小型数控雕刻机的装配测试与误差分析

小型数控雕刻机的装配测试与误差分析

【摘要】雕刻机装配误差是影响雕刻机生产质量的重要因素，本文根据装配要求，制订合理的装配工艺过程。并且对装配误差进行分析，提出解决措施。为了验证本雕刻机设计合理性，通过实例刻字加工实验，验证了雕刻机设计方案可行。

【关键词】雕刻机;装配误差;加工实验

根据装配工艺要求，合理连接各个零部件，组成产品的工艺过程称为装配。

本雕刻机主体框架采用工业PVC材料，装配后雕刻机加工范围为13×20×4CM左右，整机尺寸43×36×35CM左右。根据设计参数，雕刻机装配完成要求装配精度达到各项设计精度。根据装配图纸分析，装配过程中涉及到装配件非常多，其中PVC板35件，三轴丝杆和光杆共计9根，其他标准件若干。

一、雕刻机装配流程

根据装配工艺的基本原则，为了保证雕刻机装配精度，我们通过不断的测试与研讨制订了本雕刻机的装配流程。先部件装配，最后进行总装。雕刻机部装流程图如图1所示。

图1-1 雕刻机部装流程图

二、雕刻机装配过程分析

（1）部件组装分析

直线轴承的组装时应该注意，直线轴承配合的固定板内孔加工不规则，有倾斜角存在。所以组装的时候注意作用力位置。丝杠与轴承套件组装的时候，发现轴承配合精度要求高，所以进行先丝杆外径修磨。回差螺母与丝杆的组装之前，先进行装配灵活度测试，修磨双铜螺母工艺毛刺，同时修磨丝杆的端部，组装丝杆弹簧系统时，弹簧只要可以压缩即可。步进电机装配时，需要修磨步进电机的轴，大概就是2-3丝的误差。

2.雕刻机总装过程分析

图2 雕刻机组装完成图

完成预组装后，整机总装容易完成。按照XYZ三轴顺序安装组件。安装完成后，测试整机安装精度，旋动联轴器，观察丝杆转动，转动灵活，阻力均匀，即符合装配要求。测试完部件模块性能后，部件进行组装，整机装配完成后，装好电控系统，开始通电测试。通过静态和动态试验测试，雕刻机装配精度达到设

计精度要求。

三、雕刻机加工实验

根据本雕刻机设计加工对象，通过CAD/CAM软件对复杂字体进行雕刻仿真和机床实际加工实验，验证小型数控雕刻机床的可行性。

1.选择加工零件

字体雕刻在加工中能够充分体现雕刻机的各项功能，所以实验选择在100mm×100mm×20mm的铝件上雕刻0.1mm深的宋体阴文汉字，该零件模型用MasterCAM X5软件进行造型，模型材料为有铝块，MasterCAM中模型零件造型如图3所示：

图3 雕刻汉字

雕刻机实验流程如图4所示：

图4 加工实验流程

2.MasterCAM软件仿真

Mastercam是数控程序生成CAD/CAM软件，通过零件建模、选择加工参数，生成刀具轨迹，后置处理生成零件程序。比较手工编程，自动编程具有诸多优点。刻字仿真过程如下：

（1）选择绘图工具栏中绘制文字功能，在打开的对话框中选择真实字型，参数中选择字体大小，选择好对齐方式后，在文字内容中输入汉字。

（2）选择雕刻机床类型，刀具路径中选择雕刻，在对话框中选择雕刻刀具、设置好雕刻参数，雕刻加工参数中设置安全平面、雕刻深度等参数，切削方式选择往复。

（3）生成刀具轨迹，仿真模拟，后处理生成雕刻机NC程序。

本实验汉字建模仿真流程如图5所示：

图5 建模仿真流程

图6 样机试验加工

3.雕刻机实例加工

（1）操作雕刻机床，运行Mach2软件，点击下拉菜单“配置”选项，分别对

里面的相应选项进行设置，包括单位、端口和引脚、电机反转等设置，在端口和引脚选项框中，设置X轴信号、X轴方向分别用端口1的2、3引脚输出;Y轴信号、Y轴方向分别通过4、5引脚输出;Z轴信号、Z轴方向分别用端口6、7引脚输出，在Mach2软件里打开qumianl tap，导人里面的G代码运行。

（2）零件实际加工时，将毛坯工件固定在雕刻机工作台上，通过找正，使得毛坯工件与主轴垂直，由于没有自动换刀装置，所以进行手动安装刀具。设置好工件坐标系以及刀具长度后，选择自动进行切削加工，加工过程如图6所示。

（3）通过实际零件的加工验证，表明本课题开发的小型龙门式数控雕刻机符合设计要求，同时也验证了本课题雕刻机设计可行性。

根据装配和加工试验，制造出雕刻机样机一台。通过两年教学实际应用，取得较好的应用效果。

参考文献

[1]高耀东，刘学杰.MasterCAM应用精华50例设计[M].北京：电子工业出版社，2011.