教学型CNC雕铣机的设计与研发

1   引言
目前，我国培养数控加工技术人才主要依赖于职业技术学校，特别是中专和技校。数控加工技术人才的培养分为两个阶段，第一个阶段是数控原理和数控编程的学习；第二个阶段是数控机床的操作。通常学校在进行这两个方面的教学时是交互进行的。由于学生人数众多，学校在进行这两个方面的教学时往往显得有些力不从心。其主要原因是由于数控机床的成本很高，投资较大，学校的财力不足，一般情况下每所学校中所拥有的数控机床只有几台，甚至有些学校根本就买不起数控机床。在这种情况下，学生在学习数控机床操作时，却不能进行数控机床的实践操作，会对数控原理和数控编程的学习带来很大的影响。
针对这种情况，笔者设计了一款三轴联动桌面经济型教学用数控雕铣机，可解决学生没有机床进行实践操作的难题。
2   总体方案设计
2.1   工作原理
常用的数控机床按图 1 所示的原理图来进行设计。将加工程序输入到数控系统后，数控系统对数据进行运算和处理，向主轴箱内的驱动电机和控制各进给轴的伺服系统装置发出指令。伺服装置接受指令后向控制三个方向的进给伺服（步进）电机发出脉冲信号。主轴驱动电机带动刀具旋转，进给伺服（步进）电机带动丝杠使机床的工作台沿 X、Y、Z 轴移动，刀具对工件进行切削。
通常，数控系统一般由输入装置、存储器、控制器、运算器和输出装置组成。由于计算机本身含有运算器、控制器等单元，因此，这里的数控系统由带有相关软件的计算机来执行。
伺服系统的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换为机床移动部件的运动，使工作台精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动，最后加工出符合图纸要求的零件。笔者设计的三轴联动桌面经济型教学用数控雕铣机拟采用 PLC 控制器控制步进电机来完成相关的动作。
机床主体主要是机械的执行部分，实现刀具对工件的切削。因此，三轴联动桌面经济型教学用数控雕铣机的原理图可用图 2 来表达。
2.2   机床主体的设计
雕铣机要实现刀具对工件的切削运动，其机床主体通常由床身、运动部件、传导装置和运动源等部分组成。
（1）床身。大体可以分为焊接型和铸铁型两种。焊接型床身灵活多变，工艺较为简单价格适中。缺点是去除应力工艺较为繁琐。铸铁床身一次铸造成型不易变形，但因为铸造工艺的繁琐及铸造行业的特有性质其价格较高。
（2）运动部件。也就是俗话说的龙门。龙门的优劣关键在于材料的选择和工件精度。现有雕刻机龙门材料主要有铁质和铝质两种。铁质龙门价格低，但是因其重量过大而不被大多数厂家选用。铝制龙门质量轻、强度大，是现在的主导产品。为什么要质量轻的材质呢？因为摩擦力和压力成正比，所以质量越轻，摩擦力越小，对运动传导装置的损害越小，对步进电机电机的阻力越小，运动速度也就越快。
（3）运动传导装置。运动传导装置可以分为运动方式转换及直线约束两部分组成。运动方式转换是将步进电机的圆周运动转化为直线运动，在雕刻机上由有滚珠丝杠或齿条来完成。丝杠单位距离内运行精度高，但由于其结构原因，不可避免地存在累计误差。齿条的单位距离内运行精度低，但其往复运行的结构使其不会因运行距离而产生累计误差。直线约束装置俗称导轨，有圆形和方形两种，一般情况下丝杆和圆轨组合，这就是我们常说的丝杆机，方轨和齿条组合就是齿条机。质量的优劣除导轨的耐磨程度及摩擦系数外，最需要注意的一点就是其硬度及抗弯强度。对于导轨，滚珠丝杠建议选用进口产品，因为其与机器的寿命及性能密切相关。

备注：为保证文章的完整度，本文核心内容由PDF格式显示，如未有显示请刷新或转换浏览器尝试，手机浏览可能无法正常使用！

宇匠数控专业生产：高速精密雕铣机、精雕机、石墨机、钻攻中心、加工中心；

结论
本文所设计的雕铣机的机床其行程由丝杆决定（X 轴的行程为 500mm，Y 轴的行程为 500mm，Z 轴的行程为50mm）。整体外形尺寸约为 550mm×550mm×100mm，适合采用单人工移动的方式搬动到教室中进行现场教学示范使用。经实践验证，投入的设备成本较低，教学效果良好，有较大的推广使用空间。若采用长度尺寸更小的丝杆，可进一步减小整体外形尺寸，更适合作为教具随身携带进入理论课堂使用。

教学型CNC雕铣机的设计与研发

雕铣机相关内容

星瀚系列高速加工中心

星瀚S系列高速加工中心

超声波陶瓷雕铣中心

注胶工艺在雕铣机的运用

雕铣机Z轴稳定性设计与改善

产品中心

U260T五轴钻攻中心

U350V五轴加工中心

U500S五轴加工中心

联系我们

关注官方微信

教学型CNC雕铣机的设计与研发

雕铣机 相关内容

星瀚系列高速加工中心

星瀚S系列高速加工中心

超声波陶瓷雕铣中心

注胶工艺在雕铣机的运用

雕铣机Z轴稳定性设计与改善

产品中心

U260T五轴钻攻中心

U350V五轴加工中心

U500S五轴加工中心

联系我们

关注官方微信

雕铣机相关内容