3C電子產品加工專機的設計

安永樂，李東波，何非，徐良凱，馬燕峰，謝進義

(1.南京理工大學機械工程學院，江蘇南京210094;2.江蘇宜鵬重工有限公司，江蘇宜興214200)

3C電子產品加工專機主要用于3C(計算機、通信和消費類電子產品)領域平板電腦背板、手機電源插座等的精密加工，其總體趨勢向高速度、高精度、智能化、功能集成化等方向發展。目前我國用于加工3C電子產品小型零配件的數控機床市場主要被日本和歐美產品壟斷，尤其是日本FANUC和Brother公司的小型精密加工中心市場占有率達70%。3C電子產品發展速度高、更新換代快，隨著我國經濟社會的快速發展，用于3C電子產品小型零配件的加工設備的市場需求將會進一步擴大，3C電子產品加工專機的研制將會順應市場需求，打破國外產品壟斷，對促進國產高端數控裝備產業的技術進步具有一定的意義。通過查閱文獻及現場調查，文中對該加工專機的關鍵部件進行了設計。

1 3C電子產品加工專機整體方案設計

設計的加工專機屬于加工中心的一種，加工中心是一種在數控銑床的基礎上加上刀庫及自動換刀裝置或多個工作臺，集數控銑床、數控鏜床、數控鉆床的功能于一身的由計算機控制的高效、高自動化程度的機床。加工中心一般具有3～5個運動坐標，常見的是X、Y、Z3個直線運動坐標加一個回轉運動坐標［1］。按照加工中心布局方式可分為立式和臥式加工中心。目前市場上現存的該類設備都是單主軸立式結構，當零件多面加工時，需要對工件進行多次翻轉及裝夾，容易造成加工精度不穩定的問題［2］，為此特設計一種臥式雙主軸結構的加工中心。其整體機構包括:基座、臥式雙主軸、回轉工作臺、無刀柄夾刀雙刀庫、集屑箱。該加工中心的整體布局如圖1所示。根據需求，雙主軸結構通過控制系統控制可同時進行加工，也可以單獨進行加工，提高了加工的靈活性。

圖1 加工中心的整體布局

2 臥式雙主軸結構設計

隨著社會對3C電子產品需求量的增大，加工效率將直接影響一家公司的產能。在3C電子產品數控加工專機的設計過程中，為使其效率更高，參考相關文獻［2－3］，設計了一種3C電子產品加工專機臥式雙主軸機構，它可以在同樣的占地面積內，實現雙倍的加工效率，其結構示意如圖2所示。該臥式雙主軸結構包括:回轉工作臺、兩個主軸、主軸支座、主軸基座。為實現零件的高速切削，兩個主軸采用電主軸［4］，通過支座和主軸基座進行固定，處于臥式結構，兩個主軸之間布置回轉工作臺，用于固定夾具，實現工件的多樣化加工。工作臺搭配雙主軸機構可以實現被加工件的雙邊對面加工，相比于單主軸機床，工作效率將會提高一倍。

圖2 臥式雙主軸結構示意圖

3 無刀柄夾刀刀庫設計

具有自動換刀功能是加工中心區別于普通數控加工機床的重要標志。加工中心自動換刀必須設有刀庫，刀庫主要是提供儲刀位置，并能依據程序的控制，正確選擇刀具加以定位，然后進行刀具交換［1，5］。3C電子產品加工專機為適應不同的兩個工件同時在機床上被加工的要求，需要兩個刀庫［5－6］支持，由于加工中心的安裝空間有限，為此應用無刀柄夾刀刀庫的設計理念，其機構如圖3所示，刀具與套筒配合示意圖如圖4所示。

圖3 刀庫機構示意圖

圖4 刀具與套筒配合示意圖

與傳統的帶有工程塑料刀套的刀庫相比其優點是:(1)無刀柄結構，筒夾之間安裝間距減少，節省了安裝空間;(2)無刀柄降低刀庫質量的同時也節省了生產制造成本，并且高速旋轉時可降低離心力;(3)筒夾端部設置電子感應器，實現換刀裝置的智能化。

4 一體成型基座結構設計

加工機床的基座是機床所有移動機構移動的基礎，其結構的合理性是保證機床精度穩定性、持久性及剛性的重要條件之一，直接影響工件表面的加工質量［7］。現有機床的基座采用分離式結構，Y軸基座固定座和基座由緊固件連接在一起，這種情況下基座之間就會產生多個結合面，容易造成安裝、精度調整和穩定性較差。為克服現有技術的缺陷，將該加工專機的基座設計成一體成型結構，其強度高，穩定性好，可實現機床高速加工運行過程中穩定的加工精度要求。其結構如圖5所示。

圖5 一體成型基座結構示意圖

基座下底面用于基座與支撐架結合，進行基座水平及穩定性調整;基座左右兩側設置4個線性導軌，用于雙向X、Y、Z軸的安裝;基座上頂面用于回轉工作臺的固定，可實現工件雙面加工的多功能性要求;基座中間部分開方槽，用于集屑箱的安放。

5 集屑箱設計

3C電子產品零配件在加工過程中必然會產生微細的切屑，因此集屑箱是該加工專機不可或缺的裝置。常見的集屑箱為后置式，且為滿足較多的容量，都會盡量加大集屑箱，當集屑箱需要清理時，機床暫停影響效率，同時后置式導致機床占地面積較大［8］。為克服上述缺點，在3C電子產品加工專機的研制過程中，設計一種抽屜式集屑箱。其結構如圖6所示。

圖6 抽屜式集屑箱結構示意圖

該抽屜式集屑箱由自上而下布置的集屑抽屜、溢流抽屜及水箱構成，集屑抽屜和溢流抽屜分別設置過濾網。該集屑箱置于機床內部，切屑隨起冷卻效果的切削液從機床中間的通孔流向集屑抽屜，經過濾網，集屑抽屜收集大部分切屑，實現第一次過濾;為防止集屑抽屜未完全過濾干凈或外溢切削液中夾帶切屑，設置溢流抽屜實現第二次過濾。通過兩次過濾，流至水箱的切削液就相對比較干凈，以便后續回路的使用。

6 總結

該加工專機的設計應用了臥式雙主軸和雙刀庫，可實現工件雙面或雙工件的加工，與同類產品相比，加工效率將提高一倍;設計了無刀柄夾刀刀庫，節省了刀庫安裝空間，減輕了刀庫質量，降低了高速旋轉時的離心力;設計了一體成型基座結構，可減少基座裝配誤差，保證零件加工精度;設計了抽屜式集屑箱，可減少機床占地面積。研制的加工專機主要用于3C電子產品小型零配件的精密加工，根據市場需求，也可用于其他領域的小型零配件的精密加工。

［1］蔡厚道.數控機床構造［M］.北京:北京理工大學出版社，2007:247 －258.

［2］張霖，廖文和，張志英.同步雙主軸精密加工系統［J］.南京航空航天大學學報，2012，44(4):142－145.

［3］趙巖，李文彬，劉浩然，等.渦輪轉子葉片對稱加工用雙主軸銑削機床［J］.制造技術與機床，2012(8):66－68.

［4］張伯霖，夏紅梅，黃曉明.高速電主軸設計制造中若干問題的探討［J］.制造技術與機床，2011(7):17 －19，4.

［5］王廣來.一種新型旋轉式刀庫［J］.制造技術與機床，2011(4):34－35.

［6］紀濤，王磊.基于FANUC I/O Link軸的數控機床自動刀庫設計［J］.機床與液壓，2012，40(4):39－40.

［7］張春梅，劉亞玲.保持機床導軌持久精度的技術探討［J］.潤滑與密封，2004(5):91 －92，96.

［8］許虹，王慶明.可重構機床設計［J］.中國機械工程，2005，16(7):588－593.