多功能雕铣机的设计

2021-01-06潍坊工商职业学院潍坊市经济学校张红陈纪亭徐利云

河北农机 2020年12期

潍坊工商职业学院潍坊市经济学校张红陈纪亭徐利云

雕铣机是数控加工中最常用的设备之一，是一种效率高、功能多的中小型数控加工设备，它集成雕刻和加工功能于一体，既能实现低转速、大功率输出的铣削加工，又能实现高转速的雕刻加工，既能用于工件的小批量生产，能适用于工件的大批量加工，具有十分广泛的用途和较好的市场前景。通过雕铣机设计项目的开展可以让机电类学生收获很多在课本上学不到的知识，提高了学生的职业能力，同时也提高了教师的教学水平。

1 设计的雕铣机特点

目前市场上有各种规格型号的数控雕铣机，但绝大多数不能同时实现对大模具和中小模具的加工，能实现的价格也相当高。课题设计的多功能雕铣机正好解决了这一问题，它能广泛应用于雕刻模具、电极、工业模型等方面，能实现大、中、小模具的加工，还能进行镗孔、钻孔、铰孔和攻螺纹等加工。该雕铣机还设置有回转工作台，在加工小模具时，可把小模具放在回转工作台上，利用升降驱动机构控制刀具的运动来实现对中小模具的雕铣；在加工较大的模具时，可把模具固定，把刀具及升降驱动机构固定在回转工作台上，利用回转工作台控制刀具的移动回转来实现对大型模具的加工。

2 设计工具简介

设计工具采用的是美国EDS 公司的 UG 软件，UG 是集CAD/CAM/CAE 一体的高端设计软件，它可应用于产品的整个生命周期，设计中主要采用了UG 软件超强的三维产品建模能力，装配建模和工程图绘制能力。利用UG 软件的建模模块进行床身、工作台、底座、滑块、导轨、电机等多个零件的三维实体建模，把零件建模全部完成之后，进入UG 软件的装配模块，进行装配建模，直至完成装配体的设计。

在雕铣机装配设计完成后，可以利用UG 软件的旋转功能，按住并拖动鼠标对雕铣机进行整体观察，看看零件之间有无干涉，也可把某个零件隐藏，观看其内部结构，也可利用UG 软件的“剪切工作截面”功能来进行剖切观察，还可以利用UG 软件的“运动仿真”功能，进行雕铣机运动过程的模拟仿真，观看其各部分结构是否满足真实的工作需要。在雕铣机设计完成之后还可以进行各部件的体积检测，计算出各部件的质量，方便进行滚珠丝杠螺母副的受力分析和校核。

3 雕铣机的整体结构

本设计中加工中小模具的机械结构为如图1 所示，机床主体结构包括机床床身、工作台、机床进给机构和主轴四部分。雕铣机的总长约为2230mm，总宽约为1000mm，总高约为1600mm。雕铣机数控系统采用三台交流伺服电机实现X轴、Z轴、旋转轴A轴的运动。

图1 雕铣机的整体机构

机床床身的上表面一侧设有一个环形的回转工作台，工件安装在工作台上进行加工。工作台安装在变速箱上，与变速箱的输出轴同轴，变速箱结构如图2 所示，变速箱通过两级齿轮传动实现减速，由伺服电机驱动齿轮减速箱来实现工作台的旋转即A轴的旋转，从而使工件旋转一定的角度。

图2 机床变速箱的机构

机床在X轴方向的运动有两级，工作时先用手轮控制X轴方向滑块运动，实现在X轴方向上的整体移动，然后通过交流伺服电机带传动带动滚珠丝杠螺母传动机构实现主轴X轴滑块的直线运动，Z轴方向的运动也是由交流伺服电机经过带传动驱动滚珠丝杠螺母副实现主轴Z轴滑块的竖直位移，选定Z轴滚珠丝杠的直径为25mm，导程为4mm，丝杠两端的轴承采用角接触球轴承，面对面组配方式。由滑块带动刀具的移动，由一个高速电机实现刀具的高速旋转，从而实现对模具的雕铣。

在加工较大模具时的机械结构，如图3 所示。可把模具固定，把刀具及升降驱动机构固定在回转工作台上，利用回转工作台通过进给机构控制刀具的移动和回转来实现对大型模具的加工。

图3 加工大模具时的床身布局

4 对教学工作的帮助

在教学工作中，学校可以依托此项目开展项目教学，进行“多功能雕铣机结构”设计的毕业设计，“滚珠丝杠螺母副的设计”课程设计和“多功能雕铣机电气系统设计”毕业设计等项目。

对于机械类学生，开展雕铣机零件绘制，进行雕铣机装配建模设计，雕铣机的二维工程图绘制，雕铣机的数控加工程序编制，雕铣机典型零件的加工制造和雕铣机的3D 打印等项目，巩固机械制图、机械设计、机械制造、数控机床、数控编程、AutoCAD和UG 等课程的相关知识。对于电气类学生，开展雕铣机的电气系统设计、步进电机驱动系统开发、传感器的选择和使用、PLC编程等项目，巩固机床电气、传感器、单片机和传感器等课程的相关知识。

通过多功能雕铣机项目的开展和训练，让学生知行合一，理论与实践相结合，从而提高学生的技能，毕业后更好地融入社会。