基于pc機(jī)的小型雕刻機(jī)設(shè)計(jì)——結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【畢業(yè)設(shè)計(jì)】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</p><p><b>　?。ǘ?屆）</b></p><p>　　基于pc機(jī)的小型雕刻機(jī)設(shè)計(jì)——結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 </p

2、><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　

3、　機(jī)電一體化廣泛地綜合了機(jī)械、微電子、自動(dòng)控制、信息、傳感測(cè)試、電力電子、接口、信號(hào)變換和軟件編程等技術(shù)，并將這些技術(shù)有機(jī)的結(jié)合成一體，它是當(dāng)今世界機(jī)械工業(yè)技術(shù)和產(chǎn)品發(fā)展的主要趨勢(shì)。三維機(jī)械雕刻機(jī)是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，在廣告制作行業(yè)、模具加工等很多行業(yè)具有較大的市場(chǎng)前景。本文簡(jiǎn)要地介紹了雕刻機(jī)的起源和發(fā)展現(xiàn)狀，分析了國(guó)內(nèi)外同類雕刻機(jī)的特點(diǎn)，說(shuō)明了雕刻機(jī)的功能和使用范圍；制定了研制的三維機(jī)械雕刻機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案詳細(xì)地分析了雕刻機(jī)系統(tǒng)

4、的總體布局和結(jié)構(gòu)方案、數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式，以及主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)選擇等。分別進(jìn)行了機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，包括主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算及硬件的選用等內(nèi)容。</p><p>　　關(guān)鍵詞：雕刻機(jī)，數(shù)控系統(tǒng)，機(jī)電一體化 </p><p>　　Research On The NC Engraving Of Structure Based On The PC</p><p>

5、;<b>　　Abstract</b></p><p>　　These technologies are widely used in Mechatronics，including mechanism，microelectro-nics，autocontrol，information，sensor and test，power and electron，interface，signal tr

6、ansform，software program．On the other hand，Mechatronics makes these techn0109ies integrated closely．It is the primary trend of the development of mechanical industrial technology and products in the world nowadays．3D—Mec

7、hanical Engraving Plotter is a typical mechatronics products，it has marketability foreground in the advertising ，</p><p>　　KEY WORDS：Engraving Plotter，numerical control system，mechatronics</p><p&g

8、t;<b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒 論1</b></p><p>　　1.1 雕刻機(jī)概述1</p><p>　　1.2雕刻機(jī)行

9、業(yè)介紹1</p><p>　　1.3 雕刻機(jī)分類4</p><p>　　1.4雕刻機(jī)問(wèn)題描述5</p><p>　　1.5雕刻機(jī)工作原理5</p><p>　　2 總體設(shè)計(jì)方案6</p><p>　　2.1 三維雕刻機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)6</p><p>　　2.2雕刻機(jī)總體方案選擇7&l

10、t;/p><p>　　2.2.1雕刻機(jī)工作方式的選擇7</p><p>　　2.2.2 主要直線傳動(dòng)元件的選擇7</p><p>　　2.3雕刻機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)8</p><p>　　2.3.1 坐標(biāo)系統(tǒng)的確定8</p><p>　　2.3.2主運(yùn)動(dòng)方案9</p><p>　　2.3.3

11、 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方案9</p><p>　　3 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及校核10</p><p>　　3.1 銑削力、扭矩和功率的計(jì)算10</p><p>　　3.2 鉆削力、扭矩和功率的計(jì)算12</p><p>　　3.3 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.3.1 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的方案14</p>

12、<p>　　3.3.2 主軸電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算14</p><p>　　4 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算17</p><p>　　4.1 Z方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.1.1 Z 方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)組成17</p><p>　　4.1.2 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算17</p><p>　　4

13、.1.3滾珠絲桿的校核23</p><p>　　4.1.4 Z方向進(jìn)給電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算25</p><p>　　4.1.5 聯(lián)軸器的選擇27</p><p>　　4.1.6 Z方向直線導(dǎo)軌副的設(shè)計(jì)計(jì)算27</p><p>　　4.2 X方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)29</p><p>　　4.2.1 X 方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系

14、統(tǒng)組成29</p><p>　　4.2.2 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算29</p><p>　　4.2.3滾珠絲桿的校核33</p><p>　　4.2.4 X方向進(jìn)給電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算35</p><p>　　4.2.5 聯(lián)軸器的選擇37</p><p>　　4.2.6 X方向直線導(dǎo)軌副的設(shè)計(jì)計(jì)算37</p&

15、gt;<p>　　4.3 Y 方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)37</p><p>　　4.3.1 Y 方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)組成37</p><p>　　4.3.2 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算38</p><p>　　4.3.3滾珠絲桿的校核41</p><p>　　4.3.4 X方向進(jìn)給電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算43</p><p

16、>　　4.3.5 聯(lián)軸器的選擇45</p><p>　　4.3.6 X方向直線導(dǎo)軌副的設(shè)計(jì)計(jì)算45</p><p>　　4.4雕刻機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)的確定45</p><p><b>　　總 結(jié)48</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)49</b></p><p&

17、gt;<b>　　致謝50</b></p><p><b>　　附錄51</b></p><p>　　附錄圖1 雕刻機(jī)三維圖：51</p><p>　　附錄圖2 CAD圖紙：54</p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p>&

18、lt;b>　　1.1 雕刻機(jī)概述</b></p><p>　　計(jì)算機(jī)數(shù)控雕刻技術(shù)是傳統(tǒng)雕刻技術(shù)和現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，它秉承了傳統(tǒng)雕刻精細(xì)輕巧、靈巧自如的操作特點(diǎn)，同時(shí)利用了傳統(tǒng)數(shù)控加工中的自動(dòng)化技術(shù)，并將二者有機(jī)的結(jié)合在一起，成為一種先進(jìn)的雕刻技術(shù)。所有這些技術(shù)最終都是通過(guò)CNC雕刻機(jī)轉(zhuǎn)化為真 正的生產(chǎn)能力。CNC雕刻機(jī)集計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)（CAD)技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)（CAM技術(shù)）、數(shù)

19、控技術(shù)（NC技術(shù)）、精密制造技術(shù)于一體，是目前最先進(jìn)的雕刻設(shè)備，代表了最先進(jìn)的雕刻技術(shù)。使用CNC雕刻技術(shù)和CNC雕刻機(jī)已經(jīng)成為雕刻行業(yè)的一種潮流[1]。 </p><p>　　1938年世界第一臺(tái)手動(dòng)雕刻機(jī)在法國(guó)“嘉寶”問(wèn)世，1950年“嘉寶”生產(chǎn)出世界第一臺(tái)真正意義的電動(dòng)、可縮放比例的手動(dòng)雕刻機(jī)。隨后美國(guó)、日本和法國(guó)等國(guó)也開(kāi)始研制。20世紀(jì)90年代，隨著微電子技術(shù)的突飛猛進(jìn)，直接推動(dòng)微型計(jì)算機(jī)的急劇發(fā)展。微電

20、子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)帶動(dòng)整個(gè)高技術(shù)群體飛速發(fā)展，從而使雕刻機(jī)產(chǎn)生了值得飛躍。雕刻機(jī)完成了從2D——2.5D——3D加工的變革，功能完善、性能穩(wěn)定、造型美觀和價(jià)格合理成為雕刻機(jī)研制的基本要求。</p><p>　　國(guó)外的雕刻機(jī)，如美國(guó)“雕霸”、法國(guó)“嘉寶”和日本“御牧”是此行業(yè)的佼佼者，但價(jià)格非常昂貴。不管大小都在10萬(wàn)元人民幣以上。近幾年國(guó)內(nèi)的雕刻機(jī)，北京“精雕”、上?！白哪绝B(niǎo)”在國(guó)內(nèi)也有一定的市場(chǎng)，但價(jià)格也不

21、菲。</p><p>　　1.2雕刻機(jī)行業(yè)介紹 </p><p>　　雕刻從加工原理上講是一種鉆銑組合加工，同其他加工手段存在著特有的長(zhǎng)處和天生的短處。若CNC雕刻對(duì)象選擇正確、工藝使用合理，CNC雕刻就會(huì)成為賺錢的職業(yè)。若CNC雕刻入錯(cuò)了行，陷入弱勢(shì)，CNC雕刻就會(huì)“勉為其難”，投資者的回報(bào)將會(huì)很低，由于CNC雕刻對(duì)象的特點(diǎn)為圖案復(fù)雜、造型奇特、成品精細(xì)，而CNC雕刻機(jī)以輕型結(jié)構(gòu)為主

22、，這實(shí)際上限定了CNC雕刻的工作方式為“小刀的快速銑削”，事實(shí)上這也正是CNC雕刻的“專業(yè)勢(shì)”，緣由是CNC雕刻是在干“常規(guī)大刀具無(wú)法加工的業(yè)務(wù)”。正由于CNC雕刻的特有的專業(yè)優(yōu)勢(shì)，CNC雕刻方式在模具雕刻業(yè)和廣告雕刻業(yè)應(yīng)用得較為得心應(yīng)手。</p><p>　?。?）模具雕刻——小刀具獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷</p><p>　　CNC雕刻在工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用最廣的是模具業(yè)，在模具生產(chǎn)過(guò)程中CNC雕刻不是主要

23、加工方式和生產(chǎn)手段，但其作用卻非同一般，可謂是“畫(huà)龍點(diǎn)睛”，這是由雕刻對(duì)象的“圖案、文字和復(fù)雜的曲面”特點(diǎn)所決定！當(dāng)前CNC雕刻在模具雕刻領(lǐng)域主要的業(yè)務(wù)為：</p><p>　　紫銅和石墨電極加工：電火花成形機(jī)是當(dāng)前模具業(yè)中主要的生產(chǎn)設(shè)備，電極的需求量較大，但電極生產(chǎn)缺乏專業(yè)設(shè)備，CNC雕刻可為電火花機(jī)作專業(yè)配套，可高效精細(xì)加工棱角分明、形態(tài)別致的電火花成形電極。</p><p>　　五金

24、沖模和精密沖頭加工：五金行業(yè)中冷沖壓是一種主要的生產(chǎn)手段，沖壓模具的加工是一個(gè)十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)！五金沖模主要以Cr12為加工材料，CNC雕刻可加工的典型沖模有：眼鏡角絲、眼鏡中梁、眼鏡托葉芯、鈕扣、飾物、紀(jì)念幣、餐具柄、拉鏈等。CNC雕刻在加工精密沖頭更有獨(dú)到之處。</p><p>　　鞋材模具和鞋底模型加工：制鞋是世界性的大行業(yè)，鞋材和鞋底加工是制鞋業(yè)的主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)！CNC雕刻可構(gòu)造和加工以藝術(shù)曲面為主要形態(tài)的鞋

25、底模型（代木）、鞋材高周波（高頻）模具以及斬皮模具。 </p><p>　　滴塑（微量射出）模具和公仔模具加工：滴塑模具是滴塑禮品的主要生產(chǎn)工具，這是典型的薄壁件產(chǎn)品，單件小批量，一致性和加工精度要求較高！CNC雕刻尤其擅長(zhǎng)于59號(hào)銅材等脆性材料的曲面形態(tài)薄壁件加工。</p><p>　　鐘表零件加工和輕型CNC加工：這是輕型CNC設(shè)備的典型應(yīng)用，專業(yè)設(shè)備的專業(yè)使用、生產(chǎn)效率高、投資成本低

26、！CNC雕刻可高效精細(xì)進(jìn)行表殼異型曲面銑、鉆和雕花，CNC雕刻還可精確快速進(jìn)行表殼、表鏈、表盤(pán)等鑲鉆位鉆孔加工。而這種類似的輕型CNC加工應(yīng)用還有許多，如：裝飾品雕刻、印章雕刻、產(chǎn)品刻字、模具刻字、燙金模板、印刷膠版等。</p><p>　　壓花（皮紋、花紋）輥輪和圓柱體工件雕刻：輥花是皮革、裝飾紙張等產(chǎn)品的主要生產(chǎn)手段，CNC雕刻在皮革壓花輥輪（皮紋）、紙張（餐巾紙、包裝紙、壁紙）壓花輥輪、圓柱體工件雕刻的應(yīng)用

27、十分有特色！</p><p>　　首板（手板、樣板）模型加工：首板（模型樣板）是手工機(jī)械雕刻的基本工具，CNC雕刻可按照實(shí)物建模，實(shí)現(xiàn)二維到三維的構(gòu)造，高效精細(xì)加工模型樣板。</p><p>　?。?）廣告雕刻——精雕細(xì)刻、求新創(chuàng)異</p><p>　　CNC雕刻在廣告行業(yè)中主要應(yīng)用于沙盤(pán)模型、廣告標(biāo)牌和文字標(biāo)志的制作，這些業(yè)務(wù)在雕刻工藝上相對(duì)簡(jiǎn)單，關(guān)鍵是在效果表現(xiàn)

28、上，而且主要突出的效果是“精雕細(xì)刻和求新創(chuàng)異”。</p><p>　　精雕細(xì)刻：“精雕細(xì)刻”是一個(gè)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品形態(tài)和內(nèi)涵的表征！這一特征體現(xiàn)在沙盤(pán)模型部件、廣告標(biāo)志和文字圖案雕刻加工方式上為：“文字圖案清晰精細(xì)、鏤空字和圖形邊緣光滑、鏤空?qǐng)D案內(nèi)角R小、加工效率高”。CNC雕刻以其特有的小刀具加工方式，在生產(chǎn)效率和加工精度上可滿足廣告制作業(yè)的精雕細(xì)刻的要求！</p><p>　　求新創(chuàng)異：廣告人

29、多以“新”和“異”來(lái)表達(dá)自己所訴求的主題并吸引公眾的注意！平面圖形是一種使用很久的表達(dá)方式，人們已逐漸“熟視無(wú)睹”了！浮雕文字和藝術(shù)標(biāo)志是廣告人常用的表達(dá)方式，但目前只停留“感觀”上。隨著CNC雕刻機(jī)的使用，CNC雕刻加工已將過(guò)去人們感觀上“看”到的浮雕效果變成真正的“浮雕”文字和標(biāo)志！這將有助于廣告人在表達(dá)方式上有所突破?！扒笮聞?chuàng)異”這要求設(shè)計(jì)軟件有足夠的藝術(shù)創(chuàng)造能力，CNC雕刻設(shè)計(jì)軟件的藝術(shù)繪圖機(jī)制和藝術(shù)浮雕曲面造型功能為廣告人提供

30、了一個(gè)新的“創(chuàng)異”手段！[2]</p><p>　　雕刻機(jī)應(yīng)用行業(yè)大全：</p><p>　　1）廣告及禮品制作業(yè)：用于雕刻各類雙色板標(biāo)牌，有機(jī)玻璃、梵特石門牌、三維告示牌、裝飾禮品、燈箱片雙色人雕像、浮雕獎(jiǎng)?wù)隆?嵌墻式燈屋、光導(dǎo)板雕燈屋、有機(jī)板浮雕立體門頭等。</p><p>　　2）模具行業(yè)：雕刻鈕扣浮雕模，印刷燙金模、注塑模、吹塑模、沖壓模、眼睛模。</

31、p><p>　　3）煙草行業(yè)：用于包裝煙盒防偽標(biāo)志，模板制作及卷煙字輪制作。</p><p>　　4）印刷電路板（PCB）品開(kāi)發(fā)中的電路制作，鉆孔銑槽等。</p><p>　　5）汽車工業(yè)：輪胎模具車燈模具及裝飾品模具加工。</p><p>　　6）造幣業(yè)：印鈔水印防偽模具及硬幣模具制作。</p><p>　　7）包裝業(yè)：

32、箱包燙金，紙箱包裝膠字模制作。</p><p>　　8）模型制作業(yè)：制作沙盤(pán)模型，房屋模型等。</p><p>　　9）制作各種員工胸牌、各類門牌、招示牌。</p><p>　　10）印章業(yè)：各類字體各類材質(zhì)的印章雕刻</p><p>　　11）造船業(yè)：船艙板平面布置及標(biāo)牌雕刻。</p><p>　　12）機(jī)械加工業(yè)：

33、刻度盤(pán)字輪及標(biāo)尺刻制。</p><p>　　13）木器業(yè)：用于浮雕圖案設(shè)計(jì)及制作。</p><p>　　14）照相機(jī)光圈變焦零件及刻度加工。</p><p>　　15）水箱壓縮機(jī)閥板等復(fù)雜零件加工。</p><p>　　16）液壓泵軸子定子封油槽具加工。</p><p>　　17）電火花加工機(jī)床電板雕刻加工。</

34、p><p>　　18）印刷行業(yè)：用于凹凸板制作。</p><p>　　19）手表表布告表殼模具制造。</p><p>　　20）糕點(diǎn)模制作等，有勝枚舉。</p><p>　　21）高爾夫球頭字及線加工。</p><p>　　22）硯頭藝術(shù)雕刻加工。</p><p>　　23）摩托車變速桿加工。<

35、;/p><p>　　24）保齡球球面刻字。</p><p>　　25）裝飾制品雕刻。</p><p>　　26）首飾精細(xì)雕刻。</p><p><b>　　1.3 雕刻機(jī)分類</b></p><p>　　電腦雕刻機(jī)有激光雕刻和機(jī)械雕刻兩類，這兩類都有大功率和小功率之分。因?yàn)榈窨虣C(jī)的應(yīng)用范圍非常廣泛，因

36、此有必要了解各種雕刻機(jī)的最合適的應(yīng)用范圍：</p><p>　　1）胸牌：小功率激光雕刻機(jī)（刻章機(jī)）、大功率或小功率電腦雕刻機(jī)；</p><p>　　2）建筑模型：大、小功率電腦雕刻機(jī)；</p><p>　　3）金屬（模具、章等）加工：大、小功率電腦雕刻機(jī)（大功率因每次切削量較</p><p><b>　　多而省時(shí)）；</b&

37、gt;</p><p>　　4）水晶字制作：大功率激光雕刻機(jī)（50W以上），大功率機(jī)械雕刻機(jī)；</p><p>　　5）木材、有機(jī)玻璃、人造石等標(biāo)牌制作：大功率機(jī)械雕刻機(jī)；</p><p>　　6）展示、展覽模型制作：大功率、大幅面機(jī)械雕刻機(jī)。</p><p>　　電腦雕刻機(jī)分為大功率和小功率兩類。小功率的只適合做雙色板、建筑模型、小型標(biāo)牌、

38、三維工藝品等。由于功率太小而大大影響了其應(yīng)用的范圍。大功率雕刻機(jī)可以做小功率雕刻機(jī)的東西。最適合做大型切割、浮雕、雕刻。</p><p>　　雕刻主要應(yīng)用于：廣告業(yè)、工藝業(yè)、模具業(yè)、建筑業(yè)、印刷包裝也、木工業(yè)、裝飾業(yè)等。</p><p>　　雕刻耗材有：亞克力有機(jī)板、PVC板、芙蓉板、雙色板、木工板、密度板、大理石、防火板、橡膠板、玻璃等。</p><p>　　業(yè)務(wù)

39、對(duì)象：廣告公司、裝潢公司、酒店、賓館、商場(chǎng)、學(xué)校、醫(yī)院、辦公樓、娛樂(lè)場(chǎng)所、洗浴中心、集團(tuán)、企業(yè)、行政機(jī)關(guān)等。 </p><p>　　1.4雕刻機(jī)問(wèn)題描述</p><p>　　雕刻機(jī)在各行各業(yè)中的應(yīng)用已日益廣泛，然而國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上出現(xiàn)的雕刻機(jī)，雖然性能較好，但價(jià)格也非常昂貴。普通的雕刻機(jī)都是萬(wàn)元以上，令一些小單位及個(gè)人用戶望而卻步。爭(zhēng)對(duì)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，所要求的雕刻機(jī)的性能亦不相同。本項(xiàng)目的目的就

40、是利用PC機(jī)的并口等現(xiàn)有資源，提供一種低價(jià)，高效，簡(jiǎn)便的數(shù)控雕刻系統(tǒng)的解決方案。通過(guò)本項(xiàng)目的研究，可以為中小用戶，尤其是個(gè)人用戶提供低價(jià)的雕刻機(jī)，從而拓寬現(xiàn)有雕刻機(jī)的用戶群，普及國(guó)內(nèi)雕刻機(jī)。</p><p>　　1.5雕刻機(jī)工作原理 </p><p>　　電腦雕刻機(jī) 由計(jì)算機(jī)，雕刻機(jī)控制器，雕刻機(jī)主機(jī)三部分組成。工作原理：是通過(guò)計(jì)算機(jī)內(nèi)配置的專用雕刻軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和排版，并由計(jì)算機(jī)把設(shè)計(jì)與排

41、版的信息自動(dòng)傳送至雕刻機(jī)控制器中，再由控制器把這些信息轉(zhuǎn)化成能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的帶有功率的信號(hào)(脈沖串)，控制雕刻機(jī)主機(jī)生成X,Y,Z三軸的雕刻走刀路基徑。同時(shí)，雕刻機(jī)上的高速旋轉(zhuǎn)雕刻頭，通過(guò)按加工材質(zhì)配置的刀具，對(duì)固定于主機(jī)工作臺(tái)上的加工材料進(jìn)行切削，即可雕刻出在計(jì)算機(jī)中設(shè)計(jì)的各種平面或立體的浮雕圖形及文字，實(shí)現(xiàn)雕刻自動(dòng)化作業(yè)。</p><p><b>　　2 總體設(shè)計(jì)方案</b>&

42、lt;/p><p>　　2.1 三維雕刻機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)</p><p>　　表2-1雕刻機(jī)參數(shù)表</p><p>　　2.2雕刻機(jī)總體方案選擇</p><p>　　2.2.1雕刻機(jī)工作方式的選擇</p><p>　　目前市場(chǎng)上雕刻機(jī)主要有如圖2.1所示兩種布局形式：</p><p>　　圖2-1 雕刻

43、機(jī)布局形式</p><p>　　布局（1）中，工作臺(tái)固定，雕刻頭隨絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)作X和Z向運(yùn)動(dòng)，龍門架作Y向運(yùn)動(dòng)，該方案雕刻范圍大，承載能力強(qiáng)，比較適合加工較重的物件，但雕刻時(shí)穩(wěn)定性較差，結(jié)構(gòu)較布局（2）復(fù)雜。</p><p>　　布局（2）中，工作臺(tái)作Y向運(yùn)動(dòng)，雕刻頭隨著絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)作X和Z向的運(yùn)動(dòng)。該方案設(shè)計(jì)的雕刻機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，移動(dòng)輕便，因雕刻機(jī)龍門架不移動(dòng)，Y向加工時(shí)，只要重量輕的工作臺(tái)移動(dòng)即可

44、，所以其穩(wěn)定性比布局（1）好，加工時(shí)容易保證加工精度，但是這種雕刻機(jī)加工范圍比較小，因?yàn)楣ぷ髋_(tái)移動(dòng)，所以承載能力較差。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)側(cè)重于設(shè)計(jì)輕便小巧實(shí)用的小型雕刻機(jī)加工物件較小，承載較輕，所以選用布局（2）作為本次設(shè)計(jì)的方案。該結(jié)。構(gòu)中，機(jī)械本體部分包括雕刻機(jī)的骨架，有底座、立柱、工作臺(tái)、機(jī)頭和主軸組件等部分。使用鋁合金作為主體框架，用標(biāo)準(zhǔn)的緊固件和定位銷連接，保證在足夠的機(jī)械剛度前提下設(shè)計(jì)一臺(tái)

45、簡(jiǎn)單輕型的雕刻機(jī)。</p><p>　　2.2.2 主要直線傳動(dòng)元件的選擇</p><p>　　一般雕刻機(jī)直線傳動(dòng)元件有兩種：同步帶和絲杠。同步帶傳動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)精度較高，目前的針式打印機(jī)和部分機(jī)械雕刻系統(tǒng)均采用同步帶作為直線運(yùn)動(dòng)元件。對(duì)數(shù)控機(jī)床，直線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都采用絲杠，絲杠傳動(dòng)精度高，本次設(shè)計(jì)選用滾珠絲杠，按標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)和尺寸選擇。</p><p>　　滾珠絲杠有螺桿、

46、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器，是工業(yè)機(jī)和精密機(jī)械上最常使用的傳動(dòng)元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為線性運(yùn)動(dòng)，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換為軸向反覆作用力，同時(shí)兼具高精度、可逆性和高效率的特點(diǎn)。由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率。滾珠絲杠副是用世界最高水平的機(jī)械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來(lái)的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠壞境方面，對(duì)溫度、濕度進(jìn)

47、行了嚴(yán)格的的控制，由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動(dòng)，所以啟動(dòng)力矩極小，不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的爬行現(xiàn)象，能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。滾珠絲杠副可以加于壓力，使軸向間隙達(dá)到負(fù)值，進(jìn)而得到較高的剛性。滾珠絲杠的運(yùn)動(dòng)效率高、發(fā)熱小，可實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給。</p><p>　　2.3雕刻機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) </p><p>　　雕刻機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括有效雕刻區(qū)域、滾珠絲杠

48、結(jié)構(gòu)形式和參數(shù)、直線導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式和參數(shù)、主電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和參數(shù)、步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和參數(shù)、主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳遞方式和轉(zhuǎn)速范圍等。具體方案查看第三章內(nèi)容。</p><p>　　2.3.1 坐標(biāo)系統(tǒng)的確定</p><p>　　雕刻機(jī)的坐標(biāo)系統(tǒng)采用右手法則，直角笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)?；咀鴺?biāo)軸為X、Y、Z直角坐標(biāo)，對(duì)相應(yīng)每一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)符號(hào)為A、B、C，如圖2.2 所示。Z 軸為平行于雕刻機(jī)主軸的坐

49、標(biāo)軸，垂直于工件裝卡面。</p><p>　　圖2-2 右手坐標(biāo)系統(tǒng)</p><p>　　2.3.2主運(yùn)動(dòng)方案</p><p>　　雕刻機(jī)主運(yùn)動(dòng)方案通常有兩種方案:直接采用專用的雕刻頭或采用直流電機(jī)帶動(dòng)主軸機(jī)構(gòu)。真流電機(jī)加上帶輪雖然也可以滿足主軸速度的要求，而且也比較便宜，但會(huì)增加機(jī)械結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度。專用的雕刻頭的優(yōu)點(diǎn)在這里不在復(fù)述，配以與之配套的變頻調(diào)速裝置，既簡(jiǎn)

50、單又實(shí)用，故采用專用的雕刻機(jī)主電機(jī)。</p><p>　　2.3.3 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方案</p><p>　　由前所述，采用橫梁固定、工作臺(tái)移動(dòng)實(shí)現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方式，機(jī)頭在橫梁上移動(dòng)(X 向)，實(shí)現(xiàn)雕刻寬度;工作臺(tái)在底座上移動(dòng)(Y 向)，實(shí)現(xiàn)雕刻長(zhǎng)度;主軸組件上下移動(dòng)(Z 向)，實(shí)現(xiàn)雕刻深度。由于滾珠絲杠副具有很多優(yōu)點(diǎn),因此各運(yùn)動(dòng)鏈中傳動(dòng)件均采用滾珠絲杠副。步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠副直接連接。至于導(dǎo)軌,

51、各運(yùn)動(dòng)鏈中支承件均采用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副。</p><p>　　3 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及校核 </p><p>　　三維機(jī)械雕刻機(jī)的加工對(duì)象主要是塑料、橡膠等有機(jī)材料和鋁、銅及其合金等有色金屬材料，這些材料具有較高的強(qiáng)度和良好的塑性。</p><p>　　本雕刻機(jī)采用硬質(zhì)合金直柄立銑刀(d0=6mm，z=4)和高速鋼標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆在鋁板(180MPa)上進(jìn)行銑削和鉆削，

52、分別進(jìn)行切削力、切削扭矩和切削功率的計(jì)算。切削方式分強(qiáng)力切削、一般切削、精細(xì)切削和快速進(jìn)給四種，使用時(shí)間比例分別為10%，30%，50%，10%。</p><p>　　3.1 銑削力、扭矩和功率的計(jì)算</p><p>　　查參考文獻(xiàn)[3]，可得知下有關(guān)于銑削力、銑削扭矩和銑削功率的經(jīng)驗(yàn)公式。 </p><p><b>　?。?） 銑削力 ：</b&

53、gt;</p><p><b>　　(3.1)</b></p><p><b>　　:圓周銑削力；</b></p><p><b>　　:銑削深度；</b></p><p><b>　　:每齒進(jìn)給量，=；</b></p><p>&

54、lt;b>　　:進(jìn)給速度；</b></p><p>　　：銑削寬度，==6mm;</p><p><b>　　n: 主軸轉(zhuǎn)速；</b></p><p>　?。恒娤鳁l件改變時(shí)銑削力修正系數(shù)。</p><p>　　查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表9.4-10得硬質(zhì)合金立銑刀的對(duì)應(yīng)參數(shù)：</p><

55、;p>　　表3-1 銑刀參數(shù)表</p><p>　　各項(xiàng)參數(shù)帶入公式(3.1)簡(jiǎn)化得到：</p><p><b>　　(3.2)</b></p><p><b>　?。?）銑削扭矩:</b></p><p>　　=

56、 (3.3)</p><p><b>　?。?）銑削功率：</b></p><p>　　(KW) (3.4) </p><p>　　v:銑削速

57、度 (3.5)</p><p><b>　　簡(jiǎn)化得：</b></p><p><b>　　(3.6)</b></p><p>　　另絲杠轉(zhuǎn)速 n絲= （3.7

58、）</p><p>　　初選絲杠導(dǎo)程Ph= 3mm</p><p>　　將四種切削方式下的切削深度ap、進(jìn)給速度vf和銑刀轉(zhuǎn)速n的變量代入分別計(jì)算。</p><p><b>　　1）強(qiáng)力切削</b></p><p>　　將參數(shù) ap =2mm， vf =60mm/min，n =3000rpm代入式（3.2）（3.3）（3

59、.6）（3.7）得:</p><p>　　n絲=20(rpm);</p><p>　　Fc=61.26(N);</p><p><b>　　M=</b></p><p><b>　　2）一般切削</b></p><p>　　將參數(shù) a =1mm， vf =30mm/min，n

60、 =5000rpm代入式（3.2）（3.3）（3.6）（3.7）得:</p><p>　　n 絲=10(rpm);</p><p><b>　　M=</b></p><p><b>　　3）精細(xì)切削</b></p><p>　　將參數(shù) a p=0.5mm， vf =12mm/min，n =8000r

61、pm代入式（3.2）（3.3）（3.6）（3.7）得:</p><p>　　n 絲=4(rpm);</p><p><b>　　M=</b></p><p><b>　　4）快速進(jìn)給</b></p><p>　　將參數(shù) a =0mm， vf =240mm/min，n =0代入式（3.2）（3.3）（

62、3.6）（3.7）得:</p><p>　　n 絲=80(rpm);</p><p><b>　　;</b></p><p><b>　　M=0;</b></p><p><b>　　.</b></p><p>　　3.2 鉆削力、扭矩和功率的計(jì)算<

63、;/p><p>　　查參考文獻(xiàn)[5], 可得知有關(guān)于鉆削力、鉆削扭矩和鉆削功率的經(jīng)驗(yàn)公式：</p><p>　　鉆削力： （3.8）</p><p>　　鉆削扭矩： （3.9）</p><p>　　鉆

64、削功率： （3.10）</p><p>　　公式中各項(xiàng)參數(shù)如下：</p><p><b>　　f: 進(jìn)給量</b></p><p><b>　　:進(jìn)給速度；</b></p><p><b>　??；銑刀外徑&l

65、t;/b></p><p><b>　　n: 主軸轉(zhuǎn)速；</b></p><p>　　KF：銑削條件改變時(shí)銑削力修正系數(shù)</p><p>　　查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)二卷》表10.4-11得以下與硬質(zhì)合金鋼立銑刀想對(duì)應(yīng)的參數(shù)： =600,=1,=0.7,=0.305 ,=2.0,=0.8, = 1（加工45號(hào)鋼）將查得參數(shù)代入(3.8)、

66、(3.9) 、(3.10),可得到僅與進(jìn)給速度和鉆頭轉(zhuǎn)速n有關(guān)的計(jì)算公式。</p><p><b>　　簡(jiǎn)化各公式得：</b></p><p><b>　　(3.11)</b></p><p><b>　　(3.12)</b></p><p><b>　　(3.13)

67、</b></p><p><b>　　1）強(qiáng)力鉆削</b></p><p>　　將參數(shù) =60mm/min，n=3000rpm代入式（3.11）（3.12）（3.13）得</p><p><b>　　(N);</b></p><p>　　=0.48(Nm)；</p><

68、;p><b>　　(KW)</b></p><p><b>　　2）一般鉆削</b></p><p>　　將參數(shù)=30mm/min，n=5000rpm代入式（3.11）（3.12）（3.13）得</p><p><b>　　(N);</b></p><p>　　=0.18

69、(Nm);</p><p><b>　　(KW)</b></p><p><b>　　3）精細(xì)鉆削</b></p><p>　　將參數(shù)=120，n=8000代入式（3.11）（3.12）（3.13）得</p><p><b>　　(N)</b></p><p

70、><b>　　=0.06(Nm)</b></p><p><b>　　(KW)</b></p><p><b>　　4）快速進(jìn)給</b></p><p>　　將參數(shù)=120，n=8000代入式（3.11）（3.12）（3.13）得</p><p>　　n 絲=40 (rp

71、m);</p><p><b>　　;</b></p><p><b>　　;</b></p><p><b>　　.</b></p><p>　　3.3 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的方案</p><

72、p>　　本節(jié)著重設(shè)計(jì)計(jì)算主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中主軸電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，以確定其型號(hào)及參數(shù)。為了減少主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的所占的空間，采用了由主軸電機(jī)直接接上刀夾，中間不采用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。</p><p>　　3.3.2 主軸電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　(1)轉(zhuǎn)矩 M0 計(jì)算</p><p>　　查參考文獻(xiàn)[6]《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知所采用的電機(jī)的扭矩 </p>

73、;<p>　　M0 Max{Mi},由章節(jié)3.1和3.2計(jì)算結(jié)果可知,最大扭矩值為0.48(Nm),故使</p><p>　　M00.48便可滿足要求確定額定轉(zhuǎn)矩為 Me =3.8(Nm)</p><p>　　(2) 功率P0 計(jì)算</p><p>　　查參考文獻(xiàn)[6]《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》,所采用的電機(jī)的功率</p><p&

74、gt;　　P0Max{ Pi},由章節(jié)3.1和3.2計(jì)算結(jié)果可知,最大功率為0.14 (kW),故使P0 0.14(kW),確定額定功率Pe =1(kW).</p><p>　　所以選用安陽(yáng)斯普機(jī)械有限公司生產(chǎn)的雕刻機(jī)用電主軸，外形圖與參數(shù)表如下:</p><p>　　圖3-1 雕刻機(jī)主軸電機(jī)的外形圖</p><p>　　表3-2 雕刻機(jī)電主軸參數(shù)表</p&g

75、t;<p>　　4 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　雕刻機(jī)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)分為主軸的上下移動(dòng)、小車左右移動(dòng)、工作臺(tái)前后移動(dòng)， 各部分設(shè)計(jì)類似，著重對(duì)Z軸部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)滾珠絲杠、聯(lián)軸器、滾動(dòng)軸承、直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌、伺服電機(jī)。</p><p>　　4.1 Z方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1.1 Z 方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)組成</p>

76、;<p>　　由前章所述，步進(jìn)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與滾珠絲杠連接，將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為部件的移動(dòng)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖4.1所示。</p><p>　　圖4-1 Z方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖</p><p>　　4.1.2 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　以鉆孔時(shí)對(duì)Z軸絲杠的軸向力最大,以其為例進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,過(guò)程如下:</p><p>

77、　　4.1.2.1 當(dāng)量轉(zhuǎn)速與當(dāng)量載荷確定</p><p>　?。?）各種切削方式下絲杠的轉(zhuǎn)速nl</p><p>　　查3.2節(jié)計(jì)算結(jié)果得四種加工方向下絲杠轉(zhuǎn)速：</p><p>　　n1 = 20(rpm),n2 =10(rpm),n3 =4(rpm), n4 = 80(rpm）</p><p>　?。?）求各種切削方式下軸向載荷Fl&l

78、t;/p><p>　　絲杠受到的軸向力包括主軸部件的重力和導(dǎo)軌摩擦力以及鉆削力 Fz ,即</p><p>　　Fl = (4.1)</p><p>　　導(dǎo)軌的中心距離a=40mm，重心與絲杠的水平距離l1= 60mm,軸向切削力與絲杠的水平距離l2= 80mm，主軸部件重

79、量為5kg.查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》中導(dǎo)軌章節(jié)得此類裝法對(duì)導(dǎo)軌的作用力</p><p><b>　　(4.2)</b></p><p>　　作用在導(dǎo)軌上的摩擦力</p><p><b>　　(4.3)</b></p><p><b>　　工作載荷：</b></p>&l

80、t;p><b>　　(4.4)</b></p><p>　　取動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1，靜摩擦系數(shù)為0.2.</p><p>　　將，，，帶入公式(4.4)得絲杠軸向力</p><p>　　F1 = 105.38, F2= 76.58, F3 = 6.3, F4 = 0.</p><p>　　(3) 當(dāng)量轉(zhuǎn)速nm&

81、lt;/p><p><b>　　當(dāng)量轉(zhuǎn)速計(jì)算公式為</b></p><p><b>　?。?）當(dāng)量載荷Fm</b></p><p>　　當(dāng)量載荷的計(jì)算公式為</p><p><b>　　(N )</b></p><p>　　4.1.2.2 預(yù)定額定動(dòng)載荷Ca

82、m </p><p>　?。?）按預(yù)期工作時(shí)間估算：</p><p>　　動(dòng)載荷設(shè)計(jì)公式 (4.5)</p><p>　　查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四冊(cè)表9，輕微沖擊取負(fù)載性質(zhì)系數(shù) fw =1.3，查表7，按7級(jí)精度 fa=0.8 ,查表8，按可靠性97%取可靠性系數(shù)fc =0.44 ,當(dāng)量載荷Fm =69.5,

83、當(dāng)量轉(zhuǎn)速nm=8.25,根據(jù)設(shè)計(jì)要求,本雕刻機(jī)預(yù)期工作時(shí)間Lh = 15000.</p><p><b>　　=539(N)</b></p><p>　?。?) 按滾珠絲杠副預(yù)期運(yùn)行距離Ls(千米）計(jì)算,查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四冊(cè)表10，輕預(yù)載荷fe=6.7</p><p><b>　　(4.6)</b></p>

84、<p>　　LS；預(yù)期運(yùn)行距離，一般取LS=250(km)</p><p>　　(3) 有預(yù)加負(fù)荷的滾珠絲杠副最大軸向負(fù)荷Fmax計(jì)算</p><p><b>　　(4.7)</b></p><p><b>　　(N)</b></p><p>　　取三種結(jié)果最大值=706(N).<

85、;/p><p>　　4.1.2.3 螺紋最大軸向變形量及螺紋最小底徑確定</p><p>　　(1)估算允許的最大軸向變形量δm(um)</p><p>　　δm的重復(fù)定位精度，故δm；</p><p>　　又的定位精度，故δm</p><p>　　取兩種結(jié)果的最小值δm=2.</p><p>　　

86、(2)估算最小螺紋底徑</p><p>　　滾珠絲杠安裝方式為兩端固定，兩端分別用一對(duì)角接觸球軸承反向安裝。按精度要求確定允許的滾珠絲杠最小螺紋底徑</p><p><b>　　(4.8)</b></p><p>　　L—兩個(gè)固定支撐之間的距離，L=120(mm);</p><p>　　L行程+安全行程+兩個(gè)余程+螺母長(zhǎng)

87、度+支撐長(zhǎng)度（1.1~1.2）行程+（10~14）ph</p><p>　　L（1.1~1.2）+（10~14）=186(mm)</p><p>　　導(dǎo)軌靜摩擦力 (4.9)</p><p><b>　　(mm)</b></p><p>　　4

88、.1.2.4 初選滾珠絲杠副的規(guī)格代號(hào)</p><p>　　(1) 初選內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式法蘭，直筒型墊片預(yù)緊螺母，型號(hào)代碼為FF,導(dǎo)程Ph=3 (mm)</p><p>　　(2)由計(jì)算出的 Cam ，d2m 在樣本中選取滾珠絲杠副FF1203-3</p><p><b>　　.</b></p><p>　　選用深圳市華怡傳

89、動(dòng)科技有限公司制造的滾珠絲杠，外形與參數(shù)表如下圖4.3,表4.1</p><p>　　圖4-2 滾珠絲杠外形圖</p><p>　　表4-1 滾珠絲杠技術(shù)參數(shù)與外形尺寸表</p><p>　　表4-2 螺母安裝連接尺寸</p><p>　　（3）確定滾珠絲杠副的預(yù)緊力Fp</p><p>　　Fp = F ，而且 Fm

90、ax = F1 =105.38(N),</p><p>　　故F>35.1 (N )</p><p><b>　　（4）預(yù)拉伸力：</b></p><p><b>　?。簼L珠絲杠溫升；</b></p><p>　　: 滾珠絲杠螺紋底徑（mm);</p><p>　　4.

91、1.2.5 確定滾珠絲杠副支承用軸承型號(hào)、規(guī)格</p><p>　　(1) 軸承類型選擇依據(jù)</p><p>　　成對(duì)配置的角接觸球軸承：成對(duì)配置的角接觸球軸承用于同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷的場(chǎng)合，也可以承受純徑向載荷和任一方向的軸向載荷。此種軸承由生產(chǎn)廠家按一定的預(yù)載荷要求，選配組合成對(duì)，提供和用戶使用，當(dāng)軸承安裝在機(jī)器上緊固后，完全消除了軸承中的游隙，并使套圈和鋼球處于預(yù)緊狀態(tài)，因而提

92、高了組合軸承的剛性。</p><p>　　背對(duì)背配置，后置代號(hào)DB，這種配置剛性較好，承受傾覆力矩的性能好，軸承可承受雙向軸向載荷。</p><p>　　徑向載荷：=196(N)</p><p><b>　　軸向載荷：</b></p><p><b>　　P=</b></p><

93、p>　　軸承基本額定動(dòng)載荷C：</p><p><b>　　(4.10)</b></p><p><b>　　對(duì)于球軸承，.</b></p><p>　　選用青島瑞精軸承機(jī)電設(shè)備有限公司生產(chǎn)的INA雙列角接觸球軸承，型號(hào)為3000.Cr=5500>C=4190.</p><p>　　表4

94、-3 軸承參數(shù)表</p><p>　　4.1.2.6 滾珠絲桿長(zhǎng)度確定</p><p>　　(1) 行程補(bǔ)償值C</p><p>　　C=a (4.11)</p><p>　　a: 絲杠線膨脹系數(shù)11.8；</p><p&

95、gt;<b>　　：溫度變化值;</b></p><p>　?。簼L珠絲杠副有效行程 （mm);</p><p>　　工作臺(tái)行程+螺母長(zhǎng)度+兩個(gè)安全行程</p><p>　　行程+（8—14）Ph154(mm);</p><p><b>　　(mm)</b></p><p>　

96、　(2)滾珠絲杠副工作圖設(shè)計(jì)</p><p>　　1）絲杠螺紋長(zhǎng)度Ls</p><p>　　Ls =Lu + 2Le 查參考文獻(xiàn)[14]得余程 Le =16(mm)；</p><p>　　Lu =行程+螺母長(zhǎng)度=154(mm)；</p><p>　　Ls =Lu + 2Le=186(mm)；</p><p><

97、;b>　　2） 繪制工作圖</b></p><p>　　查樣本中螺母安裝連接尺寸</p><p>　　支承距離L1 =210(mm) 絲杠全長(zhǎng)L =226(mm)，行程起點(diǎn)距固定點(diǎn)支承距離</p><p>　　L0 =29(mm).</p><p>　　4.1.3滾珠絲桿的校核</p><p>　　4

98、.1.3.1 傳動(dòng)系統(tǒng)剛度計(jì)算</p><p>　　K= (4.12)</p><p>　　Ks: 滾珠絲杠副的拉壓剛度；</p><p>　　Kb: 滾珠絲杠支承軸承的軸向剛度；</p><p>　　Kc: 滾珠絲杠副滾珠與滾道的接觸剛度。<

99、;/p><p>　　(1) 絲杠抗壓剛度</p><p>　　查參考文獻(xiàn)[9]得抗壓剛度計(jì)算公式：</p><p><b>　　(4.13)</b></p><p><b>　　(4.14)</b></p><p>　　(2) 絲杠支承副剛度Kb</p><p

100、><b>　　(4.15)</b></p><p>　　(3) 軸向接觸剛度KC=128</p><p>　　4.1.3.2 剛度驗(yàn)算及精度選擇</p><p>　　(1) 最小實(shí)際剛度 </p><p><b>　　最大實(shí)際剛度</b></p><p>　　(2) 驗(yàn)

101、算傳動(dòng)系統(tǒng)剛度Kmin </p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，初定系統(tǒng)反向差值或重復(fù)定位精度為10 um,設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)剛度,故實(shí)際系統(tǒng)剛度滿足要求.</p><p>　　4.1.3.3 驗(yàn)算臨界壓縮載荷Fc</p><p><b>　　(4.16)</b></p><p>　　查參考文獻(xiàn)【8】得：</p>&

102、lt;p>　　K1: 安全系數(shù)，絲杠垂直安裝為，水平安裝為.</p><p>　　K2：支承系數(shù)，K2=4；</p><p>　?。航z杠最大受壓長(zhǎng)度；(mm)</p><p><b>　　(N)</b></p><p><b>　　符合要求。</b></p><p>　

103、　4.1.3.4 驗(yàn)算臨界轉(zhuǎn)速nc</p><p><b>　　(4.17)</b></p><p>　　f: 支承系數(shù)，f=21.9;</p><p>　　:臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度，；</p><p><b>　　符合要求。</b></p><p>　　4.1.3.5 Dn值的

104、驗(yàn)算</p><p><b>　　(4.18)</b></p><p>　　d0:滾珠絲杠副公稱直徑；</p><p>　　nmax:最高轉(zhuǎn)速;</p><p><b>　　符合要求。</b></p><p>　　4.1.3.6 基本軸向額定載荷驗(yàn)算</p>&

105、lt;p><b>　　(4.19) </b></p><p>　　fs: 靜態(tài)安全系數(shù)，有沖擊振動(dòng)取2—3；</p><p>　　4.1.4 Z 方向進(jìn)給電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　4.1.4.1 作用在絲杠副上的各種轉(zhuǎn)矩</p><p>　　(1) 外加載荷產(chǎn)生的摩擦力矩</p><

106、p>　　外加載荷產(chǎn)生的摩擦力矩 (4.20)</p><p>　　由4.1.2.1節(jié)查得絲杠最大軸向力F1 =105.38(mm) ,導(dǎo)程Ph =3 ,三級(jí)精度的絲杠副效率=0.9.</p><p>　　(2) 預(yù)加載荷產(chǎn)生的預(yù)緊力矩</p><p><b>　　(4.21)</b>&

107、lt;/p><p>　　4.1.4.2 計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J(g/cm2 )</p><p>　　(1) 負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p>　　絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (4.22)</p><p>　　由4.1.2.6節(jié)查得絲杠全長(zhǎng)L =26.9(cm) ,外徑d =1.13(cm),密度r

108、 = 7.85(g/cm3),</p><p>　　(2) 回轉(zhuǎn)件總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p><b>　　(4.23)</b></p><p>　　(3) 直線運(yùn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p><b>　　(4.24)</b></p><p>　　總的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=+=204

109、.8 </p><p>　　(4)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm </p><p>　　選擇步進(jìn)電機(jī)57BYG250A,查樣本,Jm=230, Jm>Jl </p><p>　　(5)總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之和</p><p>　　即轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J =Jm+Jl=434.8(g/cm2 ) </p><p>　

110、　4.1.4.3 Z軸步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩計(jì)算</p><p><b>　?。?）最大加速轉(zhuǎn)矩</b></p><p><b>　　(4.25)</b></p><p>　　查3.2節(jié)得最大給進(jìn)速度nmax=40rpm,從靜止加速到最大速度所要時(shí)間0.002s</p><p>　?。?）連續(xù)工作最大轉(zhuǎn)矩

111、</p><p><b>　　(4.26)</b></p><p><b>　　系數(shù)i取1.5</b></p><p><b>　　(Nm)</b></p><p>　　查樣本:額定轉(zhuǎn)矩0.35Nm,因TM =0.09 <0.35 ，滿足要求。</p>&l

112、t;p>　?。?）最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩T=Tam+TM =0.091(Nm)</p><p>　　查樣本得額定啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為0.8Nm>0.199Nm，所選用的步進(jìn)電機(jī)滿足要求。</p><p>　　4.1.5 聯(lián)軸器的選擇</p><p>　　由于最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tr =0.199 <聯(lián)軸器額定轉(zhuǎn)矩=0.3，選用深圳市翔英盛電子有限公司生產(chǎn)的CPL25-6.35

113、-8聯(lián)軸器。參數(shù)如下表：</p><p>　　表4-4 聯(lián)軸器參數(shù)表</p><p>　　4.1. 6 Z 方向直線導(dǎo)軌副的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　(1)初選直線導(dǎo)軌副的型號(hào)為GTB GTBt 型封閉式滾動(dòng)直線導(dǎo)套副</p><p>　　圖4-3 導(dǎo)軌副外形圖</p><p>　　表4-5 導(dǎo)軌副參數(shù)表<

114、/p><p>　?。?）擬定滑塊總數(shù)M=4單根導(dǎo)軌兩滑聲塊</p><p>　　（3）負(fù)載計(jì)算動(dòng)載荷 (4.27)</p><p><b>　　<550(N)，</b></p><p><b>　　所以滿足要求</b></p&g

115、t;<p><b>　　(4.28)</b></p><p>　　<920(N) ，所以滿足要求。</p><p>　　4.2 X方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　本雕刻機(jī)共分成三部分的運(yùn)動(dòng),X軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與Z軸的進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)并無(wú)本質(zhì)區(qū)別,這一節(jié)簡(jiǎn)單的對(duì)X軸設(shè)計(jì)計(jì)算。</p><p>

116、　　4.2.1 X方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)組成</p><p>　　同前一節(jié)所述，步進(jìn)電機(jī)直接與滾珠絲杠連接，將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為部件的移動(dòng)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖4.8所示</p><p>　　圖4-4 X軸進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)鏈圖</p><p>　　4.2.2 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　以銑削時(shí)對(duì)X軸絲杠的軸向力最大,以其為例進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,

117、過(guò)程如下:</p><p>　　4.2.2.1 當(dāng)量轉(zhuǎn)速與當(dāng)量載荷確定</p><p>　?。?）各種切削方式下絲杠的轉(zhuǎn)速nl </p><p>　　查章節(jié)3.1計(jì)算結(jié)果得四種加工方向下絲杠轉(zhuǎn)速：</p><p>　　n1=20(rpm),n2=10(rpm),n3= 4(rpm),n4=80(rpm)</p><p>

118、;　　（2）求各種切削方式下軸向載荷Fl </p><p>　　絲杠受到的軸向力包括導(dǎo)軌摩擦力以及銑削力Fz ,即</p><p>　　Fl = Fzi + f導(dǎo)。</p><p>　　重心和導(dǎo)軌的水平距離l＝60mm,兩導(dǎo)軌套中心距離a =110(mm),導(dǎo)軌套與部件中心線的距離c =30(mm)，上下兩導(dǎo)軌套距離b=110(mm),重力G=mg .查《機(jī)械設(shè)計(jì)手

119、冊(cè)》中導(dǎo)軌章節(jié)得此類裝法對(duì)導(dǎo)軌的作用力：</p><p><b>　　(4.29)</b></p><p><b>　　(4.30)</b></p><p><b>　　(4.31)</b></p><p><b>　　(4.32)</b></p&g

120、t;<p><b>　　(4.33)</b></p><p>　　查3.1節(jié)得四種加工方式下的切削力：</p><p><b>　　.</b></p><p>　　初步估計(jì)設(shè)計(jì)出來(lái)的小車部件重量W車 = 10(kg)</p><p>　　分別代入式(4.33)得四種加工方式下絲杠所受軸

121、向力：</p><p><b>　　.</b></p><p>　　(3) 當(dāng)量轉(zhuǎn)速nm</p><p><b>　　當(dāng)量轉(zhuǎn)速計(jì)算公式為</b></p><p><b>　　(4)當(dāng)量載荷Fm</b></p><p>　　當(dāng)量載荷的計(jì)算公式為</p

122、><p><b>　　(N)</b></p><p>　　4.2.2.2 預(yù)定額定動(dòng)載荷Cam </p><p>　　(1)按預(yù)期工作時(shí)間估算：</p><p>　　動(dòng)載荷設(shè)計(jì)公式 (4.34)</p><p>　　查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四冊(cè)表

123、9，輕微沖擊取負(fù)載性質(zhì)系數(shù) fw =1.3 ，查表7，按7級(jí)精度 fa=0.8 ,查表8，按可靠性97%取可靠性系數(shù) fc =0.44 ,當(dāng)量載荷Fm =69.5,當(dāng)量轉(zhuǎn)速nm =8.25,根據(jù)設(shè)計(jì)要求,本雕刻機(jī)預(yù)期工作時(shí)間 Lh = 15000.</p><p>　　(2)按滾珠絲杠副預(yù)期運(yùn)行距離Ls(千米）計(jì)算</p><p><b>　　(4.35)</b>

124、</p><p>　　LS；預(yù)期運(yùn)行距離，一般取LS=250(km)</p><p>　　(3)有預(yù)加負(fù)荷的滾珠絲杠副最大軸向負(fù)荷Fmax計(jì)算</p><p><b>　　(4.36)</b></p><p>　　取三種結(jié)果最大值=560.12(N).</p><p>　　4.2.2.3 螺紋最大

125、軸向變形量及螺紋最小底徑確定</p><p>　　(1)估算允許的最大軸向變形量δm(um)</p><p>　　δm的重復(fù)定位精度，故δm；</p><p>　　又的定位精度，故δm.</p><p>　　取兩種結(jié)果的最小值δm=2.</p><p>　　(2)估算最小螺紋底徑</p><p>