專利名稱：蠟像雕刻機的運動機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利涉及一種加工機床的運動機構(gòu)，該機床是一種用熱刀的數(shù)控六軸加工機床,用來全自動加工立體蠟質(zhì)人像。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，把人物攝影或掃描，得到輪廓三維坐標(biāo)的掃描技術(shù)和儀器已比較成熟。但以此數(shù)據(jù)加工雕像，卻沒有合適的機床。雖然現(xiàn)有加工中心等多軸機床可有5個自由度，刀具可傾斜，但不是懸臂機構(gòu)，無法加工人耳、鼻孔一類的特形物體。也不能裝夾小于直徑3mm的銑刀，加工小型人像等細小物體明顯不夠細膩。且因為此類機床的加工對象主要是堅硬 的金屬，對機床及刀具本身剛性和切削力要求很高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高昂，導(dǎo)致工時成本很高，在雕像領(lǐng)域無商業(yè)可行性。另外，雖然市場上的三維雕刻機比起加工中心來成本較低，但其雕刻刀不能傾斜俯仰，無法加工與基準(zhǔn)面不垂直的孔、溝槽等，無法加工人像。根據(jù)國家專利信息中心網(wǎng)上查詢，發(fā)現(xiàn)只有兩個有效專利涉及蠟質(zhì)人像或模型的雕刻。一個是《200420069997. 8熱雕刻機》，其本質(zhì)是一個手持的可調(diào)溫低壓電烙鐵，只能手工操作。另一個是《200920091876. 6 一種三維人像雕刻機》，它實際上仍是傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)切削，且只有三自由度，只能加工單面的浮雕，不能加工全立體的雕像。

發(fā)明內(nèi)容
3. I要解決的技術(shù)問題本專利的目的，是提供一種用熱刀的數(shù)控六軸自動機床的運動機構(gòu)，它可低成本方便快捷地將熱刀移動到蠟坯附近的任意位置并指向任意方向。3. 2技術(shù)方案本專利將用以下技術(shù)路線實現(xiàn)。本專利的前提是，不用傳統(tǒng)的刀刃切削被加工件——蠟坯，而是用電加熱的熱刀去消融蠟坯。熱刀中空，配以抽氣機，把熔化的蠟吸走。雖然數(shù)學(xué)原理證明無自旋刀具的空間位置須且只須5個自由度確定，但為了減小機床體積和造價，本專利在可水平移動的蠟坯托盤導(dǎo)軌副下面增加了一個電機和驅(qū)動軸，使得托盤可旋轉(zhuǎn)。托盤中心為此有一個定位中心錐。另外用4個電機組成雙關(guān)節(jié)4自由度的機械手固定熱刀，使得熱刀的基準(zhǔn)軸心能與蠟坯成任意空間角度和距離，加工出鼻孔、耳孔或張開的嘴等與蠟坯旋轉(zhuǎn)軸不共面、不垂直的孔。3. 3有益效果由于采用上述設(shè)計，因此帶來一系列好處由于使用熱刀，不是旋轉(zhuǎn)切削，因此無需高速旋轉(zhuǎn)的動力主軸。且把加工點加熱到略高于蠟的滴點溫度，只有與刀頭接觸的一薄層蠟被熔化成液態(tài)，隨即被吸入刀中，加工切削阻力很微小，故可用懸臂式機械手機構(gòu)和微型電機，使得刀臂、刀架、刀具可做得很輕小，刀尖可作復(fù)雜的運動并深入狹小空間。本機加工刀具比起加工中心笨重復(fù)雜的主軸，制造難度和成本可以大大減小。由于熱刀任意方向都可切削，故無論正向走刀還是反向走刀，無論蠟坯正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，都能雕刻，可大大提聞雕刻效率。軟件中引入模糊數(shù)學(xué)和預(yù)置眼睛模塊，因此能刻出蓬松的頭發(fā)和透明的眼睛效果。另外軟件中還有平滑、粗礪、馬賽克、定向變形等不同風(fēng)格藝術(shù)處理的手段，使得使用者 能輕松創(chuàng)造出藝術(shù)品。如有需要。還可利用成熟的失蠟鑄造技術(shù)，進一步鑄出惟妙惟肖的銅像。


附圖是本專利一個具體實施例的各種視圖。圖I是雕刻機整體二視圖，右邊的是正視圖，左邊的是右視圖，圖中采取了局部剖視和階梯剖視。為了看得清楚些，圖2是放大了的正視圖，圖3是放大了的右視圖。圖中方向的命名，以托盤上蠟像的視角為基準(zhǔn)。圖中I.基座外殼2. Z方向(上下運動)驅(qū)動電機座3· X方向(左右運動)驅(qū)動絲杠4.托盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機5. X方向驅(qū)動絲母6.托盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機座7.電源和控制電路盒8. X方向驅(qū)動電機9. Y方向(前后運動)驅(qū)動電機10. Z方向驅(qū)動電機11. Y方向驅(qū)動絲母12. Y方向驅(qū)動絲杠13. X方向?qū)к?4. X方向滑塊15.托盤16.中心錐17.蠟坯18.熱刀刀頭19. U形支架20.水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機21.懸臂22. Z方向滑塊23. Z方向?qū)к?4. Z方向驅(qū)動絲杠25. Z方向驅(qū)動絲母26.抽氣嘴27.廢蠟罐28. Y方向滑塊29. Y方向?qū)к?0.俯仰旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機31.熱刀32.抽氣機圖中，電氣連線，連接廢蠟罐(27)和抽氣機(32)的氣密軟管未畫出。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本專利作進一步說明。5. I 結(jié)構(gòu)機殼(I)內(nèi)裝有刀架Y方向驅(qū)動電機(9)，其軸與Y方向驅(qū)動絲杠(12)相連，該絲杠(12)上套有Y方向驅(qū)動絲母(11)。該絲母(11)上固定Z方向驅(qū)動電機座(2)，座中安裝Z方向驅(qū)動電機(10)，該座(2)還與Y方向滑塊(28)相固定，Y方向滑塊(28)與Y方向?qū)к?29)組成Y方向?qū)к壔瑝K副。Z方向驅(qū)動電機(10)的軸與Z方向驅(qū)動絲杠(24)相連，該絲杠(24)上套有Z方向驅(qū)動絲母(25)。Y方向滑塊(28)上還與Z方向驅(qū)動絲杠(24)平行地裝有Z方向?qū)к?，該?dǎo)軌(23)與其上的Z方向滑塊(22)組成Z方向?qū)к壔瑝K副。Z方向滑塊(22) —邊與Z方向驅(qū)動絲母(25)相連，另一邊裝有懸臂(21)。以上部分構(gòu)成Y方向和Z方向直角坐標(biāo)系運動刀架。2套絲杠絲母副把電機的旋轉(zhuǎn)運動變成往復(fù)運動，而與絲母相連的2套滑塊導(dǎo)軌副則保證了刀架運動軌跡是直線。直角坐標(biāo)系的X方向運動部件裝在托盤(15)下面，它由X方向驅(qū)動電機(8)、X方向驅(qū)動絲杠(3)、X方向驅(qū)動絲母(5)、X方向?qū)к?13)和X方向滑塊(14)構(gòu)成。它們移動的不是刀架而是托盤(15)。它們與Y方向和Z方向直角坐標(biāo)系運動刀架聯(lián)合，就使得懸臂
(21)端點可到達相對于蠟坯(17)三維空間的任意指定點。
懸臂(21)端頭上裝著熱刀水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(20)，該電機(20)軸上裝著熱刀U形支架(19),電機(20)的軸與U形支架(19)的對稱軸重合。U形支架(19) 一側(cè)裝著熱刀俯仰旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(30),該電機(30)的軸上垂直固定著熱刀(31)。以上部分構(gòu)成球坐標(biāo)系刀架，通常也叫做機械手。此雙關(guān)節(jié)機械手使得熱刀(31)能指向三維空間的任意方向。此機械手與Y方向、Z方向直角坐標(biāo)系運動刀架結(jié)合，組成4自由度刀架。熱刀刀頭(18)對著蠟坯(17)，熱刀(31)的尾端裝有廢蠟罐(27)，該罐(27)上部有抽氣嘴(26)。熱刀(31)包括熱刀刀頭(18)都是中空的，孔道通向廢蠟罐(27)。抽氣嘴(26)與廢蠟罐(27)也相通。實施例的抽氣嘴(26)套有氣密軟管，與抽氣機(32)相連。開 動抽氣機(32)后，空氣從熱刀刀頭(18)吸入，通過熱刀(31)、廢蠟罐(27)、抽氣嘴(26)、氣密軟管直達抽氣機(32)。機殼(I)內(nèi)還裝有托盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(4)，它可使得進刀量(刀頭進入蠟坯的深度)基本由y方向給進決定。而且當(dāng)蠟像(16)的臉部刻好后，驅(qū)動電機(4)將轉(zhuǎn)動托盤
(15)，方便地雕刻蠟像(16)的背面，而無需把4自由度刀架費力地移動到蠟像(17)的背面。為了工件定位，托盤(15)的中心上方有一中心錐(16)。本專利6個電機的驅(qū)動受外接雕刻機專用工作站(未畫出)軟件的控制，而具體的驅(qū)動電流則來自機殼⑴內(nèi)的電源和控制電路盒(7)。5. 2 工作下面簡述蠟像雕刻機的工作過程。蠟坯為圓柱形，下端中心有有一與托盤中心錐
(16)配套的定位錐孔。把蠟坯放到托盤上并固定好。把要雕刻的人像的三維數(shù)據(jù)輸入相連的工作站，雕刻軟件一方面精確控制熱刀刀頭(18)的溫度保持在略高于石蠟滴點(視牌號不同，通常在50°C 70°C)的溫度，另一方面運算出熱刀刀頭(18)的運動方向和軌跡，然后驅(qū)動各電機旋轉(zhuǎn)。比如，當(dāng)Y方向驅(qū)動電機(9)反轉(zhuǎn)時，Y方向驅(qū)動絲杠(12)反轉(zhuǎn)，帶動Y方向絲母
(11)向蠟像前進，從而帶動整個4自由度刀架以及其上的熱刀(31) —起向蠟像前進，完成進刀動作。期間凡是熱刀刀頭(18)接觸到的石蠟都迅速熔化，被抽氣機(32)造成的負壓吸進熱刀(30)，在重力作用下與氣流分離，掉入廢蠟罐(27)中。再比如，當(dāng)要雕刻左耳朵孔時，由于耳孔是斜向后上方的，所以，一方面要轉(zhuǎn)動托盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(4)，讓蠟坯(17)的左斜后方轉(zhuǎn)向熱刀；另一方面要轉(zhuǎn)動俯仰旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(30)，讓熱刀刀頭(18)指向斜下方；再一方面轉(zhuǎn)動X方向驅(qū)動電機(8)，讓蠟坯(17)從熱刀(31)的正前方右移一小段距離，同時轉(zhuǎn)動水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(20)，讓熱刀刀頭(18)指向左耳；最后使Z方向和Y方向聯(lián)合驅(qū)動，讓熱刀刀頭(18)進刀，雕出左耳孔。
權(quán)利要求
1.一種蠟像雕刻機的運動機構(gòu)，其特征是在刀架懸臂(21)端頭上，裝著水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(20)，它通過U形支架(19)與俯仰旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(30)相連，水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(20)的軸與U形支架(19)的對稱軸重合，俯仰驅(qū)動電機(30)裝在U形支架(19)的側(cè)面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種蠟像雕刻機的運動機構(gòu)，其特征是俯仰旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(30)的軸上垂直固定著熱刀(31)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種蠟像雕刻機的運動機構(gòu)，其特征是可旋轉(zhuǎn)托盤(15)裝在可在X方向平移的滑塊(14)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種蠟像雕刻機的運動機構(gòu)，其特征是可旋轉(zhuǎn)托盤(15)有一中心錐(16)，它可插入蠟坯(17)下端與之配套的定位錐孔中。
全文摘要
一種蠟像雕刻機的運動機構(gòu)，它是一種用熱刀的數(shù)控六軸低成本加工機床，蠟坯固定在可橫向平移的旋轉(zhuǎn)托盤上，熱刀裝在雙關(guān)節(jié)機械手上，能與蠟坯成任意空間位置和角度。
文檔編號B44B1/02GK102632752SQ201110034799
公開日2012年8月15日 申請日期2011年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月9日
發(fā)明者邢剛 申請人:邢剛