一种球面并联机构及球面雕刻机制造技术

本发明专利技术属于球面雕刻的技术领域，具体涉及一种球面并联机构及球面雕刻机，解决了现有球面雕刻机存在的问题。球面并联机构包括对称设置的同形的顶端铰接的圆弧杆Ⅰ和圆弧杆Ⅱ，圆弧杆Ⅰ和圆弧杆Ⅱ上分别设置有滑块Ⅰ和滑块Ⅱ并分别形成滑动副，滑块Ⅰ和滑块Ⅱ分别连接撑杆Ⅰ与撑杆Ⅱ，圆弧杆Ⅰ和圆弧杆Ⅱ的圆心和撑杆Ⅰ与撑杆Ⅱ的转动中心重合，球面雕刻机包括雕刻部分和支撑台，雕刻部分设置于支撑台上，所述的雕刻部分包括球面并联机构，球面并联机构的圆弧杆Ⅰ和圆弧杆Ⅱ的铰接处设置外雕刻刀和内雕刻刀。本发明专利技术机构简单，负载能力强，驱动少，控制简单，雕刻精度高；可以在任意球径的外球面和内球面上进行雕刻，并可以调节雕刻机可雕刻的面积。

【技术实现步骤摘要】
一种球面并联机构及球面雕刻机
本专利技术属于球面雕刻的
，具体涉及一种球面并联机构及球面雕刻机。
技术介绍
雕刻机是一种钻铣组合加工机器，多用于雕刻木材、玉石、贵金属等工艺品。随着社会的发展，物质的极大丰富，人们不再满足于在平面上的雕刻，而在曲面、球面上雕刻文字图画的工艺品越来越受人们喜爱。但现有的球面雕刻机负载性能差，结构复杂，驱动较多，控制复杂，且精度较低。本专利技术设计了一种基于球面并联机构的少自由度球面雕刻机，将球面并联机构应用到雕刻机领域，能大大提高雕刻机的负载性能，且机构简单，驱动数目少，精度较高。专利（2013200560402.8）公开了一种简易雕刻机，该专利技术设计一种框体机架，在框体机架两侧设置有丝杠，并在两丝杠上设置一横梁，横梁上有雕刻机，在机架底端有一横梁，横梁上有加工平台，此机构能够实现雕刻刀沿X、Y、Z方向上运动，但不能实现在球面上的雕刻，且机构复杂。专利（201320135311.X）公开了一种球体内雕刻机，其结构为：工作平台、设于工作平台上的球座及设于工作平台下方的运动平台，工作平台设有一个通孔，球座盖在通孔上，球座是个透明块体，透明块体上设有一个球面形凹槽，球面形凹槽和通孔同轴，运动平台上设有激光器和振镜、透镜，激光器发出的激光依次经振镜中的Y振镜片、X振镜片和透镜后穿过工作平台上的通孔，激光器、运动平台分别和一控制电路相连。但此机构结构复杂，制作成本较高，且对环境因素要求较高。专利（201520575758.8）公开了一种球头雕刻机，包括机架，机架上水平固连有基板，球头雕刻机还包括转动环、导向杆和摆动杆，转动环转动连接在基板上，机架上设有周向驱动件，导向杆的两端均固连在转动环上，摆动杆的两端均铰接在转动环上，导向杆上设有能够驱动摆动杆往复摆动的横向驱动件，摆动杆上滑动连接有移动块，移动块上连接刀头，摆动杆上设有能够驱动移动块往复移动的纵向驱动件。但此专利技术所述机构较为复杂，且加工精度较低。另外现有的球面并联机构一般为3自由度，3支链，工作空间小，且不可变，驱动数目较多，控制复杂，制作成本高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供了一种基于球面并联机构的少自由度简易球面雕刻机。本专利技术可以通过以下技术方案来实现：一种球面并联机构，包括对称设置的同形的圆弧杆Ⅰ和圆弧杆Ⅱ，圆弧杆Ⅰ和圆弧杆Ⅱ的顶端铰接，圆弧杆Ⅰ和圆弧杆Ⅱ上分别设置有滑块Ⅰ和滑块Ⅱ并分别形成滑动副，滑块Ⅰ和滑块Ⅱ分别连接撑杆Ⅰ与撑杆Ⅱ的一端，撑杆Ⅰ与撑杆Ⅱ的另一端分别连接各自的转动轴并以转动轴为转动中心，转动轴连接驱动，所述的圆弧杆Ⅰ和圆弧杆Ⅱ的圆心和撑杆Ⅰ与撑杆Ⅱ的转动中心重合。基于球面并联机构的球面雕刻机，包括雕刻部分和支撑台，雕刻部分设置于支撑台上，所述的雕刻部分包括球面并联机构，球面并联机构的圆弧杆Ⅰ和圆弧杆Ⅱ的铰接处设置外雕刻刀和内雕刻刀，所述的圆弧杆Ⅰ在上、圆弧杆Ⅱ在下进行铰接连接，并且圆弧杆Ⅰ和圆弧杆Ⅱ的铰接处有内螺纹，电动伸缩杆底端通过螺纹与圆弧杆Ⅰ固接，电动伸缩杆的顶端通过螺纹与内雕刻刀固接，外雕刻刀通过螺纹与圆弧杆Ⅱ固接。所述的球面并联机构的撑杆Ⅰ的转动轴安装于固定杆，撑杆Ⅱ的转动轴安装于转动杆，固定杆相对于支撑台固定设置，转动杆相对于支撑台转动设置，转动杆的转动中心连接于伺服电机Ⅲ。所述的固定杆包括一体结构的竖段和横段，转动杆也包括竖段和横段，固定杆的竖段通过螺栓固定在支撑台上，伺服电机Ⅲ通过螺钉固定在固定杆的竖段，伺服电机Ⅲ的转轴与转动杆的竖段固接，转动杆的竖段与固定杆的竖段之间通过轴承连接；伺服电机Ⅰ通过螺钉固接在固定杆的横段末端，伺服电机Ⅱ通过螺钉固接在转动杆的横段的末端，伺服电机Ⅱ的转轴与撑杆Ⅰ的末端固接，并驱动撑杆Ⅱ摆动，伺服电机Ⅱ的转轴与撑杆Ⅱ的末端固接，并驱动撑杆Ⅰ摆动，撑杆Ⅰ与固定杆横段之间通过轴承连接，撑杆Ⅱ与转动杆间通过轴承连接，撑杆Ⅰ与撑杆Ⅱ的另一端通过螺钉分别与滑块Ⅰ和滑块Ⅱ固接。所述的球面雕刻机，还包括夹持部分，加持部分也设置于支撑台，所述的夹持部分包括圆弧导轨、圆弧滑块、齿槽立柱、定位螺钉、齿轮驱动电机、立柱滑块、齿轮、伺服电机Ⅳ、电动伸缩杆Ⅰ、夹持器，所述的圆弧导轨焊接在支撑台的上表面上，圆弧滑块装在圆弧导轨上，齿槽立柱焊接在圆弧滑块上，立柱滑块装在齿槽立柱上，齿轮装在立柱滑块的背面，齿轮与齿槽立柱形成齿轮副，驱动齿轮转动的齿轮驱动电机固定在立柱滑块的侧面，伺服电机Ⅳ通过螺钉固定在立柱滑块的正面，电动伸缩杆固接在伺服电机Ⅳ的电机轴上，夹持器固接在电动伸缩杆内杆的末端，在圆弧滑块上表面的两侧装有定位螺钉。所述的夹持部分设置两组。本专利技术的优点和积极效果是：1.本专利技术机构简单，负载能力强，驱动少，控制简单，雕刻精度高；2.本专利技术在雕刻刀处增加了电动伸缩杆，可以在任意球径的球面上进行雕刻；3.本专利技术可通过更换雕刻刀的位置，在外球面和内球面上进行雕刻；4.本专利技术通过调节转动杆和固定杆间的角度来调节雕刻机可雕刻的面积。附图说明图1为球面并联机构的结构示意图图2为球面雕刻机的底座结构示意图；图3为球面雕刻机的夹持结构示意图；图4为球面雕刻机的雕刻机装置机构示意图；图5为球面雕刻机的雕刻刀示意图；图6为球面雕刻机的电动伸缩杆示意图；图7为球面雕刻机的正等轴侧视图；图8为球面雕刻机的工作状态示意图。图中：1-支撑台，1.1-圆弧轨道，2-伺服电机Ⅲ，3-固定杆，4-圆弧滑块，4.1-齿槽立柱，5-定位螺钉，6-齿轮驱动电机，7-立柱滑块，8-齿轮，9-伺服电机Ⅳ，10-电动伸缩杆Ⅰ，11-夹持器，12.1-伺服电机Ⅰ，12.2-伺服电机Ⅱ，13.1-撑杆Ⅰ，13.2-撑杆Ⅱ，14.1-滑块Ⅰ，14.2-滑块Ⅱ，15-圆弧杆Ⅰ，16.1-外雕刻刀，16.2-内雕刻刀，17-电动伸缩杆Ⅱ，18-圆弧杆Ⅱ，19-转动杆，20-外表面雕刻球件，21-内表面雕刻球件。具体实施方式结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明。如图1所示，球面并联机构，包括对称设置的同形的圆弧杆Ⅰ15和圆弧杆Ⅱ18，圆弧杆Ⅰ15和圆弧杆Ⅱ18的顶端铰接，圆弧杆Ⅰ15和圆弧杆Ⅱ18上分别设置有滑块Ⅰ14.1和滑块Ⅱ14.2并分别形成滑动副，滑块Ⅰ14.1和滑块Ⅱ14.2分别连接撑杆Ⅰ13.1与撑杆Ⅱ13.2的一端，撑杆Ⅰ13.1与撑杆Ⅱ13.2的另一端分别连接各自的转动轴并以转动轴为转动中心，转动轴连接驱动，所述的圆弧杆Ⅰ15和圆弧杆Ⅱ18的圆心和撑杆Ⅰ13.1与撑杆Ⅱ13.2的转动中心重合。如图7所示，球面雕刻机由底座、夹持装置、雕刻机装置组成。雕刻机装置由伺服电机Ⅲ2、固定杆3、转动杆19、伺服电机Ⅰ12.1、伺服电机Ⅱ12.2、撑杆Ⅰ13.1、撑杆Ⅱ13.2、滑块Ⅰ14.1、滑块Ⅱ14.2，圆弧杆15，圆弧杆Ⅱ18，电动伸缩杆Ⅱ17、外雕刻刀16.1以及内雕刻刀16.2组成。所述的固定杆3包括一体结构的竖段和横段，转动杆19也包括竖段和横段。固定杆3通过螺栓固定在支撑台1上，伺服电机Ⅲ2通过螺钉固定在固定杆3上，伺服电机Ⅲ2的转动轴与转动杆19固接，并驱动转动杆19转动，转动杆19与固定杆3之间通过轴承连接，伺服电机Ⅰ12.1通过螺钉固接在固定杆3横段的末端，伺服电机Ⅱ12.2通过螺钉固接在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种球面并联机构，其特征在于包括对称设置的同形的圆弧杆Ⅰ（15）和圆弧杆Ⅱ（18），圆弧杆Ⅰ（15）和圆弧杆Ⅱ（18）的顶端铰接，圆弧杆Ⅰ（15）和圆弧杆Ⅱ（18）上分别设置有滑块Ⅰ（14.1）和滑块Ⅱ（14.2）并分别形成滑动副，滑块Ⅰ（14.1）和滑块Ⅱ（14.2）分别连接撑杆Ⅰ（13.1）与撑杆Ⅱ（13.2）的一端，撑杆Ⅰ（13.1）与撑杆Ⅱ（13.2）的另一端分别连接各自的转动轴并以转动轴为转动中心，转动轴连接驱动，所述的圆弧杆Ⅰ（15）和圆弧杆Ⅱ（18）的圆心和撑杆Ⅰ（13.1）与撑杆Ⅱ（13.2）的转动中心重合。

【技术特征摘要】
1.一种球面并联机构，其特征在于包括对称设置的同形的圆弧杆Ⅰ（15）和圆弧杆Ⅱ（18），圆弧杆Ⅰ（15）和圆弧杆Ⅱ（18）的顶端铰接，圆弧杆Ⅰ（15）和圆弧杆Ⅱ（18）上分别设置有滑块Ⅰ（14.1）和滑块Ⅱ（14.2）并分别形成滑动副，滑块Ⅰ（14.1）和滑块Ⅱ（14.2）分别连接撑杆Ⅰ（13.1）与撑杆Ⅱ（13.2）的一端，撑杆Ⅰ（13.1）与撑杆Ⅱ（13.2）的另一端分别连接各自的转动轴并以转动轴为转动中心，转动轴连接驱动，所述的圆弧杆Ⅰ（15）和圆弧杆Ⅱ（18）的圆心和撑杆Ⅰ（13.1）与撑杆Ⅱ（13.2）的转动中心重合。2.一种基于权利要求1所述的球面并联机构的球面雕刻机，其特征在于包括雕刻部分和支撑台，雕刻部分设置于支撑台（1）上，所述的雕刻部分包括球面并联机构，球面并联机构的圆弧杆Ⅰ（15）和圆弧杆Ⅱ（18）的铰接处设置外雕刻刀（16.1）和内雕刻刀（16.2），所述的圆弧杆Ⅰ（15）在上、圆弧杆Ⅱ（18）在下进行铰接连接，并且圆弧杆Ⅰ（15）和圆弧杆Ⅱ（18）的铰接处有内螺纹，电动伸缩杆（17）底端通过螺纹与圆弧杆Ⅰ（15.1）固接，电动伸缩杆（17）的顶端通过螺纹与内雕刻刀（16.2）固接，外雕刻刀（16.1）通过螺纹与圆弧杆Ⅱ（15.2）固接。3.根据权利要求2所述的球面雕刻机，其特征在于球面并联机构的撑杆Ⅰ（13.1）的转动轴安装于固定杆（3），撑杆Ⅱ（13.2）的转动轴安装于转动杆（19），固定杆（3）相对于支撑台（1）固定设置，转动杆（19）相对于支撑台转动设置，转动杆（19）的转动中心连接于伺服电机Ⅲ（2）。4.根据权利2或3所述的球面雕刻机，其特征在于所述的固定杆（3）包括一体结构的竖段和横段，转动杆（19）也包括竖段和横段，固定杆（3）的竖段通过螺栓固定在支撑台（1）上，伺服电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：李瑞琴，梁世杰，张建伟，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14