專利名稱：處理器控制式雕刻和多用途成形裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及木工機(jī)床和其它類似的材料加工機(jī)床，和尤其是涉及一種把工件水平送入其中的雕刻和成形機(jī)器，象把紙送入計(jì)算機(jī)打印機(jī)和把工件送入一小型刨床，并且本發(fā)明應(yīng)用一種可側(cè)向和垂直平移的、電機(jī)提供動(dòng)力的處理器控制式切削工具，以便按照用電子學(xué)貯存的指令或設(shè)計(jì)雕刻和成形一個(gè)工件。
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)控制式雕刻機(jī)稱之為“CNC刻刨機(jī)(router)”，在市場(chǎng)上已有一段時(shí)間可以買到。CNC刻刨機(jī)價(jià)格很貴并且比工件的尺寸大，因此它們可以用來成形和刻刨。CNC刻刨機(jī)由應(yīng)用平臺(tái)x，y，z構(gòu)造的重型金屬加工機(jī)床工具演變而來，并且市場(chǎng)上可買到的CNC刻刨機(jī)保持了這種構(gòu)造。x，y，z構(gòu)造涉及這樣的事實(shí)，即各種CNC刻刨機(jī)，和由刻刨機(jī)演變而來的重型、金屬加工機(jī)床工具，要求將一個(gè)工件靜態(tài)固定以刻刨機(jī)和金屬加工機(jī)床工具內(nèi)的一個(gè)平臺(tái)上。CNC刻刨機(jī)和金屬加工機(jī)床工具應(yīng)用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)式切削頭，所述切削頭可以通過計(jì)算機(jī)控制，以便在慣用的三維空間正交x，y，和z方向上移動(dòng)。換句話說，工件在雕刻期間保持靜態(tài)定位，而切削頭通過一系列的x，y，和z平移定位到工件表面上和工件內(nèi)所要求的位置。因此，CNC刻刨機(jī)在尺寸上比可用來雕刻和成形的最大尺寸的工件還大。
CNC刻刨機(jī)除了實(shí)際尺寸比它們可在其上操作的最大尺寸工件大之外，還具有許多不足之處。首先，為支承大工件所要求的大機(jī)床平臺(tái)大大增加了CNC刻刨機(jī)的成本。大的平臺(tái)尺寸還把相當(dāng)大的重量加到CNC刻刨機(jī)的總重量上，因?yàn)榇蟮钠脚_(tái)必須是厚的鑄件或用其它方法剛性制造，以避免下垂和其它的形狀改變。CNC刻刨機(jī)要求剛性而堅(jiān)硬的部件，因?yàn)橹挥挟?dāng)切削頭的x，y，和z平移可預(yù)知和可靠地相對(duì)于機(jī)床平臺(tái)定位切削頭，并且工件固定到機(jī)床平臺(tái)上時(shí)，切削頭在計(jì)算機(jī)控制下的位置上精度才有可能。一般，CNC刻刨機(jī)應(yīng)用非直覺能得到和難以學(xué)會(huì)的操作人員接口，并且CNC刻刨機(jī)的編程序一般要求大量的訓(xùn)練。
CNC刻刨機(jī)盡管它們有一些缺點(diǎn)，但在木器加工中及在雕刻和成形其它剛性和半剛性材料中仍有極大的用處。木器工作者、制造者、木匠、藝術(shù)家、業(yè)余愛好者、及其它雕刻和成形剛性和半剛性材料的人因此已經(jīng)認(rèn)識(shí)到需要一種更便宜、更小、更輕、及更容易使用的處理器控制式雕刻和成形裝置。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是一種緊湊、低成本、重量輕、通用和容易操作、處理器控制式雕刻和多用途成形裝置(“PCCMPS機(jī)床”)。代表本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的PCCMPS機(jī)床部分地成形為類似普通的市場(chǎng)上可買到的小型木刨床和普遍存在的激光器和噴墨計(jì)算機(jī)打印機(jī)。正如小型刨床和計(jì)算機(jī)打印機(jī)一樣，工件是在水平方向上送入PCCMPS機(jī)床。然而，不象小型刨床或計(jì)算機(jī)打印機(jī)，一旦工件足夠遠(yuǎn)地送入PCCMPS機(jī)床以便由若干輥牢牢夾緊，工件可以在處理器控制下在水平方向上通過PCCMPS機(jī)床前后平移。
代表本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的PCCMPS機(jī)床包括一個(gè)電機(jī)提供動(dòng)力的切削頭，所述切削頭可以給可拆卸的刀頭提供動(dòng)力以便在處理器和計(jì)算機(jī)控制下鉆孔、切削、成形、和刻刨一個(gè)工件。切削頭可以在處理器控制下，跨過工件的表面在一個(gè)方向上前后平移，所述方向與工件送入PCCMPS機(jī)床并通過電機(jī)提供動(dòng)力的輥移動(dòng)的方向垂直。切削頭可以在一個(gè)接近垂直于工件表面的垂直方向上上下平移。因此處理器可以通過切削頭的側(cè)向和垂直平移與工件的水平平移的一種組合把一個(gè)切削刀頭定位的工件的表面上、工件的表面附近、或工件內(nèi)的任何點(diǎn)處，并且當(dāng)計(jì)算機(jī)將旋轉(zhuǎn)刀頭相對(duì)于工件的表面從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置時(shí)可以控制刀頭旋轉(zhuǎn)的速度。
PCCMPS機(jī)床可以將精制的三維設(shè)計(jì)雕刻和成形到工件上，在細(xì)節(jié)精細(xì)度上只受可更換的刀頭形狀和尺寸及旋轉(zhuǎn)刀頭的剛度限制。在上述實(shí)施例中，各設(shè)計(jì)還受切削頭內(nèi)旋轉(zhuǎn)刀頭的垂直安裝約束，不過那種約束可以通過裝有能與垂直于工件平面任意對(duì)準(zhǔn)的切削頭、裝有多個(gè)切削頭、及將切削頭定位在工件上方、工件下方、及定位到工作側(cè)邊上而大大減輕。除了小型象刨床一樣的工件送入構(gòu)造外，PCCMPS機(jī)床應(yīng)用若干扭力桿來加強(qiáng)PCCMPS機(jī)床的頭組件，足以保證切削刀頭的準(zhǔn)確定位，并用一個(gè)撓性的切削頭驅(qū)動(dòng)軸來減少切削頭的質(zhì)量和供側(cè)向和垂直切削頭平移器的高速操作用，而不需要大的價(jià)錢貴的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
一些可供選擇的實(shí)施例可以包括許多不同類型的工件進(jìn)給機(jī)構(gòu)，或水平平移器。PCCMPS機(jī)床可以包括各種類型傳感器，所述這些傳感器把信息反饋到一個(gè)處理器或另外的控制器，以便上述處理器或另外的控制器能監(jiān)測(cè)許多不同的狀態(tài)、部件和工件的位置、及與PCCMPS機(jī)床的工件和部件有關(guān)的其它參數(shù)?？梢孕纬蓭缀鯚o限數(shù)的不同控制程序和用戶接口，以便幫助由用戶設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)格和操作，并在一個(gè)主計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，所述主計(jì)算機(jī)與裝在PCCMPS機(jī)床內(nèi)的處理器相互連接。在上述實(shí)施例中，應(yīng)用一種機(jī)械切削頭，但在PCCMPS機(jī)床內(nèi)也可以應(yīng)用其它類型的切削頭如激光器頭、耐磨頭、空氣流、液流、電弧、及另外的這類裝置，以便雕刻、成形、燒蝕、熔化、或別的方法修改包括剛性和/或半剛性物質(zhì)的表面或表面特性。在一些可供選擇的實(shí)施例中，PCCMPS機(jī)床可以選擇性地用人工控制，而不是只通過計(jì)算機(jī)接口控制。
附圖簡(jiǎn)介

圖1示出代表本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的PCCMPS機(jī)床透視圖。
圖2是圖1所示上述PCCMPS機(jī)床的分解圖。
圖3是上述PCCMPS機(jī)床頭組件(圖1中114)的分解圖。
圖4是上述PCCMPS機(jī)床的垂直剖視圖，圖中示出放下刀架的手柄、鏈節(jié)板、及相對(duì)于上述PCCMPS機(jī)床內(nèi)部構(gòu)架和頭組件的鏈條等的構(gòu)造，及扭力桿小齒輪與上述PCCMPS機(jī)床內(nèi)部構(gòu)架上相應(yīng)齒條的接合。
圖5是上述PCCMPS機(jī)床的垂直剖視圖，該圖更詳細(xì)示出夾緊輥安裝到頭組件構(gòu)架上。
圖6是上述PCCMPS機(jī)床y軸和z軸組件的分解圖。
圖7是上述PCCMPS機(jī)床y軸和z軸組件透視圖。
圖8是上述PCCMPS機(jī)床z軸軌道組件的分解圖。
圖9是上述PCCMPS機(jī)床組件與圖8所示的一側(cè)相對(duì)側(cè)面看的z軸軌道平面圖，該圖示出z軌道組件內(nèi)滾珠軸承輥的三角形構(gòu)造。
圖10是上述PCCMPS機(jī)床的垂直剖視圖，該圖示出滾珠軸承輥固定到放在y軸軌道槽內(nèi)的y軸軌道組件上。
圖11是上述PCCMPS機(jī)床快速變換組件(圖8中820)的分解圖。
圖12是上述PCCMPS機(jī)床底座驅(qū)動(dòng)組件的分解圖。
圖13是上述PCCMPS機(jī)床底座的分解圖。
圖14和15分別示出送料盤(圖1中的104和105)處于伸開位置和關(guān)閉位置。
圖16示出用于升降頭組件可供選擇的曲柄-絲杠機(jī)構(gòu)分解圖。
圖17示出頭組件和垂直絲桿之間的接口。
圖18是曲柄組件(圖16中的1602)的分解圖。
圖19是曲柄組件(圖16中的1602)的剖視圖。
圖20是預(yù)加載摩擦夾緊系統(tǒng)的分解圖。
圖21是兩個(gè)運(yùn)輸機(jī)皮帶系統(tǒng)的分解圖。
圖22示出一種運(yùn)輸機(jī)皮帶組件(圖21中的2102和2104)的分解圖。
圖23是圖21中所示完全裝配好的運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)透視圖。
圖24是一個(gè)工件方形的機(jī)構(gòu)可供選擇的實(shí)施例。
圖25示出一個(gè)工件高度傳感器。
發(fā)明的詳細(xì)說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是一種緊湊、低成本、重量輕、通用和易于操作的處理器控制式雕刻和多用途成形裝置(“PCCMPS”)，所述PCCMPS可用于生產(chǎn)三維雕刻制品和應(yīng)用于一個(gè)工件的其它形狀的表面，上述工件包括若干剛性或半剛性材料如木材、塑料、層壓制品或另一些這類材料的其中之一或它們的一種組合。圖1示出代表本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的PCCMPS機(jī)床透視圖。下面將詳細(xì)說明這個(gè)實(shí)施例。注意為了清楚和簡(jiǎn)便起見，各標(biāo)號(hào)在后面的各圖中重復(fù)使用，以便標(biāo)示它們首先確認(rèn)的元件或部件。
如圖1所示，PCCMPS機(jī)床100包括一個(gè)底座102、一個(gè)送料盤104和105、及下面的輥107-109(在圖1中一個(gè)下面的輥被擋住)，所述這些下面的輥107-109一起包括一個(gè)水平的表面或截?cái)嗯_(tái)，上述水平的表面支承和水平平移一個(gè)工件112，一個(gè)頭組件114，及頂蓋116和側(cè)蓋118-119，上述頂蓋116和側(cè)蓋118-119蓋住一個(gè)內(nèi)部構(gòu)架(圖1中未示出)，所述內(nèi)部構(gòu)架將頭組件114支承在工件112上方的一個(gè)位置中。頭組件114包括兩個(gè)夾緊輥(圖1中未示出)，所述兩個(gè)夾緊輥把工件112夾緊在夾緊輥和下面輥107-109之間。下面輥是電機(jī)驅(qū)動(dòng)式，以便使工件112在水平方向或x方向120上前后平移。工件112可以人工送入PCCMPS機(jī)床100，直至它與夾緊輥和下面輥107-109接合，并被夾緊輥和下面輥夾緊時(shí)為止，在此之后接著在計(jì)算機(jī)控制下通過PCCMPS機(jī)床實(shí)施工件朝x方向上平移。除了夾緊輥裝在頭組件114中之外，頭組件114包括一個(gè)切削頭組件122，所述切削頭組件122包括一個(gè)刀頭裝配器124，所述刀頭裝配器124安裝一個(gè)鉆孔、車削、成形、刻刨、或其它類型的刀頭(圖1中未示出)，上述刀頭旋轉(zhuǎn)并設(shè)置在工件112上，及移動(dòng)跨過和移入工件112中，以便雕刻和成形工件。頭組件114包括側(cè)向和垂直平移裝置，以便在處理器控制下，分別朝側(cè)向或y方向126和朝垂直方向或z方向128平移切削頭組件122。
朝y和z方向126和128處理器控制切削頭組件122，及朝x方向120處理器控制工件122，可用于相對(duì)于工件112任意設(shè)置切削、鉆孔、成形、刻刨、或其它刀頭(圖1中未示出)，及用于成任意直線、二維曲線、三維方向上任意取向的交叉二維表面、及三維曲線移動(dòng)鉆孔、切削、成形、刻刨或其它刀頭，以便用一幾乎無限數(shù)的方式進(jìn)行鉆孔、切削、成形、和刻刨工件。例如，可以通過將一個(gè)切削頭相對(duì)于工件表面一個(gè)規(guī)定的深度下設(shè)置到工件的一側(cè)將一個(gè)側(cè)向溝槽刻刨到工件112的表面中，并將旋轉(zhuǎn)的切削頭朝y方向126平移跨過工件。作為另一個(gè)實(shí)例，通過將一個(gè)安裝在切削頭組件122內(nèi)的旋轉(zhuǎn)切削頭在規(guī)定的深度下設(shè)置到工件112的表面中，和然后將工件朝x方向122平移到一個(gè)規(guī)定的終端位置，可以將一個(gè)平行于工件各側(cè)邊的線性溝槽雕刻到工件的表面中?？梢岳霉ぜ?12朝x方向120和切削頭組件122朝y方向126二者同時(shí)平移來在工件112表面的平面中雕刻彎曲的溝槽或部件，及通過朝x方向120平移工件112而同時(shí)朝y和z方向126和128二個(gè)方向平移切削頭組件122，可以將復(fù)雜的三維直線和曲線如螺旋切割到工件112中。
注意，PCCMPS的類似小型刨床或類似計(jì)算機(jī)打印機(jī)的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，能使PCCMPS機(jī)床比可用該P(yáng)CCMPS機(jī)床來雕刻和成形的工件尺寸小。因此，類似小型刨床或類似計(jì)算機(jī)打印機(jī)的工件進(jìn)給構(gòu)造，是相對(duì)于CNC刻刨機(jī)和重型金工工具在減少PCCMPS機(jī)床的尺寸和重量方向的重要因素。朝x方向120精確平移工件112與朝y和z方向126和128精確平移切削頭組件112的能力，及控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)切削頭組件122旋轉(zhuǎn)的速度和工件112x方向上平移與切削頭組件122y和z方向上平移的速度的能力，可用于通過旋轉(zhuǎn)安裝到切削頭組件122上的刀頭，極精確的工件的鉆孔、切削、成形、刻刨、和其它修改。一個(gè)附加而重要的自由度是實(shí)際上各種不同的鉆孔、切削、刻刨、成形、及其它工件修改刀頭可以在不同時(shí)間安裝在切削頭組件122內(nèi)，同時(shí)提供各種寬度、刀刃尺寸、形狀、和取向、及用于雕刻和成形工件表面的研磨工具表面形狀、尺寸和取向。
PCCMPS機(jī)床構(gòu)造的另一些優(yōu)點(diǎn)包括實(shí)際上PCCMPS機(jī)床由于切削頭組件122垂直平移而可以適應(yīng)各種厚度的工件，在一個(gè)實(shí)施例中厚度為1/4”-6”。PCCMPS機(jī)床可以包括許多傳感器，其中包括若干光學(xué)傳感器，上述光學(xué)傳感器在圖1中未示出，它們使PCCMPS能傳感，并向一個(gè)內(nèi)裝的處理器控制器報(bào)告工件112的位置和形狀。PCCMPS機(jī)床可以包括一個(gè)傳感負(fù)載傳感器，所述傳感負(fù)載傳感器在圖1中也未示出，它可以傳感并向控制計(jì)算機(jī)報(bào)告電機(jī)驅(qū)動(dòng)切削頭旋轉(zhuǎn)的速度，因此PCCMPS機(jī)床可以調(diào)節(jié)工件的重量和切削頭組件的平移，以便在鉆孔、切削、刻刨、成形、或其它類型刀頭上保持一個(gè)比較均勻的負(fù)載，從而避免PCCMPS機(jī)床組件和刀頭的過度磨損和撕裂，并避免工件著火、熔化、或破裂。
刀頭的容易更換，及工件和切削頭組件的位置和運(yùn)動(dòng)的精確計(jì)算機(jī)控制，使PCCMPS機(jī)床能執(zhí)行大量不同的任務(wù)。PCCMPS機(jī)床可以用幾乎無數(shù)不同圖形的任一種切割材料，同時(shí)產(chǎn)生彎曲的構(gòu)件、旋渦工件、修理式雕刻、及幾乎無限數(shù)的其它形狀和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。PCCMPS機(jī)床可以刨平和接合工件的邊緣，切削彎曲的模制零件，并產(chǎn)生成品工件，否則上述成品工件的生產(chǎn)將要求大量不同、昂貴、和不同操作的工具。
圖1中所示的PCCMPS構(gòu)造的最后特點(diǎn)是，各夾緊輥相對(duì)于下面輥107-109和切削頭組件122的定位使工件能通過一個(gè)夾緊輥和一個(gè)下面輥分組及送料盤的組合牢牢夾緊。因此，工件可以牢牢夾緊到切削頭組件122的兩邊上，同時(shí)可用于切削和成形工件的各個(gè)端部和側(cè)邊，除此還包括工件的頂部表面。在一些可供選擇的實(shí)施例中，可以應(yīng)用多個(gè)切削頭，并且切削頭可以具有附加的自由度，因此旋轉(zhuǎn)刀頭軸線的對(duì)準(zhǔn)可以相對(duì)于工件的表面改變，及因此切削頭可以從工件的上面和下面二者接近工件，以便鉆孔、切削、刻刨、成形、或用別的方法修改工件的頂部和底部表面。
上述PCCMPS機(jī)床的實(shí)施例包括一個(gè)處理器控制器，上述處理器控制器可以通過一根計(jì)算機(jī)連接電纜130連接到一個(gè)主PC或別的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上。PCCMPS控制器象許多類型的電子和機(jī)電裝置的控制器一樣，對(duì)PCCMPS機(jī)床的實(shí)時(shí)控制及對(duì)PCCMPS機(jī)床的獨(dú)立控制負(fù)責(zé)。在大多數(shù)應(yīng)用中，PCCMPS機(jī)床的全部控制是一個(gè)主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)如主個(gè)人計(jì)算機(jī)的責(zé)任，上述主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)電纜130與PCCMPS控制器相互連接。PCCMPS控制器監(jiān)測(cè)來自包括在PCCMPS機(jī)器中的各種傳感器的環(huán)境輸入，上述傳感器可以包括用于檢測(cè)工件的形狀和位置、切削頭上的負(fù)載、PCCMPS機(jī)器各種不同位置和不同元件的溫度等的傳感器，及其它傳感器。主PC根據(jù)存儲(chǔ)的設(shè)計(jì)、模板、及由于用戶與主PC相互作用結(jié)果而部分或全部發(fā)出的指令來發(fā)出命令序列，并將命令傳送到控制器，然后控制器控制各PCCMPS元件實(shí)施每個(gè)命令。PCCMPS控制器借助通過埋置在PCCMPS機(jī)床中的各種傳感器檢測(cè)不安全條件，并使一個(gè)或多個(gè)元件如驅(qū)動(dòng)切削頭旋轉(zhuǎn)和工件與切削頭組件平移的電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，來促進(jìn)PCCMPS機(jī)器的安全操作，以防嚴(yán)重?fù)p壞。PCCMPS控制器可以包含足夠的存儲(chǔ)器，以便存儲(chǔ)各種命令序列，所述命令序列可用于一種基于命令的獨(dú)立操作，該基于命令的獨(dú)立操作由使用者通過一個(gè)與主PC圖象用戶接口(“GUI”)無關(guān)的控制板起動(dòng)和指示。
連接到PCCMPS機(jī)床上的主PC提供一個(gè)GUI，所述GUI讓用戶能繪圖、或構(gòu)圖反映幾乎無限數(shù)基本操作組合的設(shè)計(jì)和放樣，上述基本操作的組合由一種特定的鉆孔、切削、刻刨、成形、或其它刀頭與位置、線路、和曲線的組合限定。此外，用戶可以選擇通過GUI提取出各種能伸展和裝配到特定工件上的儲(chǔ)存的樣板和設(shè)計(jì)。安裝到切削頭上的探測(cè)刀頭可以讓PCCMPS機(jī)床在PC主機(jī)的指導(dǎo)下，在三維上機(jī)械式掃描一個(gè)特定的工件，以便確定工件的形狀和尺寸。一旦確定了工件的形狀和尺寸，完善的GUI接口就根據(jù)工件的初始形狀和尺寸給用戶提供繪圖或構(gòu)圖成品工件所希望的圖形和形狀的能力。此外，用安裝在切削頭內(nèi)的探頭可以數(shù)字式掃描現(xiàn)有的雕刻和已經(jīng)成形的材料，來數(shù)字式存儲(chǔ)現(xiàn)有雕刻和設(shè)計(jì)，以便在工件坯料上復(fù)制那種設(shè)計(jì)，幾乎和一個(gè)復(fù)印機(jī)在空白紙上復(fù)印存儲(chǔ)的正文一樣。GUI通過將較簡(jiǎn)單的圖象刻畫元素如曲線、線條、各種形狀和尺寸的表面、及簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)組合，支持由用戶進(jìn)行任意復(fù)雜設(shè)計(jì)的圖象組成。GUI使用戶能定位圖像刻畫的元素、改變簡(jiǎn)單圖象刻畫元素的尺寸，及甚至伸展和成形簡(jiǎn)單的元素，以便與所希望的設(shè)計(jì)和與工件預(yù)定的形狀和尺寸一致。最終，可以建立整個(gè)項(xiàng)目庫(kù)并電子地儲(chǔ)存，以便使用戶能建立一種復(fù)雜物體如一件家具、一個(gè)玩具小屋、一個(gè)商店招牌、一個(gè)模型、或另一種所希望的物體的許多不同部件和成分。這些項(xiàng)目庫(kù)使用戶能選擇一個(gè)物體、規(guī)定物體的尺寸，和然后從GUI接收一個(gè)為形成該物體所需的材料類型和數(shù)量明細(xì)表。一旦用戶獲得規(guī)定的材料，然后用戶可以開始這個(gè)項(xiàng)目，在此期間PC主機(jī)提醒用戶按預(yù)定的順序輸入各種材料，上述各種材料是PC指導(dǎo)用戶獲得。GUI甚至可以在完成復(fù)雜物體各部件時(shí)規(guī)定如何能把各種不同部件組裝，以便產(chǎn)生最終完整的物體。這些項(xiàng)目庫(kù)可以包括用于建立復(fù)雜而十分詳細(xì)的模型的項(xiàng)目，其中包括模型船、飛機(jī)、和火車、建筑園林附屬物、及其它這些業(yè)余愛好項(xiàng)目。實(shí)際上，可以想象幾乎無限數(shù)可能的物體。
圖2是圖1所示上述PCCMPS機(jī)床的分解圖。圖2的分解圖中所示的PCCMPS機(jī)床的元件包括一個(gè)放下刀架的手柄202、兩個(gè)鏈節(jié)板204-205、及兩個(gè)刀架連桿206-207，所述兩個(gè)刀架連桿206-207一起組成一個(gè)放下刀架的組件，該放下刀架的組件幫助在圖1中的z方向(128)上升降頭組件(圖1中的114)。放下刀架的手柄202附連到兩個(gè)鏈節(jié)板204和205上，上述鏈節(jié)板204和205其中每一個(gè)都旋轉(zhuǎn)式安裝到PCCMPS機(jī)床內(nèi)部構(gòu)架210的頂部構(gòu)件208和209上。刀架連桿206和207旋轉(zhuǎn)式附連到鏈節(jié)板204和205上，并附連到頭組件114上，以便當(dāng)手柄朝一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，各鏈節(jié)板繞它們可旋轉(zhuǎn)的固定件旋轉(zhuǎn)到構(gòu)架構(gòu)件208和209以便把刀架連桿206和207往上拉，并因而在內(nèi)部構(gòu)架210內(nèi)把整個(gè)頭組件114往上拉，及當(dāng)手柄朝相反方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，各鏈節(jié)板繞它們可旋轉(zhuǎn)的固定件旋轉(zhuǎn)到構(gòu)架構(gòu)件208和209，以便把刀架連桿206和207往下推，并因而在內(nèi)部構(gòu)架210內(nèi)把整個(gè)頭組件114往下推。4個(gè)下面的輥106-109旋轉(zhuǎn)式安裝到內(nèi)部構(gòu)架的底座上，以便提供一個(gè)水平平臺(tái)，在該水平平臺(tái)上工件可以在x方向(圖1中120)上前后運(yùn)動(dòng)。這些下面的輥是電機(jī)驅(qū)動(dòng)式，以便在x方向上前后平移工件。進(jìn)料盤104和105延伸較低的水平平臺(tái)，以便幫助工件無論從哪一側(cè)送入PCCMPS機(jī)床，用于與下面輥106-109和頭組件114內(nèi)兩個(gè)夾緊輥(圖2中未示出)接合。進(jìn)料盤提供用于長(zhǎng)工件的附加支承。進(jìn)料盤移動(dòng)工件的樞軸點(diǎn)更遠(yuǎn)離PCCMPS機(jī)床，以防大部分工件向上樞轉(zhuǎn)和滑動(dòng)。內(nèi)部構(gòu)架覆蓋有一個(gè)頂蓋212及兩個(gè)側(cè)蓋214和216。控制板218安裝在右面?zhèn)壬w216內(nèi)，以便供通過安裝在內(nèi)部的PCCMPS機(jī)床控制器獨(dú)立操作PCCMPS機(jī)床用，如上所述。
圖3是上述PCCMPS機(jī)床頭組件(圖1中114)的分解圖。頭組件圍繞頭組件構(gòu)架302組織。y軸和z軸組件304安裝在頭組件構(gòu)架302內(nèi)。y軸和z軸組件304包括用于朝y方向和z方向平移切削頭組件122的裝置。切削頭的旋轉(zhuǎn)由一個(gè)刻刀電動(dòng)機(jī)306驅(qū)動(dòng)。y軸和z軸組件304的y方向平移裝置由一個(gè)y軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)308提供動(dòng)力。一個(gè)撓性軸組件310將機(jī)械旋轉(zhuǎn)從切削頭電機(jī)306傳遞到切削頭組件122。兩個(gè)扭桿312和313旋轉(zhuǎn)式安裝到頭組件構(gòu)架302上，并且每個(gè)扭桿312和313在兩端處用扭桿小齒輪314-317加蓋。兩個(gè)夾緊輥318-319旋轉(zhuǎn)式安裝到夾緊輥襯套320-323上，上述夾緊輥襯套320-323依次又安裝到4個(gè)夾緊輥固定件328-331上。夾緊輥設(shè)計(jì)成將一個(gè)向下的垂直夾緊力施加在工件上，通過4個(gè)夾緊輥彈簧324-327使工件保持相對(duì)固定不變，而不管工件厚度的變化。4個(gè)夾緊輥固定件328-331固定到頭組件構(gòu)架302上。一個(gè)y軸歸位傳感器322，和一個(gè)刀頭傳感器發(fā)射器334，都固定到頭組件構(gòu)架302上。通過一個(gè)y軸小齒輪309將y方向平移功率從y軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)308傳送到y(tǒng)方向平移裝置上，上述y軸小齒輪309附連到y(tǒng)軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)的軸上。y軸歸位傳感器332和刀頭傳感器發(fā)射器334都安裝到頭組件構(gòu)件302上，如圖3所示。
圖4是上述PCCMPS機(jī)床的垂直剖視圖，圖4示出放下刀架的手柄、鏈節(jié)板、及相對(duì)于上述PCCMPS機(jī)床內(nèi)部構(gòu)架和頭組件連接的構(gòu)造，以及在上述PCCMPS機(jī)床內(nèi)部構(gòu)架上扭桿小齒輪與對(duì)應(yīng)齒條的接合。如上所述，放下刀架的手柄固定式附連到一個(gè)鏈節(jié)板205上，一個(gè)連桿207樞軸式附連到上述鏈節(jié)板205上。連桿207也樞軸式附連到頭組件構(gòu)架302上。放下刀架的手柄202從圖4所示的垂直位置向下和向左的運(yùn)動(dòng)使鏈節(jié)板205繞它的樞軸點(diǎn)402旋轉(zhuǎn)，同時(shí)把連桿207朝上拉。放下刀架的手柄202從圖4所示的垂直位置向下和向右的運(yùn)動(dòng)使連桿207旋轉(zhuǎn)到右邊，同時(shí)放下連桿207。連桿207的升降將一個(gè)垂直平移賦予頭組件114，并且當(dāng)扭桿小齒輪沿著相應(yīng)的齒條416和417凹槽垂直平移到內(nèi)部構(gòu)架210的垂直構(gòu)件418和419內(nèi)側(cè)中時(shí)，頭組件相應(yīng)地隨著扭桿小齒輪314和315的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)而在內(nèi)部構(gòu)件210內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)。使頭組件變硬并通過扭桿314-315相對(duì)于PCCMPS機(jī)床的底座102和內(nèi)部構(gòu)架210制成方形。各扭桿貫穿頭組件并用小齒輪加蓋。小齒輪與齒條416-417凹槽接合并沿軌道進(jìn)入內(nèi)部構(gòu)件210的垂直構(gòu)件418-419中。使可用于頭組件的唯一的撓曲方式是通過垂直平移和當(dāng)它們沿著垂直軌道418-419行駛時(shí)伴隨扭桿小齒輪的旋轉(zhuǎn)。將扭桿小齒輪和扭桿定好尺寸，以便在一個(gè)實(shí)施例中，跨過刀架結(jié)構(gòu)可能發(fā)生不大于0.001英寸的撓曲。結(jié)果，上述PCCMPS機(jī)床的頭組件是成本低、重量輕、及還有足夠剛性，以便可通過切削頭組件位置和工件位置的計(jì)算機(jī)控制，用于工件的精密雕刻和成形，如上所述。在一個(gè)實(shí)施例中，各夾緊輥(圖3中的318-319)是具有0.5英寸厚天然橡膠覆蓋物的5/8”直徑鋼桿。如上所述，這些夾緊輥在夾緊輥襯套320-323內(nèi)旋轉(zhuǎn)，上述夾緊輥襯套320-323依次又安放在夾緊輥固定件328-331內(nèi)。夾緊輥彈簧324-327安裝在夾緊輥襯套328-331和頭組件構(gòu)架302之間，以便在工件上保持一個(gè)比較恒定的向下力。當(dāng)頭組件降低，通過放下刀架的手柄202并鎖緊時(shí)，通過工件把夾緊輥往上推，同時(shí)壓縮彈簧。
圖5是上述PCCMPS機(jī)床的垂直剖視圖，該圖5更詳細(xì)示出夾緊輥到頭組件構(gòu)架上的安裝。在圖5中，夾緊輥彈簧324和325安裝到夾緊輥固定件330和331的相應(yīng)桿502-503上，同時(shí)將一個(gè)向下的力施加在安裝于夾緊輥固定件330和331內(nèi)的夾緊輥襯套322和323上。圖5還示出扭桿小齒輪414-415，上述扭桿小齒輪414-415在垂直齒條416和417凹槽內(nèi)行駛到PCCMPS機(jī)床內(nèi)部構(gòu)架210的垂直構(gòu)件418和419中。在一個(gè)可供選擇的實(shí)施例中，齒條可以分開制造并固定到垂直構(gòu)件上。
圖6是上述PCCMPS機(jī)床y軸和z軸組件的分解圖。如上所述，一個(gè)y軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)308和y軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)小齒輪309都安裝到y(tǒng)軸和z軸組件上，以便為切削頭的y方向平移提供動(dòng)力。此外，一個(gè)z軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)602和z軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)小齒輪604安裝到y(tǒng)軸和z軸組件上，以便給驅(qū)動(dòng)切削頭組件朝z方向平移提供動(dòng)力。y軸和z軸組件的y軸部分包括一個(gè)y軸滑動(dòng)架606，一個(gè)y軸齒傳動(dòng)皮帶608，該y軸齒傳動(dòng)皮帶608安裝到一個(gè)y軸傳動(dòng)齒輪和齒皮帶輪610內(nèi)的槽中，及一個(gè)y軸返回齒皮帶輪612。一個(gè)y軸張緊器板614用作y軸返回齒皮帶輪的一個(gè)固定件，上述y軸張緊器板614可改變外形固定到y(tǒng)軸606上，以便調(diào)節(jié)y軸齒皮帶608中的張力。y軸和z軸組件的z軸部分包括一個(gè)z軸滑動(dòng)架和一個(gè)z軸齒皮帶620，上述z軸滑動(dòng)架是在y軸滑動(dòng)架組件618的內(nèi)側(cè)上，而上述z軸齒皮帶620安裝到一個(gè)z軸傳動(dòng)齒輪和齒皮帶輪622及一個(gè)z軸齒返回皮帶輪624內(nèi)的槽中。在z軸齒皮帶620上的張力通過一個(gè)張緊器板626調(diào)節(jié)，z軸齒返回皮帶輪624安裝到上述張緊器板626上。在y軸和z軸組件的z軸部分中還包括一個(gè)z歸位開關(guān)626、板傳感器628、和刀頭傳感器檢測(cè)器630。y軸和z軸組件的y軸部分和z軸部分提供用于分別在y方向和z方向上平移切削頭組件的y方向和z方向平移裝置。因此y軸和z軸組件對(duì)切削頭在y方向和z方向上的運(yùn)動(dòng)負(fù)責(zé)。切削頭的旋轉(zhuǎn)由切削頭電機(jī)(圖3中的306)驅(qū)動(dòng)，所述切削頭電機(jī)通過撓性軸組件(圖3中的310)把機(jī)械旋轉(zhuǎn)傳送到切削頭上，上述撓性軸組件穿過撓性軸終端護(hù)套631安裝。通過不把比較重的切削頭驅(qū)動(dòng)電機(jī)306安裝到切削頭組件122上，最終的切削頭組件重量比較輕，并且可以很容易通過較低功率的y軸和z軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)308和602加速和運(yùn)動(dòng)。
圖7是上述PCCMPS機(jī)床的y軸和z軸組件透視圖。如圖7所示，y軸齒皮帶608安裝到y(tǒng)軸傳動(dòng)齒輪和齒皮帶輪610和y軸返回皮帶輪612上，以便朝y方向上平移y軸滑動(dòng)架組件618。y軸齒皮帶608通過一個(gè)皮帶卷曲附連到y(tǒng)軸滑動(dòng)架組件618上。y軸滑動(dòng)架組件618通過許多滾珠承輥在y軸滑動(dòng)架內(nèi)滾動(dòng)，上述滾珠軸承的其中之一702在圖7中部分示出。同樣，z軸滑動(dòng)架組件619通過一個(gè)皮帶卷曲附連到z軸齒皮帶620上，以便使切削頭組件122能通過在z滑動(dòng)架616中上下滾動(dòng)朝z方向平移，并通過z軸傳動(dòng)齒輪和齒皮帶輪622由z軸軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)602驅(qū)動(dòng)。z軸齒皮帶620安裝到z軸傳動(dòng)齒輪和齒皮帶輪622及z軸齒返回皮帶輪624內(nèi)的槽上。y軸返回皮帶輪安裝到y(tǒng)軸張緊器板614上，所述張緊器板614本身又固定到y(tǒng)軸滑動(dòng)架606上，而z軸返回皮帶輪624安裝到z軸張緊器板626上，所述張緊器板626本身又安裝到z軸滑動(dòng)架616上。如圖7所示，z軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)小齒輪309被y軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)308旋轉(zhuǎn)，并與y軸傳動(dòng)齒輪610嚙合，以便將機(jī)械旋轉(zhuǎn)傳送到y(tǒng)軸傳動(dòng)齒輪和齒皮帶輪610上。采用一種類似的構(gòu)造來將機(jī)械旋轉(zhuǎn)從z軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)小齒輪604傳送到z軸傳動(dòng)齒輪和齒皮帶輪622上。
圖8是上述PCCMPS機(jī)床的z軸滑動(dòng)架組件(圖7中619)分解圖。z軸滑動(dòng)架組件包括3個(gè)滾珠軸承輥802-804，所述3個(gè)軸承輥802-804穿過z軸滑動(dòng)架板814中的孔810-812旋轉(zhuǎn)式安裝到筆直的軸承支承件806-807和一個(gè)偏置軸承支承件808上。切削頭組件包括兩個(gè)軸承816和818，快速變化的組件820通過上述切削頭組件安裝到心軸固定件822上，所述心軸固定件822通過幾個(gè)緊固件固定到z滑動(dòng)架板814上，上述幾個(gè)緊固件通過z軸滑動(dòng)架板中的孔824-826。如上所述，z軸滑動(dòng)架組件122通過滾珠軸承輥802-804在z滑動(dòng)架(圖7中616)內(nèi)滾動(dòng)，以便在z方向上平移切削頭組件。圖9是上述PCCMPS機(jī)床組件122的z軸滑動(dòng)架從圖8所示的z軸滑動(dòng)架對(duì)面一側(cè)看的平面圖，圖9示出滾珠軸承輥802-804在z滑動(dòng)架組件內(nèi)的三角形構(gòu)造。滾珠軸承輥802和803分別安裝到筆直的軸承支承件806和807上，而滾珠軸承輥804安裝到偏置軸承支承件808上。軸承磨擦阻力可以通過旋轉(zhuǎn)偏置軸承固定件808并將它向下擰緊進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖10是上述PCCMPS機(jī)床的垂直剖視圖，圖10示出滾珠軸承輥1002和1004，所述滾珠軸承輥1002和1004固定到y(tǒng)軸滑動(dòng)架組件618上，該y軸滑動(dòng)架組件618安放在y軸滑動(dòng)架606的槽內(nèi)。
圖11是上述PCCMPS機(jī)床的快速更換組件(圖8中820)的分解圖。快速變換組件820包括一個(gè)刀頭裝配器124，切削刀頭1102插入上述刀頭裝配器124中并用定位螺釘1104和1105固定。快速更換的心軸1106插入切削頭組件的心軸固定件(圖8中822)內(nèi)，并通過一個(gè)定位環(huán)1108保持在心軸固定件(圖8中822)內(nèi)。一個(gè)促動(dòng)彈簧1110插入一個(gè)促動(dòng)環(huán)1112中，并且二者在快速更換心軸1106的底座1114上滑動(dòng)。定位環(huán)1108夾持促動(dòng)環(huán)1112，并通過一部分裝配到快速更換心軸1106的底座1114上的槽1116中，和一部分裝配到促動(dòng)環(huán)1112的細(xì)長(zhǎng)槽1118中限制它的運(yùn)動(dòng)。定位鋼球1120和1122插入快速更換心軸1106底座1114內(nèi)的孔1124和1125中。促動(dòng)彈簧1110將促動(dòng)環(huán)1112往下推。促動(dòng)環(huán)1112內(nèi)徑的錐形表面依次將定位鋼球向內(nèi)壓。在促動(dòng)環(huán)上升起時(shí)除去定位鋼球上的向內(nèi)壓力，同時(shí)讓定位鋼球向外移動(dòng)。切削刀頭1102插入刀頭裝配器124中，并用定位螺釘1104-1105固定。然后將刀頭裝配器插入快速更換心軸1106的底端。刀頭裝配器和快速更換心軸的內(nèi)孔具有匹配的斜度，以便保證準(zhǔn)確的軸向刀頭對(duì)準(zhǔn)。定位螺釘?shù)念^部裝配到快速更換心軸上的槽1126-1127中。這種構(gòu)造能使心軸扭矩通過刀頭裝配器平移到刀頭上。定位鋼球1120-1122卡扣到刀頭裝配器1124內(nèi)的槽1128中，同時(shí)將刀頭裝配器鎖緊在適當(dāng)位置。在促動(dòng)環(huán)1112簡(jiǎn)單升起時(shí)松開刀頭裝配器和刀頭。
圖12是上述PCCMPS機(jī)床底座驅(qū)動(dòng)組件的分解圖。底座驅(qū)動(dòng)組件包括4個(gè)下面的輥106-109，上述下面的輥106-109的軸插入襯套中，所述各襯套安裝到PCCMPS機(jī)床內(nèi)部構(gòu)架210的下面水平構(gòu)件1202和1203內(nèi)的孔中。帶齒下面輥驅(qū)動(dòng)皮帶輪1206-1209固定到下輥軸上，以便接收由x軸齒皮帶1211所傳送的機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，上述x軸齒皮帶1208由x軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)1210驅(qū)動(dòng)。x軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)1210通過x軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸1212傳送機(jī)械旋轉(zhuǎn)，同時(shí)貫穿一個(gè)底座驅(qū)動(dòng)板1216中的孔1214，x軸傳動(dòng)小齒輪1218安裝到上述底座驅(qū)動(dòng)板1216上與x軸小齒輪/齒輪1220嚙合，并把機(jī)械旋轉(zhuǎn)傳遞到x軸小齒輪/齒輪1220上。x軸小齒輪/齒輪1220以底部驅(qū)動(dòng)板1216為樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并嚙合一個(gè)第二x軸驅(qū)動(dòng)齒輪1222。x軸齒皮帶輪安裝到第二x軸驅(qū)動(dòng)齒輪1222上和安裝到下面輥齒皮帶輪1206-1209上。x軸皮帶空轉(zhuǎn)輪1226-1227，和1229附連到底座驅(qū)動(dòng)板1216上，以保證在所有4個(gè)下面的輥齒皮帶輪1206-1209上所必需的齒嚙合。
圖13是上述PCCMPS機(jī)床底部的分解圖。PCCMPS機(jī)床的底座102包括一個(gè)下面的底座結(jié)構(gòu)1302，和一個(gè)電子防塵罩1304、內(nèi)部構(gòu)架(圖2中210)的兩個(gè)側(cè)邊1306和1308、一塊方形板1310、一個(gè)方形板桿1312、4個(gè)進(jìn)料盤樞軸固定件1314-1317、8個(gè)下面輥襯套1318-1325、兩個(gè)頂部支承桿1328和1329、一個(gè)電源1330、和裝在PCCMPS內(nèi)部的控制器1332。4個(gè)下面輥1206-1209在驅(qū)動(dòng)輥襯套1318-1325內(nèi)旋轉(zhuǎn)。上述驅(qū)動(dòng)輥襯套1318-1325壓入內(nèi)部構(gòu)架210兩個(gè)側(cè)邊1306和1308內(nèi)的孔1334-1340(圖13遮住一個(gè)孔)中。內(nèi)部構(gòu)架的兩個(gè)側(cè)邊1306和1308安裝到底座結(jié)構(gòu)1302上。電子防塵罩1304安裝在電源1330上方，及控制器1332安裝到底座結(jié)構(gòu)1302的底上。方形板1310安放在方形板桿1312上，并安放在電子防塵罩和各驅(qū)動(dòng)輥之間。內(nèi)部構(gòu)架還包括兩個(gè)頂部支承桿1328-1329，上述頂部支承桿1328-1329形成內(nèi)部構(gòu)架(圖2中210)的上部水平構(gòu)件。
圖14和15分別示出處于伸出和關(guān)閉位置的進(jìn)料盤(圖1中104和105)。進(jìn)料盤伸出如圖14所示用于PCCMPS機(jī)床工作。進(jìn)料盤提供用于長(zhǎng)工件的附加支承件。進(jìn)料盤使工件的樞軸點(diǎn)移動(dòng)遠(yuǎn)離PCCMPS機(jī)床，以防大部分工件向上樞軸旋轉(zhuǎn)和壓倒夾緊輥彈簧(圖3中324-327)，上述夾緊輥彈簧本身又減少了工件與下面輥的接觸，工件在x方向上通過上述下面輥平移。如圖15中所示，進(jìn)料盤可以折疊起來用于PCCMPS機(jī)床的緊湊貯存。
y軸歸位光束中斷傳感器(圖3中322)安裝到刀架結(jié)構(gòu)上，并通過y滑動(dòng)架組件上的一個(gè)旋塞松開。z軸歸位光束中斷傳感器(圖6中626)安裝到y(tǒng)滑動(dòng)架組件上，并通過z滑動(dòng)架組件上的一個(gè)翼片松開。刀頭傳感器是一種光束傳感器，它包括刀頭傳感器發(fā)射器(圖3中334)和一個(gè)刀頭傳感器檢測(cè)器(圖6中的630)，上述刀頭傳感器發(fā)射器安裝到刀架結(jié)構(gòu)上，而上述刀頭傳感器檢測(cè)器安裝到y(tǒng)滑動(dòng)架組件上。發(fā)射器檢測(cè)器和發(fā)射器垂直地排成一行。為了檢測(cè)刀頭，y滑動(dòng)架組件移動(dòng)以水平對(duì)準(zhǔn)發(fā)射器檢測(cè)器。然后向下移動(dòng)z滑動(dòng)架組件，直至刀頭擋住光束時(shí)為止。板傳感器是一種具有0.25英寸范圍的光反射式傳感器，并安裝到y(tǒng)滑動(dòng)架組件的底座上。另外，在PCCMPS機(jī)床上的傳感器包括在壓縮環(huán)上的簡(jiǎn)單接觸開關(guān)，在沒有工件夾緊到機(jī)床上的情況下，上述接觸開關(guān)將使PCCMPS機(jī)床停止運(yùn)行。還可以包括一些在安全罩上的接觸開關(guān)，上述安全罩防止操作人員在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)他或她的手能靠近切削刀頭。
如上所述，頭組件通過圖2和4所示的頭朝下的桿202和相關(guān)機(jī)構(gòu)升降。許多其它可供選擇的構(gòu)造也是可以的。可以將返回彈簧加到蓋上，并且下面可以安放到一個(gè)側(cè)邊上，及刀架升降組件可以用一個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。刀架定位也可以通過用安裝到PCCMPS機(jī)床無論哪一個(gè)側(cè)邊上的一個(gè)曲柄和絲杠完成。圖16示出一個(gè)用于升降頭組件的可供選擇的曲柄和絲杠機(jī)構(gòu)分解圖。曲柄和絲杠機(jī)構(gòu)包括一個(gè)離合器組件1602、一個(gè)絲杠頂部傘齒輪1604、兩個(gè)垂直絲杠1606-1607、兩個(gè)絲桿軸承1608-1609、兩個(gè)絲杠軸承定位器1610和1611、兩個(gè)絲杠底部傘齒輪1612和1613、兩個(gè)側(cè)向穩(wěn)定器1614和1616、一個(gè)絲杠扭矩系桿1618、兩個(gè)系桿傘齒輪1620-1622、及兩個(gè)系桿固定板1624和1626。兩個(gè)垂直絲杠1606-1607的上端固定在側(cè)向穩(wěn)定器1614和1616的孔中。兩個(gè)垂直絲杠的下端壓入絲杠軸承1612和1613中，上述絲杠軸承1612和1613安放在PCCMPS機(jī)床底座內(nèi)的絲杠軸承槽1628(一個(gè)絲杠軸承槽被擋住)中。加到曲柄組件1602上的扭矩通過絲杠頂部傘齒輪1604傳遞到左面的垂直絲杠1606上。然后扭矩通過左面的絲杠底部傘齒輪1612傳送到系桿1618上，及通過右面的系桿傘齒輪1622和右面的絲杠底部傘齒輪1613從系桿傳送到右面的垂直絲杠1607上。
圖17示出頭組件和垂直絲杠之間的接口。為適應(yīng)曲柄和絲杠構(gòu)造1702而修改的頭組件當(dāng)扭矩加到圖16中的曲柄組件1602上時(shí)朝z軸方向上下平移器。將內(nèi)部帶螺紋的絲杠螺母1706和鎖緊螺母1704擰到垂直絲杠1607上。垂直絲杠和絲杠螺母具有匹配的螺紋，并因此當(dāng)扭矩加到曲柄組件上和垂直絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，各垂直絲杠沿著垂直絲杠1607上下運(yùn)動(dòng)。絲杠螺母固定在頭組件內(nèi)的孔中，并通過鎖緊螺母1704防止旋轉(zhuǎn)。
圖18是曲柄組件(圖16中的1602)的分解圖。曲柄組件包括一個(gè)簡(jiǎn)單的滑動(dòng)離合器，以便保證用一個(gè)一致的力迫使頭組件向下落到工件上。曲柄組件包括一個(gè)曲柄手柄1802、一個(gè)預(yù)加載彈簧1804、一個(gè)扭矩滑動(dòng)板1806、一個(gè)曲軸組件軸1808、一個(gè)側(cè)向穩(wěn)定器1614、一個(gè)槽式傘齒輪1810、及一個(gè)手柄固定螺母1812。曲柄組件軸1808穿過側(cè)向穩(wěn)定器1614中的孔1814、穿過槽式傘齒輪1810中的孔1816，插入并擰到側(cè)向穩(wěn)定器1614的壁上。槽式傘齒輪1810自由旋轉(zhuǎn)，但沿著軸受側(cè)向穩(wěn)定器壁和曲柄組件軸1808上的一個(gè)凸緣1818約束。預(yù)加載彈簧1804和扭矩滑動(dòng)板1806滑動(dòng)到鍵控曲軸柄上，且扭矩滑動(dòng)板受它的內(nèi)部平面1820和曲軸柄上的平面1822約束不能旋轉(zhuǎn)。曲軸柄、滑動(dòng)件和扭矩滑動(dòng)板裝配到曲柄組件軸上，并用曲軸柄固定螺母1812固定。一旦裝配完成，預(yù)加載彈簧1804就迫使扭矩滑動(dòng)板1806和槽式傘齒輪1810在一起。扭矩滑動(dòng)板1806和槽式傘齒輪1810兩者之間的摩擦力消除了它們之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，直至超過一個(gè)極限扭矩和扭矩滑動(dòng)板滑動(dòng)時(shí)為止。發(fā)生這種滑動(dòng)的扭矩可通過改變彈簧和組件的幾何形狀調(diào)節(jié)。各絲杠還可以通過一個(gè)齒輪組、皮帶系統(tǒng)、或一個(gè)卷繞的電纜系統(tǒng)同步。圖19是曲軸組件(圖16中1602)的剖視圖。
刀架鎖緊可以在PCCMPS機(jī)床內(nèi)用一個(gè)摩擦夾鉗、一個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)、或一個(gè)棘輪完成。圖20是一種預(yù)加載的摩擦夾鉗系統(tǒng)分解圖。預(yù)加載摩擦夾鉗系統(tǒng)2000包括一個(gè)鎖緊柄2002、兩個(gè)鎖緊拉桿2004和2006、兩個(gè)鎖緊拉桿止動(dòng)器2008和2010、及兩個(gè)鎖緊夾鉗臂2012和2014。鎖緊柄2002繞它的中心樞軸旋轉(zhuǎn)，并含有兩個(gè)可變半徑的槽2016和2018，每個(gè)鎖緊拉桿1204和1206的其中一端安放在上述可變半徑的槽2016和2018中。鎖緊拉桿2004和2006的另一端分別插入鎖緊夾鉗臂2012和2014內(nèi)的孔2020和2022中，上述鎖緊拉桿2004和2006的另一端也樞軸旋轉(zhuǎn)。
轉(zhuǎn)動(dòng)鎖緊柄2002迫使鎖緊拉桿2004和2006沿著可變半徑的槽2016和2018活動(dòng)，同時(shí)將鎖緊拉桿2004和2006朝鎖緊柄2002的中心方向拉。這迫使鎖緊夾鉗臂2012和2014樞軸旋轉(zhuǎn)，并且也給它們預(yù)加載貼著PCCMPS機(jī)床內(nèi)部構(gòu)架210的垂直軌道(圖20中未示出)，同時(shí)將頭組件114鎖緊在適當(dāng)位置中。
在一些可供選擇的實(shí)施例中，底座驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以用許多不同的方法構(gòu)成。例如，可以用不同數(shù)量的下面輥。可供選擇地，可以把在x方向上平移工作的動(dòng)力加到夾緊輥上，而不是加到下面輥上。在某些實(shí)施例中，下面輥可以完全省去。在另一個(gè)實(shí)施例中，下面輥可以用運(yùn)輸機(jī)皮帶系統(tǒng)代替。運(yùn)輸機(jī)皮帶系統(tǒng)可以制成一個(gè)連續(xù)的運(yùn)輸機(jī)皮帶或兩個(gè)分開的運(yùn)輸機(jī)皮帶，一個(gè)放在一對(duì)前輥之間，而另一個(gè)在一對(duì)后輥之間運(yùn)轉(zhuǎn)。運(yùn)輸機(jī)皮帶可以包括許多高摩擦表面材料如橡膠或砂紙。圖21上兩個(gè)運(yùn)輸機(jī)皮帶系統(tǒng)的分解圖。運(yùn)輸機(jī)皮帶系統(tǒng)包括一個(gè)前運(yùn)輸機(jī)皮帶組件2102，和后運(yùn)輸機(jī)皮帶組件2104，一個(gè)齒傳動(dòng)皮帶2106、一個(gè)四方定位板2108、一個(gè)傳動(dòng)皮帶電機(jī)組件2110、一個(gè)傳動(dòng)皮帶張緊板2112、4個(gè)皮帶輸送機(jī)組件對(duì)準(zhǔn)/張力托架2114-2117、及PCCMPS機(jī)床底座102。前和后運(yùn)輸機(jī)皮帶2102和2104用齒傳動(dòng)皮帶2106旋轉(zhuǎn)式系在一起，上述齒傳動(dòng)皮帶2106由傳動(dòng)皮帶電機(jī)組件2110驅(qū)動(dòng)。四方定位板2108起一個(gè)導(dǎo)向件作用，當(dāng)工件通過機(jī)床進(jìn)給時(shí)，四方定位板2108保持工件筆直。傳動(dòng)皮帶張緊皮帶2112預(yù)先張緊傳動(dòng)皮帶，并保證前和后運(yùn)輸機(jī)皮帶總是以相同的速率運(yùn)轉(zhuǎn)。運(yùn)輸機(jī)皮帶組件對(duì)準(zhǔn)/張力托架2114-2117供完全跟蹤調(diào)節(jié)和張緊運(yùn)輸機(jī)皮帶系統(tǒng)用。圖22示出一個(gè)運(yùn)輸機(jī)皮帶組件(圖21中的2102和2104)的分解圖。運(yùn)輸機(jī)皮帶組件由一個(gè)皮帶支承托架2202、一個(gè)被動(dòng)空轉(zhuǎn)輥2204、一個(gè)上膠的驅(qū)動(dòng)輥2206、一個(gè)運(yùn)輸機(jī)皮帶2208、4個(gè)輥襯套2210-2213、及驅(qū)動(dòng)輥齒輪/皮帶輪2216組成。輥襯套2210-2213裝配到空轉(zhuǎn)輥及驅(qū)動(dòng)輥2204和2206的端部上，并插入安裝到運(yùn)輸機(jī)皮帶托架2202上的槽2218-2221中。運(yùn)輸機(jī)皮帶2208在兩個(gè)輥2204和2206上滑動(dòng)，并安放在皮帶支承托架2202上，上述皮帶支承托架2202提一個(gè)很平的表面，工件可以在上述很平的表面上朝x方向前后移動(dòng)。驅(qū)動(dòng)輥齒輪/皮帶輪2216固定以上膠的驅(qū)動(dòng)輥2206上，并且齒輪傳送來自傳動(dòng)皮帶電機(jī)組件(圖21中的2110)的扭矩。皮帶輪旋轉(zhuǎn)式將前運(yùn)輸機(jī)皮帶組件(圖21中的2102)系到后運(yùn)輸機(jī)皮帶組件(圖21中的2104)上。圖23是圖21所示完全裝配好的運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)透視圖。傳動(dòng)皮帶張緊板2112迫使各驅(qū)動(dòng)輥2206分開并在傳動(dòng)皮帶中感生張力。運(yùn)輸機(jī)皮帶組件對(duì)準(zhǔn)/張力托架2115通過轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)螺釘2302進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保證合適的運(yùn)輸機(jī)皮帶張力和跟蹤。
圖24示出一種工件四方機(jī)構(gòu)可供選擇的實(shí)施例。它由一個(gè)四方板2404、一個(gè)四方板固定器2404、及一個(gè)領(lǐng)緊指輪2406組成。四方板沿著底座102內(nèi)一個(gè)精密槽2408滑動(dòng)，上述四方板通過底座和頭組件操作兩者保持它的方形，把工件插入機(jī)床，并往上推貼著四方定位板(圖20中的2012)。然后調(diào)節(jié)四方板2402，以便將工件的束在四方板2402和四方定位板2012之間，同時(shí)保證工件以一種可預(yù)示和可重復(fù)的方式送入和送出機(jī)床。
圖25示出一個(gè)工件高度傳感器。工件高度傳感器由一個(gè)隆起的高度標(biāo)定線2502和高度傳感器標(biāo)志2504組成。高度傳感器標(biāo)志2504附連到隆起的高度標(biāo)定線2502上，上述高度傳感器標(biāo)志2504安裝在頭組件114下側(cè)內(nèi)的一個(gè)槽中并自由旋轉(zhuǎn)。如果一個(gè)工件安裝在PCCMPS機(jī)床中，則隆起的高度標(biāo)定線的弧2506擱在工件的表面上并自由旋轉(zhuǎn)。設(shè)置在y軸滑動(dòng)架組件上的光束中斷傳感器測(cè)量高度傳感器標(biāo)志2504的位置。
盡管本發(fā)明已經(jīng)根據(jù)一個(gè)特定的實(shí)施例進(jìn)行了說明，但是不打算把本發(fā)明限于這個(gè)實(shí)施例。對(duì)該技術(shù)的技術(shù)人員來說，在本發(fā)明精神范圍內(nèi)的各種修改是顯而易見的。例如，PCCMPS機(jī)床可以裝備有大量不同類型的附件?？梢约右粋€(gè)刀頭變換系統(tǒng)到PCCMPS機(jī)床上，上述刀頭變換系統(tǒng)包括支架，所述支架裝配在PCCMPS機(jī)床的前面，并夾持許多刀頭。當(dāng)起初時(shí)，支架向下移動(dòng)并接合快速變換組件的環(huán)，同時(shí)將刀頭交付到支架中。然后將切削頭組件移動(dòng)到一個(gè)位置，所述位置相應(yīng)于下一個(gè)所希望的貯存在支架內(nèi)的刀頭，和然后向下平移以便接合貯存的刀頭。然后支架向旁邊移動(dòng)，同時(shí)將新的刀頭留在快速變換的心軸中?？梢约右粋€(gè)三維掃描器。三維掃描器包括一個(gè)探頭，所述探頭連接到一個(gè)簡(jiǎn)單的接觸開關(guān)上。掃描器使機(jī)床能電子地給現(xiàn)有工件的表面繪圖。光學(xué)掃描法還可以包括一個(gè)小攝像機(jī)?？梢园ㄓ糜谶M(jìn)給薄的或者小的工件的附加支承板，以及定制的刀頭、進(jìn)給支承架、及集塵系統(tǒng)。還可以將各種安全罩加到PCCMPS機(jī)床上。PCCMPS機(jī)床可以定標(biāo)到幾乎任何尺寸。PCCMPS機(jī)床還可以適合于在剛性或半剛性材料內(nèi)使用。除了在上面實(shí)施例中所述的機(jī)械切削頭之外，一種激光器頭可以用于激光雕刻和切削，可以加一個(gè)噴砂頭用于蝕刻，可以應(yīng)用噴墨頭或噴槍頭給工件噴漆和染色。如上所述，PCCMPS機(jī)床可以增大，以便可以完成許多獨(dú)立應(yīng)用的功能，其中包括刨平、噴砂、接合、邊緣刻刨、刻刨、開榫槽、楔形接合、及交叉接合。PCCMPS機(jī)床能用一個(gè)末端固定件或拉鏈刀頭切削木材或其它剛性或半鋼性材料。通過使切削頭組件在z軸方向上振動(dòng)而同時(shí)使刀頭與工件接合，可以顯著改善切削效果。
上述用于解釋目的的說明采用專門術(shù)語，以便提供充分理解本發(fā)明。然而，很顯然，為了實(shí)施本發(fā)明，該技術(shù)的技術(shù)人員不需要專門的細(xì)節(jié)。本發(fā)明特定實(shí)施例的上述說明代表用于舉例和說明的目的。不打算它們是詳盡無遺的或者把本發(fā)明限制到所公開的精確形式。鑒于上述情況，顯然許多修改和變化是可能的。圖示和說明一些實(shí)施例，為的是最好的闡明本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用，以便由此使該技術(shù)的技術(shù)人員能最佳利用本發(fā)明及具有各種修改的各種實(shí)施例，因?yàn)檫@些實(shí)施例適合于所考慮的特定用途。打算本發(fā)明的范圍受后面的權(quán)利要求書及其等效物限定。
權(quán)利要求
1.一種處理器控制式雕刻、多用途成形、和工件修改裝置，它修改工件，處理器控制式雕刻和多用途成形裝置包括一個(gè)切削頭；一個(gè)頭組件，所述頭組件包括側(cè)向和垂直平移器，以便在側(cè)向和垂直方向上平移切削頭；一個(gè)工件平移器，所述工件平移器在水平方向上平移工件；及一個(gè)控制器，所述控制器控制側(cè)向平移器、垂直平移器、和水平平移器，以便將安裝到切削頭上的工件修改裝置在規(guī)定位置處設(shè)置在工件之上或工件之內(nèi)，并在工件之上或工件之內(nèi)沿著規(guī)定的路線移動(dòng)工件修改裝置以便修改工件。
2.按照權(quán)利要求1所述的處理器控制式雕刻、多用途成形、和工件修改裝置，其中處理器控制式雕刻和多用途成形裝置利用下述方法的其中之一或一種組合修改工件用一個(gè)成形刀頭工件修改裝置成形工件；用一個(gè)刻刨刀頭工件修改裝置刻刨工件；用鉆頭工件修改裝置鉆工件；用一個(gè)切削刀頭工件修改裝置切削工件；用一個(gè)基于激光的工件修改裝置切削或燒蝕工件；及用一種噴砂或噴丸工件修改裝置砂磨或雕蝕工件。
3.按照權(quán)利要求1所述的處理器控制式雕刻、多用途成形、和工件修改裝置，還包括一個(gè)與控制器互連的主計(jì)算機(jī)。
4.按照權(quán)利要求3所述的處理器控制式雕刻、多用途成形、和工件修改裝置，其中主計(jì)算機(jī)電子地貯存工件設(shè)計(jì)，并且產(chǎn)生和傳送相應(yīng)的一系列命令到控制器以將工件修改到符合貯存的工件設(shè)計(jì)。
5.按照權(quán)利要求4所述的處理器控制式雕刻、多用途成形、和工件修改裝置，其中主計(jì)算機(jī)提供一個(gè)圖象用戶接口，以允許操作人員創(chuàng)造一個(gè)主計(jì)算機(jī)電子地貯存的工件設(shè)計(jì)。
6.按照權(quán)利要求3所述的處理器控制式雕刻、多用途成形、和工件修改裝置，其中主計(jì)算機(jī)電子地貯存一組命令，并將這組命令傳送到控制器以指示控制器修改工件。
7.按照權(quán)利要求4所述的處理器控制式雕刻、多用途成形、和工件修改裝置，其中主計(jì)算機(jī)提供一個(gè)圖像用戶接口，以便允許操作人員創(chuàng)造一組主計(jì)算機(jī)電子地貯存的命令。
8.按照權(quán)利要求1所述的處理器控制式雕刻、多用途成形、和工件修改裝置，其中控制器控制一個(gè)機(jī)械切削頭、一個(gè)側(cè)向平移驅(qū)動(dòng)電機(jī)、一個(gè)水平平移驅(qū)動(dòng)電機(jī)、及一個(gè)垂直平移驅(qū)動(dòng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。
9.按照權(quán)利要求8所述的處理器控制式雕刻、多用途成形、和工件修改裝置，其中控制器接收來自若干傳感器的輸入，所述這些傳感器埋置于處理器控制式雕刻、多用途成形、和工件修改裝置中，以便檢測(cè)工件取向、工件形狀、工件尺寸、及危險(xiǎn)和不希望有的條件，而調(diào)節(jié)機(jī)械切削頭、側(cè)向平移驅(qū)動(dòng)電機(jī)、水平平移驅(qū)動(dòng)電機(jī)和垂直平移驅(qū)動(dòng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，以便相對(duì)于工件取向、工件形狀、及工件尺寸定位切削頭并改善檢測(cè)到的危險(xiǎn)和不希望有的條件。
10.按照權(quán)利要求9所述的處理器控制式雕刻、多用途成形、和工件修改裝置，其中埋置的傳感器包括檢測(cè)各工件邊緣、工件表面、切削頭的旋轉(zhuǎn)速度、各個(gè)部件及處理器控制式雕刻、多用途成形、和工件修改裝置不同位置處的溫度、各安全部件位置、及工件存在的傳感器。
11.按照權(quán)利要求1所述的處理器控制式雕刻、多用途成形、和工件修改裝置，其中頭組件包括若干具有扭力桿小齒輪的旋轉(zhuǎn)式安裝的扭力桿，所述扭力桿小齒輪嚙合處理器控制式雕刻、多用途成形、和工件修改裝置的垂直內(nèi)部構(gòu)架各構(gòu)件上的齒條。
12.按照權(quán)利要求1所述的處理器控制式雕刻、多用途成形、和工件修改裝置，其中頭組件利用頭升降裝置進(jìn)行降低和升高。
13.按照權(quán)利要求1所述的處理器控制式雕刻、多用途成形、和工件修改裝置，其中側(cè)向平移器包括一個(gè)帶齒的皮帶，由與一個(gè)固定到側(cè)向平移驅(qū)動(dòng)電機(jī)的軸上的小齒輪嚙合的一個(gè)齒輪和皮帶輪提供動(dòng)力，其上裝有一個(gè)垂直軸滑動(dòng)架。
14.按照權(quán)利要求13所述的處理器控制式雕刻、多用途成形、和工件修改裝置，其中垂直軸滑動(dòng)架包括一個(gè)帶齒的皮帶，由與一個(gè)固定到一個(gè)垂直平移驅(qū)動(dòng)電機(jī)的軸上的小齒輪嚙合的一個(gè)齒輪和皮帶輪提供動(dòng)力，其上裝有一個(gè)切削頭組件。
15.按照權(quán)利要求1所述的處理器控制式雕刻、多用途成形、和工件修改裝置，其中在水平方向上平移工件的工件平移器包括若干驅(qū)動(dòng)輥，這些驅(qū)動(dòng)輥旋轉(zhuǎn)式安裝到處理器控制式雕刻、多用途成形、和工件修改裝置的底座構(gòu)件上并且由通過一個(gè)齒輪和皮帶輪機(jī)構(gòu)由一工件平移器驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供動(dòng)力的帶齒的皮帶驅(qū)動(dòng)。
16.按照權(quán)利要求15所述的處理器控制式雕刻、多用途成形、和工件修改裝置，還包括若干安裝彈簧的夾緊輥，上述夾緊輥將一個(gè)工件夾緊在各夾緊輥和驅(qū)動(dòng)輥之間。
17.按照權(quán)利要求1所述的處理器控制式雕刻、多用途成形、和工件修改裝置，包括一個(gè)輸入裝置，以便使用者能直接將待傳送的命令鍵入控制器。
18.用于修改工件的方法，包括用權(quán)利要求5所述的主計(jì)算機(jī)提供的圖形用戶接口創(chuàng)造工件設(shè)計(jì)；將未完工的工件送入權(quán)利要求5所述的處理器控制式雕刻、多用途成形、和工件修改裝置；及將一個(gè)命令輸入到由主計(jì)算機(jī)提供的圖形用戶接口以指示主計(jì)算機(jī)來指示控制器按照工件設(shè)計(jì)修改工件。
19.用于修改工件的方法，包括用權(quán)利要求7所述的主計(jì)算機(jī)所提供的圖形用戶接口創(chuàng)造一組命令；將一個(gè)未完工的工件送入權(quán)利要求7所述的處理器控制式雕刻、多用途成形、和工件修改裝置；及將一個(gè)命令輸入由主計(jì)算機(jī)提供的圖形用戶接口以指示主計(jì)算機(jī)來指示控制器實(shí)施上述一組命令修改工件。
20.用于修改工件的方法，包括將一個(gè)未完工的工件送入權(quán)利要求17所述的處理器控制式雕刻、多用途成形、和工件修改裝置；及將命令輸入到輸入裝置以指示控制器通過實(shí)施命令修改工件。
全文摘要
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是一種緊湊、低成本、重量輕、通用和容易操作的處理器控制式雕刻和多用途成形裝置(“PCCMPS”機(jī)床)。代表本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的PCCMPS機(jī)床構(gòu)造成部分類似于普通商品小型木刨床和普遍存在的激光器和噴墨計(jì)算機(jī)打印機(jī)，工件在水平方向上送入PCCMPS機(jī)床。PCCMPS機(jī)床包括一個(gè)電機(jī)提供動(dòng)力的切削頭，所述電機(jī)提供動(dòng)力的切削頭可以向可拆卸的刀頭提供動(dòng)力，以便在處理器和計(jì)算機(jī)控制下鉆孔、切削、成形、和刻刨一個(gè)工件。切削頭可以在處理器控制下，在與工件送入PCCMPS機(jī)床的方向垂直的方向上跨過工件的表面前后平移，并通過電機(jī)提供動(dòng)力的輥移動(dòng)。切削頭可以在接近垂直于工件表面的垂直方向上上下平移。因此處理器可以通過切削頭的側(cè)向和垂直平移與工件的水平平移的結(jié)合，將切削刀頭定位在工件的表面上、表面附近、或內(nèi)部的任何點(diǎn)處，并且可以當(dāng)計(jì)算機(jī)將旋轉(zhuǎn)刀頭相對(duì)于工件的表面從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置時(shí)，控制刀頭旋轉(zhuǎn)的速度，以便將精制的三維設(shè)計(jì)雕刻和成形到工件上。
文檔編號(hào)B27C5/02GK1558810SQ02818787
公開日2004年12月29日 申請(qǐng)日期2002年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月25日
發(fā)明者C·S·洛奇克, J·D·喬奇姆, D·G·勞勒, C S 洛奇克, 喬奇姆, 勞勒 申請(qǐng)人:Lhr科技公司