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钻攻中心Z轴进给系统的优化


钻攻中心是一种应用广泛的数控机床。随着智能 手机的兴起与普及,钻攻中心被广泛地应用于 3C 行业( 电脑( computer) 、通讯( communication) 和消费性电子( consumer electronic) 。而钻攻中心在智能手机的铝合金中框、手机外壳的加工用量最大。而目前常用的加工方法为铣削加工,基本加工方式为使用专用夹具( 一般为气动夹具) 固定在工作台上,使用棒铣刀或球铣刀铣削加工面,整个加工工艺费时、影响生产率( 用钻攻加工铣削一个后盖需要 50 min) ,且容易因外形面、底部曲面、大平面等交接面形成分级、凹印和刀纹 等外观问题,增长开发周期,增大不良品率,并严重影 响后序表面处理难度[1]。因此结合手机外壳加工的加工特性及其加工工艺要求,设计研发了一种新型的钻攻中心 Z 轴进给系统,同时在此系统上增加了钻攻中心的车削功能,与传统的进给系统相比,具备以下特 性: ( 1) Z 轴传动结构简单,响应快,效率高; 由于采用了直线电动机,省去了中间的丝杠螺母传动副。( 2) 可实现较高速度和加速度。本方案选用的直线电动机最高速度达 60 m / min,加速度可达 20  m / s2。( 3) 整套传动系统中不含会磨损的部件,属于刚性连接,没有弹 性变形,具有较高的静态和动态刚性[2-3]。
因此通过对 Z 轴进给系统优化设计,在原有主轴法兰盘端面上增加一个车刀锁紧机构,同时在工作台上配置一个 DD 直驱转台( 额定转速为 2 000 r / min) , 可以实现车削功能,经过整体优化改进扩大了钻攻中心的加工范围,不仅价格低、效率高,其加工表面精度也比常规铣削效果好。

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4    结语
( 1) 本文主要研究了一种新型的手机外壳加工钻攻中心 Z 轴进给方案,对比了该方案与传统的丝杠传动的优势。并结合其实际加工效果验证了直线电动机 传动系统的高刚性,高动态响应。
( 2) 用电主轴取代了原有钻攻中心的机械主轴, 并在主轴的法兰面上设计一个定位销以及专业的装卡  刀柄,实现了车削加工。
( 3) 对主轴箱进行了模态分析,得出了前 5 阶振型图以及变形量,其总体结构满足振动准则,刚性较好。
( 4) 直线电动机总体来说其抗污染能力较弱,特别是其永磁铁表面不能出现粘连铁屑,否则会影响其推力,在防护等级上应相应提高,同时直线电动机的发 热较大,应搭配水冷机。
( 5) 车削加工时,由于手机外壳总体曲线为不规则的圆弧面加工,在实际加工时其验证 Z 轴进给的响应能力,并调节好转台转速与 Z 轴进给的特性匹配, 此功能主要涉及系统电动机的频率响应相关参数。

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