单轨双头数控雕刻机的模型构建

2018-01-03 05:46赵雷

设备管理与维修 2017年12期

关键词：双头丝杠传动系统

赵雷

（重庆机电职业技术学院，重庆 402760）

单轨双头数控雕刻机的模型构建

赵雷

（重庆机电职业技术学院，重庆 402760）

设计一种单轨双头数控雕刻机，给出整机结构的设计方案及关键部位（X，Y，Z）轴向传动系统详细设计，采用单导轨技术代替现有的双导轨设计，不仅可同时雕刻2个工件，在相同的时间下出产成倍的产品，提高工作效率，同时降低组装难度，降低成本，延长雕刻机的使用寿命。

单轨；双头；雕刻机

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.12.31

0 引言

数控雕刻机广泛应用于木工、广告、工艺、模具、建业等行业，可雕刻多种不同材料。数控雕刻机工作时，先将待雕刻工件固定于工作台面上，驱动机构驱动滑台组件带动刀具运动，雕刻工件表面，刀具的各种运动按照预先设计的程序进行。

现在的数控雕刻机一般为单导轨、单滑台，一次只能雕刻1个工件，不能同时雕刻2个工件，生产效率较低，厂家需要购买大量机器才能满足加工需求。

为了解决这一技术难题，双头双轨雕刻机已经问世，其机架上设置2个横梁，横梁上均设有导轨，导轨上各设有一个雕刻头，但是使用双导轨安装复杂，成本高。

针对上述问题，设计一种单轨双头数控雕刻机，在导轨两端各设置一驱动装置，两驱动装置的同步带相互平行。两雕刻头分别装在一条同步带上，控制系统控制两电机带动雕刻头按指定程序加工，由于采用单导轨代替现在技术的双导轨，降低了组装难度，节约了成本，提高了生产效率，还提高了雕刻机的使用寿命。

1 整机设计

1.1 整机结构设计

图1为单轨双头数控雕刻机效果图，图2为单轨双头数控雕刻机的整机结构，主要由床身底座、工作台、X轴支撑传动系统、Y轴支撑传动系统、Z轴支撑传动系统、控制柜和2个相同的主轴组成。

1.2 主要技术参数

X轴行程1800mm，Y轴行程1400mm，Z轴行程200mm，工作台长度1900mm，工作台宽度1500mm，床身底座长2000mm，床身底座宽1500mm，T形槽数20个，T形槽宽度10mm，机床外形尺寸 2000mm×1900mm×1500mm，加工精度0.02mm，重复定位精度0.01mm，台面结构为真空吸附台面，X，Y，Z结构丝杠传动。机器自耗功率0.5 kW，最大空行速度28 000mm/min，最大工作速度240 000mm/min。主轴消耗功率1.5 kW，主轴转速0～24 000 r/min，运行模式步进，工作电压AC 220 V/50 Hz，运行指令G代码G code。

图1 单轨双头数控雕刻机效果

图2 单轨双头数控雕刻机结构组成

2 主要部位设计

2.1 X轴向传动系统

X轴向传动系统工作原理如图3所示，步进电机带动丝杠顺时针或逆时针旋转，丝杠螺母左右移动，带动滑台组件沿X轴移动。X轴向传动系统的总体结构如图4所示，主要由侧面外壳、导轨、滑块、带动板、滚珠丝杠、联轴器、机罩、步进电机、侧板、固定机架、丝杠螺母等组成。经过计算，步进电机选用537p56系列电机，X轴丝杠选用TBI冷轧滚珠丝杠，与TBI螺母配套购买，精度等级C7级，硬度60～62 HRC，导轨选择SBR20型号，固定支架采用45#钢，调质加表面淬火，带动板45钢，中间开孔减轻自身重量，侧板采用45#钢，板中间大孔为轴承孔，工艺要求高，侧面外壳钢板为压制钣金，采用表面喷涂处理使钣金使用寿命更长。

图3 X轴向传动系统工作原理

图4 X轴传动系统总体结构组成

2.2 Y轴向传动系统

Y轴向传动系统的工作原理与X轴类似，如图5所示，总体结构见图6，主要由顶部外壳、左侧外壳、Y轴步进电机、左支撑板、联轴器、Y轴导轨固定板、Y轴圆导轨、Y轴滑块、Y轴丝杠、Y轴丝杠螺母、Y轴带动板、右支撑板、Y轴丝杠支撑座、滚珠轴承、右侧外壳等组成。丝杠同螺母选用与X轴相同，导轨选用SBR25型号，左侧外壳采用钢板压制钣金，其结构中有一个通风口，保证步进电机散热，右侧外壳采用钢板压制钣金，左右支撑采用45#钢，几个螺纹孔为配合表面，精度要求较高，顶部外壳采用钢板压制钣金，其中导线槽与主壳部分采用螺纹连接的方式连接。