定梁式数控雕刻机机械结构设计说明书

定梁式数控雕刻机机械结构设计说明书内容摘要：

2）数控钻铣的效率高，精度好，速度快，质量高 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 一般来说数控钻铣床的各个电主轴都配置 了 Z 轴进给深度控制感应系统。 可以随时探测 PCB 的叠层与电主轴的压力角的距离，从而把它们控制在一个合适的范围里，确保了电主轴的最佳移动距离，使其钻孔的速度达到最高。 Z 轴采用独立驱动方式，电主轴系统使用气浮轴承，很大程度上减少了摩擦力，从而确保了加减速的时间较短，也就提高了加工精度，提高了效率。 再加上采用了高动态伺服马达，仅仅只需几毫秒的时间电主轴的速度就能达到最高。 目前，当电主轴达最高运转速度时，其值为 120200r/min。 对于加工钻孔直径为 小孔时。 一般铣床因工艺的需要，其速度会确保在 55000r/min 以下，速度快反而不利于加工。 就位置的反馈系统而言，配置了直线光栅或线性磁尺，将它们组成闭环式反馈回路，让钻孔的定位精度达 以下，重复定位精度在 以下。 而且，加工出来的PCB 板无毛刺，不会有斜度，表面光滑整齐。 3）具有自检自控功能 数控钻铣床 ,大多数都具备自我检测，自我反馈，自我调整的功能。 它的设计理念是 ,在主 CPU 的控制下，有一个从 CPU 在全闭环控制系统下 ,负责对钻铣床的各个部位进行动态检查 ,发现问题随时在显示器上反馈出来。 甚至有的同时显示和报警。 工作人员排除故障 疏忽的情况下，为使机器不会损坏，有的还可以自动控制，让机器停止工作，制定它保持待机，从而有效防止了机器发生故障而损坏。 同时，每个主轴都安装激光测试径向跳动装置，保证每个主轴都保持在最佳工作状态。 钻头的折断在实际生产中经常发生，但若不能及时发现并采取更换措施，应该要钻的孔就有可能为钻。 而且， PCB 电路板还可能被断的钻头划坏损伤，严重影响到电路板制作的质量问题。 然而，针对这个问题，现在数控钻铣床的主轴系统都安装了断钻检测装置，当钻头断了，数控机床将自动停止运转，并显示提醒断钻的位置，相应的换上好的钻头，还要自 动检测所装钻头的直径，并重新进行孔加工。 另一方面，机床具有了自检功能后，它还能自动控制钻孔的深度，确保钻头尖端和工作台面的距离。 从而确保机床的工作台面不会被钻坏损伤。 4）机床工作台面的移动方式采用了气垫加磁浮，确保了机床工作台面不会因为擦碰而被划伤 PCB 电路板机械加工时所需的负载较小。 要求高速、高精度的进给，所以 PCB 钻铣机的进给系统要求阻尼小、摩擦小、灵敏度高，这样才能满足 PCB 的孔加工时频繁高速的起停运动。 因此快速 PCB 钻铣机床的进给系统采用了伺服电机－滚珠丝杠－导轨的方式，导轨还选择了气浮 导轨，它的摩擦系数更小，加工动作更轻便。 当空气轴承出现问题时，数控钻铣机床将处在一种不平衡的状态，这样工作台面很容易被划伤。 数控钻铣床多数采用了气垫加磁浮的方式， X、 Y 轴用气浮导向，工作台面用气浮支撑，采用伺服马达作为工作台面的定位驱动，还配有精密的滚珠丝杠以及预加载荷的双螺母进行校正调整。 这样机床工作台面移动起来轻盈，快捷，精准。 也使得运动加减速过程的时间远远缩短。 如若机器有不平衡现象出现，磁浮会吸住机床工作台面，让机器停下来，使得整个工作台面完好无损。 而且 X 轴和 Y 轴采用分离式布局，避免了 传统的重叠现象。 布置 X 轴、 Y 轴在大理石结构的中央位置，工作台面始终保持在最佳平衡状态，毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 相应得也就提高了孔加工的精度。 数控钻铣床还可以进行软件的编程限位，不但可以自动测量刀具大小长短，还能对刀具进行管理等。 5）机床的电主轴头数种类多、加工幅面大 现在的数控钻床大多都是 46 个主轴钻头。 这大大提高了生产效率，同时也满足了大规模的自动化生产需要。 增加主轴以后，机床台面尺寸也要对应增加。 X、 Y 轴的编程也将相应扩大， (一般在 600mm 600mm 以上 )，轴的行程增加了，相应的钻孔面积也将增加。 6） 编程的功能多种化 当前市场上的数控钻铣床一般都有两种以上的编程功能。 一种是直接人工编程的照像底片或光绘底片，一种是采用几何工艺语言 GTL 进行编程，最后一种是用参数化进行编程。 目前，最后一种普遍得到运用，它是一种特有的有效的编程工具，能够把任何加工顺序作为用户加工环境来运用和设计编程。 只要给出一定的变数值，就可以编制形状相似的工件加工程序 [46]。 雕 刻 机机械系统设计的主要技术指标 通过分析比较以往数控雕铣机及雕刻机的性能参数，发现国内目前数控雕刻机的最高主轴转速通常在 24000r/min 左右，刀具 最高切削速度介于 4 到 6m/min 之间，机床主轴电机功率为 千瓦上下。 本文所设计的小型数控雕刻机机床的性能指标参数如下表 11： 表 11 数控雕刻机系统主要性能指标参数 性能名称 数值 加工幅面 120160200mm 工作台尺寸 X/Y 270278mm 行程 X/Y/Z 50150200mm 最大进给速度 加工刀具最大直径 主轴电机最高转速 3000r/min 主轴电机功率 400kw 换刀方式 手动换刀 X/Y/Z 定位精度 ～ + X/Y/Z 重复定位精度 ～ + 总功率 P 1000W 轴联动数 4 脉冲当量 ～ +外观尺寸 400500600 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 2 雕 刻 机总体布局方案设计 数控雕 刻 机布局要求及影响因素 数控雕刻机床主要是用于较小雕刻量或软金属材料的工件的加工。 要求加工精度较高。 它主轴的转速甚至高达 30000r/min 左右。 各向移动部件要求运动轻巧、刚性好、灵活性强。 对于机床的数控系统而言，它的控制反应速度要迅速、灵敏，其所配置的伺服电机的特性 要极佳。 从机械的角度出发去分析，对于数控雕刻机床而言，它的结构应满足：加工范围广、工作精度高、生产率高和经济性能好等各项要求；另外，它的非移动部件的刚性要好，移动部件而言，首先它要具有良好刚性，还要整体结构轻巧，要具有较好的灵活性；确保雕刻机具有与所要求的加工精度相适应的刚度、抗振性、热变形及噪音水平；应便于观察和检测。 在机床的加工过程中还要利于操作、位置的调整和进行维修。 方便换刀和装卸所要加工零部件；注意防护，确保安全；机床的机械结构要简单、可靠，机床的各个零部件要便于加工、装配；最好要确保重量轻盈，体 积较小，制造成本较低，占地面积要小，总体外型要大方美观 [7]。 在满足了机床总体布局基本要求的基础上，还应考虑到影响雕刻机布局的其它基本因素，如下： 要在加工零件的表面铣雕出不同形状的线路纹路，就要结合不同的刀具来进行加工，所以机床表面成形运动的数目及形式也就不同，将直接导致机床布局的差异。 因此，在布局雕刻机时，必须根据加工的要求，首先对所要加工零件表面成形的方法及运动进行综合、全面合理地考虑。 加工零件的表面，要成形的加工运动主要可分为铣削、钻孔、切割三类。 因此所设计的数控 雕刻机必须满足下面几种运动才可以实现各种加工过程： (1)X、 Y 两个方向上相互垂直的直线移动。 从而实现了钻头在 X、 Y 平面内的定位自由，从而使得刀具在 平面 X、 Y 内按照不同的轨迹路径对零件进行铣雕加工。 (2)与 X、 Y 平面相垂直的 Z 方向上直线移动。 使刀具的钻孔加工有个切入的过程。 (3)机床切削的主运动是刀具的高速转动。 由于数控雕刻机的动静分配存在差异，所以机床对应的布局也会不同。 而且，就同一种动静分配的布局而言，因为机床导轨的布局加上导轨结构安装结构不一样，雕刻机 的布局也会不一样。 因此，对于雕刻机动静分配的规划，可依照下面的原则来考虑： (1)所选的动静分配将增强机床加工的精度。 (2)机床移动部分的零件的重量最好轻巧。 因为就其它条件相同下，机床的移动部分的零件的重量越小，那么它的惯性将越小，其传动件的尺寸以及驱动电机的功率也将越小。 这样，雕刻机的运动力学性能将大大提高。 (3)要有助于加强雕刻机结构的刚度，机床的占地面积要尽可能的小。 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 零件的形状、硬度、尺寸和其重量所产生的影响 一般来说，雕刻机机构的布局一定程度上也和待加工的零件的尺寸、形状、重量 和硬度有关。 所需加工零件的大小面积，将直接和导轨的布局以及机床工作台的尺寸相关。 比如，所需加工零件的面积尺寸很大，机床工作台在于加工同一方向尺寸将会变大，其它一系列部件如与工作台相连接的滑块、滑板及两导轨布局的跨距将越大。 所需加工零件的重量越大，所要求机床工作台、导轨等部件的刚度就要提高。 由此可见，待加工零件的形状、尺寸、重量等也将是对雕刻机布局产生影响的直接性、决定性因素。 相比而言，一般零件的硬度不会有较大的差别，因此机床工作台的切削力的大小和承载能力也不会产生很大差异，其对于机床的整体布局的影响比较 若 [8]。 数控雕 刻 机总体结构布局 数控雕刻机总体结构布局如图。 图 数控雕刻机机床总体布置图 本次设计的数控雕刻机机床主要由： 控机。 机床龙门式结构具有刚性和对称性优良的特点，所以一向是设计高速切削机床结构的首选。 本次设计的机床总体布局将采用龙门架式布置结构。 机床龙门框架式的基本布局形式一般有如图 A,B两种结构： 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 图 A 工作台移动式 图 B 龙门架移动式 图 龙门式数控雕刻机结构示意图 如图 A的 布局方案，龙门架是固定的，数控雕刻机 Y/Z轴系统作横向的左右和竖直的上下移动，机床 X工作台将作纵向移动。 由于机床工作台的移动，机床的承载能力将不如布局 B的承载能力优良。 如果所需承载加工零件比较轻，那么此类机床布局方式要求的电机功率及传动部件的尺寸就比较小，移动比较快捷、轻便。 对于纵向较长工件的批量加工时，需要使用外伸支架支撑的结构，它们的支点高度相同，所以支 架支撑的调整较方便，但是支架的结构和布局 B方案相比显得繁杂。 由于机床移动部件的质量比较小，因此该种方案中的数控雕刻机 Z轴系统刀具的运动、精度易于得到保障。 在图 B的 布局方案中，机床工作台是固定的，数控雕刻机 Y/Z轴系统作横向的左右和竖直的上下移动，龙门架作纵向的移动。 由于机床工作台是不动的，所以它的承载能力比较好，适合于对重型零件的工件。 对于纵向较长工件的批量加工时，需要使用外伸支架支撑的结构，它们的支点高度相同。 但机床 Z轴系统刀具的运动精度难以得到保证，而且龙门架的移动相对笨重。 且加工过程能耗较高，效率较 底。 综合上述比较，充分结合参考机床布局的基本要求、影响机床布局的基本因素以及本次设计的雕刻机的设计参数，最终选用图 A的 布局方案。 该机床的横梁和立柱还特意设计得较宽。 而且考虑到 不良力矩产生的影响，机床还对 X、 Y、 Z三个方向上的两根直线滚动导轨之间的跨距进行了加宽，从机床的整体布局上进行考虑，有效、可靠地确保了机床的刚性。 数控雕 刻 机结构的改良对比 至于其它结构方面，综合比较以往雕刻机、雕铣机的有关资料，发现以往的一些结构存在某些普遍问题，比如： 1）对于机床各方向上的加工精度不容易保障，零部 件的组合装配比较烦杂。 2）加工的切削力较大的情况下 ，机床 Z轴滑座与 Y向横梁的垂直程度有偏移误差的现毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 象。 3）机床主轴在高 速运转时 , 对于加工 进给的速度快时 , 主轴刀具较容易断掉。 通过查阅资料、分析研究 ， 对数控雕刻机机械结构作如下改进 : ， 原来滑块下的直线导轨布局在同一平面内 ，如图 （ a） 所示， 现把它们布置在互相垂直的空间平面内 , 如图 （ b）的结构所示 ，此时完全 锁定了 机床 Z轴滑座的各相偏移误差。 机床工作台和直线导 轨滑块的相连处布置台阶 ，其 侧面采用螺钉锁定 ，这样 X向就被锁定了。 孕育铸铁的稳定性、耐冲击性和吸振性都很优越，这将大大提高机床床身的结 构强度和刚性。 因此本次设计机床的整体式床身底座由孕育铸铁铸造加工而成。 采用箱形结构的方式，其底部内部筋板采用井字型筋板配合的网状结构方式。 保证了对 X向工作 台及两边立柱所需的刚性支撑作用，总体上使得机床的动态加工稳定性得到了提高。 加工精度难以保证的部位添加调整垫片 ，采用调节的方式确保满足 各向精度的要求 ， 使得各个方向的运动轻快、便捷 [9]。 图（ a） 改进前横梁导轨布局 图（ b） 改进后横梁导轨布局 图 横梁导轨布局图 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 初步设计数控雕刻机的机械结构布局如图。 图 数控雕刻机机械结构示意图 由于此次设计的数控雕刻 机 机 床。