台式数控龙门雕刻机TLNCX2030工作台及Y轴传动部件设计

目录1数控机床的概述 311 数控机床的发展历史和必要性 312 数控铣床与雕刻机的介绍 413 数控雕铣机产品介绍 202TLNC-X-2030工作台及Y轴传动部件设计 2621 轮廓概况设计 2622 元件的选择 26221 工作台 26222 底座 27223 滚珠丝杠副 28224 滑动导轨 40225 电机的选择 403TLNC-X-2030雕刻机应用模拟操作 464 相关专业英语翻译 495 小结 52参考资料台式数控龙门雕刻机TLNC-X-2030工作台及Y轴传动部件设计机械制造工艺及设备 刘鑫宇 内容摘要：数控已经成为了当今工业最为重要的一项开发的内容,几乎所有大型企业的零件加工都离不来数字控制系统, 这次我的毕业课题为小型数控龙门雕刻机床机械结构的设计，通过对数控机床发展历史、发展趋势的简介和对数控铣床机械结构的要点、各部分结构分类的介绍使我们更加了解数控铣床的结构。本次设计目的指在完成台式数控龙门雕刻机工作台Y轴传动设计，主要内容包括Y轴刚度校核、抗弯强度校核、零件强度校核、零件疲劳强度校核、轴承的选择、联轴器的选择、导轨的摩擦与润滑、各运动副间的润滑。关键词：数控龙门雕刻机、数控机床英文翻译 Content abstract：The numerical control had already become now an industry most important development content, the nearly all Major industrys components processing cannot leave the numerical control system, this my graduation topic for the small numerical control Dragon Gate carving engine bed mechanisms design, through to the numerically-controlled machine tool historical development, trend of developments synopsis and to the numerical control milling machine mechanisms main point, various part of textural classifications introduction makes us even more to understand the numerical control milling machines structure.This design goal refers to completes the table model numerical control Dragon Gate engraving machine work table Y axis transmission design, primary coverage including Y axis rigidity examination, bending strength examination, components intensity examination, components fatigue strength examination, bearings choice, shaft couplings choice, guide rails friction and lubrication, various movements vice-lubrication. Key word：Numerical control Dragon Gate engraving machine, numerically-controlled machine tool1：数控机床的概述 11 数控机床的发展历史和必要性半个世纪以来，数控系统已经历了 两个阶段、六代的发展。1硬线数控阶段（19521970年） 最初的计算机由于运算速度比较低，对于机床的实时控制还达不到要求。于是，人们不得不采用数字逻辑电路“搭”成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬线数控（Hardwired Numerical Control），简称数控（NC）。随着元器件的发展，这个阶段经历了三代的发展，即1952年开始的第一代数控系统，其主要特点是以电子管、继电器、模拟电路元件为主；1959年开始的第二代数控系统，其主要特点是以晶体管数字电路元件为主；1965年开始第三代数控系统，其主要特点是以集成数字电路器件为主。2计算机数控阶段（1970年至今）1970年开始的第四代数控系统，其主要特点是基于小型计算机并采用中小规模集成电路的数控系统；1974年开始的第五代数控系统，其主要特点是基于微处理器并具有数字显示、故障自诊断功能的数控系统；1990年开始的第六代数控系统，其特点是基于PC的数控系统，现在已经进入广泛应用阶段，价格也相对降低了很多，而对于一些大型设备，由于高精度，多功能，操作方便，开发简单、容易等特点，价格也非常高，有的能达到几百万甚至上千万元。3数控机床发展的必要性（1）：第二次世界大战中体现出来的对武器装备要求更加精良；计算机技术的产生和不断发展；机床技术的不断发展和成熟等。（2）：第二次世界大战中体现出来的对武器装备要求更加精良；计算机技术的产生和不断发展；机床技术的不断发展和成熟等。4数控机床的特点数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。 数控机床的控制单元 数控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成，它是数控机床的大脑。 与普通机床相比，数控机床有如下特点： 加工精度高，具有稳定的加工质量； 可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件； 加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间； 机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的35倍）； 机床自动化程度高，可以减轻劳动强度； 对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。 数控机床一般由下列几个部分组成： 主机，他是数控机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。他是用于完成各种切削加工的机械部件。 数控装置，是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。 驱动装置，他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。 辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。 编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等12：数控铣床与雕刻机的介绍1数控铣床概念定义:数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的,两都的加工工艺基本相同，结构也有些相似,但数控铣床是靠程序控制的自动加工机床,所以其结构也与普通铣床有很大区别数控铣床一般由数控系统、主传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等几大部分组成。（1）、主轴箱 包括主轴箱体和主轴传动系统，用于装夹刀具并带动刀具旋转，主轴转速范围和输出扭矩对加工有直接的影响。（2）、进给伺服系统 由进给电机和进给执行机构组成，按照程序设定的进给速度实现刀具和工件之间的相对运动，包括直线进给运动和旋转运动。（3）、控制系统 数控铣床运动控制的中心，执行数控加工程序控制机床进行加工。（4）、辅助装置 如液压、气动、润滑、冷却系统和排屑、防护等装置。（5）、机床基础件 通常是指底座、立柱、横梁等，它是整个机床的基础和框架。2数控铣床的分类铣床通常的分类方法是按主轴的轴线方向来分，若垂直于水平面则称之为数控立式铣床；若平行于水平面则称之为数控卧式铣床；还有立卧两用的数控铣床，但比较少见。而数控立式铣床是数控铣床中数量最多的一种，应用范围最为广泛。小型数控铣床一般都采用工作台移动、升降及主轴转动方式，与普通立式升降台铣床机构相似；中型数控立式铣床一般采用纵向和横向工作台移动方式，且主轴沿垂直滑板上运动，而龙门架则沿床身作纵向运动。（1）立式数控铣床 立式数控铣床一般可进行三坐标数控立式铣床占大多数。此外，还有的机床主轴可以绕X、Y、Z坐标轴中其中一个或两个作数控回转运动的死坐标和五坐标数控立式铣床。一般来说，机床控制的坐标轴越多，尤其是要求联动的坐标轴越多，机床的功能、加工范围及可选择的加工对象也越多。但随之而来的就是机床结构更加复杂，对数控系统的要求更高，编程难度更大，设备的价格也更高。数控立式铣床也可以附加数控转盘、采用自动交换台、增加靠模装置等来扩大它的功能、加工范围及加工对象，进一步提高生产效率。 （2）卧式数控铣床 该类数控铣床与通用卧式铣床相同，其主轴轴线平行于水平面。为了扩大加工范围和扩充功能，卧式数控铣床通常采用增加数控转盘或万能数控转盘来实现四、五坐标加工。这样不但工件侧面上的连续回转轮廓可以加工出来，而且可以实现在一次安装中，通过转盘改变工位，进行“四面加工”。尤其是万能数控转盘可以把工件上各种不同的角度或空间角度的加工面摆成水平来加工。这样，可以省去很多专用夹具或专用角度的成形铣刀。对于箱体类零件或需要在一次安装中改变工位的工件来说，选择带数控转盘的卧式数控铣床进行加工是非常合适的。由于卧式数控铣床在增加了数控转盘后很容易做到对工件进行“四面加工”，在许多方面胜过带数控转盘的立式数控铣床，所以目前已得到很多用户的重视。 （3）立、卧两用数控 目前，这类铣床正在逐步增多。由于这类铣床的主轴方向可以更换，能达到在一台机床上既可以进行立式加工，有可以进行卧式加工，使其应用范围更广，功能更全，选择加工对象的余地更大，给用户带来了很多的方便。尤其是当生产批量小，品种多，有需要立、卧两种方式加工时，用户只需购买一台这样的机床就可以了。 立、卧两用数控铣床的主轴方向的变换有手动和自动两种方式，采用数控万能主轴头的立、卧两用数控铣床，其主轴头可以任意变换方向，可以加工出与水平面呈各种不同角度的工件表面。当立、卧两用数控铣床增加数控转盘后，就可以实现对工件“五面加工”。即除了工件与转盘接触的定位面外，其他表面都可以在一次安装中进行加工。因此，其加工性能非常优越。3数控铣床的结构特点 （1）高刚度和高抗振性 铣床刚度是铣床的技术性能之一，它反映了铣床结构抵抗变形的能力。根据铣床所受载荷性质的不同，铣床在静态力作用下所表现的刚度称为铣床的静刚度；铣床在动态力作用下所表现的刚度称为铣床的动刚度。在铣床性能测试中常用铣床柔度来说明铣床的该项性能，柔度是刚度的倒数。为满足数控铣床高速度、高精度、高生产率、高可靠性和高自动化的要求，与普通铣床比较，数控铣床应有更高的静、动刚度，更好的抗振性。提高数控铣床结构刚度的措施主要有以下几种： 1）提高铣床构件的静刚度和固有频率。改善薄弱环节的结构或布局，以减少所承受的弯曲负载和转矩负载。例如，数控铣床的主轴箱或滑枕等部件，可采用卸荷装置来平衡载荷，以补偿部件引起的静力变化，常用的卸荷装置有重锤和平衡液压缸；改善构件间的接触刚度和铣床与地基连接处的刚度等。 2）改善数控铣床结构的阻尼特性。在大件内腔充填泥芯和混凝土等阻尼材料，在振动时因相对摩擦力较大而耗散震动能量。也可以用阻尼涂层法，即在大件表面喷涂一层具有高内阻尼和较高弹性的粘滞性材料来增大阻尼比。 3）采用新材料和钢板焊接结构。 （2）减少铣床热变形的影响 铣床的热变形是影响铣床加工精度的重要因素之一。由于数控铣床主轴转速、进给速度远高于普通铣床，而大切削量产生的炽热切屑对工件和铣床部件的热传导影响远比普通铣床严重，而热变形对加工精度的影响往往难以修正。因此，操作者应特别重视减少数控铣床热变形的影响。常用措施有以下几种： 1）改进铣床布局和结构 采用热对称结构，这种结构相对热源是对称的。在产生热变形时，其工件或者刀具回转中心对称线的位置基本保持不变，因而可以减少对加工件的精度影响。 采用倾斜床身和斜滑板结构。 采用热平衡措施。 2）控制温度。对铣床发热部位（如主轴箱等），采用散热、风冷和液冷等控制升温的办法来吸收热源发出的热量。这是各类数控铣床上广泛采用的一种减少热变形影响的对策。 3）对切削部位采取强冷措施。在大切削量切削加工时，落在工作台、床身等部件上的炽热切屑是重要的热源。现在数控铣床普遍采用多喷嘴、大流量冷却液来冷却并排出这些炽热的切屑，并对冷却液用大容量循环散热或用冷却装置制冷以控制温升。 4）热位移补偿。预测热变形规律，建立数学模型存入计算机中进行实时补偿。 （3）传动系统机械结构简化 数控铣床的主轴驱动系统和进给驱动系统，分别采用交流、直流主轴电动机和伺服电动机驱动，这两类电动机调速范围大，并可无级调速，因此使主轴箱、进给变速箱及传动系统大为简化，箱体结构简单，齿轮、轴承和轴类零件数量大为减少甚至不用齿轮，由电动机直接带动主轴或进给滚珠丝杠。 （4）高传动效率和无间隙传动装置 数控铣床在高进给速度下，工作要求平稳，并有高定位精度。因此，对进给系统中的机械传动装置和元件要求具有高寿命、高刚度、无间隙、高灵敏度和低摩擦阻力的特点。目前，数控铣床进给驱动系统中常用的机械装置主要有三种：滚珠丝杠副、静压蜗杆-蜗轮条机构和预加载荷双齿轮-齿条。 （5）低摩擦系数的导轨 铣床导轨是铣床的基本结构之一。铣床加工精度和使用寿命在很大程度上决定于铣床导轨的质量。表现在高速进给时不振动，低速进给时不爬行，灵敏度高，能在重载下长期连续工作，耐磨性要高，精度保持性要好等。现代数控铣床使用的导轨，和普通铣床的导轨类似，主要采用滑动导轨、滚动导轨和静压导轨三种，但在材料和结构上已发生了质的变化。4数控铣床的转动及其结构特点1数控铣床的主传动系统 数控铣床主传动系统，是指将主轴电动机的原动力通过该传动系统变成可供切削加工用的切削力矩和切削速度。为了适应各种不同材料的加工及各种不同的加工方法，要求数控铣床的主传动系统要有较宽的转速范围及相应的输出转矩。此外，由于主轴部件直接装夹刀具来对工件进行切削、因而对加工质量（包括加工粗糙度）及刀具寿命有很大的影响，所以对主传动系统的要求是很高的。为了能高效率地加工出高精度、低粗糙度的工件，必须要有一个具有良好性能的主传动系统和一个具有高精度、高刚度、振动小、热变形及噪声均能满足需要的主轴部件。 （1）主传动系统结构特点 数控铣床的主传动系统一般采用直流或交流主轴电动机，通过带传动和主轴箱的变速齿轮带动主轴旋转。由于电动机调速范围广，又可无级调速，使得主轴箱的结构大为简化。主轴电动机在额定转速时输出全部功率和最大转矩，随着转速的变化，功率和转矩将发生变化。在调压范围内（从额定转速调到最低转速）为恒转矩，转矩随转速成正比例下降；在调速范围内（从额定转速调到最高转速）为恒功率，转矩随转速升高成正比例减小。这种变化规律是符合正常加工要求的，即低速切削所需转矩大，高速切削消耗功率大。同时也可以看出电动机的有效转速范围并不一定能完全满足主轴的工作需要，所以主轴箱一般仍需要设置几档变速（24档）。机械变档一般采用液压缸推动滑移齿轮实现，这种方法结构简单，性能可靠，一次变速只需1s。有些小型的或者调速范围不需要太大的数控铣床，也常采用由电动机直接带动主轴或用带传动使主轴旋转。 为了满足主传动系统的高精度、高刚度和低噪声的要求，主轴箱的传动齿轮都要经过高速滑移齿轮（一般都用花键传动），采用内径定心。侧面定心的花键对降低噪声更为有利，因为这种定心方式传动间隙小，接触面大，但加工需要专门的刀具和花键磨床。带传动容易产生振动，在传动带长度不一致的情况下更为严重。因此，在选择传动带时，应尽可能缩短带的长度。如因结构限制，带长度无法缩短时，可增设压紧轮，将带张紧，以减少振动。 （2）主传动系统的分类 为了适应不同的加工要求，目前主传动系统大致可以分为三类。 1）二级以上变速的之传动系统 变速装置多采用齿轮变速结构。在使用滑移齿轮实现二级变速的主传动系统中，滑移齿轮的移位大都采用液压缸和拔叉或直接由液压缸带动齿轮来实现。因数控铣床使用可调无级变速交流、直流电动机，所以经齿轮变速后，实现分段无级变速，调速范围增加。其优点是能够满足各种切削运动的转矩输出，且具有大范围调节速度的能力。但由于结构复杂，需要增加润滑及温度控制装置，成本较高，此外制造和维修也比较困难。 2）一级变速器的主传动系统 目前多采用带（同步齿形带）传动装置。其优点是结构简单，安装调试方便，且在一定条件下能满足转速与转矩的输出要求。但系统的调速范围与电动机一样，受电动机调速范围的约束。这种传动方式可以避免齿轮传动时引起的振动与噪声，适用于低转矩特性要求的主轴。 3）调速电动机直接驱动的主传动系统 其优点是结构紧凑，占用空间少，转换频率高。但是主轴转速的变化及转矩的输出和电动机的输出特性完全一致，因而使用受到限制。 （3）主轴部件结构 1）对数控铣床主轴部件的要求 数控铣床的主轴部件是铣床重要组成部分之一。除了与普通铣床一样要求其具有良好的旋转精度、静刚度、抗振性、热稳定性及耐磨性外，由于数控铣床在加工过程中不进行人工调整，且数控铣床要求的转速更高，功率更大，所以数控铣床的主轴部件在上述几方面要求更高、更严格。 2）主轴轴承常用配置形式采用双列圆柱滚子轴承和60角接触球轴承组合，此配置形式使主轴综合刚度大大提高，可满足强力切削的要求，普遍应用于各类数控铣床。 前轴承采用高精度调心球轴承，具有较好的高速性能，主轴最高转速可达4000r/min。但承载能力小，适用于高速、轻载和精密的主轴部件。 双列和单列圆锥滚子轴承作为主轴前后支承，径向和轴向刚度高，可承受重载荷，安装与调整性能好。但限制了主轴的转速和精度的提高，适用于中等精度，低速与重载荷的数控铣床主轴。 另外，对精密、超精密铣床主轴、数控磨床主轴，可采用液体静压轴承和动压轴承，对于要求更高转速的主轴，可以采用空气静压轴承，这种轴承可达每分钟几万转的转速，并有非常高的回转精度。 为提高主轴组件刚度，数控铣床经常采用三支承主轴组件。采用三支承可以有效减少主轴弯曲变形，辅助支承通常采用深沟球轴承，安装后在径向要保留好适当的游隙，避免由于主轴安装轴承处轴径和箱体安装轴承处孔的制造误差（主要是同轴度误差）造成干涉。 对于主轴夹持刀具的快速或自动装卸，如数控铣床和镗床及以镗床为主的加工中心等，为了实现刀具的快速或自动装卸，主轴上往往装有刀具自动装卸、主轴准停和主轴孔内切屑自动清除等装置。2数控铣床的进给传动系统 （1）对进给系统的性能要求 进给系统即进给驱动装置，驱动装置是将伺服电动机的旋转运动变为工作台直线运动的整个机械传动链，主要包括减速装置、丝杠螺母副及导向元件等。 数控铣床通常对进给系统的要求有三点：传动精度、系统的稳定性和动态响应特性（灵敏度）。传动精度包括动态误差、稳态误差和静态误差、即伺服系统的输出量与驱动装置实际位移量的精确程度。系统的稳定性是指系统在启动状态或受外界干扰作用下，经过几次衰减震荡后，能迅速地稳定在新的或原来的平衡状态的能力。动态响应特性是指系统的响应时间以及驱动装置的加速能力。 为确保数控铣床进给系统的传动精度、系统的稳定性和动态响应特性，对驱动装置机械结构总的要求是消除间隙、减少摩擦、减少运动惯量、提高部件精度和刚度。具体措施通常是采用低摩擦的传动副，如减摩滑动导轨、滚动导轨及静压导轨、滚珠丝杠等；保证机械部件的精度，采用合理的预紧、合理的支承形式以提高传动系统的刚度；选用最佳降速比以提高铣床的分辨率，并使系统折算到驱动轴上的惯量减少；尽量消除传动间隙，减小反向死区误差，提高位移精度等。 （2）滚珠丝杠螺母副 滚珠丝杠螺母副是回转运动与直线运动相互转换的传动装置，在数控铣床上得到了广泛应用。它的结构特点是在具体有螺旋槽的丝杠螺母间装有滚珠作为中间传动元件，以减少摩擦，丝杠和螺母上都加工有圆弧形的螺旋槽，当它们对合起来就形成了螺旋滚道。在滚道内装有滚珠。当丝杠与螺母相对运动时，滚珠沿螺旋槽向前滚动，在丝杠上滚过数圈以后通过回程引导装置，逐个地又滚回到丝杠和螺母之间，构成一个闭合的回路管道。滚珠丝杠副的优点是摩擦因数小，传动效率高，可达0.920.96；所需传动转矩小；灵敏度高，传动平稳，不易产生爬行，随动精度和定位精度高；磨损小，寿命长，精度保持性好；可通过预紧和间隙消除措施提高轴向刚度和反向精度；运动具有可逆性，不仅可以将旋转运动变为直线运动，也可将直线运动变为旋转运动。缺点是制造工艺复杂，成本高，在垂直安装时不能自锁，因而需附加制动机构。 1）滚珠丝杠副的结构 滚珠丝杠的螺纹滚道法向截面有单圆弧和双圆弧两种不同的形状。其中单圆弧加工工艺简单，双圆弧加工工艺较复杂，但性能较好。 滚珠的循环方式有外循环和内循环两种。滚珠在返回过程中与丝杠脱离接触的为外循环，滚珠在循环过程中与丝杠始终接触的为内循环。在内、外循环中，滚珠在同一个螺母上只有一个回路管道的单循环，有两个回路管道的双列循环。循环中的滚珠叫作滚珠，工作滚珠所走过的滚道圈数叫工作圈数。 外循环滚珠丝杠副按滚珠循环时的返回方式主要有插管式和螺旋槽式。插管式用弯管作为返回管道，这种型式结构工艺性好，但由于管道突出于螺母体外，径向尺寸较大。螺旋槽式是在螺母外圈上铣出螺旋槽，槽的两端钻出通孔并与螺纹滚道相切，形成返回通道，这种型式的结构比插管式结构径向尺寸小，但制造上较为复杂。 内循环结构在螺母的侧孔中装有圆柱凸键式反向器，反向器上铣有S形回珠槽，将相邻两螺纹滚道连接起来。滚珠从螺纹滚道进入反向器，借助反向器迫使滚珠越过丝杠牙顶进入相邻滚道，实现循环。一般一个螺母上装有24个反向器，反向器沿螺母圆周等分分布。因其返回滚道较短，摩擦损失小。缺点是反向器加工困难。 2）滚珠丝杠副轴向间隙的调整 滚珠丝杠的传动间隙是轴向间隙。为了保证反向传动精度和轴向刚度，必须消除轴向间隙。消除间隙的方法常采用双螺母结构，利用两个螺母的相对轴向位移，使两个滚珠螺母中的滚珠分别贴紧在螺旋滚道的两个相反的侧面上。用这种方法预紧消除轴向间隙时，应注意预紧力不宜过大，预紧力过大会使空载力矩增加，从而降低传动效率，缩短使用寿命。此外，还要消除丝杠安装部分和驱动部分的间隙。 常用的双螺母丝杠消除间隙方法有如下几种： 垫片调隙式 螺纹调隙式 齿差调隙式单螺母变位螺距预加负荷5数控铣床的辅助装置 1润滑系统 数控铣床的润滑系统主要包括机床导轨、传动齿轮、滚珠丝杠及主轴箱等的润滑，其形式有电动间歇润滑泵和定量式集中润滑泵等。其中，电动间歇润滑泵用得较多，其自动润滑时间和每次泵油量，可根据润滑要求进行调整或用参数设定。 2排屑装置 为了数控机床的自动加工顺利进行和减少数控机床的发热，数控机床应具有合适的排屑装置。在数控机床的切屑中往往混合着切削液，排屑装置应从其中分离切屑，并将它们送入切屑收集箱内；而切削液则被收回到切削液箱。 常见的排屑装置有以下几种： （1）平板链式排屑装置 该装置以滚动链轮牵引钢质平板链带在封闭箱中运转，切屑用链带带出机床。这种装置在数控机床使用时要与机床冷却箱合为一体，以简化机床结构。 （2）刮板式排屑装置 该装置的传动原理与平板链式基本相同，只是链板不同，带有刮板链板。这种装置常用于输送各种材料的短小切屑，排屑能力较强。（3）螺旋式排屑装置 该装置是利用电动机经减速装置驱动安装在沟槽中的一根绞笼式螺旋杆进行工作的。螺旋杆工作时沟槽中的切屑即有螺旋杆推动连续向前运动，最终排入切屑收集箱。这种装置占据空间小，适用于安装在机床与立柱间间隙狭小的位置上。螺旋槽排屑结构简单，性能良好，但只适合沿水平或小角度倾斜的直线运动排运切屑，不能大角度倾斜、提升和转向排屑。6数控雕刻机的介绍1938年世界第一台手动雕刻机在法国“嘉宝”问世，1950年“嘉宝”生产出世界第一台真正意义的电动、可缩放比例的手动雕刻机。随后美国、日本和法国等国也开始研制。20世纪90年代，随着微电子技术的突飞猛进，直接推动微型计算机的急剧发展。微电子技术和微型计算机技术带动整个高技术群体飞速发展，从而使雕刻机产生了质的飞跃。雕刻机完成了从2D2.5D3D加工的变革，功能完善、性能稳定、造型美观和价格合理成为雕刻机研制的基本要求。国外的雕刻机，如美国“雕霸”、法国“嘉宝”和日本“御牧”是此行业的佼佼者，但价格非常昂贵。不管大小都在10万元各人民币以上。近几年国内的雕刻机，北京“精雕”、上海“啄木鸟”在国内也有一定的市场，但价格也不菲。雕刻机为九十年代初首先在国外发展起来并且日趋成熟的新兴机电一体化高新制造业应用技术，主要应用于加工业、模具业、装饰装璜业。它是集CAD/CAM先进技术于一身的先进加工机床。由于其应用范围广，在许多国家如：法国、美国、意大利、日本等已大量生产。法国厂家九八年已突破5000台。国外又以意大利雕刻机水平最高，售价在七十万到二百万人民币之间。以上国家针对不同应用行业开发了各种不同类型机器，并且精度高，而价格在十几万元以上。在国内主要生产厂家中，北京精雕公司年销售六百台左右，产值三千万。上海活克生产的琢木鸟，年销售一百台，产值一千万。国内各小散厂家销售加起来几十台。主要原因是自主开发能力差，国内只有精雕公司由于其定位于中低档次，售价在五六万元之间，易于被人接受，技术又集中于自主研发，所以发展势头很猛，整合适力最强。上海洛克为组装型，售价在十万元左右，其软件为西文方式，用户操作不便，其它几家东拼西凑，在如今技术突飞猛进的情况下，无论服务及各方面规模生产跟不上，必然导致销售跟不上。 我们目前经过几年研发已成功应用于南方一些厂家，技术至少在国内领先（集CNC、驱动（步进伺服变频）技术一体化），CAD方面已顺利解决，而雕刻机本体由CADCNC（CAM）驱动（步进或伺服）机械台组成。7雕刻机的技术及其应用众所周知，手工雕刻是一种工匠型的劳动，它是雕刻师“高智能和高技能”的综合活动！雕刻成品是否成为珍品完全取决于雕刻师对艺术的理解、对材料的感觉、雕刻技巧的发挥和孜孜不倦的精神，这不是普通人所能胜任的，也正是由于如此难能可贵，“雕刻”成为一种艺术、一种文化和一种精神的象征！ “雕刻”的发祥地是艺术品的加工，但是由于其深厚的文化内涵和精湛的成品效果促使“雕刻”走入了工业生产领域！“雕刻”在进入工业生产的初期主要工作是产品形态的细节精细修整和产品的文字图案雕刻，形象地讲其作用可谓是“画龙点睛”！传统的手工雕刻是以“刀斧凿”为工具，无论从生产效率和精度上都难于适应工业生产的需要，因为工业生产毕竟与艺术创意不一样！这样应运产生了机械雕刻仿形铣加工。机械雕刻的出现为“雕刻”进入工业起到了巨大的推动作用，尤其是图案和文字的雕刻能力加速了模具产业的发展速度，为“雕刻”这一艺术型的工艺在工业领域中广泛使用奠定了扎实的基础！ 随着工业产品的开发速度加快，尤其是计算机设计的广泛应用，工业产品的形态更加丰富，变化更加迅速，这样对制造业提出了新的要求，一批以计算机控制为基础的CNC设备进入了机械加工工业。 机械雕刻仍还是一种手工雕刻，它在雕刻精细产品的效率、批量成品的一致性、曲面产品的雕刻、与计算机设计技术的接口等方面明显存在着弱势，上述弱势阻碍着“雕刻”在现代工业中的应用广度，这样促使以计算机辅助设计和加工（CAD/CAM）技术、计算机数控技术（CNC）为核心的CNC雕刻走上了前台，挑起了推进“雕刻”走入工业领域的重担。 CNC雕刻字面定义为计算机数控技术雕刻，它是在工业领域中计算机辅助设计技术（CAD）、计算机辅助加工技术（CAM）、计算机数控技术（CNC）、高速铣削技术（HSM）的基础上发展起来的，在其成长的过程中又根据“雕刻”应用的特殊性综合了广告业的艺术设计和造型技术使得CNC雕刻成为一门独特的专业技术。 CNC雕刻的实施工具为雕刻CAD/CAM软件和CNC雕刻机，其真正的核心是雕刻CAD/CAM软件，雕刻CAD/CAM软件可类比为“手工或机械雕刻的雕刻师大 脑中的雕刻工艺知识和设计技巧的综合应用”！雕刻CAD/CAM软件功能是否完备对“雕刻”在现代工业领域中是否能有更大辉煌起着决定作用！ CNC雕刻作为一个独特的专业技术，与相关行业比在以下方面具有鲜明的特色：精确制图机制和艺术制图机制相结合 “雕刻”是一门艺术，其设计工具必须为设计者提供方便的创意空间！“雕刻”进入工业领 域，其设计工具还必须遵守“尺寸精确”的工业设计原则！艺术曲面造型方法和几何曲面造型方法相结合 随着CNC雕刻应用面的不断扩大，“雕刻”不再仅仅是“画龙点睛”了，已逐步渗透到产品设计和产品加工领域中，这样要求“雕刻”设计工具必须具有一定的曲面造型功能，更由于“雕刻”是一种独特的设计方法，需多产品的形态是无法用准确的数学函数表达，取决于设计者的感觉，只有艺术曲面和几何曲面混合造型才能保证“雕刻”在工业领域中能有更辉煌的表现！小刀具高速雕刻技术和工艺 “雕刻”的内涵是精细，工业领域中“雕刻”所承担的工作90%以上是常规大刀“无能为力”的，必须使用小刀具精雕细刻才能完成，机械雕刻师可利用其丰富的经验和娴熟的技巧尽量避免断刀，从而保证雕刻效率！CNC雕刻是由计算机控制完成，CNC雕刻机使用小刀具进行高效精细雕刻就需要有专业的CNC雕刻加工技术和工艺来支持，这就是当前加工业流行的“高速铣削技术(HSM) ”和CNC雕刻独有的“等量切削技术”！ 使用精密高速主轴电机是小刀具高速雕刻的基本保证！高速精密主轴电机的“高转速、高精度、低噪音、低震动、高速恒功率”等特点，确保小刀具可获得较高的切削线速度、保持较高的旋转精度、产生足够的高速切削力、减少震动和跳动断刀。 CNC雕刻从加工原理上讲是一种钻铣组合加工，同其它机加手段一样存在着特有的长处和天生的短处!若CNC雕刻对象选择正确、工艺使用合理，CNC雕刻可以成为赚钱的职业!若CNC雕刻入错了行、陷入弱势，CNC雕刻就会“勉为其难”，投资者的回报将会很低。 由于CNC雕刻对象的特点为图案复杂、造型奇特、成品精细，而CNC雕刻机以轻型结构为主，这实际上限定了CNC雕刻的工作方式为：“小刀具的快速铣削”，事实上这也正是CNC雕刻的“专业优势”，缘由是CNC雕刻是在干“常规大刀具无法加工的业务”！正由于CNC雕刻的特有的专业优势，在下述行业中CNC雕刻方式应用得较为得心应手：模具雕刻业和广告雕刻业。 （一）、模具雕刻小刀具独领风骚 CNC雕刻在工业领域中应用最广的是模具业，在模具生产过程中CNC雕刻不是主要加工方式和生产手段，但其作用却非同一般，可谓是“画龙点睛”，这是由雕刻对象的“图案、文字和复杂的曲面”特点所决定！当前CNC雕刻在模具雕刻领域主要的业务为： 紫铜和石墨电极加工 电火花成形机是当前模具业中主要的生产设备，电极的需求量较大，但电极生产缺乏专业设备，CNC雕刻可为电火花机作专业配套，可高效精细加工棱角分明、形态别致的电火花成形电极。 五金冲模和精密冲头加工 五金行业中冷冲压是一种主要的生产手段，冲压模具的加工是一个十分关键的环节！五金冲模主要以Cr12为加工材料，CNC雕刻可加工的典型冲模有：眼镜角丝、眼镜中梁、眼镜托叶芯、钮扣、饰物、纪念币、餐具柄、拉链等。CNC雕刻在加工精密冲头更有独到之处。 鞋材模具和鞋底模型加工 制鞋是世界性的大行业，鞋材和鞋底加工是制鞋业的主要生产环节！CNC雕刻可构造和加工以艺术曲面为主要形态的鞋底模型（代木）、鞋材高周波（高频）模具以及斩皮模具。 滴塑（微量射出）模具和公仔模具加工 滴塑模具是滴塑礼品的主要生产工具，这是典型的薄壁件产品，单件小批量，一致性和加工精度要求较高！CNC雕刻尤其擅长于59号铜材等脆性材料的曲面形态薄壁件加工。 钟表零件加工和轻型CNC加工 这是轻型CNC设备的典型应用，专业设备的专业使用、生产效率高、投资成本低！CNC雕刻可高效精细进行表壳异型曲面铣、钻和雕花，CNC雕刻还可精确快速进行表壳、表链、表盘等镶钻位钻孔加工。而这种类似的轻型CNC加工应用还有许多，如：装饰品雕刻、印章雕刻、产品刻字、模具刻字、烫金模板、印刷胶版等。 压花（皮纹、花纹）辊轮和圆柱体工件雕刻 花是皮革、装饰纸张等产品的主要生产手段，CNC雕刻在皮革压花辊轮（皮纹）、纸张（餐巾纸、包装纸、壁纸）压花辊轮、圆柱体工件雕刻的应用十分有特色！ 首板（手板、样板）模型加工 首板（模型样板）是手工机械雕刻的基本工具，CNC雕刻可按照实物建模，实现二维到三维的构造，高效精细加工模型样板。（二）、广告雕刻精雕细刻、求新创异 CNC雕刻在广告行业中主要应用于沙盘模型、广告标牌和文字标志的制作，这些业务在雕刻工艺上相对简单，关键是在效果表现上，而且主要突出的效果是“精雕细刻和求新创异”。 精雕细刻 “精雕细刻”是一个优质产品形态和内涵的表征！这一特征体现在沙盘模型部件、广告标志和文字图案雕刻加工方式上为：“文字图案清晰精细、镂空字和图形边缘光滑、镂空图案内角R小、加工效率高”。CNC雕刻以其特有的小刀具加工方式，在生产效率和加工精度上可满足广告制作业的精雕细刻的要求！ 求新创异 广告人多以“新”和“异”来表达自己所诉求的主题并吸引公众的注意！平面图形是一种使用很久的表达方式，人们已逐渐“熟视无睹”了！浮雕文字和艺术标志是广告人常用的表达方式，但目前只停留“感观”上。随着CNC雕刻机的使用，CNC雕刻加工已将过去人们感观上“看”到的浮雕效果变成真正的“浮雕”文字和标志！这将有助于广告人在表达方式上有所突破。 “求新创异”这要求设计软件有足够的艺术创造能力，CNC雕刻设计软件的艺术绘图机制和艺术浮雕曲面造型功能为广告人提供了一个新的“创异”手段！ 高速精密主轴电机 高速精密主轴电机是精雕CNC雕刻机加工中保证雕刻成活“精细高效”的关键因素之一！ CNC雕刻主要特点是“小刀具高速铣削”，这是由“雕刻”的特点所决定的！ “小刀具高速铣削”对主轴电机的要求是：旋转精度好、旋转速度高、转动震动小、工作噪音低、轴系刚性强，而且高速旋转时具要有稳定的输出功率！只有满足上述条件才能保证“小刀具”在雕刻中可获得较高的切削线速度、保持较高的旋转精度、产生足够的高速切削力、减少震动和跳动断刀概率。 由于CNC雕刻吃刀量小，再加之使用“高速铣削”技术，而主轴电机功率对“小刀具高速雕刻”的影响降到次要位置！ 精雕机的高速精密主轴电机是一种三相交流变频异步电机，其基本的电气原理与普通交流变频电机一样，但由于“高速和精密”的性能要求，所以高速精密主轴电机的结构和制造工艺是十分有特色，正是这些“特色”造成高速精密主轴电机的成本较高！ 为了做到“高速和精密”，精雕机的高速精密主轴电机在结构和生产上有下述特色： （1）选用优质特殊材料。 （2）采用适合CNC雕刻机使用的特殊细长结构，保证在有限的体积内有最大的输出功率。 （3）采用精密机加工工艺，保证主要件的公差均在0.005mm以内。 （4）选用进口高速精密轴承，在洁净恒温的装配车间经过严格的装配工艺组装而成，再经过精密的动平衡，严格的磨合测试程序确保精度高、振动小、噪音低。 （5）在上述条件下制造的高速精密主轴更加突出了三相交流异步电机所固有的优点，转差率更小，机械特性硬度更好，从而保证在高频和保持恒功率输出的情况下，转矩损失小，运转速度更加稳定，在精确的变频控制下高速精密主轴电机能保持稳定的高速恒功率输出，并确保加工时不会掉速。 （6）高速精密主轴电机是三相交流变频异步电机，它避免了有刷电机带来的诸如振动、噪音、更换碳刷等麻烦和精度不稳定的问题，为小刀具提供了刚性极强的工作轴系，确保小刀具高速旋转时摆动量和抖动量最小。 （7）高速精密主轴电机刀具装夹方便，使用弹簧夹头直接装在电机主轴上，由于主轴精度很高，弹簧夹头对中性好，所以刀具装上后跳动很小，确保小刀具不易断刀、干活精细。 （8）为了保持高速精密主轴电机“高速和精密”的特性，除了在制造上采用特殊手段外，使用者也必须按操作规范使用，高速精密主轴电机的基本使用要求为： （9）必须保证冷却水充足，这是因为电机结构紧凑，散热面积有限，不能靠自冷将多余的热量带走，必须用水冷却确保电机不发热，否则电机会烧毁； （10）高速轴承是有寿命的，轴承是易损件，转速越高，工作时间越长，轴承的磨损就越大，这时噪音会增大、发热、旋转精度降低，影响加工质量，甚至不能工作，所以使用者应注意保养。8雕刻技术应用对象CNC（电脑）雕刻是一种专业性十分强的加工方式，其主要特点是小刀具加工，在其应用领域中常规的加工方式很难有出色的表现！由于其加工方式、加工对象和使用方式较有特色，也就随之而产生一些特色的加工理念。CNC雕刻的主要加工对象为文字、图案、纹理、小型复杂形曲面、薄壁件、小型精密零件、非规则的艺术浮雕曲面等，这些对象的特点为：尺寸小、形态复杂、成品要求精细！因此，CNC雕刻只能、而且必须使用小刀具高效加工！ CNC雕刻是手工雕刻的工业化发展，要使雕刻这一饱含着人类高智能和高技能的工匠型劳动上升为工业化专业生产最基本要求是：CNC雕刻设备必须要靠专业的雕刻CAD软件来支持！这也是数字化设备的最基本要求。精雕雕刻CAD/CAM软件-JDPaint以其独有的体系结构和功能布局提供了完备的精确制图和艺术绘图的混合设计能力。最新版的JDPaint推出了强大的艺术曲面和几何曲面混合造型功能，为客户实现复杂形态雕刻产品的原创设计提供了有力的支持。目前JDPaint已成为适合中国雕刻行业需求、功能逐步强大的专业雕刻设计平台。CNC雕刻机仅仅是一个计算机控制的加工工具，要使该机能发挥出较高的成品加工效率，关键要靠雕刻CAM功能，如果没有功能完备的雕刻CAM功能，CNC雕刻机工作效率不会比一个熟练的手工工人高多少!JDPaint的雕刻CAM功能提供了丰富的工艺控制和刀具路径优化功能，并以独特的等量切削方法为代表的多种CNC雕刻工艺成功地支持了高速铣削（HSM）技术的实现，完善地解决了小刀具的加工效率问题，大大提高了产品加工精度和成品加工速度，推进了工匠型雕刻劳动上升为工业化专业生产的进程。9数控铣床与雕刻机的区别（1）机型上的区别： 数控铣床主要用于完成较大铣削量的产品的加工； 雕刻机主要用于较小铣削量或者轻金属的加工；或对软金属的加工。（2）从机床的主轴转速分析数控铣床对数控系统要求速度一般，主轴转速08000RPM左右； 雕刻机要求高速的数控系统，主轴转速150030000RPM左右。 （3） 从机床采用的数控系统的角度来看 数控铣床对数控系统的要求：稳定可靠，操作方面，维修方便等，现在市场上的数控系统主要集中在FANUC和西门子及MITISUBISH控制器； 雕刻机大部分采用企业自主研发或者外购的工业控制器。 雕刻机大部分用于模具行业，也进行一些小切削量的铣削。而数控铣床大部分在机械加工行业中使用，主要用于一些精密零件的加工和小批量多品种的加工。13：数控雕铣机产品介绍1RGDX-8060S数控模具雕铣机 1产品图片 2产品技术参数表技术参数表序号名 称参 数1工作台尺寸(X/Y)964*764 (毫米)2最大行程(X/Y/Z)800*600*250 (毫米)3最大工件尺寸(X/Y/Z)1000*1700*300 (毫米)4刀柄直径3.175 4 6 8 (毫米)5最大进给速度4 (米/分)6主轴电机功率2.2 (千瓦)7主轴电机转速范围30-24000 (转/分)8分辨率0.001 (毫米/脉冲)9定位精度0.008 (毫米)10重复定位精度0.007 (毫米)11外型尺寸(长*宽*高)2000*2300*2600 (毫米)12机器净重3200 (公斤)13电源电压AC 220V5% (伏特)14机器总功率5 (千瓦) 3主要特点1与同类产品比较RGDX-8060S数控模具雕铣机的加工幅面大，精度高。2采用台湾上银公司精密级直线导轨和P4级磨削丝杆，并且配有自动注油润滑系统，使用寿命长。3主要机械部件采用铸件，整体刚性好，变形小。4采用日本三菱公司伺服驱动系统，最大进给速度可达4米/分，可一次切割10毫米厚的铜板。5主轴配置2.2千瓦电机，转速可达24000转/分，功率大，转速高。采用日本三菱公司变频调速，可雕刻1毫米大小的字。2RGDK-4040S数控模具雕铣机 1产品图片2产品技术参数表技术参数表序号名 称参 数1工作台尺寸(X/Y)500*480 (毫米)2最大行程(X/Y/Z)400*400*150 (毫米)3最大工件尺寸(X/Y/Z)460*600*200 (毫米)4最大刀具直径13MM(ER20) (毫米)5最大进给速度5 (米/分)6主轴电机功率2.2 (千瓦)7主轴电机转速范围1500-24000 (转/分)8分辨率0.001 (毫米/脉冲)9定位精度0.01 (毫米)10重复定位精度0.005 (毫米)11外型尺寸(长*宽*高)1500*1200*1800 (毫米)12机器净重1500 (公斤)13电源电压220 (伏特)14机器总功率5 (千瓦)3主要特点 床身整体铸造，刚性好，减震好 采用高精密级直线导轨 采用日本三菱（Mitsubishi）公司伺服系统，精度高，性能好 主轴配置2.2千瓦恒功率电机，大功率，可满足加工要求 有一定模具刚的粗加工能力 定位精度0.01mm 重复定位精度0.005mm 使用英国Renishaw公司激光干涉仪进行精度保证 采用台湾新代控制器，性能稳定，操作方便，支持G代码，常用的CAM软件后处理，都可以运行加工，独有的手轮模拟功能和自动对刀功能使在加工中保证了效率3RGDK-7013B数控广告雕刻机1产品图片2产品技术参数表技术参数表序号名 称参 数1工作台尺寸(X/Y)800*1800 (毫米)2最大行程(X/Y/Z)700*1300*150 (毫米)3最大工件尺寸(X/Y/Z)900*180 (毫米)4刀柄直径3.175 4 6 (毫米)5最大进给速度10 (米/分)6主轴电机功率1.5 (千瓦)7主轴电机转速范围30-24000 (转/分)8分辨率0.005 (毫米/脉冲)9定位精度0.015