小型四轴雕刻机设计与制造

梁柱 徐斌锋

摘要：根据市场数控雕刻设备调研，市场体积都较大，结构较复杂，加工工艺品及小型零件成本高。无法满足市场需要，特别是圆雕类型加工产品。针对这应用加工，设计设计一台易拆装，适应性强可带A轴雕刻机。系统介绍了小型雕刻机的总体设计、制造及机械结构设计。与当前国内外同性能的数控雕刻机相比，在使用范围、价格上有一定的优势，满足了市场需求。

关键词：数控雕刻机；可拆卸A轴；吸屑装置

引言

数控雕刻机是数控技术和雕刻工艺相结合的产物，是一种专用的数控机床。与通用数控机床类似，数控雕刻机通过数控系统根据程序代码控制雕刻机动作，实现雕刻加工的自动化。较传统的手工雕刻、仿形雕刻，数控雕刻具有生产效率高、加工精度高、成品率高、对零件的适应性强等显著优势；同时，借助于专用的雕刻 CAD/CAM软件系统，加工控制程序的生成快捷、修改方便。因此，数控雕刻机现已成为实现雕刻加工自动化、高效率、高精度的有效手段，也是当今雕刻机的发展主流，广泛应用于机械工业、广告传媒、日常消费以及建筑装演等众多领域。其对象和应用领域的不同，数控雕刻机可分为模具雕刻机、木工雕刻机、广告雕刻机、激光雕刻机等多种类型。但对于一些广告设计，艺术品，模型，电路板制作，圆雕、工艺品及小型零件加工应用雕刻机的越来越多，小型雕刻机作为一种新型的机电一体产品，具有较大的市场前景。因此针对经济性和应用性设计一款小型四轴数控雕刻机，通过设计开发，可以为中小用户、工艺品用户设计、圆雕加工用户提供了低价的数控雕刻设备。

1.雕刻机总体设计方案

1.1雕刻机设计思路

设计一款具有拆装、调试、操作简单。在保证机床刚性的前提下，简化设计结构、减轻重量、缩短设计和制造周期，主体框架材料采用30mm厚度合金铝板。

1.2雕刻机设计参数

雕刻机工作台设计尺寸450X450mm，有效加工行程为350X280mm，主轴转速为30000r/min。传动系统X、Y、Z轴均采用步进电机驱动。同时设置了可拆卸A轴和开放加工的吸屑装置设计。

1.3雕刻机结构设计

考虑雕刻机床具有操作简单、易拆装性。本机床采用了具有结构简单及刚性好的龙门型机床结构，如图1所示。

图1雕刻机结构设计

整机设计尺寸为450x450x400mm，主要结构设计有工作台、电机、固定座、垫块、底座、浮动座、丝杆副、龙门立柱及电气系统部分组成。

2.雕刻机设计特点

2.1实现体积小、行程大

图2雕刻机工作台设计

机床设计尺寸450X450mm，有效加工行程350X280mm。在X轴工作台开设避空槽（如图2所示），工作台能运行出机床体积范围，实现X轴行程增大。

2.2相对精度高

相对于梯形丝杆副，滚珠丝杆副精度高、可逆性强，加工效率高、发热小，可实现高速进给（如图3所示）。

图3雕刻机运动结构设计

相对直线光轴导轨副，线性导轨副定位精度高、磨损小，适应高速运动且大幅降低驱动功率、承载能力强、易组装，具有互换性（如图4所示）。

图4雕刻机运动结构设计

2.3可拆卸A轴设计

随着零件形状复杂和市场对立体工艺品的需求，特别是圆雕加工，我们设计了可拆卸A轴，需要加工这种类型的产品时，可以安装进行加工，提高工作台的加工空间和使用率，十分方便（如图5所示）。

图5可拆卸A轴设计

2.4吸屑装置设计

雕刻机床采用开放式设计，设计吸屑装置避免加工时废屑影响加工，同时具备冷却功能。自动吸屑装置设在主轴上，主轴的机头罩处设有垂向吸附口，机床本体的后端设有横向吸附口，机床本体的后端设有吸尘器，吸尘器连接垂向吸附口，吸尘器连接横向吸附口。该数控雕铣机床的自动吸屑装置能够自动收集特定材料加工屑料，达到高效率的回收、减少特定加工条件材料的浪费（如图6所示）。

图6吸屑装置设计

3.结语

本文设计小型四轴雕刻机是用加工30mm铝合金板、工程材料等材料组成的龙门型数控雕刻机，是一个典型机电产品设计，主要的机械设计部分包括机械设计、运动结构设计、加工捷便设计，电路、控制系统组成。通过用UG NX软件实现三维产品零件设计及虚拟装配检查总体结构设计合理性。同时用精雕软件生产代码，通过MACH3控制系统将指令驱动四轴步进电机联动实现加工过程的检测。这款设计具有拆装简单、易控制、调试简单、维护方便等特点。为中小用户、工艺品用户设计、圆雕加工用户提供了低价、经济效益高的数控雕刻设备。

参考文献：

[1]http：//zhuanli.infoeach.com 一种数控铣雕铣机床自动吸屑装置-中国实用新型专利.

[2]龚志远.小型CNC雕刻设计，华东交通大学，2011.

[3]蔺丽莉，李晶，李祥文.小型数控雕刻机结构设计与实现，2012.