木工雕刻機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、數(shù)控雕刻機(jī)雕刻機(jī)制作工藝日漸成熟械系統(tǒng)是很具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值的。本文簡(jiǎn)要的介紹了雕刻機(jī)的起源和發(fā)展現(xiàn)狀，分析了國(guó)內(nèi)外雕刻機(jī)的特點(diǎn)，說(shuō)明了雕刻 機(jī)的功能和使用范圍。綜合機(jī)械制造和加工工藝等知識(shí)，提出了簡(jiǎn)化雕刻機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 思路。其次，討論和確定了本雕刻機(jī)的總體結(jié)構(gòu)布局，并詳細(xì)的分析了雕刻機(jī)的總體布局和 結(jié)構(gòu)方案，以及主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的選擇，主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用電機(jī)直接接刀具，省去中間 對(duì)主電機(jī)的選用、滾珠絲杠、步進(jìn)電機(jī)、以及導(dǎo)軌等主要零部件進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)與計(jì)算。應(yīng)比較大的工藝品的雕刻加工。雕刻機(jī)，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，三維Structural design of stone engraving

2、 machineAutor : Liu Yumeng(Grade 08,Class 4, Major Mechanical Design, Manufacturing and Automation Dept., ShaanxiUniversity of Technology,Hanzhong723003,Shaanxi)Tutor: Song ZhunmingAbstract:Alongwiththedevelopmentofmicro-electronicstechnologymicrocomputer technologNC carer will be widely used. These

3、 technologies are widely in Mechatronics, including mechanism, microelectronicautocontrol, information, sensor test, power and electron, interface, signal transform, software program. On the other hand,Mechatronics makes these technologies integrated closely. It is the primary trend of thedevelopmen

4、t of mechanical industrial technology and products in the world nowadays. 3D- mechanical engraving plotter is a typical mechatronic product. It has a larger market prospect in the advertising industry.The thesis in brief introduces the genesis and developmental status quote of Engraving Plotter, ana

5、lyses characteristics ofinland and overseas Plottersand explains its function and use range. We analyze the overall arrangements and framework，the movement mode of numerical control systemthe select of main movement system and feed movement system As well as we select and analyze and realize the pro

6、cess of 3D-Engrave interpolation arithmetic. optimized 3D-mechanical engraving system is realized.This topic is based on the existing engraving machine to design a CNC engraving machines with a large body size, which adapted to the relatively large carving handicraftprocessing.Keywords:Engravingplot

7、ter,motorsystem,3D. PAGE * ROMAN PAGE * ROMAN IV目 錄 HYPERLINK l _TOC_250037 第一章引 言1 HYPERLINK l _TOC_250036 雕刻機(jī)的概述1 HYPERLINK l _TOC_250035 雕刻機(jī)及其發(fā)展現(xiàn)狀1 HYPERLINK l _TOC_250034 雕刻機(jī)1 HYPERLINK l _TOC_250033 研制雕刻機(jī)的目的和意義3 HYPERLINK l _TOC_250032 雕刻機(jī)的特點(diǎn)3 HYPERLINK l _TOC_250031 雕刻機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域4 HYPERLINK l _TOC_

8、250030 雕刻機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)5 HYPERLINK l _TOC_250029 第二章 系統(tǒng)分析與方案的訂制7 HYPERLINK l _TOC_250028 三維雕刻機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)7 HYPERLINK l _TOC_250027 雕刻機(jī)總體方案選擇8 HYPERLINK l _TOC_250026 總體布局要求8 HYPERLINK l _TOC_250025 影響雕刻機(jī)布局的基本因素8 HYPERLINK l _TOC_250024 雕刻機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)9 HYPERLINK l _TOC_250023 坐標(biāo)系統(tǒng)的確定10 HYPERLINK l _TOC_250022 三維

9、雕刻機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)11 HYPERLINK l _TOC_250021 主運(yùn)動(dòng)方案12 HYPERLINK l _TOC_250020 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方案12 HYPERLINK l _TOC_250019 主軸組件15 HYPERLINK l _TOC_250018 第三章 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及校核17 HYPERLINK l _TOC_250017 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定17 HYPERLINK l _TOC_250016 切削力、切削扭矩和切削功率計(jì)算17 HYPERLINK l _TOC_250015 銑削力、扭矩和功率的計(jì)算18 HYPERLINK l _TOC_250014 鉆削力、扭矩和功率的計(jì)算

10、19 HYPERLINK l _TOC_250013 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算20 HYPERLINK l _TOC_250012 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)鏈的組成21 HYPERLINK l _TOC_250011 主軸電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算21 HYPERLINK l _TOC_250010 第四章進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算23 HYPERLINK l _TOC_250009 Z 方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)組成23 HYPERLINK l _TOC_250008 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算23當(dāng)量轉(zhuǎn)速和當(dāng)量載荷的確定23 HYPERLINK l _TOC_250007 預(yù)定額定動(dòng)載荷26 HYPERLINK l _TOC_2500

11、06 螺紋最大軸向變形量及螺紋最小底徑確定27 HYPERLINK l _TOC_250005 初選滾珠絲杠副的規(guī)格代號(hào)28 HYPERLINK l _TOC_250004 確定滾珠絲杠副支承用軸承型號(hào)、規(guī)格29 HYPERLINK l _TOC_250003 滾珠絲桿長(zhǎng)度確定29 HYPERLINK l _TOC_250002 滾珠絲桿的校核30 HYPERLINK l _TOC_250001 傳動(dòng)系統(tǒng)剛度30 HYPERLINK l _TOC_250000 剛度驗(yàn)算及精度選擇31驗(yàn)算臨界壓縮載荷錯(cuò)誤！未找到引用源。32驗(yàn)算臨界轉(zhuǎn)速錯(cuò)誤！未找到引用源。33值的驗(yàn)算33n基本軸向額定載荷驗(yàn)算3

12、3確定滾珠絲杠的規(guī)格代號(hào)33Z方向進(jìn)給電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算34作用在絲杠副上的各種轉(zhuǎn)矩34計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量錯(cuò)誤！未找到引用源。34Z軸步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩計(jì)算354. 5 聯(lián)軸器的選擇364. 6 Z 方向直線導(dǎo)軌副的設(shè)計(jì)計(jì)算364.7 雕刻機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)的確定38第五章結(jié)論40參考文獻(xiàn)41致謝42 PAGE PAGE 40 頁(yè)42 頁(yè)第一章引言雕刻機(jī)的概述雛形。在我國(guó)北宋時(shí)期便發(fā)明了活字印刷，夢(mèng)溪筆談?dòng)杏?“其法用膠泥刻字，薄為錢(qián)唇，每字為一印，火燒令堅(jiān)”。這里的刻字應(yīng)屬于雕刻的范疇。隨著時(shí)代的發(fā) 可堪稱一絕。90年代至今，機(jī)械雕刻獲得了前所未有的發(fā)展。從最初的刻字機(jī)，刻章機(jī)再到商店門(mén)前的招牌，乃至很多產(chǎn)品的

13、標(biāo)識(shí)銘牌，可謂雕刻的使用范圍無(wú)處不在。雕刻機(jī)(Engraving Plotter)，顧名思義就是用機(jī)器代替人工進(jìn)行雕刻的設(shè)備。1950 年“嘉寶”生產(chǎn)出世界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。2D2.5D3D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。10上?！白哪绝B(niǎo)”在國(guó)內(nèi)也有一定的市場(chǎng)，但價(jià)格也不菲。為了使雕刻機(jī)能夠更廣泛的應(yīng) 用，設(shè)計(jì)出一種經(jīng)濟(jì)型的雕刻機(jī)，所以決定對(duì)三維雕刻機(jī)進(jìn)行研制。雕刻機(jī)及其發(fā)展現(xiàn)狀雕刻機(jī)藝品以及冰雕與沙雕等作品。平面雕刻大部分已采用雕刻機(jī)完成，克服了傳統(tǒng)手工雕刻存在的缺陷。根據(jù)控制原理的不同，雕刻

14、機(jī)可分為仿形雕刻機(jī)和數(shù)控雕刻機(jī) (采用 CNC程通常需手工完成，周期長(zhǎng)、效率低。數(shù)控雕刻機(jī)是數(shù)控技術(shù)和雕刻工藝相結(jié)合的產(chǎn)物，是一種專用的數(shù)控機(jī)床。與通用數(shù)控機(jī)床類似，數(shù)控雕刻機(jī)通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)程序代碼控制雕刻機(jī)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)雕刻加工的自動(dòng)化。較傳統(tǒng)的手工雕刻、仿形雕刻，數(shù)控雕刻具有生產(chǎn)效率高、加工精度高、成品率高、對(duì)零件的適應(yīng)性強(qiáng)等顯著優(yōu)勢(shì);同時(shí)，借助于專用的雕刻 CAD/CAM 高效率、高精度的有效手段，也是當(dāng)今雕刻機(jī)的發(fā)展主流，廣泛應(yīng)用于機(jī)械工業(yè)、廣告?zhèn)髅?、日常消費(fèi)以及建筑裝演等眾多領(lǐng)域。對(duì)象是模具，所以對(duì)加工系統(tǒng)的精度要求高;而廣告機(jī)加工的是一般是塑膠板或有機(jī)玻有特別重要的意義。研制雕刻機(jī)的

15、目的和意義建國(guó)五十年來(lái)，我國(guó)的機(jī)械工業(yè)雖然已經(jīng)有了較大的發(fā)展，具備了一定的基礎(chǔ)和規(guī)密切關(guān)注和改革的焦點(diǎn)。本課題的研究意義可歸結(jié)為以下三點(diǎn)：第一：理論意義，由于國(guó)外的雕刻技術(shù)出現(xiàn)的早，開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的時(shí)間比較長(zhǎng)，發(fā)展第二：從實(shí)際上來(lái)看，數(shù)控產(chǎn)品正向高速度、高精度、高效率、多功能及自動(dòng)化方向發(fā)展，技術(shù)含量越來(lái)越高，而我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)的核心技術(shù)主要來(lái)自國(guó)外，且自主開(kāi)發(fā)能所以本課題的研究具有較高的實(shí)際意義和經(jīng)濟(jì)意義。第三：從對(duì)本科生綜合水平的影響來(lái)講，本課題涉及到數(shù)控、制圖、計(jì)算機(jī)繪圖、十分重要的作用。雕刻機(jī)的特點(diǎn)械結(jié)構(gòu)，而且減少了由于機(jī)械摩擦、磨損、間隙等引起的傳動(dòng)誤差。數(shù)控雕刻機(jī)的主要特點(diǎn)如下:1、自動(dòng)化

16、程度高。具體的雕刻過(guò)程都是數(shù)控雕刻機(jī)自動(dòng)完成的。、產(chǎn)品的尺寸精度高，一致性好。數(shù)控雕刻過(guò)程是由計(jì)算機(jī)控制完成，可以達(dá)到、拓展了雕刻領(lǐng)域。只需改變控制程序，數(shù)控雕刻機(jī)便可以雕刻浮雕、各種復(fù)雜的曲面，支持各種刀具，改善了雕刻表面質(zhì)量，提高了雕刻效率。4、雕刻機(jī)都有鉆銑功能，可用于鉆孔、切邊、加工小模具，性價(jià)比高。雕刻機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域、刻（Engraving）、雕（Carving & Molding）,現(xiàn)主要在以下方面得到了廣泛的運(yùn)用：標(biāo)志標(biāo)牌行業(yè) 如胸牌、桌牌、指示牌、導(dǎo)向牌和大型標(biāo)示牌。禮品行業(yè)個(gè)性化禮品打火機(jī)、手表、鋼筆、餐具，可雕刻在偶然性能 及各種紀(jì)念牌；圖像雕刻用于紀(jì)念性的人像/圖像雕刻。模

17、具行業(yè) 進(jìn)行小型模具加工。工業(yè)應(yīng)用 各種儀器儀表的刻度盤(pán)、部件打標(biāo)、機(jī)器銘牌、操作面板等。建筑模型業(yè) 用于房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)、城市規(guī)劃、軍事等用途的模型制作。以下是幾種產(chǎn)品的樣品圖：1.1 幾種雕刻產(chǎn)品樣品圖雕刻機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)HPGLG國(guó)外較為成熟的雕刻軟件如法國(guó)的 GRAVOGRAPH-NEW HERMES 公司的 GravoStyle98 化關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的智能化。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)。發(fā)展趨勢(shì)，隨著微電子技術(shù)和機(jī)電結(jié)合深度的發(fā)展，可不斷提高產(chǎn)品附加值，雕刻今后的發(fā)展將具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)主要方面：時(shí)間，減少人為干預(yù)，穩(wěn)定生產(chǎn)過(guò)程，提高生產(chǎn)效率。

18、高速度：提高數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)運(yùn)算和控制速度，高速度直接與高效率相聯(lián)系。實(shí)現(xiàn)和驅(qū)動(dòng)控制具有高速響應(yīng)的特征和響應(yīng)速度的匹配性。監(jiān)測(cè)監(jiān)控：通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)量反饋，提高系統(tǒng)的控制精度，保證工作質(zhì)量。技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提高系統(tǒng)性能，降低成本，加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)生產(chǎn)周期。柔性化：提高產(chǎn)品應(yīng)用功能的靈活性，適應(yīng)用戶多樣化的使用要求。發(fā)展和完善，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口聯(lián)成系統(tǒng)。通用化：零部件設(shè)計(jì)。軟件規(guī)范、接口、通信協(xié)議等產(chǎn)品系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化和選用展，并提高產(chǎn)品的通用性和可維修性。的可靠性，對(duì)大批量生產(chǎn)產(chǎn)品達(dá)到降低成本的目的。智能化：配備各種傳感器和信息獲取通道，直接感受環(huán)境信息，建立和利用知識(shí)庫(kù)適應(yīng)處理并具有自學(xué)習(xí)功能，在復(fù)雜環(huán)境下進(jìn)行高

19、質(zhì)量高效率的工作。選擇，達(dá)到整體優(yōu)化或最佳產(chǎn)品目標(biāo)。率，可大幅度降低能源消耗。今，已經(jīng)形成了比較成熟的機(jī)械結(jié)構(gòu)及其雕刻軟件。三維雕刻機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)下表為本雕刻機(jī)參數(shù)表X,Y軸雕刻范圍X,Y軸雕刻范圍進(jìn)給速度工作(mm/s)快速120018001,2,3,5,8,10,15,20,30,40,50,6020,40,60機(jī)械精度(mm)0.01Z軸最大行程80進(jìn)給速度工作0.5,1,2,3,5,8,10(mm/s)快速5,10,15,20,25,30機(jī)械精度(mm)0.01指令精度(mm)0.0025主軸轉(zhuǎn)速(rpm)600024000水平精度(mm)0.2直線精度(mm)0.1/300垂直精度(m

20、m)0.3/300原點(diǎn)精度(mm)0.2定位精度(mm)0.025重復(fù)定位精度(mm)0.01工作臺(tái)面的平面度(mm)0.03/500橫梁移動(dòng)的垂直度(mm)0.02/300主軸錐孔中心線的徑向跳動(dòng)(mm)0.02主軸的軸向竄動(dòng)(mm)0.01主軸回轉(zhuǎn)中心線對(duì)工作臺(tái)面的垂直度(mm)0.03刀具上下移動(dòng)對(duì)工作臺(tái)面垂直度(mm)0.02雕刻機(jī)總體方案選擇總體布局要求雕刻機(jī)總體布局的基本要求有以下幾點(diǎn):1、首先必須滿足如加工范圍、工作精度、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性等等各種要求;合理的條件下，盡量采用較短的傳動(dòng)鏈，以簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)，提高傳動(dòng)精度和傳動(dòng)效率;平；注意防護(hù)，確保安全；5、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，合理可靠，便于加工和裝

21、配。影響雕刻機(jī)布局的基本因素1、表面形成運(yùn)動(dòng)的影響成方法及運(yùn)動(dòng)，以期作出具有較好技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的布局設(shè)計(jì)。2、雕刻機(jī)運(yùn)動(dòng)分配的影響對(duì)于同一種運(yùn)動(dòng)分配的布局，由于導(dǎo)軌的布置和其它結(jié)構(gòu)形式的不同，也將使雕刻機(jī)的布局出現(xiàn)變化。在分配雕刻機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)，一般應(yīng)注意以下幾點(diǎn):所需電機(jī)功率和傳動(dòng)件的尺寸也越小應(yīng)有利于提高加工精度 4）工件的尺寸重量和形狀的影響工件的表面形成運(yùn)動(dòng)及雕刻機(jī)部件的運(yùn)動(dòng)分配基本相同，而工件尺寸、重量和形狀噪聲、熱變形、剛度和抗振性，操縱方便形的影響，模塊化設(shè)計(jì)法的影響等。通過(guò)查閱相關(guān)的文獻(xiàn)資料，雕刻機(jī)基本布局形式通常有下圖所示的兩種方案：圖2.1 雕刻機(jī)的布局形式這兩種布局都采用龍門(mén)式框

22、架結(jié)構(gòu)，雕刻機(jī)的剛度均較高。布局(1)方案中，工作臺(tái)固定，雕刻頭作橫向和上下移動(dòng)，立柱作縱向移動(dòng)。該方整方便。但雕刻頭運(yùn)動(dòng)精度較難保證且立柱移動(dòng)較笨重。布局(2)方案中，立柱固定，雕刻頭作橫向和上下移動(dòng)，工作臺(tái)作縱向移動(dòng)。由于工作臺(tái)移動(dòng)，承載能力較布局(1)方案差。若設(shè)計(jì)所承載的工件較輕，這種布局方式所批量加工時(shí)，支點(diǎn)高度相同，故支架支撐調(diào)整方便，但支架結(jié)構(gòu)較布局(1)方案略顯復(fù)雜。該方案的最大優(yōu)勢(shì)在于雕刻頭運(yùn)動(dòng)精度較易保證。機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，采用左圖所示方案。雕刻機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)本部分著重研究在確定了總體布局型式后對(duì)雕刻機(jī)各組成部分方案的選擇,它包括：有效雕刻區(qū)域、滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)型式和參數(shù)、直

23、線導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)型式和參數(shù)、主電機(jī)的結(jié)構(gòu)型式和參數(shù)、步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)型式和參數(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。坐標(biāo)系統(tǒng)的確定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 2. 3 所示。Z 軸為平行于雕刻機(jī)主軸的坐標(biāo)軸，垂直于工件裝夾面。2.2 右手坐標(biāo)系統(tǒng)2.3 本雕刻機(jī)的總體布局和坐標(biāo)系統(tǒng)的確定三維雕刻機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)該三維雕刻機(jī)的機(jī)械幾何結(jié)構(gòu)，由以下幾部分組成:1、底座部分作為整機(jī)的基礎(chǔ)，承擔(dān)整個(gè)機(jī)體的重量，要求穩(wěn)定堅(jiān)固。2、工作臺(tái)部分T3、橫梁部分容易彎曲變形，在結(jié)構(gòu)仿真和運(yùn)動(dòng)仿真中是重要的分析對(duì)象:4、機(jī)頭部分下運(yùn)動(dòng)，主軸組件在加工過(guò)程中直接帶動(dòng)雕刻頭的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

24、。主運(yùn)動(dòng)方案雕刻機(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)主速裝置，既簡(jiǎn)單又實(shí)用，故采用專用的雕刻機(jī)電機(jī)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方案經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)裝置和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)床橫梁和主軸頭架等執(zhí)行件做工作進(jìn)給和快速經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)裝置和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)床橫梁和主軸頭架等執(zhí)行件做工作進(jìn)給和快速號(hào)精確的確定執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)速度和位置以及幾個(gè)執(zhí)行部件按一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律合成的 軌跡。下面介紹雕刻機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)，雕刻機(jī)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方式如下: XYX刻頭在直流電機(jī)的帶動(dòng)下做高速旋轉(zhuǎn)，并在Z成就可以得到文字和圖案的輪廓。x2.4 雕刻機(jī)X 方向進(jìn)給圖Y2.5 雕刻機(jī)Y2.Z旋轉(zhuǎn)速度在很寬范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)

25、節(jié)。它具有以下特點(diǎn):1、位置控制功能可預(yù)先發(fā)出具體的脈沖數(shù)量，從而得到需要輸出的角度。2、無(wú)極調(diào)速功能可根據(jù)發(fā)送脈沖的不同頻率，得到需要的電機(jī)的轉(zhuǎn)速。3、正/反，急停及鎖定功能組中存在電流，外部沒(méi)有要求旋轉(zhuǎn)的電脈沖)，仍有靜止力矩的輸出。4、低轉(zhuǎn)速及高精度位置功能避免了功率的損耗和角度位置的偏差。5、長(zhǎng)壽命2.62.6 絲杠與電機(jī)軸的連接2.6它的特點(diǎn)有:1、可用于小型、瞬間慣量小和高速轉(zhuǎn)動(dòng)的場(chǎng)合;2、安裝后無(wú)反作用力，而且維護(hù)簡(jiǎn)單;3、提高絲杠的強(qiáng)度時(shí)，跳動(dòng)不會(huì)受到影響;4、依靠鎖緊螺栓施加的摩擦緊固，無(wú)需鍵;6、在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可保持平穩(wěn)。程度上決定數(shù)控機(jī)床的剛度、精度與精度保持性。xy求。Z

26、的自鎖來(lái)實(shí)現(xiàn)。圓形導(dǎo)軌兩端通過(guò)螺釘固定在絲杠支架上，并與導(dǎo)軌套形成移動(dòng)副。如圖2.7 所示2.7 絲杠和圓導(dǎo)軌的支承方式主軸組件度的保持性。削運(yùn)動(dòng)。點(diǎn)，因而在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床中獲得了愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。本雕刻機(jī)由于主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到24000rmin,所以應(yīng)用電主軸。部件和支承部件的詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算及選型過(guò)程。設(shè)計(jì)參數(shù)的確定3.1h3.1 機(jī)械設(shè)計(jì)參數(shù)表h項(xiàng)目主軸最高轉(zhuǎn)速參數(shù)n=24000單位r/min最大進(jìn)給速度工作臺(tái)總行程(Y)v3600f1200mm/minmm主軸總行程(X)1800mm主軸總行程(Z)80mm定位精度25m脈沖當(dāng)量0.01mm使用壽命L 20000hrs切削力、切削扭矩和切削功率計(jì)算

27、和高速鋼標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆(d0=3mm)進(jìn)給四種切削方式，使用時(shí)間的分配分別是10%，30%，50%，10%。銑削力、扭矩和功率的計(jì)算查閱孟少農(nóng)主編的機(jī)械加工工藝手冊(cè)得表 3.2 左側(cè)的經(jīng)驗(yàn)公式，由表 9.4-4 取awd0dw10mm。結(jié)合所得數(shù)據(jù)由有機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本查表2-20，可選取硬質(zhì)合金莫氏錐柄立d0=10mm，L=92mm，l=22mm，z=3率的計(jì)算。代入已知參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)化，可得到僅與切削深度a 、進(jìn)給速度v n 有關(guān)pf的計(jì)算公式填入表 3.2 右側(cè)。3.2 銑削力、扭矩和功率計(jì)算公式的簡(jiǎn)化計(jì)算公式和參數(shù)選定計(jì)算公式和參數(shù)選定計(jì) 算 結(jié) 果銑削力：167a V 0.75 n0.62F

28、zC ax a y auFZpf(N)FpfwFFFzdq nwk(N)F0FFZ銑削扭矩：M z0FdM 5.0103 FZ2 m(Nm)銑削功率：pZF vkWP 5.2310m7m6104F n（kw）Z9.4-10得以下與硬質(zhì)合金立銑刀的對(duì)應(yīng)參數(shù)：CxFFF 0.85,wFF 0.73,kFZ1。銑削寬度a(mm) aw(mm) ,進(jìn)給速度vp a zn(mm/min)，f銑削速度vdn /1000(m / min) ，d0 銑刀外徑(mm), af 每齒進(jìn)給量(mm/z)，z n銑刀轉(zhuǎn)速(r /min) 。將切削深度ap、進(jìn)給速度vf和銑刀轉(zhuǎn)速 n 的變量代入分別計(jì)算，得到計(jì)算結(jié)果，

29、另選絲杠轉(zhuǎn)速錯(cuò)誤！未找到引用源。初選絲杠導(dǎo)程錯(cuò)誤！未找到引用源。將四種切削方式下的切削深度錯(cuò)誤！未找到引用源。、進(jìn)給速度錯(cuò)誤！未找到引用源。 n 3.33.3 銑削力、扭矩和功率的計(jì)算切削方式工作時(shí)間參數(shù)計(jì)算結(jié)果f絲Z強(qiáng)力切削10%37208000180f絲Z強(qiáng)力切削10%372080001802641.321.10一般切削30%1.5135015000337.51440.721.23精細(xì)切削50%0.5180020000450500.250.52快速進(jìn)給10%3600900000鉆削力、扭矩和功率的計(jì)算vf的計(jì)算公式，如下表 3.4 所示。3.4 鉆削力、扭矩和功率的計(jì)算公式的簡(jiǎn)化n計(jì)算公式

30、和參數(shù)選定計(jì)算公式和參數(shù)選定計(jì) 算 結(jié) 果鉆削力：F C dzF0z fy kFF(N)F鉆削扭矩：M CMdzMMfykMm鉆削功率：p Mv 30d0kWmvf f (mm/min),鉆削速度v dnn /1000(m / min) ，0fd 鉆頭外徑mm）f進(jìn)給量mm/rn鉆頭轉(zhuǎn)速r/min）。將進(jìn)給速度v和f0果較小，忽略不計(jì)。切削方式工作時(shí)間百分比t%切削方式工作時(shí)間百分比t%參數(shù)計(jì) 算 結(jié) 果vfnn絲FzMPm強(qiáng)力切削10%3008000751810.20.16一般切削30%480150001201620.170.255精細(xì)切削50%600200001501550.160.336

31、快速進(jìn)給10%9000225000n絲n絲vf/ P (r / min)P 4(mmvhhf進(jìn)給速度(mm/min)n鉆削轉(zhuǎn)速(r/min),Fz鉆削力(N), M鉆削扭矩(Nm),Pm鉆削功率(kW)。主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算本節(jié)主要設(shè)計(jì)主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中的電主軸，以確定它們的型號(hào)和參數(shù)。數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)除應(yīng)滿足普通機(jī)床主傳動(dòng)的要求外，還提出以下要求：具有更大的調(diào)速范圍，并實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。數(shù)控機(jī)床就要為了保證加工時(shí)能選用合理的切削用量，并充分發(fā)揮刀具的切削性能，從而獲得最高的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量，必須具有更高的轉(zhuǎn)速和更大的調(diào)速范圍。對(duì)于自動(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)床，工序集中，主運(yùn)動(dòng)的調(diào)速范圍還應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)

32、大。理的支撐跨距等，以提高主軸組件的剛性。嚴(yán)重時(shí)甚至破壞刀具或零件，是加工無(wú)法順利進(jìn)行。軸組件的動(dòng)剛度取決于主軸的當(dāng)量靜剛度、阻尼比及固有頻率等參數(shù)。的配合間隙，并進(jìn)行循環(huán)潤(rùn)滑保持熱平衡等措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)鏈的組成電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸是精密機(jī)床、高速加工中心和數(shù)控車(chē)床常用的一種驅(qū)動(dòng)形式。如平面磨床的砂輪主軸，高速內(nèi)圓磨床的磨頭。轉(zhuǎn)速小于3000rmin的主軸，采用異步電動(dòng)機(jī)軸通過(guò)聯(lián)合器直接驅(qū)動(dòng)主軸，機(jī)床可通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)變速；轉(zhuǎn)速小于 8000rmin 的主軸，可采用變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)；高速主軸，可將電動(dòng)機(jī)與主軸做成一體，即內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸，轉(zhuǎn)子軸就是主軸，所以本雕刻機(jī)選用電

33、主軸。主軸電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.6 所示。序號(hào)計(jì)算項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式和參數(shù)選定序號(hào)計(jì)算項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式和參數(shù)選定計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)矩計(jì)算Nm3.3 3.5，取較大源。取整額定轉(zhuǎn)矩0功率計(jì)算P0P MAXP0ikW3.3 3.5,取大值得整額定功率錯(cuò)誤！未找到引用源。根據(jù)上述所算功率可選擇安陽(yáng)華安通用主軸科技有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為的電主軸。如下表所示圖3.1電主軸外形圖外形尺寸潤(rùn)滑主軸型號(hào)外形尺寸潤(rùn)滑主軸型號(hào)轉(zhuǎn)速電機(jī) MotorDimensions(mm)SpindleSpeedkWVAHzDD1Joint LL1L2typeOfnoseGDZ100-260003220/10010 78ER20212

34、426 油脂4/3.02400038009400第五章雕刻機(jī)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)分為三個(gè)部分：主軸的上下移動(dòng)，主軸的左右移動(dòng)和橫梁的前后移動(dòng)。它們的設(shè)計(jì)沒(méi)有什么很大的區(qū)別，因此可以通過(guò)對(duì)其中一個(gè)方向上的設(shè)計(jì)來(lái)勾勒出我們?cè)谝苿?dòng)部分的設(shè)計(jì)方案，現(xiàn)在以主軸部件為例，著重設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈中進(jìn)給電動(dòng)機(jī)，同步帶和帶輪，滾珠絲杠和直線導(dǎo)軌，以確定它們的規(guī)格型 號(hào)及參數(shù)，來(lái)滿足在機(jī)械加工過(guò)程中的各種切削加工要求。Z 方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)組成4.1 所示4.1 Z滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算當(dāng)量轉(zhuǎn)速和當(dāng)量載荷的確定 查3.2節(jié)計(jì)算結(jié)果得四種加工方向下絲杠轉(zhuǎn)速：2）求各種切削方式下軸向載荷錯(cuò)誤！未找到引用源。絲杠受到的軸向力包括

35、主軸部件的重力和導(dǎo)軌摩擦力以及鉆削力,即錯(cuò)誤！未找到引用源。（4.1）圖4.2 主軸部件模型圖設(shè)重心在部件的中心,由于重心與導(dǎo)軌不在一線上,所以對(duì)導(dǎo)軌產(chǎn)生扭矩,導(dǎo)軌的受力如簡(jiǎn)圖4.3,兩導(dǎo)軌的中心距離a=90mm，重心與絲杠的水平距離錯(cuò)誤！未找到引用源。 67.5mm,軸向切削力與絲杠的水平距離錯(cuò)誤！未找到引用源。 67.5mm.手冊(cè)中導(dǎo)軌章節(jié)得此類裝法對(duì)導(dǎo)軌的作用力圖4.3 Z方向?qū)к壥芰?jiǎn)圖作用在導(dǎo)軌上的摩擦力錯(cuò)誤！未找到引用源。(4.2)將式（4.3）代入式（4.1）得（4.3）錯(cuò)誤！未找到引用源。 （4.4）動(dòng)摩擦系數(shù)理論上為0.01,但實(shí)際應(yīng)用中由于安裝平行度，為消除間隙采取的預(yù)緊，

36、回珠（在高速時(shí)體現(xiàn)），內(nèi)外滾道一致性等因素不可控性太強(qiáng)。常常大于理論值很多。所以動(dòng)摩擦系數(shù)按照0.1核算，靜摩擦系數(shù)按0.2核算。查章節(jié)3.2得四種加工方式下的鉆削力：FZZ1Z3Z40(N)初步估算主軸部件重量錯(cuò)誤！未找到引用源。分別代入式（4.4）得到四種加工方式下絲杠所受軸向力：當(dāng)量轉(zhuǎn)速錯(cuò)誤！未找到引用源。當(dāng)量轉(zhuǎn)速計(jì)算公式為錯(cuò)誤！未找到引用源。(4.5)四種切削方式的使用時(shí)間占總使用時(shí)間的百分比與絲杠轉(zhuǎn)速分別為：（4.5）得當(dāng)量載荷錯(cuò)誤！未找到引用源。當(dāng)量載荷計(jì)算公式為錯(cuò)誤！未找到引用源。(4.6)以上計(jì)算結(jié)果代入式（4.6）得預(yù)定額定動(dòng)載荷動(dòng)載荷計(jì)算公式為錯(cuò)誤！未找到引用源。 (4.7

37、)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)錯(cuò)誤！未找到引用源。，查表7，按7級(jí)精度錯(cuò)誤！未找到引用源。,查表8，按可靠性錯(cuò)誤！未找到引用源。取可靠 性系數(shù)錯(cuò)誤！未找到引用源。,當(dāng)量載荷錯(cuò)誤！未找到引用源。,當(dāng)量轉(zhuǎn)速錯(cuò)誤！未找到 引用源。,根據(jù)設(shè)計(jì)要求,本雕刻機(jī)預(yù)期工作時(shí)間錯(cuò)誤！未找到引用源。代入式（4.7）得2)擬采用預(yù)緊滾珠絲杠副，按最大負(fù)載錯(cuò)誤！未找到引用源。計(jì)算：錯(cuò)誤！未找到引用源。 (4.8)查機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)第四冊(cè)表10，輕預(yù)載取錯(cuò)誤！未找到引用源。代入式（4.8）得取兩種結(jié)果的大值，則錯(cuò)誤！未找到引用源。螺紋最大軸向變形量及螺紋最小底徑確定估算允許的最大軸向變形量錯(cuò)誤！未找到引

38、用源。錯(cuò)誤！未找到引用源。的重復(fù)定位精度，故錯(cuò)誤！未找到引用源。 又錯(cuò)誤！未找到引用源。的定位精度，故錯(cuò)誤！未找到引用源。取兩種結(jié)果的小值。估算最小螺紋底徑錯(cuò)誤！未找到引用源。錯(cuò)誤！未找到引用源。 (4.9)因采用的是一端固定，一端游動(dòng)的安裝方式，故式中L 1.1 1.2行程+10 14導(dǎo)程,初定Z方向的行程為200mm 導(dǎo)程=4mm代入L mm導(dǎo)軌靜摩擦力錯(cuò)誤！未找到引用源。代入式（4.9）錯(cuò)誤！未找到引用源。=2.5初選滾珠絲杠副的規(guī)格代號(hào)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 GY,導(dǎo)程錯(cuò)誤！未找到引用源。2）由計(jì)算出的錯(cuò)誤！未找到引用源。在樣本中選取滾珠絲杠副GY12

39、04DSC2600C2369，d9.5d2.5mmaam22m4.3，4.13）確定滾珠絲杠副的預(yù)緊力錯(cuò)誤！未找到引用源。錯(cuò)誤！未找到引用源。而且 Fmax F 181N1故錯(cuò)誤！未找到引用源。4.3 滾珠絲杠副外形圖4.1 滾珠絲杠技術(shù)參數(shù)與外形尺寸表規(guī)格代號(hào)公稱公稱絲杠鋼球循環(huán)基本額定載荷剛度直徑導(dǎo)程外徑直徑圈數(shù)動(dòng)載荷靜載荷(mm)(mm)(mm) （mm）(mm)GY1204DS12411.32.38122.526005800208確定滾珠絲杠副支承用軸承型號(hào)、規(guī)格軸承類型選擇依據(jù)力，另外,使用直線運(yùn)動(dòng)球軸承有以下的優(yōu)點(diǎn)：由于流動(dòng)接觸可使起動(dòng)磨擦阻力及動(dòng)磨擦阻力為極小，因此可以節(jié)省能源，

40、容易得到較高運(yùn)動(dòng)速度。長(zhǎng)期保持精度不變，可得機(jī)械使用壽命長(zhǎng)期保持。輕之特點(diǎn)。節(jié)省給油手續(xù)，達(dá)到簡(jiǎn)化潤(rùn)滑保養(yǎng)的目的。26201Z軸承型號(hào)與安裝尺寸如表 4.2 所示4.2 參數(shù)與安裝尺寸表軸承代號(hào)軸承代號(hào)基本尺寸/mm基本額定 基本額定極限轉(zhuǎn)速動(dòng)載荷錯(cuò) 靜載荷錯(cuò)誤！ 未找 誤！ 未找到 引 用 到 引 用源。源。dDB/kN脂潤(rùn)滑油潤(rùn)滑62011232106.823.051800024000滾珠絲桿長(zhǎng)度確定1）C行程補(bǔ)償值計(jì)算公式為錯(cuò)誤！未找到引用源。(4.10)其中錯(cuò)誤！未找到引用源。(4.11)式中行程，螺母長(zhǎng)度錯(cuò)誤！未找到引用源。安全行程錯(cuò)誤！未 找到引用源。代入式（4.11）得錯(cuò)誤！未找

41、到引用源。錯(cuò)誤！未找到引用源。代入式（4.10）得C 11.8 2.5 270 103 8 （mm） 2）滾珠絲杠副工作圖設(shè)計(jì)（1）絲杠螺紋長(zhǎng)度錯(cuò)誤！未找到引用源。錯(cuò)誤！未找到引用源。查文獻(xiàn)得余程錯(cuò)誤！未找到引用源。 302mms(2)繪制工作圖查樣本中螺母安裝連接尺寸，支撐距離，絲杠全長(zhǎng)錯(cuò)誤！ 未找到引用源。,行程起點(diǎn)距支撐距離錯(cuò)誤！未找到引用源。滾珠絲桿的校核傳動(dòng)系統(tǒng)剛度絲杠抗壓剛度錯(cuò)誤！未找到引用源。由于本絲杠采用一端固定另一端游動(dòng),如下圖 4.54.5 安裝示意圖絲杠抗壓剛度計(jì)算公式：錯(cuò)誤！未找到引用源。(4.12)由節(jié)查得絲杠底徑， 行程起點(diǎn)距固定點(diǎn)支承距離錯(cuò)誤！未找到引用源。，代入

42、式(4.12)分別得絲杠支承副的剛度錯(cuò)誤！未找到引用源。提供了軸向力。故按參考文獻(xiàn)內(nèi)的推力軸承剛度公式計(jì)算。支承副的剛度錯(cuò)誤！未找到引用源。(4.13)式中滾動(dòng)體直徑錯(cuò)誤！未找到引用源。，滾子數(shù)錯(cuò)誤！未找到引用源。，最大軸向 載荷錯(cuò)誤！未找到引用源。代入式(4.13)得錯(cuò)誤！未找到引用源。絲杠滾珠和滾道的接觸剛度接觸剛度錯(cuò)誤！未找到引用源。(4.14)額定剛度錯(cuò)誤！未找到引用源。，動(dòng)載荷錯(cuò)誤！未找到引用源。，滾珠絲杠副的預(yù)緊力 ，代入式（4.14）得3K2081060/03C128N / m剛度驗(yàn)算及精度選擇1)最小實(shí)際系統(tǒng)剛度錯(cuò)誤！未找到引用源。(4.15)最大實(shí)際系統(tǒng)剛度錯(cuò)誤！未找到引用源

43、。（4.16）查 4.3.1 節(jié)的最小抗壓剛度，絲桿支承副的剛度錯(cuò)誤！未找到引用源。，接觸剛度錯(cuò)誤！未找到引用源。，分別代入式（4.15）（4.16）得Kmin11 148 1128 26N / mK153N /mmax1522 1108 11282) 驗(yàn)算傳動(dòng)系統(tǒng)剛度錯(cuò)誤！未找到引用源。靜摩擦力錯(cuò)誤！未找到引用源。錯(cuò)誤！未找到引用源。設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)剛度錯(cuò)誤！未找到引用源。故實(shí)際系統(tǒng)剛度滿足要求。3）根據(jù)參考文獻(xiàn)10中表17-44,有定位精度的數(shù)控機(jī)械和精密機(jī)械可參考選用三四級(jí)精度驗(yàn)算臨界壓縮載荷錯(cuò)誤！未找到引用源。臨界壓縮載荷錯(cuò)誤！未找到引用源。查參考文獻(xiàn)8垂直安裝的安全系數(shù)錯(cuò)誤！未找到引用源

44、。,一端固定一端游動(dòng)的支承系 數(shù)錯(cuò)誤！未找到引用源。查 4.2.5 節(jié)與 4.2.6 節(jié)得絲杠底徑錯(cuò)誤！未找到引用源。,兩支承距離錯(cuò)誤！未找到引用源。代入式(4.17)得9.54F 0.52105 8367N9.54C3122遠(yuǎn)大于最大負(fù)載，故滿足要求。驗(yàn)算臨界轉(zhuǎn)速錯(cuò)誤！未找到引用源。臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算公式：錯(cuò)誤！未找到引用源。(4.18)式中f 是與以一端固定一端游動(dòng)的安裝方式有關(guān)的系數(shù)，查表參考文獻(xiàn)14得f=15.1, ,代入式(4.18)得n15.1c9.53122107 14736故滾珠絲杠滿足要求。D值的驗(yàn)算n式中滾珠絲杠的節(jié)圓直徑錯(cuò)誤！未找到引用源。，最高轉(zhuǎn)速錯(cuò)誤！未找到引用源。代入 得

45、符合要求。基本軸向額定載荷驗(yàn)算FBmax F 181N ,查參考文獻(xiàn)得絲杠載荷的靜態(tài)安全系數(shù)，1查絲杠樣本最大靜載荷錯(cuò)誤！未找到引用源。代入式中FB 0.518190.5故軸向額定載荷滿足要求。確定滾珠絲杠的規(guī)格代號(hào)根據(jù)Z : 型號(hào)GY1204DS,公稱直徑：12mm,導(dǎo)程：4 mm, 螺紋長(zhǎng)度：270mm,絲杠全長(zhǎng)：360mm, P 3 級(jí)精度。Z 方向進(jìn)給電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算作用在絲杠副上的各種轉(zhuǎn)矩外加載荷產(chǎn)生的摩擦力矩由 4.2.1 節(jié)查的絲杠最大軸向力，三級(jí)精度的絲杠副效率=0.9錯(cuò)誤！未找到引用源。得T1814103 0.128NmF23.140.9預(yù)加載荷產(chǎn)生的預(yù)緊力矩4.2.4錯(cuò)誤！未找到引用源。得10.921030.009NmP23.140.92計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量錯(cuò)誤！未找到引用源。負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量錯(cuò)誤！未找到引用源。(1)絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量由 4.2.6 節(jié)查得絲杠全長(zhǎng)錯(cuò)誤！未找到引用源。代入式(4.22)得絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量1J3.14367.851.134 45.21絲32g.cm2 回轉(zhuǎn)件總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式為從 4.2.1 節(jié)查得錯(cuò)誤！未找到引用源。代入式(4.23)得錯(cuò)誤！未找到引用源。直線運(yùn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量初步估計(jì)主軸部件重量錯(cuò)誤！未找到