小幅面广告标牌雕刻机的结构设计

    雕刻机作为一种数控加工设备，使用范围广、生产效率高。市场上雕刻机大致分为机械雕刻机和激光雕刻机，大小功率和应用范围各不相同。在美国等一些发达国家，雕刻机就像复印机、打印机一样普及，是很多公司办公必备品之一。数控雕刻机较之传统雕刻机加工的成品更富于个性化，工作效率更高、周期更短。文章所阐述的就是一款小幅面广告标牌雕刻机结构设计过程。广告标牌雕刻机主要用于广告媒体宣传领域，加工原理属于机械式切削雕刻机。可雕刻的材料非常广泛，包括金属、铝塑板、铜板、橡皮、PVC 板、ABS板、亚克力、双色板、石材和人造石材等多种材料。根据市场需求，主要用于高速高质量进行广告标牌制作、胸卡制作和亚克力字切割。

    1 广告标牌雕刻机的工作参数和总体结构设计

    本机小幅面广告标牌雕刻机的雕刻幅面范围是500mmX300mm，Z轴行程是80mm，属于小幅面广告标牌雕刻机范畴；X、Y 轴最大进给速度60mm/s，Z 轴最大进给速度30mm/s；主轴转速（rpm）：6000~20000，加工精度0.025mm，重复定位精度0.01mm。雕刻机工作原理是先由专用电脑软件对广告标牌进行设计和排版，软件分析运算后自动生成刀具插补轨迹，同时把数据通过电脑传送到雕刻机运动控制器中，由控制器转换成驱动电机的功率信号，控制X，Y，Z三轴按照软件设计的刀具路径进行加工工作。

    在进行总体结构设计阶段，通过调研和检索同类型雕刻机等相关技术资料，结合设备工作特点进行分析和研究，提出并选择合理设计方案，利用实体建模软件完成500X300幅面广告标牌雕刻机的三维实体模型虚拟展示和装配模拟。可以胜任很多辅助设计工作，包括进行机械结构设计、传动系统设计，各部件组成零件的详细设计；对结构件和传动件进行受力分析与强度校核。装配工艺分析，进行组件、部件和整机的虚拟装配，建立整机三维模型；制作整机的虚拟样机展示和工作过程仿真视频等等。

    雕刻机的机械本体部分主要由底座、主轴、横梁、立柱和工作台等五部分构成，整机机械结构三维图如图1所示。由图中可见，雕刻机的立柱部分是固定不动的，雕刻头可以在进给机构驱动下作垂直方向上下移动和横向左右移动，工作台作纵向前后移动。之所以选择这种工作台布局进给方案，主要是考虑到进给驱动装置电机功率小、传动系统所占空间也十分有限，可以实现工作台移动阻力大幅减小；该设计方案的最大优点是雕刻头运动精度比较容易保证。为了有效应对切削加工中偶发较大力矩对导轨产生不利的变形影响，采取了加宽X、Y、Z三个方向上的两根直线滚动导轨之间跨距的办法，从机床的整体布局上保证机床的刚性可靠，能够完全满足加工要求。在保证雕刻机整机具备可靠机械刚度的前提下，出于简化结构、降低总重和最大限度提高产品生产效率的设计目标，主体承重部件采用铝合金拉延型材和轧制铝板制造，防护件用塑料件和饭金件制造，最后用标准件和定位销连接固定。