雕刻機鑽頭定位新法的製作方法

2023-05-28 04:07:16

專利名稱：雕刻機鑽頭定位新法的製作方法
技術領域：
數控雕刻機因其可編程控制運行軌跡，能在XYZ三個方向做任意曲線運動，因而廣泛應用刻字、鑽孔、花紋雕刻、模型雕刻等方面。但雕刻對象相對於鑽頭(或銑頭，下文所述鑽頭亦包含銑頭)的定位卻非易事。本發明採用雷射定位的方法可以很好地解決這一問題。
二.
背景技術：
隨著計算機技術的飛速發展，數控技術在機械加工等諸多領域獲得了極其廣泛的應用。數控的目標是軌跡控制，雕刻機的核心就是三維軌跡控制。當把一加工對象固定於加工平臺上，然後把加工的目標寫成代碼(通常使用G代碼)，或通過某種軟體繪製加工軌跡然後通過設置相關參數由軟體自動生成G代碼，G代碼最後要通過軟體(如Mach3Mill)轉換成XYZ三個方向的脈衝分別送給對應的電機(步進電機或伺服電機)驅動器來控制電機以一定的速度和方向旋轉，通過絲杆變換成直線運動。主軸電機用來進行雕刻，其上裝有鑽頭，通常將其固定在Z方向，它相對於加工平臺做上下運動。現在的問題是鑽頭怎麼才能定位到鑽孔的中心呢？假設要在一塑料板上打一個小孔，這個孔的中心已經在板上做好了標記，現在把這塊塑料板固定在加工平臺上，怎樣讓鑽頭向下移動時正好鑽在孔的中心？可能只能用試鑽的方法，就是先移動XY軸讓鑽頭大致對準孔的中心，再向下移動Z軸，當鑽頭貼近加工對象時，再慢慢移動Z軸使鑽頭使儘可能對準孔的中心，反覆調整XYZ三個方向的位置，最後通過目測鑽頭基本位於孔的中心後開始下鑽，但由於目測精度有限，這樣鑽出來的孔偏差較大。而且這種方法在對準過程中費時費力。我的發明就是通過雷射定位的方法，就能很快找到孔的中心。並且可在鑽頭不接觸加工對象時進行試加工。
三.

發明內容
為了解決上述問題，可在主軸電機左右兩側固定兩個點狀雷射器，點狀雷射採用可調焦的那種，聚集後的光點直徑可小於0.2_(黑色背景，實測結果)。市場上可以買到這種雷射器:柱狀，長3.5mmX直徑1.2_。將雷射器固定在主軸電機座兩側，兩個雷射器的中心點連線儘可能通過鑽頭中心，由於機械部分的限制，雷射器不可能太靠近鑽頭中心，假設其中一個雷射器的中心距離鑽頭中心的偏移量為X0S，Y0S，安裝時儘可能使這兩個值最小，並且儘可能使雷射器的光線垂直於工件平臺。當完全垂直的理想情況下，移動Z軸時，雷射光點的中心位置是不會改變的，但光斑大小有改變。但由於安裝時雷射器不可能完全垂直平臺，那麼當只移動Z軸時，光點會輕微移動，可以調節雷射器，使得Z軸在一小範圍移動時(如移動距離< 2cmm)，光斑的中心基本不動，這是可以做到的。當移動範圍很小時，光斑大小也不會有明顯改變。再來看一下怎樣用雷射定位的方法對塑料板上做了標記的孔的鑽孔方法:固定好塑料板，將Z軸抬高到一定的高度，比如離塑料板5cm處。並對Z軸當前位置做個標記，記作Zj。調整雷射使其聚焦到塑料板上的斑點直徑儘可能的小。在主軸電機上安裝一鑽頭(直徑0.3mm)，打開電機，慢慢下移Z軸，在塑料板上隨便找個位置鑽個小孔，孔的深度在
0.2mm左右即可。復位軟體的x，y坐標值。上移Z軸至Zj位置，再移動XY軸，使得雷射光點完全落入小孔，記下此時軟體的x，y值，在此記作dx,dy。這個值就是雷射中心到鑽頭中心的偏移量的精確值。下面將Z軸保持在Zj位置，移動XY軸，使雷射光斑位於要鑽的孔的中心(這是很容易做到的，目測即可)，然後，再將XY軸反向移動dx，dy。此時鑽頭中心正好位於孔的中心，下移Z軸即可精確鑽孔了。測量雷射中心到鑽頭中心不需要每次都測量，如果雷射器性能穩定並且安裝牢固，只需要測量一次即可。另一個雷射器的操作方法與此完全一樣。之所心安裝兩個雷射器，是為了在定位時能覆蓋整個XY的移動區域。本方法大大提高了雕刻機鑽頭定位精度，縮短了操作時間，減輕了操作人員的工作強度，而幾乎沒有增加設備成本。
四.


下面結合附圖對本發明進一步說明。圖1雕刻機主軸電機底部實物圖；圖2光斑大小實測圖；圖3雷射光斑落入直徑0.3mm孔中實物圖；圖4鑽頭、雷射器及待鑽孔位置示意圖。
五.
具體實施例方式以鑽孔為例:步驟:1.調整z軸至合適的高度，並標記此高度為Zj (使鑽頭距離工件大概5 IOcm)；2.在工件上確定各孔的中心點，並將工件固定在工作檯上；3.將鑽頭換成0.3mm或維形鑽頭；4.打開主軸，移動鑽頭到貼近工件表面的某個位置，並鑽一深度為0.2mm左右的小孔；5.將軟體的X，y坐標值清零，上移Z軸至Zj位置；6.移動XY軸，直到雷射光斑落入小孔中，並記下X』 y的坐標值(設為dx，dy)。7.將光斑移動到要鑽的孔的中心點，清除X，y計數；移動XY軸至(-dx，-dy)；8.將X，y坐標值清零，並將該點作為基準點。9.調入鑽孔代碼，換鑽頭進行鑽孔。只要嚴格按照上述步驟精心操作，鑽頭定位精度可達到0.1mm左右。這個精度可以滿足大部分應用需求。
權利要求
1.本方法是一種利用點狀雷射實現快速鑽頭定位新法。採用將Z軸抬起至一相對固定的高度Zj後對點狀雷射器調焦使其光斑最小，再在工件的任意位置鑽一小孔，然後再上移Z軸至高度Zj，然後移動XY軸使光斑落入小孔中，據此來求光斑中心到鑽頭中心的偏移量，將光斑對準孔的中心，根據偏移量大小反向移動XY軸即可使鑽頭對準待鑽孔的中心。
2.根據權利要求1所述的雕刻機鑽頭雷射定位新法，其特徵是:將Z軸抬高至一相對固定高度後，再調焦，可以使光斑位置不因Z軸的高度而偏移，從而保證了定位的精度。
3.根據權利要求2所述的雕刻機鑽頭雷射定位新法，其特徵是:雷射光斑大小不變,並能達到最小，進一步保證了精度；鑽頭定位時，只需要將光斑對準鑽孔中心，簡單直觀，大大減輕了操作難度。
4.根據權利要求3所述的雕刻機鑽頭雷射定位新法，其特徵是:在對工件進行試加工，只需要觀察光斑的運行軌跡是否正確即可，保證了加工的正確性。
全文摘要
本發明是將兩個點狀雷射器固定在雕刻機主軸電機座兩側，然後將主軸抬起至一定高度，並記下此高度Zj。再對雷射器調焦，使其打到工件上的光斑最小(黑色背景直徑＜0.2mm)。然後用小鑽頭在工件的任意位置鑽一小孔，清零軟體的x，y坐標值，再抬起主軸至上述高度Zj。調整XY軸使雷射光斑完全落入小孔，記下此時的x，y的坐標值。此值即為光斑中心到鑽(銑)頭中心的偏移量。鑽孔時先將光斑對準待鑽孔中心，再根據偏移量反向移動XY軸即可使鑽頭對準待鑽孔中心鑽孔。本發明主要應用於雕刻機的鑽頭定位方面，可大大縮短定位的時間和提高定位精度。
文檔編號B44B1/00GK103204027SQ20121002094
公開日2013年7月17日 申請日期2012年1月11日 優先權日2012年1月11日
發明者王宜結, 李振璧 申請人:淮南師範學院