立式數(shù)控雕刻機(jī)設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 1 摘 要 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)。立式數(shù)控雕刻機(jī)是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品 ,在廣告制作行業(yè)具有較大的市場(chǎng)前景。 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)說明雕刻機(jī)的功能和使用范圍；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，以及“三維雕刻”插補(bǔ)法的選擇，分析和實(shí)現(xiàn)過程，實(shí)現(xiàn)雕刻系統(tǒng)的初步優(yōu)化。 本課題是在 參考現(xiàn)有雕刻機(jī)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種機(jī)構(gòu)尺寸比較大的數(shù)控雕刻機(jī)，適應(yīng)比較大的工藝品的雕刻加工。 關(guān)鍵詞 :雕刻機(jī) 數(shù)控系統(tǒng) 機(jī)電一體化 三維 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 2 of an it is s NC is a of in of at to of of of of of as as of is on of a of NC to to 3D, 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 3 目錄 摘 要 . 1 . 2 目錄 . 3 第一章 緒 論 . 5 控雕刻機(jī) . 5 制雕 刻機(jī)的目的和意義 . 5 控雕刻機(jī)的特點(diǎn) . 6 控雕刻機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 . 6 國(guó)數(shù)控雕刻機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 . 6 第二章 雕刻機(jī)的總體方案設(shè)計(jì) . 8 刻機(jī)的工作原理 . 8 體結(jié)構(gòu) . 8 刻機(jī)總體布局的基本要求 . 8 響雕刻機(jī)布局的基本因素 . 9 標(biāo)系的確定 . 10 維雕刻機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu) . 10 給系統(tǒng) . 10 軸組件 . 13 第三章 雕刻機(jī)主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和 計(jì)算 . 13 計(jì)參數(shù)的確定 . 13 削力、切削扭矩和切削功率計(jì)算 . 14 削力、扭矩和功率的計(jì)算 . 14 削力、扭矩和功率的計(jì)算 . 15 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 16 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)鏈的組成 . 17 軸電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 17 第四章 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 19 給系統(tǒng)傳動(dòng)鏈的組成 . 19 珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 19 定滾珠絲杠導(dǎo)程. 19 期額定動(dòng)載荷. 19 定允許的最小螺紋底徑 . 19 定滾珠絲杠副的規(guī)格代號(hào) . 20 定滾珠絲杠副的預(yù)緊力. 20 定滾珠絲杠副支承用軸承型號(hào)、規(guī)格 . 20 程補(bǔ)償值 C . 21 珠絲杠工作圖設(shè)計(jì) . 21 動(dòng)系統(tǒng)剛度和絲杠抗壓剛度 . 22 度驗(yàn)算及精度選擇 . 23 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 4 算臨界 壓縮載荷 . 24 算臨界轉(zhuǎn)速. 24 算. 24 本軸向額定載荷驗(yàn)算 . 24 第五章 工作臺(tái)電機(jī)的選擇 . 26 大的切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算 . 26 載慣量計(jì)算 . 26 載加速轉(zhuǎn)矩計(jì)算 . 27 大加速轉(zhuǎn)矩. 27 續(xù)工作最大轉(zhuǎn)矩 . 27 大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 . 27 第六章 雕刻機(jī)零部件的設(shè)計(jì)與選擇 . 28 作臺(tái)的設(shè)計(jì) . 28 座的設(shè)計(jì) . 28 線導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 29 總 結(jié) . 29 參考文獻(xiàn) . 31 致 謝 . 32 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 5 第一章 緒 論 控雕刻機(jī) 傳統(tǒng)雕刻加工業(yè)是一門技術(shù)性要求很高的手工技藝，雕刻品的質(zhì)量完全取于雕刻師的技藝水平，所以生產(chǎn)的效率低、成本高，制品的隨意性強(qiáng)、一致性差，嚴(yán)重制約了雕刻行業(yè)的發(fā)展。這使得雕刻機(jī)的產(chǎn)生成為必然。雕刻機(jī)的功能決定了其使用范圍。從工藝上，雕刻可分為全自由度空間雕刻、三維立體雕刻和二維平面雕刻。其中，全自由度空間雕刻主要用于一些形狀復(fù)雜的工藝品或大型藝術(shù)作品的雕刻工作，如玉雕、木雕工藝品以及冰雕與沙雕等作品。 此類制品往往注重藝術(shù)創(chuàng)作性，制品的構(gòu)成形狀復(fù)雜、隨意性強(qiáng)、工 藝性差。因此這類工藝迄今為止雕刻機(jī)尚無能為力，只能采用手工雕刻，制品的質(zhì)量和藝術(shù)性完全依賴于雕刻師的技藝水平。相比之下，在三維立體雕刻和二維平面雕刻機(jī)則大有可為。三維立體雕刻類似于三維銑削加工，可以完成精密模具、藝術(shù)浮雕曲面等雕刻加工 ;而二維平面雕刻工藝主要用于標(biāo)牌文字及平面幾何圖形的雕刻加工。目前，三維立體和二維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，雕刻機(jī)可分為仿形雕刻機(jī)和數(shù)控雕刻機(jī) (采用 統(tǒng) )兩大類型。仿形雕刻機(jī)的工作原理類似于仿形銑削，在加工前必 須制作仿形模型，這一過程通常需手工完成，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)控雕刻機(jī)。與通用數(shù)控雕刻機(jī)類似，數(shù)控雕刻機(jī)通過數(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 件系統(tǒng)，加工控制程序的生成快捷、修改方便。因此，數(shù)控雕刻機(jī)現(xiàn)已成為實(shí)現(xiàn)雕刻加工自動(dòng)化、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)象和應(yīng)用領(lǐng)域的不同，數(shù)控雕刻機(jī)可分為模具雕刻機(jī)、木工雕刻機(jī)、廣告雕刻機(jī)、激光雕刻機(jī)等多種類型。它們的加工性能要求出入很大，對(duì)雕刻機(jī)和數(shù)控系統(tǒng)的要求也各不相同。如模具雕刻機(jī)的加工材料為金屬，所以對(duì)雕刻機(jī)本體的剛性要求較高，而且其加工對(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)玻璃等非金屬材料，所以對(duì)機(jī)床剛性和加工系統(tǒng)的精度都沒有很高要求。但各類雕刻機(jī)都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，也是數(shù)控雕刻機(jī)與普通數(shù)控機(jī)床的一個(gè)顯著區(qū)別，就是由于雕刻刀 的特殊性，每次切削的有效成形面積小，所以零件雕刻的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡很長(zhǎng)，加工時(shí)間往往也較長(zhǎng)。因此，提高雕刻機(jī)的刀具運(yùn)動(dòng)速度對(duì)縮短零件雕刻時(shí)間、提高加工效率具有特別重要的意義。 按照伺服驅(qū)動(dòng)控制的類型不同，數(shù)控雕刻機(jī)又可以分為步進(jìn)驅(qū)動(dòng)雕刻機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)雕刻機(jī)。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)屬于開環(huán)控制，控制精度較低，但價(jià)格便宜，適用于對(duì)加工要求不高的中低檔雕刻機(jī)，如木工、廣告業(yè)的雕刻加工。伺服驅(qū)動(dòng)控制精度高，但價(jià)格較貴，主要用于模具加工等高精度雕刻機(jī)。 此外，還可根據(jù)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)控制的聯(lián)動(dòng)軸數(shù)，將數(shù)控雕刻機(jī)分為三坐標(biāo)數(shù)控雕刻機(jī)、五坐標(biāo)數(shù)控雕 刻機(jī)等。三坐標(biāo)數(shù)控雕刻機(jī)可以控制三個(gè)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，完成浮雕等常規(guī)雕刻加工 ;五坐標(biāo)數(shù)控雕刻機(jī)可以聯(lián)動(dòng)控制 X， Y， 2 三個(gè)移動(dòng)軸和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，用來完成復(fù)雜形狀零件的雕刻加工。 制雕刻機(jī)的目的和意義 建國(guó)五十年來，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)模，買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 6 初步滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活的需要。但隨著世界科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，我國(guó)機(jī)械工業(yè)的技術(shù)水平和生產(chǎn)能力與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在相當(dāng)大的差距。因此，在我國(guó)以新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和開發(fā)高技術(shù)含量的新產(chǎn)品，已成為當(dāng)前機(jī)械工業(yè)以至各傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)密切關(guān)注和改革 的焦點(diǎn)。 機(jī)電一體化技術(shù)是機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，它包括機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)。它從系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)出發(fā)，使產(chǎn)品或系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整體優(yōu)化。近年來，世界上各發(fā)達(dá)國(guó)家競(jìng)相發(fā)展機(jī)電一體化技術(shù)，以提高制造技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)向柔性化、智能化發(fā)展。機(jī)電一體化技術(shù)給傳統(tǒng)的機(jī)械工業(yè)帶來了革命性的變革和驚人的效益，使產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式和管理體制發(fā)生深刻的變化。機(jī)電一體化是當(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)，也是我國(guó)機(jī)械工業(yè)發(fā)展的必由之路。 控雕刻機(jī)的特點(diǎn) 數(shù)控雕刻機(jī)的主要特點(diǎn)如下 : 1、自動(dòng)化程度高 。具體的雕刻過程都是數(shù)控雕刻機(jī)自動(dòng)完成的。 2、產(chǎn)品的尺寸精度高，一致性好。數(shù)控雕刻過程是由計(jì)算機(jī)控制完成，可以達(dá)到很高的精度和表面質(zhì)量 :批量加工時(shí)，產(chǎn)品的一致性好，這對(duì)于小模具行業(yè)十分重要。 3、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、數(shù)控雕刻機(jī)都有鉆銑功能，可用于鉆孔、切邊、加工小模具，性價(jià)比高。 控雕刻機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 數(shù)控雕刻機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，舉例如下 : 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、三維廣告牌、雙色人物雕像、浮雕獎(jiǎng)?wù)?、有機(jī)板浮雕、立體門頭字等。 2、模型制作業(yè)，制作沙盤模型、房屋模型等。 3、模具制作業(yè)，雕刻紐扣浮雕模、印刷燙金模，注塑模、沖壓模、鞋模等。 4、木器業(yè)，用于浮雕圖案設(shè)計(jì)及制作。 5、印刷電路板 (產(chǎn)品開發(fā)中的電路制作，鉆孔、銑槽等。 6、印章業(yè)，各類字體各類材料的印章雕刻。 7、電火花加工機(jī)床電極雕刻加工。 8、機(jī)械加工業(yè)，刻度盤字輪及標(biāo)尺刻度。 9、汽車工業(yè)、輪胎模具，車燈模具及裝飾品模具加工。 而且，隨著各種新型裝飾材料的不斷出現(xiàn)，能用于雕刻的材料越來 越多，使得計(jì)算機(jī)數(shù)控雕刻機(jī)有了更大的用武之地。因此，計(jì)算機(jī)數(shù)控雕刻機(jī)的應(yīng)用范圍還將不斷擴(kuò)大。 國(guó)數(shù)控雕刻機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 隨著近年來我國(guó)制造業(yè)的迅速發(fā)展，數(shù)控雕刻機(jī)產(chǎn)業(yè)也獲得了良好的發(fā)機(jī)遇有效地促進(jìn)了我國(guó)數(shù)控雕刻機(jī)的生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。我國(guó)的數(shù)控雕刻機(jī)起步經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，隨著數(shù)控技術(shù)的進(jìn)步，經(jīng)過十多年的發(fā)展，己形成了多個(gè)國(guó)品牌的雕刻機(jī)，如上海洛克公司生產(chǎn)的啄木鳥數(shù)控雕刻機(jī)、北京糟雕公司生產(chǎn)精雕數(shù)控雕刻機(jī)和南京科能公司生產(chǎn)的威克數(shù)控雕刻機(jī)等。上述各類型雕刻機(jī)機(jī)床本體結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，控制器大多借鑒國(guó)外新技術(shù)，采用 基于高檔的微控制或 數(shù)控系統(tǒng)，伺服部分以步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)為主，可獲得中等控制精度，但價(jià)格比較便宜，因此整機(jī)的性價(jià)比較高，適用于精度要求不太高的普及應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)高精度的雕刻加工，目前我國(guó)尚以進(jìn)口數(shù)控雕刻機(jī)為主，如意大利的左日本的全量等品牌的數(shù)控雕刻機(jī)。這類數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)床本體設(shè)計(jì)剛高度好、精度高，采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，加工精度高，控制系統(tǒng)功能全、可靠性，但價(jià)格昂貴往往倍于國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品，因此主要應(yīng)用于模具等高精度加工買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 7 場(chǎng)合。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 8 第二章 雕刻機(jī)的總體方案設(shè)計(jì) 刻機(jī)的工作原理 計(jì)算機(jī)數(shù)控雕刻機(jī)實(shí)際是一個(gè)三維數(shù)控系 統(tǒng)，其工作原理如圖所示 通用微型計(jì)算機(jī)內(nèi)安裝專用的設(shè)計(jì)排版軟件進(jìn)行圖形、文字的設(shè)計(jì)、排版，自動(dòng)生成加工路徑信息，通過 口或其他數(shù)據(jù)傳輸接口將刀具路徑數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)，數(shù)控系統(tǒng)接收刀具路徑數(shù)據(jù)，完成顯示、和用戶交互等一系列功能后，用特定的算法將輸入的路徑信息轉(zhuǎn)化為數(shù)控信息，控制器把這些信息轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的信號(hào) (脈沖串 )，控制雕刻機(jī) X， Y， 2 三軸的走刀。同時(shí)，進(jìn)行銑削，即可雕刻出在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)的各種平面或立體的圖形文字，實(shí)現(xiàn)雕刻自動(dòng)化加工。 體結(jié) 構(gòu) 機(jī)械結(jié)構(gòu)作為雕刻機(jī)的硬件部分，對(duì)雕刻機(jī)的加工過程、刻字效果等有著重要的影響。下面對(duì)數(shù)控雕刻機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)作詳細(xì)介紹。 刻機(jī)總體布局的基本要求 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 ; 2、確保實(shí)現(xiàn)既定工藝方法所要求的工件和刀具的相對(duì)位置與相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在經(jīng)濟(jì)、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 ; 3、確保雕刻機(jī)具有與所要求的加工精度相適應(yīng)的剛度、抗振性、熱變形及噪音水平； 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 9 4、應(yīng)便于觀察加工過程，便 于操作、調(diào)整和維修，便于輸送、裝卸工件和清理，注意防護(hù)，確保安全； 5、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，合理可靠，便于加工和裝配。 響雕刻機(jī)布局的基本因素 在滿足總體布局的基本要求的基礎(chǔ)上，還應(yīng)當(dāng)考慮影響雕刻機(jī)布局的基本因素 : 1、表面形成運(yùn)動(dòng)的影響 不同形狀的加工表面往往采用不同的刀具來加工，從而表面形成運(yùn)動(dòng)的形式和數(shù)目就不同，并導(dǎo)致布局的差異。相同形狀的加工表面，由于工件的技術(shù)要求和生產(chǎn)率要求等不同，也可以采用不同的刀具、不同的表面形成運(yùn)動(dòng)來加工，從而形成不同的布局。由此可知，工件表面形成運(yùn)動(dòng)直接決定了雕刻機(jī) 布局的形式，是影響雕刻機(jī)布局的決定性因素。因而，在布局雕刻機(jī)時(shí)，必須根據(jù)加工要求，全面、綜合地考慮工件的表面形成方法及運(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 工件表面形成方法及運(yùn)動(dòng)相同，而雕刻機(jī)的運(yùn)動(dòng)分配不同，雕刻機(jī)的布局也會(huì)不同。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) : 1) 移動(dòng)部件的重量應(yīng)盡量輕。在其它條件相同的情況下，移動(dòng)部件的重量越小，所需電機(jī)功率和傳動(dòng)件的尺寸也越小 2) 應(yīng)有利于提高加工精度 3）應(yīng)有利于提高雕刻機(jī)剛度，縮小占地面積 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、重量和形狀不同，雕刻機(jī)的布局也會(huì)有很大差異。另外，還應(yīng)考慮雕刻機(jī)性能要求的影響，如振動(dòng)、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 刻機(jī)的布局簡(jiǎn)圖 圖 刻機(jī)的布局形式 這兩種布局都采用龍門式框 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)。該方案便于變形為不同縱向長(zhǎng)度的雕刻機(jī)。由于工作臺(tái)不動(dòng)，承載能力好，適合加工較重的工件。在使用外伸支架支撐縱向長(zhǎng)工件進(jìn)行批量加工時(shí)，支點(diǎn)高度相同，故支架支撐調(diào)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，這種布局方式所需電動(dòng)機(jī)功率和傳動(dòng)件的尺寸較小，移動(dòng)較輕便。在使用外 伸支架支撐縱向長(zhǎng)工件進(jìn)行批量加工時(shí)，買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 10 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。 經(jīng)以上比較，充分考慮到布局的基本要求、影響布局的基本因素及三坐標(biāo)數(shù)控雕刻機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，可采用布局 (2)的方案。 標(biāo)系的確定 雕刻機(jī)的坐標(biāo)系采用右手法則，直角卡笛兒坐標(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. 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。 圖 手坐標(biāo)系統(tǒng) 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。底座由底下的四只支腳與地面接觸 ; 2、工作臺(tái)部分 工作臺(tái)部分由工作臺(tái)， y 方向的絲杠和導(dǎo)軌，以及支架組成。工作臺(tái)作為雕刻工作時(shí)承載雕刻物體的部件，表面有 T 形溝槽，由絲杠驅(qū)動(dòng)，導(dǎo)軌導(dǎo)向 : 3、橫梁部分 橫梁由 x 方向的絲杠和導(dǎo)軌，以及支架組成。橫梁承載機(jī)頭的重量，驅(qū)動(dòng)機(jī)頭動(dòng)，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 機(jī)頭部分由主軸組件， 2 方向的絲杠和導(dǎo)軌，以及支架組成。絲杠驅(qū)動(dòng)主軸組的上下運(yùn)動(dòng)，主軸組件在加工過程中直接帶動(dòng)雕刻頭的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 下面從雕刻機(jī)的功能角度，介紹一下各部分的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì) : 給系統(tǒng) 進(jìn)給系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)電路、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及執(zhí)行部件組成。它的作用是接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的進(jìn)給速度和位移指令信號(hào)，由伺服驅(qū)動(dòng)電路作轉(zhuǎn)換和放大后，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)床的工作臺(tái)、主軸頭架等執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給和快速運(yùn)買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 11 動(dòng)。數(shù)控系統(tǒng)的伺服進(jìn)給系統(tǒng)與一般機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)有本質(zhì)上的區(qū)別，它能根據(jù) 指令信號(hào)精確的控制執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)速度和位置，以及幾個(gè)執(zhí)行部件按一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)所合成的運(yùn)動(dòng)軌跡。 下面介紹一下雕刻機(jī)的進(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 : 工作臺(tái)帶動(dòng)工件做 y 方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，機(jī)頭沿 x 方向橫梁做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，雕刻頭在直流電機(jī)的帶動(dòng)下做高速旋轉(zhuǎn)，并在 Z 方向做上下運(yùn)動(dòng)。刀具和工件的運(yùn)動(dòng)的合成就可以得到文字和圖案的輪廓。 x 方向的絲杠左右運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)雕刻寬度 ;如下圖所示 圖 刻機(jī) X 方向進(jìn)給圖 y 方向的絲 杠前后運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)雕刻長(zhǎng)度 ,如下圖所示： 圖 刻機(jī) 向的絲杠上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)雕刻深度。 各個(gè)傳動(dòng)鏈中均采用絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副，保證了運(yùn)動(dòng)的傳遞平穩(wěn)和結(jié)構(gòu)的緊。絲杠一端通過聯(lián)軸器與電機(jī)軸相聯(lián)，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)。另一端采用軸承為支承。步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速，由指令脈沖決定。指令脈沖數(shù)就是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 12 步數(shù)，即角位移的大小。只要改變指令脈沖頻率，就可以使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度在很寬范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)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、無極調(diào)速功能 可根據(jù)發(fā)送脈沖的速度，得到需要的電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 3、正 /反，急停及鎖定功能 通過對(duì)系統(tǒng)的高低電平控制，得到正 /反旋轉(zhuǎn)的效果，在電機(jī)鎖定情況下 （電機(jī)繞組中存在電流，外部沒有要求旋轉(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 通過對(duì)脈沖速度的控制，可直接得到極低的轉(zhuǎn)速而不需要通過齒輪箱的過渡，從而避免了功率的損耗和角度位置的偏差。 5、長(zhǎng)壽命 不需要象普通的直流電動(dòng)機(jī)通過電刷和換相器換相，從而減少了摩擦，增長(zhǎng)了壽命。如圖 示 圖 杠與電機(jī)軸的連接 剛性聯(lián)軸器用于絲桿與電機(jī)的聯(lián)接，可提高兩軸頭連接的固定精度，如圖 示。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，無需鍵 ; 6、在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可保持平穩(wěn)。 導(dǎo)軌的主要功能是導(dǎo)向和承載作用。導(dǎo)軌使運(yùn)動(dòng)部件沿一定的軌跡運(yùn)動(dòng)，從而保證各部件的相對(duì)位置和相對(duì)位置精度。導(dǎo)軌承受運(yùn)動(dòng)部件及工件的重量及切削力，在很大程度上決定數(shù)控機(jī) 床的剛度、精度與精度保持性。 雕刻機(jī)的 x 向和 y 向絲杠兩側(cè)各采用一對(duì)圓柱形導(dǎo)軌作為導(dǎo)向件，另外可以分擔(dān)絲杠所承受的機(jī)頭和工作臺(tái)的重量。圓柱形導(dǎo)軌加工容易，導(dǎo)向精度高，可滿足定位精度的要求。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 13 Z 絲杠不承受徑向載荷，為保證精度，采用兩根導(dǎo)軌導(dǎo)向。 Z 的固定依靠步進(jìn)電機(jī)的自鎖來實(shí)現(xiàn)。 圓形導(dǎo)軌兩端通過螺釘固定在絲杠支架上，并與導(dǎo)軌套形成移動(dòng)副。如圖 示 圖 杠和圓導(dǎo)軌的支承方式 各個(gè)傳動(dòng)鏈上的絲杠螺母與不同零件以螺釘固定連接，通過與絲杠的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng) : 1、與工作臺(tái)固 定連接，相對(duì)于 y 向絲杠運(yùn)動(dòng)向絲杠運(yùn)動(dòng)向支架固定連接，相對(duì)于 2、與機(jī)頭向絲杠運(yùn)動(dòng) 3、與機(jī)頭 向支架固定連接，相對(duì)于 Z 向絲杠移動(dòng)。 軸組件 主軸組件是雕刻機(jī)的執(zhí)行件。它的功用是支承并帶動(dòng)工件或刀具旋轉(zhuǎn)進(jìn)行切削，承受切削力和驅(qū)動(dòng)力等載荷，完成表面成形運(yùn)動(dòng)。主軸組件由主軸及其支承和安裝在主軸上的傳動(dòng)件、密封件等組成，要求良好的回轉(zhuǎn)精度、結(jié)構(gòu)剛度、抗振性、熱穩(wěn)定性及精度的保持性。 雕刻機(jī)的主軸部分固定在 Z 向絲杠的支架上，采用電主軸高速旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)刀具的切削運(yùn)動(dòng)。 自 20 世紀(jì) 80 年代以來，數(shù)控機(jī)床、加工中心主 軸向高速化發(fā)展。高速數(shù) 控機(jī)床主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)已經(jīng)得到極大的簡(jiǎn)化，取消了帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)，機(jī)床主軸由內(nèi)裝式電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，從而把機(jī)床主傳動(dòng)鏈的長(zhǎng)度縮短為零，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的“零傳動(dòng)”，這種結(jié)構(gòu)稱為電主軸。它具有結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)械效率高，可獲得極高的回轉(zhuǎn)速度，振動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，因而在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床中獲得了愈來愈廣泛的應(yīng)用。本雕刻機(jī)由于主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到 10000r 以應(yīng)用電主軸。 第三章 雕刻機(jī)主軸系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 和計(jì)算 計(jì)參數(shù)的確定 由課題所給的設(shè)計(jì)參數(shù)，結(jié)合廣告型三維機(jī)械雕刻機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案，初步確定該雕刻機(jī)機(jī)械 部分的主要參數(shù)，如表 示。 表 械設(shè)計(jì)參數(shù)表 項(xiàng)目 參數(shù) 單位 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 14 主軸最高轉(zhuǎn)速 n=10000 r/大進(jìn)給速度 3000mm/作臺(tái)總行程 (Y) 500 軸總行程 (X) 600 軸總行程 (Z) 60 位精度 25 m 脈沖當(dāng)量 用壽命 20000削力、切削扭矩和切削功率計(jì)算 三坐標(biāo)數(shù)控機(jī)械雕刻機(jī)的加工對(duì)象主要是針對(duì)非金屬材料和鋁合金材料的雕刻加工。這些材料具有較高的強(qiáng)度和良好的塑性。用硬質(zhì)合金直柄立銑刀（0 6 , 2d m m z）和高速鋼標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆（0 3d 在鋁板上進(jìn)行銑削和鉆削，分別進(jìn)行切削力、切削扭矩和切削功率的計(jì)算。 根據(jù)三維機(jī)械雕刻機(jī)的加 工范圍和使用功能及在實(shí)際生產(chǎn)過程中不同的切削方式所使用時(shí)間的分配，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，大致可將切削方式分為強(qiáng)力切削（切）、一般切削（雕）、精細(xì)切削（刻）和快速進(jìn)給。 削力、扭矩和功率的計(jì)算 通過查閱孟少農(nóng)主編的機(jī)械加工工藝手冊(cè)，得到表 側(cè)的經(jīng)驗(yàn)公式，代入已知參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)化，可得到僅與切削深度給速度n 側(cè)。 表 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 結(jié) 果 銑削力： 0F ( )F F F y uF p f w k 0 . 7 5 0 . 6 24 2 . 7 6 ( )z p fF a v n N 銑削扭矩： z0 . 0 F N m （ ）買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 15 銑削功率： k 0 7 . 1 4 1 0 F n k W （ ） 其中： C 1 1 6 , 1 , 0 . 7 5 , 0 . 8 5 , 0 . 7 3 , 0 . 1 3 , 0 . 2 5 F F F F F F U q W K 。銑削寬度 a ( )削深度 a ( )進(jìn)給速度 ( / m i n )a z n m m，銑削速度0 / 1 0 0 0 ( / m i n )v d n m，0d 銑刀外徑 ( 每齒進(jìn)給量 (mm/z)， z 銑刀齒數(shù)， n 銑刀轉(zhuǎn)速 (r /。 將切削深度給速度n 的變量代入分別計(jì)算，得到計(jì)算結(jié)果，如下表 示。 表 削力、扭矩和功率的計(jì)算 切削方式 工作時(shí)百分比t % 參 數(shù) 計(jì)算結(jié)果 10% 20 9000 30 般切削 30% 1 1200 15000 300 細(xì)切削 50% 400 20000 600 速進(jìn)給 10% 3600 900 0 0 0 其中： 絲杠轉(zhuǎn)速，f / ( / m i n )hn v P r絲，預(yù)選絲杠導(dǎo)程 4( )hP mm銑削深度（ 進(jìn)給速度（ mm/ n 銑刀轉(zhuǎn)速（ r/， 銑削力（ N）， M 銑削扭矩（ 銑削功率（ 削力 、扭矩和功率的計(jì)算 通過查閱參考文獻(xiàn)，按上節(jié)的簡(jiǎn)化過程，可得到僅與進(jìn)給速度n 有關(guān)的計(jì)算公式，如下表 示。 表 削力、扭矩和功率的計(jì)算公式的簡(jiǎn)化 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 16 計(jì)算公式和參數(shù)選定 計(jì) 算 結(jié) 果 鉆削力： d f ( )k N 0 . 7 0 / ( )zF v n N （ ） 鉆削扭矩： d f k 0 . 8M 0 . 6 8 6 ( / ) N （ ） 鉆削功率： m 0k . 0 1 2 n k （ ）其中： 6 0 0 , 1 . 0 , 0 . 7 , 0 . 3 0 5 , 2 . 0 , 0 . 8 , 0 . 2 5F F F M M M F MC z y C z y k k （加工鋁合金）。進(jìn)給速度 ( / m i n )f m m,鉆削速度0 / 1 0 0 0 ( / m i n )v d n m，0d鉆頭外徑（ f 進(jìn)給量（ mm/r）， n 鉆頭轉(zhuǎn)速（ r/將進(jìn)給速度變量代入分別計(jì)算，將得到的計(jì)算結(jié)果填入表 于鉆削功率的計(jì)算結(jié)果較小，忽略不計(jì)。 表 削力、扭矩和功率的計(jì)算 切削方式 工作時(shí)間百分比 t% 參 數(shù) 計(jì) 算 結(jié) 果 10% 300 9000 75 一般切削 30% 480 15000 120 精細(xì)切削 50% 600 20000 150 快速 進(jìn)給 10% 900 225 0 0 0 其中： 絲杠轉(zhuǎn)速，f / ( / m i n )hn v P r絲， 預(yù)選絲杠導(dǎo)程 4( )hP 進(jìn)給速度 (mm/n 鉆削轉(zhuǎn)速 (r/鉆削力 (N), M 鉆削扭矩 (鉆削功率( 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 17 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： 實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。數(shù)控機(jī)床