Solidworks简易三坐标数控机床设计(3)

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3、生产效率高

数控机床对加工对象的装夹要求低，在加工过程中可大大缩短准备时间。同时，由于数控机床的加工精度较高，可极大的减少测量和重复加工的时间。对于一些特别外形复杂的零件如箱体等，采用加工中心进行加工可以一次装夹多面加工极大的提高生产效率。

4、可加工形状复杂的零件

数控机床可以同时控制多个坐标联动，因此可以加工一般机床不能加工的复杂曲面。

三坐标数控机床是进行雕刻加工的自动化装备，兼具铣、钻、镗等多种机加工形式[1]。随着科学技术的进步和国民经济的发展，三坐标数控加工机床在广告业、工艺业、模具业、建筑业拥有广泛的应用，具有很好的发展前景。三坐标数控雕刻机床的应用范围十分广阔，就加工材料而言，有木工板、亚克力有机板、密度板、PVC板、玻璃、大理石以及各类金属，应用领域而言，可广泛应用于以下领域：

广告行业：如指示牌、桌牌以及各类大型标示牌等

模具行业：各类小型模具的加工

建筑业：房地产、城市规划等各类建筑模型

礼品行业：各种个性化礼品制作、印章刻字

工业应用：各类小型零件加工

三自由机床的发展历史十分久远，早在1938年，法国嘉宝公司就生产出世界第一台手动三坐标机床，到1950年，嘉宝又生产出世界第一台真正的可缩放比例的电动三坐标数控机床[2]。随后，美国、日本等国家也陆续着手研发。20世纪90年代，微电子技术的突飞猛进推动了微型计算机的快速发展，并直接带动了各个行业的飞速发展，也使三坐标数控机床技术得到了质的飞跃。如图1.1所示嘉宝三坐标数控机床，完成了从2D－2.5D－3D加工的变革。功能完善、性能稳定、造型美观、价钱合理成为机床设计的基本要求。

嘉宝三坐标数控机床

针对不同的应用领域，对机床的性能要求以及机床结构也不相同。现在市面上三坐标数控机床主流结构主要有两种[3]，第一种如图1-2所示，工件通过夹具固定，刀具具有X轴、Y轴和Z轴方向的移动。这种机床的特点是结构简单、承载能力大，但是机床稳定性不好，加工精度不易保证。第二种则如图1-3所示，工作台只作X轴、Y轴方向移动，刀具沿Z轴方向移动。这种结构由于工件随工作台移动，因此不能加工太重工件且机床有尺寸限制，但稳定性较第一种好。

三坐标数控机床的系统则主要有以下三类：

1、步进系统：步进系统是目前使用最多的驱动系统，尤其是是三相混合式步进电机，市场份额高达90%。步进系统由步进电机和步进电机驱动器组成，其优点是价格便宜且效果良好，但运行时容易产生共振和噪音，同时长时间运行时容易丢步、电机温升过高等。

2、混合伺服系统：混合伺服系统的应用并不广泛，主要是因为做混合伺服的厂家不多，同时混合伺服系统相对步进系统性能提升不多，而价格相对伺服系统又没有太大的优势。

3、伺服系统：伺服系统的使用同样比较少，主要原因是价格比较高，另外伺服系统的应用对于机床的机械结构、传动系统和控制系统都有一定的要求，因此一般只用于高端机型。伺服系统具有力矩大、转速高、回应快、发热少以及齐全的报警系统等优点，但系统的设计和调试对工程师的要求比较高。

三坐标数控机床在国民生产领域的应用已非常广泛，目前，市场上云集了国内外多个著名品牌的产品，其设计及制造技术、加工质量都已相当稳定和成熟。国外的三坐标数控机床，如美国雕霸、法国嘉宝和日本御牧都是该行业佼佼者，其产品已非常成熟，但价格非常昂贵[4]。中国这几年也涌现出很多三坐标数控机床的优秀厂家，如北京精雕、上海啄木鸟等，但价格同样非常昂贵，普通机床价格都在上万元以上，让小型企业和个人用户望而止步，也在一定程度上阻碍了其推广。因此，本文试图在保证一定的加工精度和稳定性的前提下，设计一种结构简单、易上手且价格低廉的三坐标数控机床，同时利用个人计算机提供CAD/CAM设计和控制方案，努力降低设备成本，以满足小型企业和个人用户需求。