小型四軸雕刻機(jī)設(shè)計(jì)與制造

梁柱 徐斌鋒

摘要：根據(jù)市場數(shù)控雕刻設(shè)備調(diào)研，市場體積都較大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，加工工藝品及小型零件成本高。無法滿足市場需要，特別是圓雕類型加工產(chǎn)品。針對這應(yīng)用加工，設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一臺易拆裝，適應(yīng)性強(qiáng)可帶A軸雕刻機(jī)。系統(tǒng)介紹了小型雕刻機(jī)的總體設(shè)計(jì)、制造及機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。與當(dāng)前國內(nèi)外同性能的數(shù)控雕刻機(jī)相比，在使用范圍、價格上有一定的優(yōu)勢，滿足了市場需求。

關(guān)鍵詞：數(shù)控雕刻機(jī)；可拆卸A軸；吸屑裝置

引言

數(shù)控雕刻機(jī)是數(shù)控技術(shù)和雕刻工藝相結(jié)合的產(chǎn)物，是一種專用的數(shù)控機(jī)床。與通用數(shù)控機(jī)床類似，數(shù)控雕刻機(jī)通過數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)程序代碼控制雕刻機(jī)動作，實(shí)現(xiàn)雕刻加工的自動化。較傳統(tǒng)的手工雕刻、仿形雕刻，數(shù)控雕刻具有生產(chǎn)效率高、加工精度高、成品率高、對零件的適應(yīng)性強(qiáng)等顯著優(yōu)勢；同時，借助于專用的雕刻 CAD/CAM軟件系統(tǒng)，加工控制程序的生成快捷、修改方便。因此，數(shù)控雕刻機(jī)現(xiàn)已成為實(shí)現(xiàn)雕刻加工自動化、高效率、高精度的有效手段，也是當(dāng)今雕刻機(jī)的發(fā)展主流，廣泛應(yīng)用于機(jī)械工業(yè)、廣告?zhèn)髅?、日常消費(fèi)以及建筑裝演等眾多領(lǐng)域。其對象和應(yīng)用領(lǐng)域的不同，數(shù)控雕刻機(jī)可分為模具雕刻機(jī)、木工雕刻機(jī)、廣告雕刻機(jī)、激光雕刻機(jī)等多種類型。但對于一些廣告設(shè)計(jì)，藝術(shù)品，模型，電路板制作，圓雕、工藝品及小型零件加工應(yīng)用雕刻機(jī)的越來越多，小型雕刻機(jī)作為一種新型的機(jī)電一體產(chǎn)品，具有較大的市場前景。因此針對經(jīng)濟(jì)性和應(yīng)用性設(shè)計(jì)一款小型四軸數(shù)控雕刻機(jī)，通過設(shè)計(jì)開發(fā)，可以為中小用戶、工藝品用戶設(shè)計(jì)、圓雕加工用戶提供了低價的數(shù)控雕刻設(shè)備。

1.雕刻機(jī)總體設(shè)計(jì)方案

1.1雕刻機(jī)設(shè)計(jì)思路

設(shè)計(jì)一款具有拆裝、調(diào)試、操作簡單。在保證機(jī)床剛性的前提下，簡化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、減輕重量、縮短設(shè)計(jì)和制造周期，主體框架材料采用30mm厚度合金鋁板。

1.2雕刻機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)

雕刻機(jī)工作臺設(shè)計(jì)尺寸450X450mm，有效加工行程為350X280mm，主軸轉(zhuǎn)速為30000r/min。傳動系統(tǒng)X、Y、Z軸均采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。同時設(shè)置了可拆卸A軸和開放加工的吸屑裝置設(shè)計(jì)。

1.3雕刻機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

考慮雕刻機(jī)床具有操作簡單、易拆裝性。本機(jī)床采用了具有結(jié)構(gòu)簡單及剛性好的龍門型機(jī)床結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1雕刻機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

整機(jī)設(shè)計(jì)尺寸為450x450x400mm，主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有工作臺、電機(jī)、固定座、墊塊、底座、浮動座、絲桿副、龍門立柱及電氣系統(tǒng)部分組成。

2.雕刻機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.1實(shí)現(xiàn)體積小、行程大

圖2雕刻機(jī)工作臺設(shè)計(jì)

機(jī)床設(shè)計(jì)尺寸450X450mm，有效加工行程350X280mm。在X軸工作臺開設(shè)避空槽（如圖2所示），工作臺能運(yùn)行出機(jī)床體積范圍，實(shí)現(xiàn)X軸行程增大。

2.2相對精度高

相對于梯形絲桿副，滾珠絲桿副精度高、可逆性強(qiáng)，加工效率高、發(fā)熱小，可實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給（如圖3所示）。

圖3雕刻機(jī)運(yùn)動結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

相對直線光軸導(dǎo)軌副，線性導(dǎo)軌副定位精度高、磨損小，適應(yīng)高速運(yùn)動且大幅降低驅(qū)動功率、承載能力強(qiáng)、易組裝，具有互換性（如圖4所示）。

圖4雕刻機(jī)運(yùn)動結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.3可拆卸A軸設(shè)計(jì)

隨著零件形狀復(fù)雜和市場對立體工藝品的需求，特別是圓雕加工，我們設(shè)計(jì)了可拆卸A軸，需要加工這種類型的產(chǎn)品時，可以安裝進(jìn)行加工，提高工作臺的加工空間和使用率，十分方便（如圖5所示）。

圖5可拆卸A軸設(shè)計(jì)

2.4吸屑裝置設(shè)計(jì)

雕刻機(jī)床采用開放式設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)吸屑裝置避免加工時廢屑影響加工，同時具備冷卻功能。自動吸屑裝置設(shè)在主軸上，主軸的機(jī)頭罩處設(shè)有垂向吸附口，機(jī)床本體的后端設(shè)有橫向吸附口，機(jī)床本體的后端設(shè)有吸塵器，吸塵器連接垂向吸附口，吸塵器連接橫向吸附口。該數(shù)控雕銑機(jī)床的自動吸屑裝置能夠自動收集特定材料加工屑料，達(dá)到高效率的回收、減少特定加工條件材料的浪費(fèi)（如圖6所示）。

圖6吸屑裝置設(shè)計(jì)

3.結(jié)語

本文設(shè)計(jì)小型四軸雕刻機(jī)是用加工30mm鋁合金板、工程材料等材料組成的龍門型數(shù)控雕刻機(jī)，是一個典型機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)，主要的機(jī)械設(shè)計(jì)部分包括機(jī)械設(shè)計(jì)、運(yùn)動結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工捷便設(shè)計(jì)，電路、控制系統(tǒng)組成。通過用UG NX軟件實(shí)現(xiàn)三維產(chǎn)品零件設(shè)計(jì)及虛擬裝配檢查總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性。同時用精雕軟件生產(chǎn)代碼，通過MACH3控制系統(tǒng)將指令驅(qū)動四軸步進(jìn)電機(jī)聯(lián)動實(shí)現(xiàn)加工過程的檢測。這款設(shè)計(jì)具有拆裝簡單、易控制、調(diào)試簡單、維護(hù)方便等特點(diǎn)。為中小用戶、工藝品用戶設(shè)計(jì)、圓雕加工用戶提供了低價、經(jīng)濟(jì)效益高的數(shù)控雕刻設(shè)備。

參考文獻(xiàn)：

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