一种原竹竹片开孔开槽数控机床

1.本发明属于数控机床领域，涉及一种原竹竹片开孔开槽数控机床，特别涉及一种能够调直与夹持原竹竹片的设备，尤其适用于弹性网格壳原竹杆件的大规模定制与加工。


背景技术：

2.数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。
3.弹性网壳结构是一种自弯曲成型结构，其成型原理与传统竹编灯笼类似，只需将若干离散杆件的节点连接，即可通过杆件的弹性形成双曲面网壳。该结构具备轻质高强、形态柔美自由、定制化程度高、装配化程度高的特性，在房屋建筑结构、景观小品、户外帐篷、室内装饰等领域具有较大潜力。该结构制作方法简单，首先需要将杆件精确打孔或开槽，之后孔位或槽位对齐并连接紧固即可完成装配。原竹竹片作为一种弹性强度高、绿色生态、价格低廉、容易获取的材料，特别适合用于制作弹性网壳结构。
4.然而当前缺乏数控精确加工原竹竹片的设备，限制了其在弹性网壳上的应用。原竹竹片是一种天然扁平截面的长条材料，与扁钢、玻纤条等标准化材料不同，截面形状并不规则。现有数控机床没有针对不规则长条弹性工件的夹具，难以将整条竹片固定在工作台上。另外原竹竹片直线度较差，将竹片当做直线条形材料加工时还需要先将其调直。目前还没有设备可以同时夹紧并调直原竹竹片工件。
5.国内普遍对原竹竹片的处理方式是用手工测量与人工打孔的方式，效率偏低、精度较差，难以满足大规模定制加工的需求。因此，亟需一种加工原竹竹片的数控设备，达到高精度、灵活、高效生产弹性网壳结构的目的。


技术实现要素：

6.针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种可以对长条原竹竹片数控打孔与开槽的机床。该设备可以适应不同尺寸的竹片，夹持竹片的同时对其调直，其后便可便于自动精确地在工件上打孔与开槽。该自动机床作业精度高、可针对不同尺寸的竹片进行加工，适应性强，加工效率高。
7.为了实现本发明目的，本发明提供的一种原竹竹片开孔开槽数控机床，包括底座、竹片夹持机构、机架、二自由度位移机构和的铣削机构，
8.所述底座的上表面设置有台面；
9.所述竹片夹持机构设置在所述底座上，所述竹片夹持机构包括多个沿台面长度方向排布的自定心夹具，通过各自定心夹具将整条竹片均调整到台面的同一直线位置以实现对竹片的调直；
10.所述机架设置在底座上；
11.所述二自由度位移机构设置在机架上，所述铣削机构设置在所述二自由度位移机构上。
12.对本发明的进一步改进，所述二自由度位移机构包括设置在机架上的水平移动机构和与水平移动机构连接的垂直移动机构，铣削机构设置在垂直移动机构上。
13.对本发明的进一步改进，所述水平移动机构包括横梁、水平设置在机架上的水平滑轨及同步带、固定在横梁上的水平调节步进电机、设置在水平调节步进电机输出端的同步带轮，横梁滑动设置在水平滑轨上。
14.对本发明的进一步改进，垂直移动机构包括设置在横梁上的垂直调节步进电机、垂直滑轨、滑动设置在垂直滑轨上的垂直滑块，垂直调节步进电机驱动垂直滑块在垂直滑轨上进行滑动，铣削机构设置在垂直滑块上。
15.对本发明的进一步改进，所述铣削机构包括主轴电机、铣刀夹头与铣刀，主轴电机固定设置在垂直滑块上，铣刀夹头设置在主轴电机的输出端，铣刀设置在铣刀夹头上。
16.所述的竹片夹持机构包括线性排列在底座上的夹具组，所述夹具组由若干可以在底座上线性活动的相同自定心夹具构成。
17.对本发明的进一步改进，每个自定心夹具均包括驱动组件和两相对设置的活动夹板，两活动夹板在驱动组件的驱动下能相向运动以夹持位于两活动夹板之间的竹片。
18.对本发明的进一步改进，活动夹板的侧壁上开设有槽。
19.对本发明的进一步改进，所述驱动组件包括中心齿轮、丝杆、两滑轨和两齿条，中心齿轮转动设置在台面上且位于两活动夹板之间，丝杆与其中一个活动夹板螺纹连接并穿过该活动夹板后转动固定在另一活动夹板上，两滑轨分别与两活动夹板连接，两齿条分别固定设置在两滑轨上且与中心齿轮啮合，当转动丝杆，在丝杆和中心齿轮、齿条的共同作用下使两活动夹板发生相向或相背运动。
20.对本发明的进一步改进，所述驱动组件还包括旋转夹紧手轮，旋转夹紧手轮与丝杆的自由端部固定连接。
21.对本发明的进一步改进，还包括控制器，所述控制器与二自由度位移机构信号连接。
22.与现有技术相比，本发明至少能够实现以下有益效果：
23.本发明具有机构简单、竹片工件适应性强、开孔开槽效率高、自动化程度高、操作方便等优点；而且还能够自动调直弯曲的竹片，工作过程中可便于准确地控制开孔与开槽的尺寸；具有很强的实用性，市场前景广阔。
附图说明
24.为了更清楚地说明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：
25.图1为本发明实施例提供的一种原竹竹片开孔开槽数控机床的整体结构整体前等轴侧图。
26.图2为本发明实施例的整体结构关键部分前等轴侧图。
27.图3为本发明实施例的自定心夹具前等轴侧图。
28.图4为本发明实施例的自定心夹具后等轴侧图。
29.图5为本发明实施例的曲面竹构筑物实例前等轴侧图。
30.图中所示：1为同步带压板，2为垂直滑轨，3为垂直调节步进电机，4为水平调节步进电机，5为主轴电机，6为自定心夹具，7为同步带，8为带槽的台面，9为水平滑轨，10为横梁，11为垂直滑块，12为水平滑块，13为主轴固定座，14为铣刀，15为底座，16为机架，17为同步带松紧调节旋钮，18为丝杠，19为丝杠螺母，20为齿条，21为活动夹板，22为丝杠固定座，23为工件支座，24为夹紧手轮，25为轴承固定螺丝，26为轴承，27为中心齿轮，28为支座固定螺丝，29为滑轨，30为丝杠固定座。
具体实施方式
31.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都是本发明保护的范围。
32.需要指出的是，若以下实施例中提到方向用语、顺序用语，如“上”，“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
33.如图1至图4所示，本发明提供的一种原竹竹片开孔开槽数控机床，包括控制机构、底座15、相对地设置在所述底座15上的竹片夹持机构、二自由度位移机构、铣削机构及plc控制器。
34.在本发明的其中一些实施例中，所述控制机构为cnc加工中心的控制系统，是按照数字程序指令控制机床的主轴自动启停、换向和变速，能自动控制进给速度、方向和加工路途，进行加工，可以完成需求的各种辅佐动作。
35.所述二自由度位移机构包括设置在机架上的水平移动机构和与水平移动机构连接的垂直移动机构，铣削机构设置在垂直移动机构上。所述二自由度位移机构、所述铣削机构均与plc控制器连接。
36.所述的水平移动机构包括水平调节步进电机4、连接所述水平调节步进电机4输出轴的同步带轮、水平设置在机架16上的水平滑轨9及同步带7，水平调节步进电机4设置在横梁10上，所述机架16的末端还设置有同步带松紧调节旋钮，用于调节所述同步带7的预紧力，所述同步带7的两端通过所述同步带压板1固定于所述水平滑轨9上，所述水平调节步进电机4驱动同步带轮旋转，在所述同步带轮与所述同步带7传动作用下，带动移动机构在所述水平滑轨9上移动，到达相应位置后对竹片进行打孔；所述的水平滑轨9上还设置有水平滑块12，所述水平滑块12通过所述横梁10与所述垂直移动机构连接；所述的垂直移动机构包括垂直调节步进电机3、垂直滑轨2和垂直滑块11，所述垂直调节步进电机3设置在所述横梁10上，所述垂直滑块11滑动设置在所述垂直滑轨2上，所述垂直调节步进电机3能够驱动所述垂直滑块11在所述垂直滑轨2上进行滑动，且所述垂直滑块11与主轴固定座13连接；所述铣削机构安装于所述主轴固定座13上。所述铣削机构包括主轴电机5、铣刀夹头与铣刀14，所述主轴电机5固定设置在所述主轴固定座13上，所述铣刀夹头设置在所述主轴电机5
的输出端，所述铣刀14设置在所述铣刀夹头上。
37.在本发明的其中一些实施例中，所述底座15包括平行设置的若干方条钢及底座固定板，方条钢与底座固定板焊接，在其他实施例中，也可以采用整体浇筑式铸铁底座。
38.所述的竹片夹持机构包括线性排列在底座15上的夹具组，所述夹具组包括若干可以在底座15上线性活动的自定心夹具6。每个所述的自定心夹具6均包括驱动组件和两相对设置的活动夹板21，两活动夹板21在驱动组件的驱动下能相向运动以夹持位于两活动夹板21之间的竹片。所述驱动组件包括轴承26、轴承固定螺丝25、中心齿轮27、夹紧手轮24、丝杆18、两滑轨29和两齿条20，将带槽的所述台面8固定于所述底座15上，所述台面8的上表面下凹开设有槽以便更好地固定自定心夹具6，将所述轴承26通过轴承固定螺丝25固定于带槽的台面8上，所述中心齿轮27固定在所述轴承26的外壁上，两滑轨29分别卡接在两工件支座23上，所述工件支座23通过支座固定螺丝28固定于带槽的台面8上，所述活动夹板21与所述滑轨29相互卡接。两活动夹板21相对设置，所述丝杠18插入其中一个活动夹板21中，并穿过活动夹板21后以丝杠固定座22固定在另一活动夹板21上，所述丝杠18的自由端部与所述夹紧手轮24固定连接。由于设置在滑轨29上的齿条20与设置在轴承26外壁上的中心齿轮27相互啮合，所以当转动所述夹紧手轮24将活动夹板21夹紧时，驱动齿轮齿条让两个活动夹板21相互滑动变化的距离相同，这使得竹片固定于带槽的台面8中轴线位置，不发生偏移。
39.本发明将待加工长条竹片放置在所述工件支座23上，随后沿夹紧方向旋转所述夹紧手轮24，此时在所述中心齿轮27与所述滑轨29上的所述齿条20相啮合作用下，一对活动夹板21将同时产生相同向齿轮中心的位移，将待加工竹片固定在带槽的所述台面8的中轴线位置，多个所述自定心夹具6分别位于竹片的长度方向的不同位置处，通过多个不同位置上的所述自定心夹具6的共同作用将整条竹片均调整到台面8的中轴线位置，以此实现竹片调直。
40.在本发明的其中一些实施例中，所述活动夹板21的内侧壁上也开设有槽，避免了薄厚不均的竹片在打孔时产生上下的活动变化，更好的加紧竹片。
41.将所述横梁10移动至所述机架16末端，并根据待加工长竹片的长度，按照预设的间距(如300-500mm的间距)在带槽的台面8上均匀排列若干的所述自定心夹具6，将所有支座固定螺丝28与轴承固定螺丝25拧紧，完成相应的自定心夹具6的固定，之后调整所述夹紧手轮24，使每对活动夹板21之间的距离均大于竹片宽度。其后待加工长条竹片放置在所述工件支座23上，随后沿夹紧方向旋转所述夹紧手轮24，此时在齿轮与齿条的啮合作用下，一对活动夹板21将同时产生相同向齿轮中心的位移，将待加工竹片夹紧，对所有自定心夹具6重复上述操作，将待加工竹片固定在带槽的台面8中轴线位置。接着通过plc控制器触发二自由度位移机构移动至竹片打孔的起点。之后通过plc控制器读取文件触发二自由度位移机构与铣削机构对待加工竹片进行打孔与开槽加工。
42.前述实施例提供的机床，可以适应不同尺寸的竹片，夹持竹片的同时对其调直，其后便可自动精确地在工件上打孔与开槽，具有机构简单、竹片工件适应性强、开孔开槽效率高、自动化程度高、操作方便等优点；采用plc作为控制器系统稳定性高，自动化程度高，操作灵活。
43.前述实施例提供的机床，可以对长条原竹竹片数控打孔与开槽，能够自动调直弯曲的竹片，工作过程中可准确地控制开孔与开槽的尺寸；尤其适用于弹性网格壳原竹杆件
的大规模定制与加工，具有很强的实用性，市场前景广阔。
44.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
45.涉及到电路和内部电子元器件和模块均为现有技术，本领域技术人员完全可以实现，无需赘言，本发明保护的内容也不涉及对于软件的改进。
46.所述实施例仅为本发明的较佳的实例而已，并非是对本发明实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在所述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种原竹竹片开孔开槽数控机床，其特征在于，包括底座(15)、竹片夹持机构、机架(17)、二自由度位移机构和的铣削机构，底座(15)的上表面设置有台面(8)；竹片夹持机构设置在底座(15)上，竹片夹持机构包括多个沿台面(8)长度方向排布的自定心夹具(6)，通过各自定心夹具(6)将整条竹片均调整到台面(8)的同一直线位置以实现对竹片的调直；机架(16)设置在底座(15)上；二自由度位移机构设置在机架(16)上，铣削机构设置在二自由度位移机构上。2.根据权利要求1所述的一种原竹竹片开孔开槽数控机床，其特征在于，所述二自由度位移机构包括设置在机架(16)上的水平移动机构和与水平移动机构连接的垂直移动机构，铣削机构设置在垂直移动机构上。3.根据权利要求2所述的一种原竹竹片开孔开槽数控机床，其特征在于，所述水平移动机构包括横梁(10)、水平设置在机架(16)上的水平滑轨(9)及同步带(7)、固定在横梁(10)上的水平调节步进电机(4)、设置在水平调节步进电机(4)输出端的同步带轮，横梁(10)滑动设置在水平滑轨(9)上。4.根据权利要求3所述的一种原竹竹片开孔开槽数控机床，其特征在于，垂直移动机构包括设置在横梁(10)上的垂直调节步进电机(3)、垂直滑轨(2)、滑动设置在垂直滑轨(2)上的垂直滑块(11)，垂直调节步进电机(3)驱动垂直滑块(11)在垂直滑轨(2)上进行滑动，铣削机构设置在垂直滑块(11)上。5.根据权利要求4所述的一种原竹竹片开孔开槽数控机床，其特征在于，所述铣削机构包括主轴电机(5)、铣刀夹头与铣刀(14)，主轴电机(5)固定设置在垂直滑块(11)上，铣刀夹头设置在主轴电机(5)的输出端，铣刀(14)设置在铣刀夹头上。6.根据权利要求1所述的一种原竹竹片开孔开槽数控机床，其特征在于，每个自定心夹具(6)均包括驱动组件和两相对设置的活动夹板(21)，两活动夹板(21)在驱动组件的驱动下能相向运动以夹持位于两活动夹板(21)之间的竹片。7.根据权利要求6所述的一种原竹竹片开孔开槽数控机床，其特征在于，活动夹板(21)的侧壁上开设有槽。8.根据权利要求6所述的一种原竹竹片开孔开槽数控机床，其特征在于，所述驱动组件包括中心齿轮(27)、丝杆(18)、两滑轨(29)和两齿条(20)，中心齿轮(27)转动设置在台面(8)上且位于两活动夹板(21)之间，丝杆(18)与其中一个活动夹板(21)螺纹连接并穿过该活动夹板(21)后转动固定在另一活动夹板(21)上，两滑轨(29)分别与两活动夹板(21)连接，两齿条(20)分别固定设置在两滑轨(29)上且与中心齿轮(27)啮合，当转动丝杆(18)，在丝杆(18)和中心齿轮(27)、齿条(20)的共同作用下使两活动夹板(21)发生相向或相背运动。9.根据权利要求6所述的一种原竹竹片开孔开槽数控机床，其特征在于，所述驱动组件还包括夹紧手轮(24)，夹紧手轮(24)与丝杆(18)的自由端部固定连接。10.根据权利要求1-9任一所述的一种原竹竹片开孔开槽数控机床，其特征在于，还包括控制器，所述控制器与二自由度位移机构信号连接。

技术总结
本发明公开了一种原竹竹片开孔开槽数控机床。该设备可以适应不同尺寸的竹片，夹持竹片的同时对其调直，其后自动精确地在工件上打孔与开槽。该自动机床作业精度高、可针对不同尺寸的竹片进行加工，适应性强，加工效率高。相比现有技术，本发明具有机构简单、竹片工件适应性强、开孔开槽效率高、自动化程度高、操作方便等优点；而且还能够自动调直弯曲的竹片，工作过程中可准确地控制开孔与开槽的尺寸；尤其适用于弹性网格壳原竹杆件的大规模定制与加工，具有很强的实用性，市场前景广阔。市场前景广阔。市场前景广阔。


技术研发人员：熊璐 王澳华 陈智炜 罗坚 罗林 宋佳训 麦嘉琪 谢颖
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2023.06.15
技术公布日：2023/9/16