單軌雙頭數(shù)控雕刻機(jī)的模型構(gòu)建

趙 雷

（重慶機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 402760）

單軌雙頭數(shù)控雕刻機(jī)的模型構(gòu)建

趙 雷

（重慶機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 402760）

設(shè)計(jì)一種單軌雙頭數(shù)控雕刻機(jī)，給出整機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案及關(guān)鍵部位（X，Y，Z）軸向傳動(dòng)系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)，采用單導(dǎo)軌技術(shù)代替現(xiàn)有的雙導(dǎo)軌設(shè)計(jì)，不僅可同時(shí)雕刻2個(gè)工件，在相同的時(shí)間下出產(chǎn)成倍的產(chǎn)品，提高工作效率，同時(shí)降低組裝難度，降低成本，延長(zhǎng)雕刻機(jī)的使用壽命。

單軌；雙頭；雕刻機(jī)

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.12.31

0 引言

數(shù)控雕刻機(jī)廣泛應(yīng)用于木工、廣告、工藝、模具、建業(yè)等行業(yè)，可雕刻多種不同材料。數(shù)控雕刻機(jī)工作時(shí)，先將待雕刻工件固定于工作臺(tái)面上，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)組件帶動(dòng)刀具運(yùn)動(dòng)，雕刻工件表面，刀具的各種運(yùn)動(dòng)按照預(yù)先設(shè)計(jì)的程序進(jìn)行。

現(xiàn)在的數(shù)控雕刻機(jī)一般為單導(dǎo)軌、單滑臺(tái)，一次只能雕刻1個(gè)工件，不能同時(shí)雕刻2個(gè)工件，生產(chǎn)效率較低，廠家需要購(gòu)買大量機(jī)器才能滿足加工需求。

為了解決這一技術(shù)難題，雙頭雙軌雕刻機(jī)已經(jīng)問(wèn)世，其機(jī)架上設(shè)置2個(gè)橫梁，橫梁上均設(shè)有導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上各設(shè)有一個(gè)雕刻頭，但是使用雙導(dǎo)軌安裝復(fù)雜，成本高。

針對(duì)上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種單軌雙頭數(shù)控雕刻機(jī)，在導(dǎo)軌兩端各設(shè)置一驅(qū)動(dòng)裝置，兩驅(qū)動(dòng)裝置的同步帶相互平行。兩雕刻頭分別裝在一條同步帶上，控制系統(tǒng)控制兩電機(jī)帶動(dòng)雕刻頭按指定程序加工，由于采用單導(dǎo)軌代替現(xiàn)在技術(shù)的雙導(dǎo)軌，降低了組裝難度，節(jié)約了成本，提高了生產(chǎn)效率，還提高了雕刻機(jī)的使用壽命。

1 整機(jī)設(shè)計(jì)

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1為單軌雙頭數(shù)控雕刻機(jī)效果圖，圖2為單軌雙頭數(shù)控雕刻機(jī)的整機(jī)結(jié)構(gòu)，主要由床身底座、工作臺(tái)、X軸支撐傳動(dòng)系統(tǒng)、Y軸支撐傳動(dòng)系統(tǒng)、Z軸支撐傳動(dòng)系統(tǒng)、控制柜和2個(gè)相同的主軸組成。

1.2 主要技術(shù)參數(shù)

X軸行程1800mm，Y軸行程1400mm，Z軸行程200mm，工作臺(tái)長(zhǎng)度1900mm，工作臺(tái)寬度1500mm，床身底座長(zhǎng)2000mm，床身底座寬1500mm，T形槽數(shù)20個(gè)，T形槽寬度10mm，機(jī)床外形尺寸 2000mm×1900mm×1500mm，加工精度0.02mm，重復(fù)定位精度0.01mm，臺(tái)面結(jié)構(gòu)為真空吸附臺(tái)面，X，Y，Z結(jié)構(gòu)絲杠傳動(dòng)。機(jī)器自耗功率0.5 kW，最大空行速度28 000mm/min，最大工作速度240 000mm/min。主軸消耗功率1.5 kW，主軸轉(zhuǎn)速0～24 000 r/min，運(yùn)行模式步進(jìn)，工作電壓AC 220 V/50 Hz，運(yùn)行指令G代碼G code。

圖1 單軌雙頭數(shù)控雕刻機(jī)效果

圖2 單軌雙頭數(shù)控雕刻機(jī)結(jié)構(gòu)組成

2 主要部位設(shè)計(jì)

2.1 X軸向傳動(dòng)系統(tǒng)

X軸向傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理如圖3所示，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲杠順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，絲杠螺母左右移動(dòng)，帶動(dòng)滑臺(tái)組件沿X軸移動(dòng)。X軸向傳動(dòng)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖4所示，主要由側(cè)面外殼、導(dǎo)軌、滑塊、帶動(dòng)板、滾珠絲杠、聯(lián)軸器、機(jī)罩、步進(jìn)電機(jī)、側(cè)板、固定機(jī)架、絲杠螺母等組成。經(jīng)過(guò)計(jì)算，步進(jìn)電機(jī)選用537p56系列電機(jī)，X軸絲杠選用TBI冷軋滾珠絲杠，與TBI螺母配套購(gòu)買，精度等級(jí)C7級(jí)，硬度60～62 HRC，導(dǎo)軌選擇SBR20型號(hào)，固定支架采用45#鋼，調(diào)質(zhì)加表面淬火，帶動(dòng)板45鋼，中間開(kāi)孔減輕自身重量，側(cè)板采用45#鋼，板中間大孔為軸承孔，工藝要求高，側(cè)面外殼鋼板為壓制鈑金，采用表面噴涂處理使鈑金使用壽命更長(zhǎng)。

圖3 X軸向傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理

圖4 X軸傳動(dòng)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)組成

2.2 Y軸向傳動(dòng)系統(tǒng)

Y軸向傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理與X軸類似，如圖5所示，總體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6，主要由頂部外殼、左側(cè)外殼、Y軸步進(jìn)電機(jī)、左支撐板、聯(lián)軸器、Y軸導(dǎo)軌固定板、Y軸圓導(dǎo)軌、Y軸滑塊、Y軸絲杠、Y軸絲杠螺母、Y軸帶動(dòng)板、右支撐板、Y軸絲杠支撐座、滾珠軸承、右側(cè)外殼等組成。絲杠同螺母選用與X軸相同，導(dǎo)軌選用SBR25型號(hào)，左側(cè)外殼采用鋼板壓制鈑金，其結(jié)構(gòu)中有一個(gè)通風(fēng)口，保證步進(jìn)電機(jī)散熱，右側(cè)外殼采用鋼板壓制鈑金，左右支撐采用45#鋼，幾個(gè)螺紋孔為配合表面，精度要求較高，頂部外殼采用鋼板壓制鈑金，其中導(dǎo)線槽與主殼部分采用螺紋連接的方式連接。

2.3 Z軸向傳動(dòng)系統(tǒng)，

工作原理與總體結(jié)構(gòu)如圖7、圖8所示，不再詳細(xì)贅述。

圖5 Y軸向傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理

圖6 Y軸傳動(dòng)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)組成

圖7 Z軸向傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理

圖8 Z軸向傳動(dòng)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

3 結(jié)論

雙頭數(shù)控雕刻機(jī)，采用單軌技術(shù)代替現(xiàn)在的雙導(dǎo)軌，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理，2個(gè)雕刻頭同時(shí)工作，同時(shí)雕刻2個(gè)工件，在相同的時(shí)間里出產(chǎn)成倍的產(chǎn)品，提高了工作效率。

［1］趙雷，張華.氣門錐面磨床全自動(dòng)氣動(dòng)送料系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.現(xiàn)代機(jī)械.2016（3）：66-67.

［2］聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第5版）［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［3］詹友剛.Pro/ENGINEER野火版5.0機(jī)械設(shè)計(jì)教程［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

［4］羅奇亮.數(shù)控雕刻機(jī)控制系統(tǒng)研究及實(shí)現(xiàn)［D］.西安：西安工業(yè)大學(xué)，2010.

［5］龔志遠(yuǎn).小型CNC雕刻機(jī)設(shè)計(jì)［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù).2011（2）：100-102.

［6］王建軍，魏平安.高速數(shù)控技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用［J］.機(jī)械制造.2009（9）：63-65.

［7］榮盤祥，何志軍.步進(jìn)電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.電機(jī)與控制學(xué)報(bào).2009，13（2）:272-275.

［8］孫鵬.經(jīng)濟(jì)型雕刻機(jī)結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化［D］.南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.

TP223

B

〔編輯 李 波〕

重慶市教育委員會(huì)科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（KJ1603501,KJ1750483）