濰坊工商職業(yè)學(xué)院 濰坊市經(jīng)濟學(xué)校 張紅 陳紀亭 徐利云

雕銑機是數(shù)控加工中最常用的設(shè)備之一，是一種效率高、功能多的中小型數(shù)控加工設(shè)備，它集成雕刻和加工功能于一體，既能實現(xiàn)低轉(zhuǎn)速、大功率輸出的銑削加工，又能實現(xiàn)高轉(zhuǎn)速的雕刻加工，既能用于工件的小批量生產(chǎn)，能適用于工件的大批量加工，具有十分廣泛的用途和較好的市場前景。通過雕銑機設(shè)計項目的開展可以讓機電類學(xué)生收獲很多在課本上學(xué)不到的知識，提高了學(xué)生的職業(yè)能力，同時也提高了教師的教學(xué)水平。

1 設(shè)計的雕銑機特點

目前市場上有各種規(guī)格型號的數(shù)控雕銑機，但絕大多數(shù)不能同時實現(xiàn)對大模具和中小模具的加工，能實現(xiàn)的價格也相當高。課題設(shè)計的多功能雕銑機正好解決了這一問題，它能廣泛應(yīng)用于雕刻模具、電極、工業(yè)模型等方面，能實現(xiàn)大、中、小模具的加工，還能進行鏜孔、鉆孔、鉸孔和攻螺紋等加工。該雕銑機還設(shè)置有回轉(zhuǎn)工作臺，在加工小模具時，可把小模具放在回轉(zhuǎn)工作臺上，利用升降驅(qū)動機構(gòu)控制刀具的運動來實現(xiàn)對中小模具的雕銑；在加工較大的模具時，可把模具固定，把刀具及升降驅(qū)動機構(gòu)固定在回轉(zhuǎn)工作臺上，利用回轉(zhuǎn)工作臺控制刀具的移動回轉(zhuǎn)來實現(xiàn)對大型模具的加工。

2 設(shè)計工具簡介

設(shè)計工具采用的是美國EDS 公司的 UG 軟件，UG 是集CAD/CAM/CAE 一體的高端設(shè)計軟件，它可應(yīng)用于產(chǎn)品的整個生命周期，設(shè)計中主要采用了UG 軟件超強的三維產(chǎn)品建模能力，裝配建模和工程圖繪制能力。利用UG 軟件的建模模塊進行床身、工作臺、底座、滑塊、導(dǎo)軌、電機等多個零件的三維實體建模，把零件建模全部完成之后，進入UG 軟件的裝配模塊，進行裝配建模，直至完成裝配體的設(shè)計。

在雕銑機裝配設(shè)計完成后，可以利用UG 軟件的旋轉(zhuǎn)功能，按住并拖動鼠標對雕銑機進行整體觀察，看看零件之間有無干涉，也可把某個零件隱藏，觀看其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，也可利用UG 軟件的“剪切工作截面”功能來進行剖切觀察，還可以利用UG 軟件的“運動仿真”功能，進行雕銑機運動過程的模擬仿真，觀看其各部分結(jié)構(gòu)是否滿足真實的工作需要。在雕銑機設(shè)計完成之后還可以進行各部件的體積檢測，計算出各部件的質(zhì)量，方便進行滾珠絲杠螺母副的受力分析和校核。

3 雕銑機的整體結(jié)構(gòu)

本設(shè)計中加工中小模具的機械結(jié)構(gòu)為如圖1 所示，機床主體結(jié)構(gòu)包括機床床身、工作臺、機床進給機構(gòu)和主軸四部分。雕銑機的總長約為2230mm，總寬約為1000mm，總高約為1600mm。雕銑機數(shù)控系統(tǒng)采用三臺交流伺服電機實現(xiàn)X軸、Z軸、旋轉(zhuǎn)軸A軸的運動。

圖1 雕銑機的整體機構(gòu)

機床床身的上表面一側(cè)設(shè)有一個環(huán)形的回轉(zhuǎn)工作臺，工件安裝在工作臺上進行加工。工作臺安裝在變速箱上，與變速箱的輸出軸同軸，變速箱結(jié)構(gòu)如圖2 所示，變速箱通過兩級齒輪傳動實現(xiàn)減速，由伺服電機驅(qū)動齒輪減速箱來實現(xiàn)工作臺的旋轉(zhuǎn)即A軸的旋轉(zhuǎn)，從而使工件旋轉(zhuǎn)一定的角度。

圖2 機床變速箱的機構(gòu)

機床在X軸方向的運動有兩級，工作時先用手輪控制X軸方向滑塊運動，實現(xiàn)在X軸方向上的整體移動，然后通過交流伺服電機帶傳動帶動滾珠絲杠螺母傳動機構(gòu)實現(xiàn)主軸X軸滑塊的直線運動，Z軸方向的運動也是由交流伺服電機經(jīng)過帶傳動驅(qū)動滾珠絲杠螺母副實現(xiàn)主軸Z軸滑塊的豎直位移，選定Z軸滾珠絲杠的直徑為25mm，導(dǎo)程為4mm，絲杠兩端的軸承采用角接觸球軸承，面對面組配方式。由滑塊帶動刀具的移動，由一個高速電機實現(xiàn)刀具的高速旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)對模具的雕銑。

在加工較大模具時的機械結(jié)構(gòu)，如圖3 所示。可把模具固定，把刀具及升降驅(qū)動機構(gòu)固定在回轉(zhuǎn)工作臺上，利用回轉(zhuǎn)工作臺通過進給機構(gòu)控制刀具的移動和回轉(zhuǎn)來實現(xiàn)對大型模具的加工。

圖3 加工大模具時的床身布局

4 對教學(xué)工作的幫助

在教學(xué)工作中，學(xué)?？梢砸劳写隧椖块_展項目教學(xué)，進行“多功能雕銑機結(jié)構(gòu)”設(shè)計的畢業(yè)設(shè)計，“滾珠絲杠螺母副的設(shè)計”課程設(shè)計和“多功能雕銑機電氣系統(tǒng)設(shè)計”畢業(yè)設(shè)計等項目。

對于機械類學(xué)生，開展雕銑機零件繪制，進行雕銑機裝配建模設(shè)計，雕銑機的二維工程圖繪制，雕銑機的數(shù)控加工程序編制，雕銑機典型零件的加工制造和雕銑機的3D 打印等項目，鞏固機械制圖、機械設(shè)計、機械制造、數(shù)控機床、數(shù)控編程、AutoCAD和UG 等課程的相關(guān)知識。對于電氣類學(xué)生，開展雕銑機的電氣系統(tǒng)設(shè)計、步進電機驅(qū)動系統(tǒng)開發(fā)、傳感器的選擇和使用、PLC編程等項目，鞏固機床電氣、傳感器、單片機和傳感器等課程的相關(guān)知識。

通過多功能雕銑機項目的開展和訓(xùn)練，讓學(xué)生知行合一，理論與實踐相結(jié)合，從而提高學(xué)生的技能，畢業(yè)后更好地融入社會。

5 小結(jié)

多功能雕銑機的機械機構(gòu)已基本完成，但是在細節(jié)方面還存在一些問題，后續(xù)會通過各種項目的開展繼續(xù)完善雕銑機的結(jié)構(gòu)，優(yōu)化雕銑機的性能，增加各種輔助裝置和數(shù)控裝置。在此過程中通過一些小項目的開展，使學(xué)生得到足夠的鍛煉，提高他們的專業(yè)核心能力，提高他們的就業(yè)競爭。