安永樂(lè)，李東波，何非，徐良凱，馬燕峰，謝進(jìn)義

(1.南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇南京210094;2.江蘇宜鵬重工有限公司，江蘇宜興214200)

3C電子產(chǎn)品加工專(zhuān)機(jī)主要用于3C(計(jì)算機(jī)、通信和消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品)領(lǐng)域平板電腦背板、手機(jī)電源插座等的精密加工，其總體趨勢(shì)向高速度、高精度、智能化、功能集成化等方向發(fā)展。目前我國(guó)用于加工3C電子產(chǎn)品小型零配件的數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)主要被日本和歐美產(chǎn)品壟斷，尤其是日本FANUC和Brother公司的小型精密加工中心市場(chǎng)占有率達(dá)70%。3C電子產(chǎn)品發(fā)展速度高、更新?lián)Q代快，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，用于3C電子產(chǎn)品小型零配件的加工設(shè)備的市場(chǎng)需求將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，3C電子產(chǎn)品加工專(zhuān)機(jī)的研制將會(huì)順應(yīng)市場(chǎng)需求，打破國(guó)外產(chǎn)品壟斷，對(duì)促進(jìn)國(guó)產(chǎn)高端數(shù)控裝備產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步具有一定的意義。通過(guò)查閱文獻(xiàn)及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，文中對(duì)該加工專(zhuān)機(jī)的關(guān)鍵部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

1 3C電子產(chǎn)品加工專(zhuān)機(jī)整體方案設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的加工專(zhuān)機(jī)屬于加工中心的一種，加工中心是一種在數(shù)控銑床的基礎(chǔ)上加上刀庫(kù)及自動(dòng)換刀裝置或多個(gè)工作臺(tái)，集數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、數(shù)控鉆床的功能于一身的由計(jì)算機(jī)控制的高效、高自動(dòng)化程度的機(jī)床。加工中心一般具有3～5個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)，常見(jiàn)的是X、Y、Z3個(gè)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)加一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)［1］。按照加工中心布局方式可分為立式和臥式加工中心。目前市場(chǎng)上現(xiàn)存的該類(lèi)設(shè)備都是單主軸立式結(jié)構(gòu)，當(dāng)零件多面加工時(shí)，需要對(duì)工件進(jìn)行多次翻轉(zhuǎn)及裝夾，容易造成加工精度不穩(wěn)定的問(wèn)題［2］，為此特設(shè)計(jì)一種臥式雙主軸結(jié)構(gòu)的加工中心。其整體機(jī)構(gòu)包括:基座、臥式雙主軸、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、無(wú)刀柄夾刀雙刀庫(kù)、集屑箱。該加工中心的整體布局如圖1所示。根據(jù)需求，雙主軸結(jié)構(gòu)通過(guò)控制系統(tǒng)控制可同時(shí)進(jìn)行加工，也可以單獨(dú)進(jìn)行加工，提高了加工的靈活性。

圖1 加工中心的整體布局

2 臥式雙主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

隨著社會(huì)對(duì)3C電子產(chǎn)品需求量的增大，加工效率將直接影響一家公司的產(chǎn)能。在3C電子產(chǎn)品數(shù)控加工專(zhuān)機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，為使其效率更高，參考相關(guān)文獻(xiàn)［2－3］，設(shè)計(jì)了一種3C電子產(chǎn)品加工專(zhuān)機(jī)臥式雙主軸機(jī)構(gòu)，它可以在同樣的占地面積內(nèi)，實(shí)現(xiàn)雙倍的加工效率，其結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。該臥式雙主軸結(jié)構(gòu)包括:回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、兩個(gè)主軸、主軸支座、主軸基座。為實(shí)現(xiàn)零件的高速切削，兩個(gè)主軸采用電主軸［4］，通過(guò)支座和主軸基座進(jìn)行固定，處于臥式結(jié)構(gòu)，兩個(gè)主軸之間布置回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，用于固定夾具，實(shí)現(xiàn)工件的多樣化加工。工作臺(tái)搭配雙主軸機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)被加工件的雙邊對(duì)面加工，相比于單主軸機(jī)床，工作效率將會(huì)提高一倍。

圖2 臥式雙主軸結(jié)構(gòu)示意圖

3 無(wú)刀柄夾刀刀庫(kù)設(shè)計(jì)

具有自動(dòng)換刀功能是加工中心區(qū)別于普通數(shù)控加工機(jī)床的重要標(biāo)志。加工中心自動(dòng)換刀必須設(shè)有刀庫(kù)，刀庫(kù)主要是提供儲(chǔ)刀位置，并能依據(jù)程序的控制，正確選擇刀具加以定位，然后進(jìn)行刀具交換［1，5］。3C電子產(chǎn)品加工專(zhuān)機(jī)為適應(yīng)不同的兩個(gè)工件同時(shí)在機(jī)床上被加工的要求，需要兩個(gè)刀庫(kù)［5－6］支持，由于加工中心的安裝空間有限，為此應(yīng)用無(wú)刀柄夾刀刀庫(kù)的設(shè)計(jì)理念，其機(jī)構(gòu)如圖3所示，刀具與套筒配合示意圖如圖4所示。

圖3 刀庫(kù)機(jī)構(gòu)示意圖

圖4 刀具與套筒配合示意圖

與傳統(tǒng)的帶有工程塑料刀套的刀庫(kù)相比其優(yōu)點(diǎn)是:(1)無(wú)刀柄結(jié)構(gòu)，筒夾之間安裝間距減少，節(jié)省了安裝空間;(2)無(wú)刀柄降低刀庫(kù)質(zhì)量的同時(shí)也節(jié)省了生產(chǎn)制造成本，并且高速旋轉(zhuǎn)時(shí)可降低離心力;(3)筒夾端部設(shè)置電子感應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)換刀裝置的智能化。

4 一體成型基座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

加工機(jī)床的基座是機(jī)床所有移動(dòng)機(jī)構(gòu)移動(dòng)的基礎(chǔ)，其結(jié)構(gòu)的合理性是保證機(jī)床精度穩(wěn)定性、持久性及剛性的重要條件之一，直接影響工件表面的加工質(zhì)量［7］?，F(xiàn)有機(jī)床的基座采用分離式結(jié)構(gòu)，Y軸基座固定座和基座由緊固件連接在一起，這種情況下基座之間就會(huì)產(chǎn)生多個(gè)結(jié)合面，容易造成安裝、精度調(diào)整和穩(wěn)定性較差。為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，將該加工專(zhuān)機(jī)的基座設(shè)計(jì)成一體成型結(jié)構(gòu)，其強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好，可實(shí)現(xiàn)機(jī)床高速加工運(yùn)行過(guò)程中穩(wěn)定的加工精度要求。其結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 一體成型基座結(jié)構(gòu)示意圖

基座下底面用于基座與支撐架結(jié)合，進(jìn)行基座水平及穩(wěn)定性調(diào)整;基座左右兩側(cè)設(shè)置4個(gè)線(xiàn)性導(dǎo)軌，用于雙向X、Y、Z軸的安裝;基座上頂面用于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的固定，可實(shí)現(xiàn)工件雙面加工的多功能性要求;基座中間部分開(kāi)方槽，用于集屑箱的安放。

5 集屑箱設(shè)計(jì)

3C電子產(chǎn)品零配件在加工過(guò)程中必然會(huì)產(chǎn)生微細(xì)的切屑，因此集屑箱是該加工專(zhuān)機(jī)不可或缺的裝置。常見(jiàn)的集屑箱為后置式，且為滿(mǎn)足較多的容量，都會(huì)盡量加大集屑箱，當(dāng)集屑箱需要清理時(shí)，機(jī)床暫停影響效率，同時(shí)后置式導(dǎo)致機(jī)床占地面積較大［8］。為克服上述缺點(diǎn)，在3C電子產(chǎn)品加工專(zhuān)機(jī)的研制過(guò)程中，設(shè)計(jì)一種抽屜式集屑箱。其結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 抽屜式集屑箱結(jié)構(gòu)示意圖

該抽屜式集屑箱由自上而下布置的集屑抽屜、溢流抽屜及水箱構(gòu)成，集屑抽屜和溢流抽屜分別設(shè)置過(guò)濾網(wǎng)。該集屑箱置于機(jī)床內(nèi)部，切屑隨起冷卻效果的切削液從機(jī)床中間的通孔流向集屑抽屜，經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)，集屑抽屜收集大部分切屑，實(shí)現(xiàn)第一次過(guò)濾;為防止集屑抽屜未完全過(guò)濾干凈或外溢切削液中夾帶切屑，設(shè)置溢流抽屜實(shí)現(xiàn)第二次過(guò)濾。通過(guò)兩次過(guò)濾，流至水箱的切削液就相對(duì)比較干凈，以便后續(xù)回路的使用。

6 總結(jié)

該加工專(zhuān)機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)用了臥式雙主軸和雙刀庫(kù)，可實(shí)現(xiàn)工件雙面或雙工件的加工，與同類(lèi)產(chǎn)品相比，加工效率將提高一倍;設(shè)計(jì)了無(wú)刀柄夾刀刀庫(kù)，節(jié)省了刀庫(kù)安裝空間，減輕了刀庫(kù)質(zhì)量，降低了高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心力;設(shè)計(jì)了一體成型基座結(jié)構(gòu)，可減少基座裝配誤差，保證零件加工精度;設(shè)計(jì)了抽屜式集屑箱，可減少機(jī)床占地面積。研制的加工專(zhuān)機(jī)主要用于3C電子產(chǎn)品小型零配件的精密加工，根據(jù)市場(chǎng)需求，也可用于其他領(lǐng)域的小型零配件的精密加工。

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