[科普中国]-单轴雕刻机

单轴雕刻机指的是只有一个驱动轴来实现驱动的雕刻机。

研究背景目前，雕刻机在实际应用中可以对有机玻璃、石材、铜、铝、木材等材料进行文字、图形的雕刻加工。用传统的数控铣床对其进行加工，不仅加工精度得不到保障，而且加工效率低，设备和电力的损耗也较大。为了改变这种情况，精心设计了一种小型数控单轴雕刻机。该数控雕刻机不仅能够满足教学上的使用，提高学生对数控机床的理解和认识，而且造价大大低于传统数控铣床。

总体设计方案雕刻机设计目的设计目的就是提供一种低价、高效和实用的数控雕刻系统的解决方案。该装置可在PCB 板上完成文字、图案的雕刻加工，例如：胸牌、铭牌、徽章等的雕刻。设计的宗旨除了要满足PCB 板材料的雕刻加工需求外，还将作为教学载体，满足教学项目的要求。

雕刻机设计参数雕刻机有效行程为 280 mm×380 mm×70 mm；定位精度为 0.05 mm；重复定位精度为 0.025 mm；主轴最高转速为 24 000 r/min；最大进给速度为 3 m/min，传动系统X、Y、Z 轴均采用步进电机驱动。1

雕刻机的主运动方案讨论主轴系统由主轴电动机、固定支架、刀具锁紧螺母组成，与普通机床主传动系统相比结构简单。这是由于加工对象范围小、负载轻，变速功能主要由变速电动机来承担。雕刻机主传动为主轴的旋转运动，主轴承承受的轴向载荷较大，径向载荷稍小，精度要求较高。针对雕刻机的工作需求对于主轴电机有以下两种选择。

1)采用高速直流电机。利用换向器来自动改变线圈中的电流方向，从而使线圈受力方向一致且能连续旋转。该电机调速性能好，可以在重负载条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而且调速范围较宽；同时该电机启动、制动转矩大，易于快速启动和停车。但由于该电机换向的限制，其转速相对较低，并且与同容量、同转速的交流电机相比，直流电机的造价高、体积大、重量重、转动惯量大，维护检修不方便。

2)采用水冷交流异步电动机作为主轴电机该电机采用变频器实现调速，结构简单、运行可靠、价格低、过载能力强，并且安装、使用和维护方便，适用于高速、精密加工。2

本词条内容贡献者为:

李斌 - 副教授 - 西南大学