定位，或者如图12所示的顶压件，在转盘4c上开设有t形槽，压紧螺栓连接在t形槽内，在压紧螺栓上通过螺纹连接一块压板。在工作台4的条形板4a下侧设有驱动定位组件转动的动力源9。动力源9包括电机二9a和设置在每个工件定位组件4d下方的减速器9b，每个减速器9b包括水平设置的传动轴9b1和与传动轴9b1垂直的输出轴9b2，输出轴9b2与定位组件连接，相邻两个减速器9b的传动轴9b1同轴心连接，电机二9a与位于端部的减速器9b的传动轴9b1连接。作为简单替换的，动力源9还可以是设置在每个定位组件下方的电机三，每个电机三的输出轴9b2与工件定位组件4d连接。

支撑台2上设有两个支撑座2a，工作台4设置在两个支撑座2a之间，连接板4b的上端外侧设于连接套或者转轴，工作台4两端的连接板4b通过轴承2e摆动连接在支撑座2a上，且在其中一个支撑座2a外侧设有用于驱动工作台4摆动的电机一2c。电机一2c固定在支架座2b上，电机一2c通过减速器2d与连接板4b连接。

夹持件5为顶尖5a，在支撑台2上滑动连接有能够靠近或者远离工作台且呈长条形的顶尖架5b，顶尖5a设置在顶尖架5b上，在支撑台2上沿着水平纵向设置的滑轨2f，顶尖架5b通过滑块5b1滑动连接在滑轨2f上，在顶尖架5b和支撑台2之间设有在顶尖架5b滑动后进行固定的锁定结构。锁定结构包括紧固件，顶尖架5b滑动连接在滑轨2f上，紧固件通过螺纹连接在顶尖架5b上，转动紧固件能够使紧固件抵靠在滑轨上。除了这种锁定结构外，所述锁定结构包括插销，滑轨上设有若干个按直线排列的插孔，顶尖架5b通过插销锁定在滑轨上。

顶尖5a的外端为尖刺结构，可以为单个锥形的尖刺或者为具有多个尖刺的盘形结构，顶尖5a滑动连接在顶尖架5b上，通过气缸5c或者手柄5d驱动顶尖5a向外伸出使顶尖5a的外端与工作台4配合形成加持。

工作台4处于第一位置时，形成多刀头的六轴雕刻机，将工件定位在转盘4c的定位组件4d上后，在雕刻和铣形时，根据程序的设定，刀具架3摆动选择一个刀头3a朝向工件，并控制刀具架3、工作台4和转盘4c协调的相互摆动，使得刀头3a在雕刻工件时能够做出任意的空间弧线和达到任意的角度，精度很高。在工作台4处于第二位置时，工作台4不在转动并作为夹持组件的一部分，与夹持件配合将工件夹持住，形成多刀的五轴雕刻机，提高适用范围。

实施例二

实施例二与实施例一基本相同，不同点在于：支撑台2通过水平纵导轨6a连接在底座1a上使支撑台2能够水平纵向移动，刀具架3通过竖导轨6c和水平横导轨6b连接在横梁1b上使刀具架3能够上下移动和水平横向移动。具体来说，如图7所示，水平横导轨6b与横梁1b固定并在水平横导轨6b上滑动连接有条形板状的横拖架10，竖导轨6c设置在横拖架10上，在竖导轨6c上滑动连接有竖拖架8，竖拖架8成长条形的条形板状，也可以是h形，在竖拖架8上设有两个外凸的轴承座8e，刀具架3的两端转动连接在竖拖架8的轴承座8e上电机8f通过减速器8d与刀具架3的端部连接，或者是刀具架3的中部转动连接在竖拖架8的安装座8a上也是可以的。在底座1a上固定有水平纵导轨6a，支撑台2滑动连接在水平纵导轨6a上。作为替换的，竖导轨6c与横梁1b固定且竖导轨6c上滑动连接有竖拖架8，水平横导轨6b设置在竖拖架8上，在水平横导轨6b上滑动连接有横拖架10，刀具架3的两端转动连接在横拖架10上或刀具架3的中部转动连接在横拖架上。

实施例三：

实施例三与实施例一基本相同，不同点在于：图8所示，竖导轨6c有两组且分别设置在横梁1b的两端部的立柱上，在每组竖导轨6c上均设有竖拖架8，刀具架3两端分别转动连接在相应的竖拖架8上。

实施例四：

实施例四与实施例二基本相同，不同点在于：如图9所示，竖导轨6c有两组且分别设置在横梁1b的两端部的立柱上，在两组竖导轨6c上设有一个竖拖架8，在竖拖架8上沿水平横向固定有水平横导轨6b，在水平横导轨6b上滑动连接有横拖架10，刀具架3的两端转动连接在横拖架10上或者刀具架3的中部转动连接在横拖架10上。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。