趙 雷

（重慶機電職業(yè)技術學院，重慶 402760）

單軌雙頭數控雕刻機的模型構建

趙 雷

（重慶機電職業(yè)技術學院，重慶 402760）

設計一種單軌雙頭數控雕刻機，給出整機結構的設計方案及關鍵部位（X，Y，Z）軸向傳動系統(tǒng)詳細設計，采用單導軌技術代替現有的雙導軌設計，不僅可同時雕刻2個工件，在相同的時間下出產成倍的產品，提高工作效率，同時降低組裝難度，降低成本，延長雕刻機的使用壽命。

單軌；雙頭；雕刻機

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.12.31

0 引言

數控雕刻機廣泛應用于木工、廣告、工藝、模具、建業(yè)等行業(yè)，可雕刻多種不同材料。數控雕刻機工作時，先將待雕刻工件固定于工作臺面上，驅動機構驅動滑臺組件帶動刀具運動，雕刻工件表面，刀具的各種運動按照預先設計的程序進行。

現在的數控雕刻機一般為單導軌、單滑臺，一次只能雕刻1個工件，不能同時雕刻2個工件，生產效率較低，廠家需要購買大量機器才能滿足加工需求。

為了解決這一技術難題，雙頭雙軌雕刻機已經問世，其機架上設置2個橫梁，橫梁上均設有導軌，導軌上各設有一個雕刻頭，但是使用雙導軌安裝復雜，成本高。

針對上述問題，設計一種單軌雙頭數控雕刻機，在導軌兩端各設置一驅動裝置，兩驅動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)控制兩電機帶動雕刻頭按指定程序加工，由于采用單導軌代替現在技術的雙導軌，降低了組裝難度，節(jié)約了成本，提高了生產效率，還提高了雕刻機的使用壽命。

1 整機設計

1.1 整機結構設計

圖1為單軌雙頭數控雕刻機效果圖，圖2為單軌雙頭數控雕刻機的整機結構，主要由床身底座、工作臺、X軸支撐傳動系統(tǒng)、Y軸支撐傳動系統(tǒng)、Z軸支撐傳動系統(tǒng)、控制柜和2個相同的主軸組成。

1.2 主要技術參數

X軸行程1800mm，Y軸行程1400mm，Z軸行程200mm，工作臺長度1900mm，工作臺寬度1500mm，床身底座長2000mm，床身底座寬1500mm，T形槽數20個，T形槽寬度10mm，機床外形尺寸 2000mm×1900mm×1500mm，加工精度0.02mm，重復定位精度0.01mm，臺面結構為真空吸附臺面，X，Y，Z結構絲杠傳動。機器自耗功率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，主軸轉速0～24 000 r/min，運行模式步進，工作電壓AC 220 V/50 Hz，運行指令G代碼G code。

圖1 單軌雙頭數控雕刻機效果

圖2 單軌雙頭數控雕刻機結構組成

2 主要部位設計

2.1 X軸向傳動系統(tǒng)

X軸向傳動系統(tǒng)工作原理如圖3所示，步進電機帶動絲杠順時針或逆時針旋轉，絲杠螺母左右移動，帶動滑臺組件沿X軸移動。X軸向傳動系統(tǒng)的總體結構如圖4所示，主要由側面外殼、導軌、滑塊、帶動板、滾珠絲杠、聯軸器、機罩、步進電機、側板、固定機架、絲杠螺母等組成。經過計算，步進電機選用537p56系列電機，X軸絲杠選用TBI冷軋滾珠絲杠，與TBI螺母配套購買，精度等級C7級，硬度60～62 HRC，導軌選擇SBR20型號，固定支架采用45#鋼，調質加表面淬火，帶動板45鋼，中間開孔減輕自身重量，側板采用45#鋼，板中間大孔為軸承孔，工藝要求高，側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。

圖3 X軸向傳動系統(tǒng)工作原理

圖4 X軸傳動系統(tǒng)總體結構組成

2.2 Y軸向傳動系統(tǒng)

Y軸向傳動系統(tǒng)的工作原理與X軸類似，如圖5所示，總體結構見圖6，主要由頂部外殼、左側外殼、Y軸步進電機、左支撐板、聯軸器、Y軸導軌固定板、Y軸圓導軌、Y軸滑塊、Y軸絲杠、Y軸絲杠螺母、Y軸帶動板、右支撐板、Y軸絲杠支撐座、滾珠軸承、右側外殼等組成。絲杠同螺母選用與X軸相同，導軌選用SBR25型號，左側外殼采用鋼板壓制鈑金，其結構中有一個通風口，保證步進電機散熱，右側外殼采用鋼板壓制鈑金，左右支撐采用45#鋼，幾個螺紋孔為配合表面，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軸向傳動系統(tǒng)，

工作原理與總體結構如圖7、圖8所示，不再詳細贅述。

圖5 Y軸向傳動系統(tǒng)工作原理

圖6 Y軸傳動系統(tǒng)總體結構組成

圖7 Z軸向傳動系統(tǒng)工作原理

圖8 Z軸向傳動系統(tǒng)總體結構

3 結論

雙頭數控雕刻機，采用單軌技術代替現在的雙導軌，結構簡單、設計合理，2個雕刻頭同時工作，同時雕刻2個工件，在相同的時間里出產成倍的產品，提高了工作效率。

［1］趙雷，張華.氣門錐面磨床全自動氣動送料系統(tǒng)設計［J］.現代機械.2016（3）：66-67.

［2］聞邦椿.機械設計手冊（第5版）［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2010.

［3］詹友剛.Pro/ENGINEER野火版5.0機械設計教程［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2015.

［4］羅奇亮.數控雕刻機控制系統(tǒng)研究及實現［D］.西安：西安工業(yè)大學，2010.

［5］龔志遠.小型CNC雕刻機設計［J］.組合機床與自動化加工技術.2011（2）：100-102.

［6］王建軍，魏平安.高速數控技術的發(fā)展及其應用［J］.機械制造.2009（9）：63-65.

［7］榮盤祥，何志軍.步進電機數字控制系統(tǒng)設計［J］.電機與控制學報.2009，13（2）:272-275.

［8］孫鵬.經濟型雕刻機結構分析及優(yōu)化［D］.南京：南京農業(yè)大學，2014.

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〔編輯 李 波〕

重慶市教育委員會科學技術研究項目（KJ1603501,KJ1750483）