多自由旋转导向悬臂式刀具的制作方法
【专利摘要】一种多自由旋转导向悬臂式刀具，包括升降定位机构、螺母自锁机构、横向进给机构、夹持工作台以及床身部分，升降定位机构与螺母自锁机构连接，螺母自锁机构与横向进给机构焊接在一起，横向进给机构通过轴承座与夹持工作台连接，还包括刀具部分，刀具部分通过电机定位圆盘与床身部分连接。本发明能够对不同形状、规格的石膏模型进行加工。
【专利说明】多自由旋转导向悬臂式刀具
【技术领域】
[0001]本发明涉及模型加工处理机械领域，尤其是一种多自由旋转导向悬臂式刀具，主要用于教学模型制作。
【背景技术】
[0002]在信息时代的当今，现代产品设计中的石膏模型制作已然是产品早期设计中不可替代的步骤，因为模型制作并不是简单地将二维图形转化成三维实体，而是要求设计师直接在三维中思考和创作。而传统模型制作具有方便、快速、经济等优点，至今仍然发挥着现代计算机技术所不可替代的作用和优势。但是截至目前为止，还没有专门的机床装置对石膏模型进行加工。众所周知，工业设计专业的学生几乎每天参与石膏模型制作，全手工的操作过程既浪费了学生的时间，又没能完全发挥学生的创新能力，导致模型制作简易、单一，无法实现更高要求模型制作的规定。因此迫切需要提供一种多自由度石膏模型加工机床中的多自由旋转导向悬臂式刀具，来完成产品石膏模型加工的工作，以积极推动设计专业水平的迅猛发展。
【发明内容】
[0003]本发明针对工业设计、建筑工程专业、艺术雕塑、平面设计等专业特点，提供一种多自由度石膏模型加工机床，用机械代替全手工操作，实现多自由度铣、锯、雕刻、打磨、抛光于一体的石膏模型加工机床中的多自由旋转导向悬臂式刀具，合理利用不同类型的模型及模型制作过程的不同阶段，加工各种曲面及复杂模型，提高学生综合实践能力，重视对学生的实际操作技能和三维实体的造型经验培养。
[0004]1、为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案:一种多自由旋转导向悬臂式刀具，包括升降定位机构、螺母自锁机构、横向进给机构、夹持工作台以及床身部分，升降定位机构与螺母自锁机构连接，螺母自锁机构与横向进给机构焊接在一起，横向进给机构通过轴承座与夹持工作台连接，还包括悬臂式刀具，悬臂式刀具通过电机定位圆盘与床身部分连接，悬臂式刀具包括导向悬臂装置以及刀具装置。
[0005]所述刀具装置包括第二自锁螺母、第三轴承座、电机支撑定位板、电机、铣刀盘、铣刀、电机定位圆盘、电机旋转定位盘、定位套筒、电机轴、第四螺纹连接轴以及中心定位轴，具体结构和连接方式是:所述电机定位圆盘通过内六角螺钉与固定于横向刀具导向筒上的连接角件相连接，电机旋转定位盘中心焊接有中心定位轴，电机定位圆盘穿过中心定位轴，通过内六角螺钉与电机旋转定位盘连接；电机支撑定位板焊接在电机旋转定位圆盘上，电机安装在电机支撑定位板上面，电机轴穿过第三轴承座和定位套筒与第四螺纹连接轴连接，第三轴承座焊接在电机旋转定位盘上，铣刀盘通过螺纹与第四螺纹连接轴连接，第二自锁螺母连接在第四螺纹连接轴上，通过第二自锁螺母锁紧，铣刀盘设有三个刀位，分别安装三把不同硬度材料的铣刀，铣刀盘上有两个呈一线分布的螺栓孔以固定铣刀；所述刀具装置通过电机定位圆盘与焊接在横向刀具导向筒前端的连接角件相连接。[0006]所述导向悬臂装置包括竖直刀具导向筒、第一支撑定位螺栓架、第二底座支架、连接角件、横向刀具导向筒、第二螺纹连接轴、调节平板、第一定位平板、第一螺纹连接轴、轴承座立柱、外轴承、第三螺纹连接轴、第一套筒、内轴承、第二支撑定位螺栓架、第三自锁螺母、轴承定位板、第三轴承以及第二套筒，具体结构和连接方式为:所述轴承座立柱穿过固定于第二底座支架中的内轴承、外轴承，第一支撑定位螺栓架垂直焊接在第二底座支架上，第一螺纹连接轴穿过竖直刀具导向筒并抵住轴承座立柱，然后利用垫片和螺母锁紧，使得竖直刀具导向筒能够前后摆动0°?15°，当松开连接在第一螺纹连接轴的第三自锁螺母时，可以实现水平转动0°?15° ;竖直刀具导向筒通过第一套筒和铰链机构与横向刀具导向筒连接；第三螺纹连接轴穿过第一套筒与横向刀具导向筒连接，利用垫片和螺母固定，横向刀具导向筒尾端焊接调节平板，调节平板表面配置有铰链机构；所述铰链机构包括第二套筒、调节平板、第二支撑定位螺栓架及第二螺纹连接轴，调节平板表面焊接有两个第二支撑定位螺栓架，第二螺纹连接轴穿过两个第二支撑定位螺栓架与第二套筒连接，再穿过另一个第二支撑定位螺栓架，调节平板焊接在第二套筒上，第一定位平板焊接在竖直刀具导向筒上，利用垫片及螺母实现连接，并根据垫片及螺母的锁紧程度来调节铰链机构，以达到横向刀具导向筒上下转动0°?15。的要求；在横向刀具导向筒前端焊接有连接角件；所述导向悬臂装置通过轴承座立柱与床身部分连接，床身部分包括第二底座支架、支撑架、抽屉、第一底座支架、及底座，第一底座支架焊接在底座上，支撑架通过点焊与第一底座支架和第二底座支架连接，轴承座立柱分别穿过第三轴承、内轴承、外轴承及轴承定位板与竖直刀具导向筒连接。
[0007]所述升降定位机构包括丝杆传动轴、螺母定位盘、手柄、导向筒盖、第四自锁螺母、轴套、尼龙压片、定位销、轴承定位块、第一滚动轴承、螺母轴承套以及升降定位导向筒，所述丝杆传动轴位于于螺母定位盘中心，丝杆传动轴与螺母轴承套相啮合，螺母轴承套外侧曲面均匀分布四根手柄，螺母定位盘与整机底座相焊接，第一滚动轴承下部分与螺母轴承套相连接，第一滚动轴承与轴承定位块焊接并通过螺钉、螺母与升降定位导向筒连接，通过螺母轴承套与丝杆传动轴配合传递动力给升降定位导向筒，再传递到横向进给机构，使得升降定位机构上下进给的同时实现升降定位机构、横向进给机构、螺母自锁机构、夹持工作台四个机构360°自由度的旋转；丝杆传动轴与升降定位导向筒通过螺母自锁机构实现自锁。
[0008]所述螺母自锁机构包括轴套、第四自锁螺母、螺纹丝杆、第一尼龙压片以及定位销，所述轴套与螺纹丝杆连接，第四自锁螺母固定于升降定位导向筒对称两侧，尼龙压片与丝杆传动轴啮合，螺纹丝杆分别穿过升降定位导向筒顶住尼龙压片，通过旋转轴套上的定位销压紧尼龙压片，进而锁止升降定位机构，抑制升降定位机构的转动。
[0009]所述横向进给机构包括两个第一轴承座、水平横向梯形螺纹丝杆、水平横向定位滑动轴、手轮、左移动支架、直线轴承、支撑板、直线轴承座以及右移动支架，所述手轮与水平横向梯形螺纹丝杆连接，四个直线轴承安装在焊接有直线轴承座的支撑板上，水平横向定位滑动轴穿过四个直线轴承，再通过两个第一轴承座分别与左移动支架、右移动支架连接，通过旋转手轮实现横向进给机构在水平方向的移动。
[0010]所述夹持工作台包括夹持工作台、第二滚动轴承、两个第二轴承座、支撑定位螺栓筒、定位圆盘、第一连接轴、第二尼龙压片、第一自锁螺母以及第一垫片，两个第二轴承座通过螺钉与横向进给机构中的第一固定轴承座连接，第一连接轴穿过支撑定位螺栓筒分别与第二轴承座连接，通过螺母、尼龙压片固定夹持工作台，使之前后45°的旋转，定位圆盘上面部分通过焊接与夹持工作台固定，定位圆盘下面部分与第二滚动轴承通过螺栓焊接，螺栓下部分连接垫片和第一自锁螺母，控制夹持工作台的水平360°旋转。
[0011]本发明突出的优点在于:
[0012]1、通过安装不同种类的刀片，能够进行铣、锯、雕刻、打磨、抛光；刀具可以拆装，方便维修；
[0013]2、在刀具导向筒部分的轴承座处巧妙设置了自锁螺母、螺纹连接轴和轴承，使纵向支撑定位导向筒得到很好定位，在不需要水平旋转0°?15°时能够稳定不摆动，同时又能达到前后摆动15°的需求；整体结构大为简化，横向支撑定位导向筒也可以上下旋转O ?15°。
[0014]3、该刀具部件设计紧凑巧妙，简单实用，使用方便安全。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明所述的多自由旋转导向悬臂式刀具的导向悬臂部分支架结构示意图。
[0016]图2是本发明所述的多自由旋转导向悬臂式刀具的横向刀具导向筒部分的结构示意图。
[0017]图3是本发明所述的多自由旋转导向悬臂式刀具的刀具部分结构示意图。
[0018]图4是本发明所述的多自由旋转导向悬臂式刀具的铰链机构部分的结构示意图。
[0019]图5是本发明所述的多自由度石膏模型加工机床的正二侧视图。
[0020]图6是本发明所述的多自由度石膏模型加工机床的右视图。
[0021]图7是本发明所述的多自由度石膏模型加工机床的后视图。
[0022]图中:第二自锁螺母1、第三轴承座2、电机支撑定位板3、电机4、铣刀盘5、夹持工作台6、第一轴承座7、水平横向梯形螺纹丝杆8、水平横向定位滑动轴9、丝杆传动轴10、轴套11、螺母定位盘12、抽屉13、竖直刀具导向筒14、第一支撑定位螺栓架15、第二底座支架16、手轮17、第四自锁螺母18、支撑架19、手柄20、第一底座支架21、底座22、铣刀23、第二滚动轴承24、第二轴承座25、连接角件26、横向刀具导向筒27、第二螺纹连接轴28、调节平板29、第一定位平板30、电机定位圆盘31、电机旋转定位盘32、第一螺纹连接轴33、导向筒盖34、轴承定位块35、第一滚动轴承36、螺母轴承套37、支撑定位螺栓筒38、左移动支架39、升降定位导向筒40、螺纹丝杆41、第一尼龙压片42、定位销43、定位圆盘44、、第一连接轴45、第二尼龙压片46、直线轴承47、支撑板48、直线轴承座49、第一自锁螺母50、第一垫片51、右移动支架52、轴承座立柱53、外轴承54、带有台阶面的螺栓55、第一套筒56、内轴承57、第二支撑定位螺栓架58、第三自锁螺母59、轴承定位板60、第三轴承61、第三螺纹连接轴62、第二套筒63、第二定位平板64、定位套筒65、电机轴66、第四螺纹连接轴67、中心定位轴68。
【具体实施方式】
[0023]以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步描述。[0024]本发明所述的多自由旋转导向悬臂式刀具，包括升降定位机构、螺母自锁机构、横向进给机构、夹持工作台以及床身部分，升降定位机构与螺母自锁机构连接，螺母自锁机构与横向进给机构焊接在一起，横向进给机构通过轴承座与夹持工作台连接，还包括悬臂式刀具，悬臂式刀具通过电机定位圆盘与床身部分连接，悬臂式刀具包括导向悬臂装置以及刀具装置，具体结构和连接方式为:
[0025]如图1所示，所述刀具装置包括第二自锁螺母1、第三轴承座2、电机支撑定位板3、电机4、铣刀盘5、铣刀23、电机定位圆盘31、电机旋转定位盘32、定位套筒65、电机轴66、第四螺纹连接轴67以及中心定位轴68，具体结构和连接方式是:所述电机定位圆盘31通过内六角螺钉与固定于横向刀具导向筒27上的连接角件26相连接，电机旋转定位盘32中心焊接有中心定位轴68,电机定位圆盘31穿过中心定位轴68,通过内六角螺钉与电机旋转定位圆盘32连接；电机支撑定位板3焊接在电机旋转定位圆盘32上，电机4安装在电机支撑定位板3上面，电机轴66穿过第三轴承座2和定位套筒65与第四螺纹连接轴67连接，第三轴承座2焊接在电机旋转定位盘32上，铣刀盘5通过螺纹与第四螺纹连接轴67连接，第二自锁螺母I连接在第四螺纹连接轴67上，通过第二自锁螺母I锁紧，铣刀盘5设有三个刀位，分别安装三把不同硬度材料的铣刀23，铣刀盘5上有两个呈一线分布的螺栓孔以固定铣刀23 ;所述刀具装置通过电机定位圆盘31与焊接在横向刀具导向筒27前端的连接角件26相连接；
[0026]如图2、3、4所示，所述导向悬臂装置包括竖直刀具导向筒14、第一支撑定位螺栓架15、第二底座支架16、连接角件26、横向刀具导向筒27、第二螺纹连接轴28、调节平板29、第一定位平板30、第一螺纹连接轴33、轴承座立柱53、外轴承54、第三螺纹连接轴62、带有台阶面的螺栓55、第一套筒56、内轴承57、第二支撑定位螺栓架58、第三自锁螺母59、轴承定位板60、第三轴承61、第二套筒63及第二定位平板64，具体结构和连接方式为:所述轴承座立柱53穿过固定于第二底座支架16中的内轴承57、外轴承54，第一支撑定位螺栓架15垂直焊接在第二底座支架16上，第一螺纹连接轴33穿过竖直刀具导向筒14并抵住轴承座立柱53，然后利用垫片和螺母锁紧，使得竖直刀具导向筒14能够前后摆动0°?15°，当松开连接在第一螺纹连接轴33的第三自锁螺母59时，可以实现水平转动0°?15° ;竖直刀具导向筒14与横向刀具导向筒27通过第一套筒56与铰链机构进行连接；第三螺纹连接轴62穿过第一套筒56与横向刀具导向筒27连接，利用垫片和螺母固定，横向刀具导向筒27尾端焊接调节平板29，调节平板29表面配置有铰链机构；所述铰链机构包括第二套筒63、调节平板29、第二支撑定位螺栓架58及第二螺纹连接轴28，调节平板29表面焊接有两个第二支撑定位螺栓架58，第二螺纹连接轴28穿过两个第二支撑定位螺栓架58与第二套筒63连接，再穿过另一个第二支撑定位螺栓架58，调节平板29焊接在第二套筒63上，第一定位平板30焊接在竖直刀具导向筒14上，利用垫片及螺母实现连接，并根据垫片及螺母的锁紧程度来调节铰链机构，以达到横向刀具导向筒27上下转动0°?15°的要求；在横向刀具导向筒27前端焊接有连接角件26 ;所述导向悬臂装置通过轴承座立柱53与床身部分连接，床身部分包括第二底座支架16、支撑架19、抽屉13、第一底座支架21、及底座22，第一底座支架21焊接在底座22上，支撑架19通过点焊与第一底座支架21和第二底座支架16连接，轴承座立柱53分别穿过第三轴承61、内轴承57、外轴承54及轴承定位板60，与竖直刀具导向筒14连接。[0027]电机旋转定位盘32可以360°旋转。
[0028]为更好的理解本发明所述的多自由旋转导向悬臂式刀具，特附整体图5、6、7。
[0029]工作原理
[0030]轴承座立柱53穿过固定于第二底座支架16中的内轴承57、外轴承54，并在第二底座支架16上垂直焊接两个第一支撑定位螺栓架15，第一螺纹连接轴33同时穿过竖直刀具导向筒14、轴承座立柱53，利用垫片和螺母锁紧，使得竖直刀具导向筒14可稳定不摆动，同时又能达到前后摆动15°的需求；整体结构大为简化，横向刀具导向筒27也可以上下旋转0°?15°。电机定位圆盘31通过其中心定位轴68固定于横向刀具导向筒27上的连接角件26连接，电机旋转定位盘32通过螺钉与电机定位圆盘31配合，利用螺钉锁紧，电机支撑定位板3焊接在电机旋转定位盘31,其上部分连接电机4,下部分通过定位套筒65与电机轴66连接，铣刀盘5与第四螺纹连接轴67通过螺纹连接，并利用第二自锁螺母I锁紧，从而达到自锁，铣刀盘4有三个刀位，分别安装三把不同的铣刀23，铣刀盘4上有两个螺栓孔呈一条线分布以固定铣刀4，保证铣刀4安装平稳、可靠，电机旋转定位盘32可以在竖直方向0°?360°旋转，因此能够进行铣、锯、雕刻、打磨、抛光；刀具可以拆装，方便维修。
【权利要求】
1.一种多自由旋转导向悬臂式刀具，包括升降定位机构、螺母自锁机构、横向进给机构、夹持工作台以及床身部分，升降定位机构与螺母自锁机构连接，螺母自锁机构与横向进给机构焊接在一起，横向进给机构通过轴承座与夹持工作台连接，其特征在于，还包括悬臂式刀具，悬臂式刀具通过电机定位圆盘与床身部分连接，悬臂式刀具包括导向悬臂装置以及刀具装置， 所述刀具装置包括第二自锁螺母、第三轴承座、电机支撑定位板、电机、铣刀盘、铣刀、电机定位圆盘、电机旋转定位盘、定位套筒、电机轴、第四螺纹连接轴以及中心定位轴，具体结构和连接方式是:所述电机定位圆盘通过内六角螺钉与固定于横向刀具导向筒上的连接角件相连接，电机旋转定位盘中心焊接有中心定位轴，电机定位圆盘穿过中心定位轴，通过内六角螺钉与电机旋转定位盘连接；电机支撑定位板焊接在电机旋转定位圆盘上，电机安装在电机支撑定位板上面，电机轴穿过第三轴承座和定位套筒与第四螺纹连接轴连接，第三轴承座焊接在电机旋转定位盘上，铣刀盘通过螺纹与第四螺纹连接轴连接，第二自锁螺母连接在第四螺纹连接轴上，通过第二自锁螺母锁紧，铣刀盘设有三个刀位，分别安装三把不同硬度材料的铣刀，铣刀盘上有两个呈一线分布的螺栓孔以固定铣刀；所述刀具装置通过电机定位圆盘与焊接在横向刀具导向筒前端的连接角件相连接； 所述导向悬臂装置包括竖直刀具导向筒、第一支撑定位螺栓架、第二底座支架、连接角件、横向刀具导向筒、第二螺纹连接轴、调节平板、第一定位平板、第一螺纹连接轴、轴承座立柱、外轴承、第三螺纹连接轴、第一套筒、内轴承、第二支撑定位螺栓架、第三自锁螺母、轴承定位板、第三轴承以及第二套筒，具体结构和连接方式为:所述轴承座立柱穿过固定于第二底座支架中的内轴承、外轴承，第一支撑定位螺栓架垂直焊接在第二底座支架上，第一螺纹连接轴穿过竖直刀具导向筒并抵住轴承座立柱，然后利用垫片和螺母锁紧，使得竖直刀具导向筒能够 前后摆动0°~15°，当松开连接在第一螺纹连接轴的第三自锁螺母时，可以实现水平转动0°~15° ;竖直刀具导向筒通过第一套筒和铰链机构与横向刀具导向筒连接；第三螺纹连接轴穿过第一套筒与横向刀具导向筒连接，利用垫片和螺母固定，横向刀具导向筒尾端焊接调节平板，调节平板表面配置有铰链机构；所述铰链机构包括第二套筒、调节平板、第二支撑定位螺栓架及第二螺纹连接轴，调节平板表面焊接有两个第二支撑定位螺栓架，第二螺纹连接轴穿过两个第二支撑定位螺栓架与第二套筒连接，再穿过另一个第二支撑定位螺栓架，调节平板焊接在第二套筒上，第一定位平板焊接在竖直刀具导向筒上，利用垫片及螺母实现连接，并根据垫片及螺母的锁紧程度来调节铰链机构，以达到横向刀具导向筒上下转动0°~15°的要求；在横向刀具导向筒前端焊接有连接角件；所述导向悬臂装置通过轴承座立柱与床身部分连接，床身部分包括第二底座支架、支撑架、抽屉、第一底座支架、及底座，第一底座支架焊接在底座上，支撑架通过点焊与第一底座支架和第二底座支架连接，轴承座立柱分别穿过第三轴承、内轴承、外轴承及轴承定位板与竖直刀具导向筒连接。
2.根据权利要求1所述的多自由旋转导向悬臂式刀具，其特征在于，所述升降定位机构包括丝杆传动轴、螺母定位盘、手柄、导向筒盖、第四自锁螺母、轴套、尼龙压片、定位销、轴承定位块、第一滚动轴承、螺母轴承套以及升降定位导向筒，所述丝杆传动轴位于于螺母定位盘中心，丝杆传动轴与螺母轴承套相啮合，螺母轴承套外侧曲面均匀分布四根手柄，螺母定位盘与整机底座相焊接，第一滚动轴承下部分与螺母轴承套相连接，第一滚动轴承与轴承定位块焊接并通过螺钉、螺母与升降定位导向筒连接，通过螺母轴承套与丝杆传动轴配合传递动力给升降定位导向筒，再传递到横向进给机构，使得升降定位机构上下进给的同时实现升降定位机构、横向进给机构、螺母自锁机构、夹持工作台四个机构360°自由度的旋转；丝杆传动轴与升降定位导向筒通过螺母自锁机构实现自锁。
3.根据权利要求1所述的多自由旋转导向悬臂式刀具，其特征在于，所述螺母自锁机构包括轴套、第四自锁螺母、螺纹丝杆、第一尼龙压片以及定位销，所述轴套与螺纹丝杆连接，第四自锁螺母固定于升降定位导向筒对称两侧，尼龙压片与丝杆传动轴啮合，螺纹丝杆分别穿过升降定位导向筒顶住尼龙压片，通过旋转轴套上的定位销压紧尼龙压片，进而锁止升降定位机构，抑制升降定位机构的转动。
4.根据权利要求1所述的多自由旋转导向悬臂式刀具，其特征在于，所述横向进给机构包括两个第一轴承座、水平横向梯形螺纹丝杆、水平横向定位滑动轴、手轮、左移动支架、直线轴承、支撑板、直线轴承座以及右移动支架，所述手轮与水平横向梯形螺纹丝杆连接，四个直线轴承安装在焊接有直线轴承座的支撑板上，水平横向定位滑动轴穿过四个直线轴承，再通过两个第一轴承座分别与左移动支架、右移动支架连接，通过旋转手轮实现横向进给机构在水平方向的移动。
5.根据权利要求1所述的多自由旋转导向悬臂式刀具，其特征在于，所述夹持工作台包括夹持工作台、第二滚动轴承、两个第二轴承座、支撑定位螺栓筒、定位圆盘、第一连接轴、第二尼龙压片、第一自锁螺母以及第一垫片，两个第二轴承座通过螺钉与横向进给机构中的第一固定轴承座连接，第一连接轴穿过支撑定位螺栓筒分别与第二轴承座连接，通过螺母、尼龙压片固定夹持工作台，使之前后45°的旋转，定位圆盘上面部分通过焊接与夹持工作台固定，定位圆盘下面部分与第二滚动轴承通过螺栓焊接，螺栓下部分连接垫片和第一自锁螺母，控制夹持工作台的水平360°旋转。
【文档编号】B23Q1/26GK103962892SQ201410147330
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月14日 优先权日:2014年4月14日
【发明者】郑广平, 王迪, 覃海英, 黄宝岚, 林志, 卢煜海, 邓远锋 申请人:广西大学