小型四軸雕刻機設計與制造

梁柱 徐斌鋒

摘要：根據市場數控雕刻設備調研，市場體積都較大，結構較復雜，加工工藝品及小型零件成本高。無法滿足市場需要，特別是圓雕類型加工產品。針對這應用加工，設計設計一臺易拆裝，適應性強可帶A軸雕刻機。系統介紹了小型雕刻機的總體設計、制造及機械結構設計。與當前國內外同性能的數控雕刻機相比，在使用范圍、價格上有一定的優勢，滿足了市場需求。

關鍵詞：數控雕刻機；可拆卸A軸；吸屑裝置

引言

數控雕刻機是數控技術和雕刻工藝相結合的產物，是一種專用的數控機床。與通用數控機床類似，數控雕刻機通過數控系統根據程序代碼控制雕刻機動作，實現雕刻加工的自動化。較傳統的手工雕刻、仿形雕刻，數控雕刻具有生產效率高、加工精度高、成品率高、對零件的適應性強等顯著優勢；同時，借助于專用的雕刻 CAD/CAM軟件系統，加工控制程序的生成快捷、修改方便。因此，數控雕刻機現已成為實現雕刻加工自動化、高效率、高精度的有效手段，也是當今雕刻機的發展主流，廣泛應用于機械工業、廣告傳媒、日常消費以及建筑裝演等眾多領域。其對象和應用領域的不同，數控雕刻機可分為模具雕刻機、木工雕刻機、廣告雕刻機、激光雕刻機等多種類型。但對于一些廣告設計，藝術品，模型，電路板制作，圓雕、工藝品及小型零件加工應用雕刻機的越來越多，小型雕刻機作為一種新型的機電一體產品，具有較大的市場前景。因此針對經濟性和應用性設計一款小型四軸數控雕刻機，通過設計開發，可以為中小用戶、工藝品用戶設計、圓雕加工用戶提供了低價的數控雕刻設備。

1.雕刻機總體設計方案

1.1雕刻機設計思路

設計一款具有拆裝、調試、操作簡單。在保證機床剛性的前提下，簡化設計結構、減輕重量、縮短設計和制造周期，主體框架材料采用30mm厚度合金鋁板。

1.2雕刻機設計參數

雕刻機工作臺設計尺寸450X450mm，有效加工行程為350X280mm，主軸轉速為30000r/min。傳動系統X、Y、Z軸均采用步進電機驅動。同時設置了可拆卸A軸和開放加工的吸屑裝置設計。

1.3雕刻機結構設計

考慮雕刻機床具有操作簡單、易拆裝性。本機床采用了具有結構簡單及剛性好的龍門型機床結構，如圖1所示。

圖1雕刻機結構設計

整機設計尺寸為450x450x400mm，主要結構設計有工作臺、電機、固定座、墊塊、底座、浮動座、絲桿副、龍門立柱及電氣系統部分組成。

2.雕刻機設計特點

2.1實現體積小、行程大

圖2雕刻機工作臺設計

機床設計尺寸450X450mm，有效加工行程350X280mm。在X軸工作臺開設避空槽（如圖2所示），工作臺能運行出機床體積范圍，實現X軸行程增大。

2.2相對精度高

相對于梯形絲桿副，滾珠絲桿副精度高、可逆性強，加工效率高、發熱小，可實現高速進給（如圖3所示）。

圖3雕刻機運動結構設計

相對直線光軸導軌副，線性導軌副定位精度高、磨損小，適應高速運動且大幅降低驅動功率、承載能力強、易組裝，具有互換性（如圖4所示）。

圖4雕刻機運動結構設計

2.3可拆卸A軸設計

隨著零件形狀復雜和市場對立體工藝品的需求，特別是圓雕加工，我們設計了可拆卸A軸，需要加工這種類型的產品時，可以安裝進行加工，提高工作臺的加工空間和使用率，十分方便（如圖5所示）。

圖5可拆卸A軸設計

2.4吸屑裝置設計

雕刻機床采用開放式設計，設計吸屑裝置避免加工時廢屑影響加工，同時具備冷卻功能。自動吸屑裝置設在主軸上，主軸的機頭罩處設有垂向吸附口，機床本體的后端設有橫向吸附口，機床本體的后端設有吸塵器，吸塵器連接垂向吸附口，吸塵器連接橫向吸附口。該數控雕銑機床的自動吸屑裝置能夠自動收集特定材料加工屑料，達到高效率的回收、減少特定加工條件材料的浪費（如圖6所示）。

圖6吸屑裝置設計

3.結語

本文設計小型四軸雕刻機是用加工30mm鋁合金板、工程材料等材料組成的龍門型數控雕刻機，是一個典型機電產品設計，主要的機械設計部分包括機械設計、運動結構設計、加工捷便設計，電路、控制系統組成。通過用UG NX軟件實現三維產品零件設計及虛擬裝配檢查總體結構設計合理性。同時用精雕軟件生產代碼，通過MACH3控制系統將指令驅動四軸步進電機聯動實現加工過程的檢測。這款設計具有拆裝簡單、易控制、調試簡單、維護方便等特點。為中小用戶、工藝品用戶設計、圓雕加工用戶提供了低價、經濟效益高的數控雕刻設備。

參考文獻：

[1]http：//zhuanli.infoeach.com 一種數控銑雕銑機床自動吸屑裝置-中國實用新型專利.

[2]龔志遠.小型CNC雕刻設計，華東交通大學，2011.

[3]藺麗莉，李晶，李祥文.小型數控雕刻機結構設計與實現，2012.