简易型三维自由轨迹数控工具机的设计研究
- 格式：pdf
- 大小：412.73 KB
- 文档页数：2
ｌ ２ Ｖ、２ ４ Ｖ、２ ２０ Ｖ。
固定 的齿数 ，有确 定传 动比 ，配合滚子链条 ，以及 步进电机精确细分
数 ，符合加工所需 要的精度 ，此机构亦可起传送作 用。ｘ 以及 ｚ轴采 用螺距为 ｌ ｍ ｍ的丝杆 ， 配合细分数 为 ４的步进 电机 （ 即４ ０ ０个脉； 中 ， 螺杆旋 转 ３ ６ ０ 度 ），利用 比例 关系可 知 ：一个脉； 中 旋转 ０ ． ９ 度 ，转换 为直线距离为 Ｏ ． ０ ０ ２ ５ ｍｍ，所 以，复合需求。 基于上述设计及分析 ， 最终 决定 ｘ 以及 ｚ轴复合于龙门上 ，Ｙ轴 单独拿出。完成总体结构 的设计 。
简易型三维 自由轨迹数控工具机 的设计研究
张翔宇 冯锋 程越 宁波大红鹰学院 ，浙江 宁波 ，３ １ ５ ０ ０ ０
摘 要 ：针对版画， 木雕， 等传统工艺品行业缺乏 机械化加工而导致产量低下的 现状， 该设计为这类传统产业提供机械化方案， 机器名为三
维 自由轨 迹数控 工具机 ，可用 于雕 刻 ，绘 制。整机采 用三轴龙 门式 设计 ，方便材 料的运送 ；Ｘ以及 ｚ轴采用单 丝杠 ，双导轨 布局 ；Ｙ轴采用双 级链轮布局 ， 配合摆臂式 上下料机构可与传送 带相 连接； 夹具 采用真空吸盘组成 的 ２ Ｘ ２ 矩 阵布局 ， 方便快速 装夹。 采用Ｃ Ｎ Ｃ Ｕ Ｓ Ｂ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ 软件 ， 支持 国际标准 Ｇ代码 ，且拥 有视觉处理系统 ，可将图片 自 动 编码 ，在传统 工艺品流水线 上有着不可 比拟 的优势 ，非 常值得推广使 用。本文将 阐 述三维 自由轨迹 数控工具机 的设 计研究过程 。
关 键 词 ：三维 ； 数控 ； 工具机
１ 主要功能和性 能指 标 三维 自由轨 迹数控 工具机 主要 功能 ：材 料在候 料 区与流水 线之 间 的取送 ；材料 的传送 与加 工 ；平 面雕 刻 ；立体 雕刻 ；平面 绘 画 ；
声纳检测 ；激光测 量 ；激光烧蚀 ；喷漆 ；点胶 ；图片直接编程加工 。
２ 设计方案 ２ ． １ 机械结构设计 ２ ． １ ． １ 主体框 架设计 为 了实现上述工具机 设计 之要求 ，在总结加工对象特征后 ，我们
发现 ，版画 以及木雕 以平面为主 ，主体尺寸 不大 ，利用四轴或五轴工 作坐标体系价格 昂贵不利于产品开发 ，其次会 造成使用者操作不便 ， 所以三轴工作坐标体 系为宜 ， 基于上述理论基础提 出了如 下设计方案 ： 直角坐标式工具机 ；关节式 工具机 ；龙 门式工具机。
拥有极强 的结构 刚度 ，可用于恶劣 的环 境 ，可长期工作 ，拥有便于操
作维修的优点 ，但是 为了保障结构刚度 以及机 构运行的稳定性 ，通 常
会利用多组轨道 进行结构加强及运动 约束。所以直角坐标式工具机 工 作范 围较 为固定 。而且对工作 区域改 进难度较大 ；关节式 工具机 。具 有高 自由度 ，可加工复杂形 状 ， 精度高 ， 末端可夹装多种工具等优点 ，
基于实际需求 ，我们采用三轴工作坐 标体 系 ，由于这是一套非常
ห้องสมุดไป่ตู้
成熟的设计 ， 所 以在机构设计方面借鉴了现有的设计 ，方案论证阶段 ，
有如下两套方案 将三轴全 部复合于 龙门上 只复合 ｘ及 ｚ 轴于 龙门上 。
针对要并联或 串联于流水线 的需求 ，我们进行如下设计 ：带轮虽
然有运送作 用，但 带轮 传送机构会有打滑 以及老化 的缺点 ；而链轮有
但是关节式 工具 机回旋半径大 ， 所 以 占地空 间较大 ，且其结构 复杂 ，
有故障率较 高的风险 ，关节式工具机 的造价均较为 昂贵 ，所 以有较大
工件 的加 工有一定 阻力 ，如果工件在加工时没有处于 固定状 态会 造成加 工精 度差 ，甚至工件报废 ，所 以需要 有夹具固定 。针对 夹具的
技 术 参 数 ：尺 寸 ：１ ０ ０ ０ ｍ ｍ Ｘ ５ ０ ０ ｍｍ Ｘ ６ ８ ０ ｍｍ；重 复 定 位 精 度 ：
０ ． ０ ５ ｍｍ；行程 ： ｘ轴 ３ ３ ０ ｍ ｍＹ轴 ４ ７ ０ ｍｍ （ 加工 】 ９ ５ ０ ｍ ｍ（ 运送 ） ｚ轴 ５ ３ ｍ ｍ；控 制 系 统 ：Ｐ Ｃ — Ｃ Ｎ Ｃ Ｕ Ｓ Ｂ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ 一 驱 动 器 ； 电源 ：
便于操作维修的特点。
思路 ：机械 夹具 ，利用手动操控 ，安装于链 条上依靠夹具螺杆 的旋转
２ ． ２ 上下料机构设计
上下 料机构 又称 为给料机 构是物 料搬运 机械 化系统 中的辅 助设 备。按工作构件的运动方式 ，给料机构 可分 为 ３ 种 ： 直线式机构 ，结 构简单 ，适 用于 多种物料 ；但外形尺寸较 大 ， 给 料的封 闭性差 ，给料
量精度底 ， 且输送带易磨损 ， 不宜工作于粒度大 、 粉尘大的工作环境 ； 回转式机构 ，其运转平稳 可靠 ，可调 节给料量 ，使用较为方便 ， 并且耗能 少，但 结构比较笨重 ，只适用于粘性 较小的粉粒状物料 ；往 复式 ，利用 回转偏摆进行物料 的输送 ， 其 结构简单 ，制造方便 。综合
考虑各种 因素后 ，我们采用 了简单可靠往复 式给料机构 。具体设计如 下 ：上下料机构 由固定机架和活动连杆组成 。机 架与连杆通过螺杆相 连， 螺杆 由直流 １ ２ Ｖ电机带动作旋转运动 ，并带动连杆做 １ ８ ０ 度摆动。 ２ ＿ ３ 夹具设计
直角坐标式工具机 ， 具有 高可靠性 、高速度 、高精度等特点 ， 且
设计要遵 循手动 、气动 、液压 、伺服 的依次优 先选用原则所 以有 如下
弊端 ；龙 门式工具机 ，具有加工 区域大 ，可 允许大尺寸的工件进行加
工作业的特 点 ，并且 ， 严格 的分类 ，龙 门式属于直角坐标式中的一类 ，
所以龙门式同样有高可靠性 、高速 度、高精度 ，拥有极强的结构刚度 ，
固定 的齿数 ，有确 定传 动比 ，配合滚子链条 ，以及 步进电机精确细分
数 ，符合加工所需 要的精度 ，此机构亦可起传送作 用。ｘ 以及 ｚ轴采 用螺距为 ｌ ｍ ｍ的丝杆 ， 配合细分数 为 ４的步进 电机 （ 即４ ０ ０个脉； 中 ， 螺杆旋 转 ３ ６ ０ 度 ），利用 比例 关系可 知 ：一个脉； 中 旋转 ０ ． ９ 度 ，转换 为直线距离为 Ｏ ． ０ ０ ２ ５ ｍｍ，所 以，复合需求。 基于上述设计及分析 ， 最终 决定 ｘ 以及 ｚ轴复合于龙门上 ，Ｙ轴 单独拿出。完成总体结构 的设计 。
简易型三维 自由轨迹数控工具机 的设计研究
张翔宇 冯锋 程越 宁波大红鹰学院 ，浙江 宁波 ，３ １ ５ ０ ０ ０
摘 要 ：针对版画， 木雕， 等传统工艺品行业缺乏 机械化加工而导致产量低下的 现状， 该设计为这类传统产业提供机械化方案， 机器名为三
维 自由轨 迹数控 工具机 ，可用 于雕 刻 ，绘 制。整机采 用三轴龙 门式 设计 ，方便材 料的运送 ；Ｘ以及 ｚ轴采用单 丝杠 ，双导轨 布局 ；Ｙ轴采用双 级链轮布局 ， 配合摆臂式 上下料机构可与传送 带相 连接； 夹具 采用真空吸盘组成 的 ２ Ｘ ２ 矩 阵布局 ， 方便快速 装夹。 采用Ｃ Ｎ Ｃ Ｕ Ｓ Ｂ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ 软件 ， 支持 国际标准 Ｇ代码 ，且拥 有视觉处理系统 ，可将图片 自 动 编码 ，在传统 工艺品流水线 上有着不可 比拟 的优势 ，非 常值得推广使 用。本文将 阐 述三维 自由轨迹 数控工具机 的设 计研究过程 。
关 键 词 ：三维 ； 数控 ； 工具机
１ 主要功能和性 能指 标 三维 自由轨 迹数控 工具机 主要 功能 ：材 料在候 料 区与流水 线之 间 的取送 ；材料 的传送 与加 工 ；平 面雕 刻 ；立体 雕刻 ；平面 绘 画 ；
声纳检测 ；激光测 量 ；激光烧蚀 ；喷漆 ；点胶 ；图片直接编程加工 。
２ 设计方案 ２ ． １ 机械结构设计 ２ ． １ ． １ 主体框 架设计 为 了实现上述工具机 设计 之要求 ，在总结加工对象特征后 ，我们
发现 ，版画 以及木雕 以平面为主 ，主体尺寸 不大 ，利用四轴或五轴工 作坐标体系价格 昂贵不利于产品开发 ，其次会 造成使用者操作不便 ， 所以三轴工作坐标体 系为宜 ， 基于上述理论基础提 出了如 下设计方案 ： 直角坐标式工具机 ；关节式 工具机 ；龙 门式工具机。
拥有极强 的结构 刚度 ，可用于恶劣 的环 境 ，可长期工作 ，拥有便于操
作维修的优点 ，但是 为了保障结构刚度 以及机 构运行的稳定性 ，通 常
会利用多组轨道 进行结构加强及运动 约束。所以直角坐标式工具机 工 作范 围较 为固定 。而且对工作 区域改 进难度较大 ；关节式 工具机 。具 有高 自由度 ，可加工复杂形 状 ， 精度高 ， 末端可夹装多种工具等优点 ，
基于实际需求 ，我们采用三轴工作坐 标体 系 ，由于这是一套非常
ห้องสมุดไป่ตู้
成熟的设计 ， 所 以在机构设计方面借鉴了现有的设计 ，方案论证阶段 ，
有如下两套方案 将三轴全 部复合于 龙门上 只复合 ｘ及 ｚ 轴于 龙门上 。
针对要并联或 串联于流水线 的需求 ，我们进行如下设计 ：带轮虽
然有运送作 用，但 带轮 传送机构会有打滑 以及老化 的缺点 ；而链轮有
但是关节式 工具 机回旋半径大 ， 所 以 占地空 间较大 ，且其结构 复杂 ，
有故障率较 高的风险 ，关节式工具机 的造价均较为 昂贵 ，所 以有较大
工件 的加 工有一定 阻力 ，如果工件在加工时没有处于 固定状 态会 造成加 工精 度差 ，甚至工件报废 ，所 以需要 有夹具固定 。针对 夹具的
技 术 参 数 ：尺 寸 ：１ ０ ０ ０ ｍ ｍ Ｘ ５ ０ ０ ｍｍ Ｘ ６ ８ ０ ｍｍ；重 复 定 位 精 度 ：
０ ． ０ ５ ｍｍ；行程 ： ｘ轴 ３ ３ ０ ｍ ｍＹ轴 ４ ７ ０ ｍｍ （ 加工 】 ９ ５ ０ ｍ ｍ（ 运送 ） ｚ轴 ５ ３ ｍ ｍ；控 制 系 统 ：Ｐ Ｃ — Ｃ Ｎ Ｃ Ｕ Ｓ Ｂ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ 一 驱 动 器 ； 电源 ：
便于操作维修的特点。
思路 ：机械 夹具 ，利用手动操控 ，安装于链 条上依靠夹具螺杆 的旋转
２ ． ２ 上下料机构设计
上下 料机构 又称 为给料机 构是物 料搬运 机械 化系统 中的辅 助设 备。按工作构件的运动方式 ，给料机构 可分 为 ３ 种 ： 直线式机构 ，结 构简单 ，适 用于 多种物料 ；但外形尺寸较 大 ， 给 料的封 闭性差 ，给料
量精度底 ， 且输送带易磨损 ， 不宜工作于粒度大 、 粉尘大的工作环境 ； 回转式机构 ，其运转平稳 可靠 ，可调 节给料量 ，使用较为方便 ， 并且耗能 少，但 结构比较笨重 ，只适用于粘性 较小的粉粒状物料 ；往 复式 ，利用 回转偏摆进行物料 的输送 ， 其 结构简单 ，制造方便 。综合
考虑各种 因素后 ，我们采用 了简单可靠往复 式给料机构 。具体设计如 下 ：上下料机构 由固定机架和活动连杆组成 。机 架与连杆通过螺杆相 连， 螺杆 由直流 １ ２ Ｖ电机带动作旋转运动 ，并带动连杆做 １ ８ ０ 度摆动。 ２ ＿ ３ 夹具设计
直角坐标式工具机 ， 具有 高可靠性 、高速度 、高精度等特点 ， 且
设计要遵 循手动 、气动 、液压 、伺服 的依次优 先选用原则所 以有 如下
弊端 ；龙 门式工具机 ，具有加工 区域大 ，可 允许大尺寸的工件进行加
工作业的特 点 ，并且 ， 严格 的分类 ，龙 门式属于直角坐标式中的一类 ，
所以龙门式同样有高可靠性 、高速 度、高精度 ，拥有极强的结构刚度 ，
