【正文】 容易保障，零部 件的組合裝配比較煩雜。該機(jī)床的橫梁和立柱還特意設(shè)計(jì)得較寬 。且加工過程能耗較高，效率較 底。對于縱向較長工件的批量加工時(shí)，需要使用外伸支架支撐的結(jié)構(gòu)，它們的支點(diǎn)高度相同。 在圖 B的 布局方案中，機(jī)床工作臺是固定的，數(shù)控雕刻機(jī) Y/Z軸系統(tǒng)作橫向的左右和豎直的上下移動，龍門架作縱向的移動。對于縱向較長工件的批量加工時(shí)，需要使用外伸支架支撐的結(jié)構(gòu)，它們的支點(diǎn)高度相同，所以支 架支撐的調(diào)整較方便，但是支架的結(jié)構(gòu)和布局 B方案相比顯得繁雜。由于機(jī)床工作臺的移動，機(jī)床的承載能力將不如布局 B的承載能力優(yōu)良 。 本次設(shè)計(jì)的機(jī)床總體布局將采用龍門架式布置結(jié)構(gòu)。 圖 數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)床總體布置圖 本次設(shè)計(jì)的數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)床主要由： 控機(jī) 。 相比而言，一般零件的硬度不會有較大的差別，因此機(jī)床工作臺的切削力的大小和承載能力也不會產(chǎn)生很大差異，其對于機(jī)床的整體布局的影響比較 若 [8]。所需加工零件的重量越大，所要求機(jī)床工作臺、導(dǎo)軌等部件的剛度就要提高。所需加工零件的大小面積，將直接和導(dǎo)軌的布局以及機(jī)床工作臺的尺寸相關(guān)。 (3)要有助于加強(qiáng)雕刻機(jī)結(jié)構(gòu)的剛度，機(jī)床的占地面積要盡可能的小。因?yàn)榫推渌鼦l件相同下，機(jī)床的移動部分的零件的重量越小，那么它的慣性將越小，其傳動件的尺寸以及驅(qū)動電機(jī)的功率也將越小。 因此，對于雕刻機(jī)動靜分配的規(guī)劃，可依照下面的原則來考慮： (1)所選的動靜分配將增強(qiáng)機(jī)床加工的精度。 由于數(shù)控雕刻機(jī)的動靜分配存在差異，所以機(jī)床對應(yīng)的布局也會不同。使刀具的鉆孔加工有個(gè)切入的過程。從而實(shí)現(xiàn)了鉆頭在 X、 Y 平面內(nèi)的定位自由，從而使得刀具在 平面 X、 Y 內(nèi)按照不同的軌跡路徑對零件進(jìn)行銑雕加工。 加工零件的表面，要成形的加工運(yùn)動主要可分為銑削、鉆孔、切割三類。 在滿足了機(jī)床總體布局基本要求的基礎(chǔ)上，還應(yīng)考慮到影響雕刻機(jī)布局的其它基本因素，如下： 要在加工零件的表面銑雕出不同形狀的線路紋路，就要結(jié)合不同的刀具來進(jìn)行加工，所以機(jī)床表面成形運(yùn)動的數(shù)目及形式也就不同，將直接導(dǎo)致機(jī)床布局的差異。在機(jī)床的加工過程中還要利于操作、位置的調(diào)整和進(jìn)行維修。對于機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)而言，它的控制反應(yīng)速度要迅速、靈敏，其所配置的伺服電機(jī)的特性 要極佳。它主軸的轉(zhuǎn)速甚至高達(dá) 30000r/min 左右。本文所設(shè)計(jì)的小型數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)床的性能指標(biāo)參數(shù)如下表 11： 表 11 數(shù)控雕刻機(jī)系統(tǒng)主要性能指標(biāo)參數(shù) 性能名稱 數(shù)值 加工幅面 120160200mm 工作臺尺寸 X/Y 270278mm 行程 X/Y/Z 50150200mm 最大進(jìn)給速度 加工刀具最大直徑 主軸電機(jī)最高轉(zhuǎn)速 3000r/min 主軸電機(jī)功率 400kw 換刀方式 手動換刀 X/Y/Z 定位精度 ～ + X/Y/Z 重復(fù)定位精度 ～ + 總功率 P 1000W 軸聯(lián)動數(shù) 4 脈沖當(dāng)量 ～ +外觀尺寸 400500600 定梁式數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 2 雕 刻 機(jī)總體布局方案設(shè)計(jì) 數(shù)控雕 刻 機(jī)布局要求及影響因素 數(shù)控雕刻機(jī)床主要是用于較小雕刻量或軟金屬材料的工件的加工。只要給出一定的變數(shù)值，就可以編制形狀相似的工件加工程序 [46]。一種是直接人工編程的照像底片或光繪底片，一種是采用幾何工藝語言 GTL 進(jìn)行編程，最后一種是用參數(shù)化進(jìn)行編程。 X、 Y 軸的編程也將相應(yīng)擴(kuò)大， (一般在 600mm 600mm 以上 )，軸的行程增加了，相應(yīng)的鉆孔面積也將增加。這大大提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)也滿足了大規(guī)模的自動化生產(chǎn)需要。數(shù)控鉆銑床還可以進(jìn)行軟件的編程限位，不但可以自動測量刀具大小長短，還能對刀具進(jìn)行管理等。而且 X 軸和 Y 軸采用分離式布局，避免了 傳統(tǒng)的重疊現(xiàn)象。也使得運(yùn)動加減速過程的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)縮短。數(shù)控鉆銑床多數(shù)采用了氣墊加磁浮的方式， X、 Y 軸用氣浮導(dǎo)向，工作臺面用氣浮支撐，采用伺服馬達(dá)作為工作臺面的定位驅(qū)動，還配有精密的滾珠絲杠以及預(yù)加載荷的雙螺母進(jìn)行校正調(diào)整。因此快速 PCB 鉆銑機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)采用了伺服電機(jī)－滾珠絲杠－導(dǎo)軌的方式，導(dǎo)軌還選擇了氣浮 導(dǎo)軌，它的摩擦系數(shù)更小，加工動作更輕便。 4）機(jī)床工作臺面的移動方式采用了氣墊加磁浮，確保了機(jī)床工作臺面不會因?yàn)椴僚龆粍潅? PCB 電路板機(jī)械加工時(shí)所需的負(fù)載較小。另一方面，機(jī)床具有了自檢功能后，它還能自動控制鉆孔的深度，確保鉆頭尖端和工作臺面的距離。而且， PCB 電路板還可能被斷的鉆頭劃壞損傷，嚴(yán)重影響到電路板制作的質(zhì)量問題。同時(shí)，每個(gè)主軸都安裝激光測試徑向跳動裝置，保證每個(gè)主軸都保持在最佳工作狀態(tài)。甚至有的同時(shí)顯示和報(bào)警。 3）具有自檢自控功能 數(shù)控鉆銑床 ,大多數(shù)都具備自我檢測，自我反饋，自我調(diào)整的功能 。就位置的反饋系統(tǒng)而言，配置了直線光柵或線性磁尺，將它們組成閉環(huán)式反饋回路，讓鉆孔的定位精度達(dá) 以下，重復(fù)定位精度在 以下。對于加工鉆孔直徑為 小孔時(shí)。再加上采用了高動態(tài)伺服馬達(dá)，僅僅只需幾毫秒的時(shí)間電主軸的速度就能達(dá)到最高?？梢噪S時(shí)探測 PCB 的疊層與電主軸的壓力角的距離，從而把它們控制在一個(gè)合適的范圍里，確保了電主軸的最佳移動距離，使其鉆孔的速度達(dá)到最高。由主 CPU 控制，從 CPU 再分別控制不同功能與特性的結(jié)構(gòu)部件，確保它們于主 CPU 的控制步調(diào)一致。那些純手工加工方法以及電路板的沖孔加工工藝方法在機(jī)械加工方法中已經(jīng)很少出現(xiàn)了，數(shù)控雕刻機(jī)床和數(shù)控銑床用在 PCB 制造行業(yè)早已很常見了，數(shù)控雕刻機(jī)床和數(shù)控銑床也已列入了當(dāng)前國內(nèi)印制板機(jī)械加工的主導(dǎo)設(shè)備行列里。由于這些加工技術(shù)本身有著一定的局限性，所以一般 PCB 加工作業(yè)大多數(shù)得依靠數(shù)控雕刻機(jī)床來進(jìn)行。 現(xiàn)在印刷電路板和它的制造技術(shù)的發(fā)展已達(dá)到了一個(gè)較高水平。其中，隨著觸摸屏手機(jī)、平板電腦的滲透率不斷提高，未來消費(fèi)類電子產(chǎn)品零配件制造行業(yè)對數(shù)控雕刻機(jī)需求將持續(xù)快速增長，到 2020年，僅消費(fèi)類電子產(chǎn)品零配件制造行業(yè)，對數(shù)控雕刻機(jī)需求量就將達(dá)到 38000 臺 [3]。結(jié)合各下游行業(yè)十二五規(guī)劃制定的發(fā)展目標(biāo)，羅百輝預(yù)計(jì)到 2020 年全國數(shù)控雕刻機(jī)產(chǎn)銷量將達(dá)到 12 萬臺。 隨著下游各應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品加工過程中的高精密、高效率、低耗能、低耗材的要求不斷提升，數(shù)控雕刻機(jī)自身技術(shù)不斷成熟，下游新興應(yīng)用領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)，國內(nèi)人工成本的不斷增長，原有老舊設(shè)備的更新?lián)Q代等等，都將對 數(shù)控雕刻機(jī)市場起到積極的推動作用。 隨著數(shù)控雕刻機(jī)技術(shù)的不斷成熟和價(jià)格趨于合理，其性價(jià)比逐漸得到業(yè)界的認(rèn)可，市場快速擴(kuò)大。由于數(shù)控雕刻機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域日益拓展，它的市場規(guī)模也不斷擴(kuò)大。 CNC 雕刻機(jī)相對于一般加工機(jī)床 有著技術(shù)上的優(yōu)勢，而且它的價(jià)格合理，現(xiàn)已成為了市場上電子零配件的制造、五金產(chǎn)品、家具制造、小型精密模具制造等行業(yè)加工機(jī)床工具。 國內(nèi)外研究狀況及其發(fā)展趨勢 伴隨著模具業(yè)、廣告招牌業(yè)、家具制造業(yè)的發(fā)展日趨擴(kuò)大，尤其在模具行業(yè)中對零件無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 表面的加工，要求不斷提高。根據(jù)數(shù)控雕刻機(jī)的自身特點(diǎn)，可以將其分為機(jī)械系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，本文著重研究機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程。它可以完成一般的輕型零件及 電子電路板的加工，也可以進(jìn)行透刻輪廓等加工。但是一般都體積龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴 [2]。另外，它的加工范圍大，性價(jià)比較高，能夠普遍用于輕型金屬構(gòu)件的精密加工和模具型腔的曲面加工，也可以用來加工各類工藝品和非金屬制品。就當(dāng)今制造類行業(yè)來講，尤其在復(fù)雜型腔模的精細(xì)加工中， CNC雕刻機(jī)的加工精度高、速度快、表面質(zhì)量好，能夠代替價(jià)格相對昂貴的加工中心的機(jī)加工。 數(shù)控雕刻機(jī)的機(jī)械加工精度高、剛性強(qiáng)，它的數(shù)控系統(tǒng)還擁有抗干擾特性，是含有高新科學(xué)技術(shù)的一種加工設(shè)備，其機(jī)電一體化水平先進(jìn)。 由于模具產(chǎn)業(yè)和美術(shù)品制 造業(yè)的日益發(fā)展，縱觀全球，市場上對于數(shù)控雕刻機(jī)的需求逐步擴(kuò)大，首先是相對高端的數(shù)控雕刻中心，其需求量最為龐大。跟據(jù)相關(guān)資料載述，世上首臺 CNC 機(jī)床的問世，是 1952 年在芝加哥機(jī)床展覽會上出現(xiàn)的 ，而針對于 PCB 工業(yè)加工的 CNC 機(jī)床大概晚于純金屬切削加工機(jī)床 10 年左右 ，它 是 60 年代初期出現(xiàn)的，從此便開創(chuàng)了數(shù)控雕刻技術(shù)的新紀(jì)元 [1]。 自從 60 年代初以來， 就 工業(yè)發(fā)達(dá)國家的許多 PCB（印刷電路板）加工設(shè)備設(shè)計(jì) 而言 ，為 了 使產(chǎn)品具有強(qiáng)勁的市場競爭力 以 滿足人們的要求，生產(chǎn)廠家紛紛投入了 較大的人力、物力和財(cái)力， 就 PCB 加工設(shè)備 的設(shè)計(jì)過程中 存在的問題 做了深入研究 ， 最后在 60 年代初 獲 得了 較大 的成果 。s world, modern industrial technology are rapidly developing with each passing day. In the field of machinery manufacturing, people are increasingly high requirements for the quality, accuracy and efficiency of the machine parts. Therefore, for a machine with a new generation of machined parts is also increasing. In this trend, driven by CNC machine tools transform the structure optimization design bees very significant. A large number of CNC machine tools just mushroomed into the machinery manufacturing industry. Such as CNC engraving machine plays an important role in the field of mold, PCB circuit board, and advertising signs. In this paper, surveys and studies have been done of the fixed beam CNC engraving machine CNC machine tools development at home and abroad as well as its outlook for manufacturing in the future, and the structure of the CNC machine to do the research and design optimization, the overall layout design machine main drive system design (the electric spindle or motor directly connected to the transmission structure), machine tool feed motion systems (rail and ball screw) structural design, the ball screw calculation of selection and check the bearing and motor the calculation and selection, and finally the use of CAD drawing software to draw the general assembly drawing of the machine, some parts diagram and structure diagram. Key words: CNC engraving and milling machine； spindle； rail； ball screw V 目 錄 摘 要 ............................................................................................................................................III ABSTRACT .................................................................................................................................. IV 目 錄 .............................................................................................................................................V 1 緒論 ..................................................................................................................