3C电子产品加工专机的设计

安永乐，李东波，何非，徐良凯，马燕峰，谢进义

(1.南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094;2.江苏宜鹏重工有限公司，江苏宜兴214200)

3C电子产品加工专机主要用于3C(计算机、通信和消费类电子产品)领域平板电脑背板、手机电源插座等的精密加工，其总体趋势向高速度、高精度、智能化、功能集成化等方向发展。目前我国用于加工3C电子产品小型零配件的数控机床市场主要被日本和欧美产品垄断，尤其是日本FANUC和Brother公司的小型精密加工中心市场占有率达70%。3C电子产品发展速度高、更新换代快，随着我国经济社会的快速发展，用于3C电子产品小型零配件的加工设备的市场需求将会进一步扩大，3C电子产品加工专机的研制将会顺应市场需求，打破国外产品垄断，对促进国产高端数控装备产业的技术进步具有一定的意义。通过查阅文献及现场调查，文中对该加工专机的关键部件进行了设计。

1 3C电子产品加工专机整体方案设计

设计的加工专机属于加工中心的一种，加工中心是一种在数控铣床的基础上加上刀库及自动换刀装置或多个工作台，集数控铣床、数控镗床、数控钻床的功能于一身的由计算机控制的高效、高自动化程度的机床。加工中心一般具有3～5个运动坐标，常见的是X、Y、Z3个直线运动坐标加一个回转运动坐标［1］。按照加工中心布局方式可分为立式和卧式加工中心。目前市场上现存的该类设备都是单主轴立式结构，当零件多面加工时，需要对工件进行多次翻转及装夹，容易造成加工精度不稳定的问题［2］，为此特设计一种卧式双主轴结构的加工中心。其整体机构包括:基座、卧式双主轴、回转工作台、无刀柄夹刀双刀库、集屑箱。该加工中心的整体布局如图1所示。根据需求，双主轴结构通过控制系统控制可同时进行加工，也可以单独进行加工，提高了加工的灵活性。

图1 加工中心的整体布局

2 卧式双主轴结构设计

随着社会对3C电子产品需求量的增大，加工效率将直接影响一家公司的产能。在3C电子产品数控加工专机的设计过程中，为使其效率更高，参考相关文献［2－3］，设计了一种3C电子产品加工专机卧式双主轴机构，它可以在同样的占地面积内，实现双倍的加工效率，其结构示意如图2所示。该卧式双主轴结构包括:回转工作台、两个主轴、主轴支座、主轴基座。为实现零件的高速切削，两个主轴采用电主轴［4］，通过支座和主轴基座进行固定，处于卧式结构，两个主轴之间布置回转工作台，用于固定夹具，实现工件的多样化加工。工作台搭配双主轴机构可以实现被加工件的双边对面加工，相比于单主轴机床，工作效率将会提高一倍。

图2 卧式双主轴结构示意图

3 无刀柄夹刀刀库设计

具有自动换刀功能是加工中心区别于普通数控加工机床的重要标志。加工中心自动换刀必须设有刀库，刀库主要是提供储刀位置，并能依据程序的控制，正确选择刀具加以定位，然后进行刀具交换［1，5］。3C电子产品加工专机为适应不同的两个工件同时在机床上被加工的要求，需要两个刀库［5－6］支持，由于加工中心的安装空间有限，为此应用无刀柄夹刀刀库的设计理念，其机构如图3所示，刀具与套筒配合示意图如图4所示。

图3 刀库机构示意图

图4 刀具与套筒配合示意图

与传统的带有工程塑料刀套的刀库相比其优点是:(1)无刀柄结构，筒夹之间安装间距减少，节省了安装空间;(2)无刀柄降低刀库质量的同时也节省了生产制造成本，并且高速旋转时可降低离心力;(3)筒夹端部设置电子感应器，实现换刀装置的智能化。

4 一体成型基座结构设计

加工机床的基座是机床所有移动机构移动的基础，其结构的合理性是保证机床精度稳定性、持久性及刚性的重要条件之一，直接影响工件表面的加工质量［7］。现有机床的基座采用分离式结构，Y轴基座固定座和基座由紧固件连接在一起，这种情况下基座之间就会产生多个结合面，容易造成安装、精度调整和稳定性较差。为克服现有技术的缺陷，将该加工专机的基座设计成一体成型结构，其强度高，稳定性好，可实现机床高速加工运行过程中稳定的加工精度要求。其结构如图5所示。

图5 一体成型基座结构示意图

基座下底面用于基座与支撑架结合，进行基座水平及稳定性调整;基座左右两侧设置4个线性导轨，用于双向X、Y、Z轴的安装;基座上顶面用于回转工作台的固定，可实现工件双面加工的多功能性要求;基座中间部分开方槽，用于集屑箱的安放。

5 集屑箱设计

3C电子产品零配件在加工过程中必然会产生微细的切屑，因此集屑箱是该加工专机不可或缺的装置。常见的集屑箱为后置式，且为满足较多的容量，都会尽量加大集屑箱，当集屑箱需要清理时，机床暂停影响效率，同时后置式导致机床占地面积较大［8］。为克服上述缺点，在3C电子产品加工专机的研制过程中，设计一种抽屉式集屑箱。其结构如图6所示。

图6 抽屉式集屑箱结构示意图

该抽屉式集屑箱由自上而下布置的集屑抽屉、溢流抽屉及水箱构成，集屑抽屉和溢流抽屉分别设置过滤网。该集屑箱置于机床内部，切屑随起冷却效果的切削液从机床中间的通孔流向集屑抽屉，经过滤网，集屑抽屉收集大部分切屑，实现第一次过滤;为防止集屑抽屉未完全过滤干净或外溢切削液中夹带切屑，设置溢流抽屉实现第二次过滤。通过两次过滤，流至水箱的切削液就相对比较干净，以便后续回路的使用。

6 总结

该加工专机的设计应用了卧式双主轴和双刀库，可实现工件双面或双工件的加工，与同类产品相比，加工效率将提高一倍;设计了无刀柄夹刀刀库，节省了刀库安装空间，减轻了刀库质量，降低了高速旋转时的离心力;设计了一体成型基座结构，可减少基座装配误差，保证零件加工精度;设计了抽屉式集屑箱，可减少机床占地面积。研制的加工专机主要用于3C电子产品小型零配件的精密加工，根据市场需求，也可用于其他领域的小型零配件的精密加工。

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