1 引 言
目前,我國培養(yǎng)數(shù)控加工技術人才主要依賴于職業(yè)技術學校,特別是中專和技校。數(shù)控加工技術人才的培養(yǎng)分為兩個階段,第一個階段是數(shù)控原理和數(shù)控編程的學習;第二個階段是數(shù)控機床的操作。通常學校在進行這兩個方面的教學時是交互進行的。由于學生人數(shù)眾多,學校在進行這兩個方面的教學時往往顯得有些力不從心。其主要原因是由于數(shù)控機床的成本很高,投資較大,學校的財力不足,一般情況下每所學校中所擁有的數(shù)控機床只有幾臺,甚至有些學校根本就買不起數(shù)控機床。在這種情況下,學生在學習數(shù)控機床操作時,卻不能進行數(shù)控機床的實踐操作,會對數(shù)控原理和數(shù)控編程的學習帶來很大的影響。
針對這種情況,筆者設計了一款三軸聯(lián)動桌面經(jīng)濟型教學用數(shù)控雕銑機,可解決學生沒有機床進行實踐操作的難題。
2 總體方案設計
2.1 工作原理
常用的數(shù)控機床按圖 1 所示的原理圖來進行設計。將加工程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)后,數(shù)控系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行運算和處理,向主軸箱內(nèi)的驅(qū)動電機和控制各進給軸的伺服系統(tǒng)裝置發(fā)出指令。伺服裝置接受指令后向控制三個方向的進給伺服(步進) 電機發(fā)出脈沖信號。主軸驅(qū)動電機帶動刀具旋轉,進給伺服(步進)電機帶動絲杠使機床的工作臺沿 X、Y、Z 軸移動,刀具對工件進行切削。
通常,數(shù)控系統(tǒng)一般由輸入裝置、存儲器、控制器、運算器和輸出裝置組成。由于計算機本身含有運算器、控制器等單元,因此,這里的數(shù)控系統(tǒng)由帶有相關軟件的計算機來執(zhí)行。
伺服系統(tǒng)的作用是把來自數(shù)控裝置的脈沖信號轉換為機床移動部件的運動 ,使工作臺精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴格的相對運動,最后加工出符合圖紙要求的零件。筆者設計的三軸聯(lián)動桌面經(jīng)濟型教學用數(shù)控雕銑機擬采用 PLC 控制器控制步進電機來完成相關的動作。
機床主體主要是機械的執(zhí)行部分,實現(xiàn)刀具對工件的切削。因此,三軸聯(lián)動桌面經(jīng)濟型教學用數(shù)控雕銑機的原理圖可用圖 2 來表達。
2.2 機床主體的設計
雕銑機要實現(xiàn)刀具對工件的切削運動,其機床主體通常由床身、運動部件、傳導裝置和運動源等部分組成。
(1)床身。大體可以分為焊接型和鑄鐵型兩種。焊接型床身靈活多變,工藝較為簡單價格適中。缺點是去除應力工藝較為繁瑣。鑄鐵床身一次鑄造成型不易變形, 但因為鑄造工藝的繁瑣及鑄造行業(yè)的特有性質(zhì)其價格較高。
(2)運動部件。也就是俗話說的龍門。龍門的優(yōu)劣關鍵在于材料的選擇和工件精度。現(xiàn)有雕刻機龍門材料主要有鐵質(zhì)和鋁質(zhì)兩種。鐵質(zhì)龍門價格低,但是因其重量過大而不被大多數(shù)廠家選用。鋁制龍門質(zhì)量輕、強度大,是現(xiàn)在的主導產(chǎn)品。為什么要質(zhì)量輕的材質(zhì)呢?因為摩擦力和壓力成正比,所以質(zhì)量越輕,摩擦力越小,對運動傳導裝置的損害越小,對步進電機電機的阻力越小,運動速度也就越快。
(3)運動傳導裝置。運動傳導裝置可以分為運動方式轉換及直線約束兩部分組成。運動方式轉換是將步進電機的圓周運動轉化為直線運動,在雕刻機上由有滾珠絲杠或齒條來完成。絲杠單位距離內(nèi)運行精度高,但由于其結構原因,不可避免地存在累計誤差。齒條的單位距離內(nèi)運行精度低,但其往復運行的結構使其不會因運行距離而產(chǎn)生累計誤差。直線約束裝置俗稱導軌,有圓形和方形兩種,一般情況下絲桿和圓軌組合,這就是我們常說的絲桿機,方軌和齒條組合就是齒條機。質(zhì)量的優(yōu)劣除導軌的耐磨程度及摩擦系數(shù)外,最需要注意的一點就是其硬度及抗彎強度。對于導軌,滾珠絲杠建議選用進口產(chǎn)品,因為其與機器的壽命及性能密切相關。
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宇匠數(shù)控專業(yè)生產(chǎn):高速精密 雕銑機、精雕機、石墨機、鉆攻中心、加工中心;
結 論
本文所設計的雕銑機的機床其行程由絲桿決定(X 軸的行程為 500mm,Y 軸的行程為 500mm,Z 軸的行程為50mm)。整體外形尺寸約為 550mm×550mm×100mm,適合采用單人工移動的方式搬動到教室中進行現(xiàn)場教學示范使用。經(jīng)實踐驗證,投入的設備成本較低,教學效果良好, 有較大的推廣使用空間。若采用長度尺寸更小的絲桿,可進一步減小整體外形尺寸,更適合作為教具隨身攜帶進入理論課堂使用。
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