小型雕刻機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說明書

1、目 錄摘 要1關(guān)鍵字11 引言21.1 雕刻機(jī)的概述21.1.1 雕刻機(jī)的特點(diǎn)21.1.2 研究雕刻機(jī)的目的和意義31.1.3 我國(guó)雕刻機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀31.1.4 雕刻機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)31.2 設(shè)計(jì)研制雕刻機(jī)的特點(diǎn)41.3 研制的雕刻機(jī)的功能及使用范圍42 系統(tǒng)分析與方案的制定42.1 三維雕刻機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)42.2 雕刻機(jī)總體方案選擇42.2.1 總體布局要求42.2.2 總體方案確定62.3 雕刻機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)72.3.1 坐標(biāo)系統(tǒng)的確定72.3.2 總體結(jié)構(gòu)72.3.3 主運(yùn)動(dòng)方案92.3.4 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方案93 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及校核93.1 銑削力、扭矩和功率的計(jì)算103.2 鉆削力、扭矩

2、和功率的計(jì)算123.3 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)143.3.1 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的方案143.3.2 主軸電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算144 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算154.1 Z方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)154.1.1 Z方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)組成154.1.2 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算154.1.3 滾珠絲杠的校核204.1.4 Z方向進(jìn)給電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算234.1.5 聯(lián)軸器的選擇244.1.6 Z方向直線導(dǎo)軌副的設(shè)計(jì)計(jì)算254.2 X方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)264.2.1 X方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)組成264.2.2 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算264.2.3 滾珠絲杠的校核294.2.4 X方向進(jìn)給電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算314.2.5 聯(lián)軸器的選擇324.2.

3、6 X方向直線導(dǎo)軌副的設(shè)計(jì)計(jì)算324.3 Y方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)334.3.1 Y方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)組成334.3.2 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算344.3.3 滾珠絲杠的校核374.3.4 Y方向進(jìn)給電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算394.3.5 聯(lián)軸器的選擇404.3.6 Y方向直線導(dǎo)軌副的設(shè)計(jì)計(jì)算404.4 雕刻機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)的確定415 結(jié)論42參考文獻(xiàn)42致 謝43小型雕刻機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘 要：雕刻機(jī)制作工藝日漸成熟，應(yīng)用范圍也日漸廣泛。但雕刻機(jī)的價(jià)格均比較高。為了提高其普及率，設(shè)計(jì)一個(gè)經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)練的機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)是具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值的。本雕刻機(jī)的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包括了主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。其主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用電機(jī)直

4、接聯(lián)接刀具，省去中間傳動(dòng)。而進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)是采用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠使部件在導(dǎo)軌上平移來(lái)實(shí)現(xiàn)三軸聯(lián)動(dòng)。再次，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。本課題是在參考現(xiàn)有雕刻機(jī)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)的一種小型雕刻機(jī)，適合一般的塑料板、鋁板等普通材料的機(jī)械加工。它有著安裝方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、新穎，制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵字：雕刻機(jī)； 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)；三維；滾珠絲杠；The Structural Design of Small Carving Machine Abstract: Sculpture mechanism to mature process and has been wid

5、ely used. But relatively, the price of carving machine is high. In order to improve its popularizing rate, a economy, succinct mechanical motion systems design has important theoretical significance and practical value.This sculpture machine movement system includes main movement systems and feed mo

6、vement system. Its connection type of main movement system uses motor connecting cutting tools directly, saving middle transmission. Moreover, feed movement system uses the stepping motor drive screw component in the translation of the guide rail to realize three axis linkage. Again, the selection o

7、f main motor, the ball screw, step motor, guide rail and other major parts were detail designed and calculated. Based on the existing carving machines, this topic is used to design a small carving machine, which suitable for general plastic board, sheet of aluminium and the common material of mechan

8、ical processing. It has advantages such as convenient installation, simple structure, novel, the manufacturing cost, etc. Key words: Engraving machine; Motion system; 3D; The ball screw1 引言1.1 雕刻機(jī)的概述雕刻機(jī)，顧名思義就是用機(jī)械代替人工進(jìn)行雕刻的設(shè)備。雕刻可以追溯到遠(yuǎn)古時(shí)期，母系氏族時(shí)期的半坡氏族文化的“人面網(wǎng)紋盆”便是雕刻的雛形。在我國(guó)北宋時(shí)期便發(fā)明了活字印刷，這里刻的字應(yīng)屬于雕刻的范疇。隨著時(shí)代的

9、發(fā)展，我國(guó)的雕刻藝術(shù)日益精湛，玉雕、象牙雕、紅木雕、篆刻泥人雕等手工雕刻技術(shù)都可以堪稱一絕。上世紀(jì)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)再到三維雕刻機(jī)，制作工藝也日漸成熟，應(yīng)用范圍也日漸廣泛。大到樓房建筑的裝飾，小到商店門前的招牌，乃至很多產(chǎn)品的標(biāo)識(shí)銘牌，可謂雕刻的使用無(wú)處不在。1938年世界第一臺(tái)手動(dòng)雕刻機(jī)在法國(guó)“嘉寶”問世，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)、日本等國(guó)也開始研制。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。微電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)帶動(dòng)整個(gè)高科技群體飛速發(fā)展，從而使雕刻

10、機(jī)產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。雕刻機(jī)完成了從2D-2.5D-3D加工的變革，功能完善、性格穩(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1。1.1.1 雕刻機(jī)的特點(diǎn) 雕刻機(jī)的主要特點(diǎn)如下：產(chǎn)品的精度高，一致性好。雕刻機(jī)雕刻過程是由計(jì)算機(jī)控制完成的，可以達(dá)到很高的精度要求和表面質(zhì)量。雕刻機(jī)投資少，見效快。以國(guó)產(chǎn)品牌為例，一臺(tái)小型號(hào)的雕刻機(jī)價(jià)格在兩萬(wàn)左右，大型號(hào)的也不超過三四萬(wàn)。雕刻機(jī)簡(jiǎn)單易學(xué)，操作簡(jiǎn)單。以一個(gè)電腦初級(jí)水平的人為例，如果接受公司培訓(xùn)的話用不了一個(gè)星期就能全部掌握?，F(xiàn)在市場(chǎng)上都有很多相關(guān)的雕刻軟件，簡(jiǎn)單易學(xué)。3 雕刻機(jī)加工范圍廣，前景廣闊。雕刻加工涉及各行各業(yè)、分布很廣，有禮品業(yè)、廣告業(yè)、印章

11、業(yè)、木器加工業(yè)、建筑業(yè)、藝術(shù)模型業(yè)、機(jī)械加工等等?？杉庸さ牟牧弦彩欠浅V泛，包括金屬、石材、PVC板、ABS板、亞克力、仿石材、橡皮、雙色板、鋁塑板等等各種材料。隨著人們對(duì)雕刻機(jī)的認(rèn)識(shí)和掌握逐步加深，應(yīng)用范圍會(huì)得到不斷擴(kuò)大，應(yīng)用水平也會(huì)逐步提高，雕刻加工必定會(huì)有更廣闊的前景。1.1.2 研究雕刻機(jī)的目的和意義建國(guó)六十年來(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)模，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

12、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。1.1.3 我國(guó)雕刻機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀伴隨著人類社會(huì)的發(fā)展，雕刻行業(yè)發(fā)生著巨大的變化，現(xiàn)如今人們對(duì)雕刻機(jī)有了全新的認(rèn)識(shí)，數(shù)控木工雕刻機(jī)、模具雕刻機(jī)、激光雕刻機(jī)等電腦雕刻加工的興起與發(fā)展是時(shí)代發(fā)展的需要，電腦雕刻代替機(jī)械已是大勢(shì)所趨。以廣告業(yè)為例，許多廣告行業(yè)的客戶都經(jīng)歷過從手工刻字到使用電腦刻字機(jī)，廣告雕刻機(jī)的使用實(shí)現(xiàn)了機(jī)械代替手工的飛躍，電腦代替了人腦，字體標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范同時(shí)又大大提高了生產(chǎn)效率。隨著近年來(lái)我國(guó)制造業(yè)的迅速發(fā)展，我國(guó)的雕刻

13、機(jī)產(chǎn)業(yè)也獲得了良好的發(fā)展機(jī)遇，有效地促進(jìn)了我國(guó)雕刻機(jī)的生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。我國(guó)的雕刻機(jī)起步于經(jīng)濟(jì)型機(jī)床，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，經(jīng)過十多年的發(fā)展，已形成了多個(gè)國(guó)產(chǎn)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)、北京精雕公司生產(chǎn)的精雕數(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)的機(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器或PC 的數(shù)控系統(tǒng)，伺服部分以步進(jìn)電機(jī)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，如意大利的左拉、日本的全量等品牌的數(shù)控雕刻

14、機(jī)。這類數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)床本體設(shè)計(jì)剛度好、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、可靠性高，但價(jià)格昂貴，往往數(shù)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場(chǎng)合。1.1.4 雕刻機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 雕刻機(jī)作為制造業(yè)一個(gè)有力的工具，有著非常廣闊的發(fā)展前景，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電機(jī)技術(shù)、機(jī)械技術(shù)等各個(gè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，雕刻機(jī)的功能將日益強(qiáng)大，性能將更趨穩(wěn)定。雕刻機(jī)發(fā)展趨勢(shì)總結(jié)如下：1更加精密；2更加高效；3隨著移動(dòng)通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速的發(fā)展，雕刻機(jī)將朝著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。1.2 設(shè)計(jì)研制雕刻機(jī)的特點(diǎn)本雕刻機(jī)是一種典型的機(jī)電一體化設(shè)備，但是本次機(jī)械設(shè)計(jì)，我只對(duì)機(jī)械部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)

15、構(gòu)，提高精度。主要措施是采用電機(jī)直接接刀具來(lái)實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、步進(jìn)電機(jī)直接與滾珠絲杠連接，從而省去了機(jī)械運(yùn)動(dòng)鏈，這不但簡(jiǎn)化了整體結(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。1.3 研制的雕刻機(jī)的功能及使用范圍雕刻機(jī)可以完成切、刻、雕，現(xiàn)主要有以下方面得到了廣泛的運(yùn)用： 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、雙面人物雕像、浮雕獎(jiǎng)?wù)?、有機(jī)板浮雕、立體門頭字等。 模型行業(yè)，房地產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)建筑模型的需求不斷增加。售樓處的售樓模型、廣場(chǎng)模型、建筑設(shè)計(jì)方案的展現(xiàn)和展示，車輛模型市場(chǎng)的擴(kuò)大，一些艦船模型、工業(yè)模型也有紀(jì)念和收藏的意義。雕刻機(jī)已成為制作模型的最佳助手。

16、木器工藝，用于浮雕圖案設(shè)計(jì)及制作。雕刻機(jī)可以打孔、鏤邊等，特別是新型裝飾材料、波浪板的廣泛應(yīng)用，也給了雕刻機(jī)更大的成長(zhǎng)空間，在提高了產(chǎn)品的重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)化的同時(shí)，使成品的生產(chǎn)效益得到顯著的提高。 標(biāo)志行業(yè)，伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，日新月異的城市公共基礎(chǔ)建設(shè)，街路的翻新改造，現(xiàn)代化住宅小區(qū)、星級(jí)酒店、寫字樓的不斷建設(shè)，對(duì)一些符合潮流和標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)識(shí)和導(dǎo)向系統(tǒng)產(chǎn)生了大量的需求，其中雕刻機(jī)制作的牌匾標(biāo)志、標(biāo)牌，占據(jù)了相當(dāng)大的部分。 印章業(yè)，各類字體各類材料的印章雕刻。 汽車工業(yè)、輪胎模具，車燈模具及飾品模具加工。 印刷電路板（PCB）新產(chǎn)品開發(fā)中的電路制作，鉆孔、銑槽等。 藝品行業(yè)，旅游市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，

17、旅客對(duì)具有當(dāng)?shù)仫L(fēng)情的禮物情有獨(dú)鐘，雕刻機(jī)在這方面也大有用武之地。 機(jī)械加工業(yè)，刻度盤字輪及標(biāo)尺刻度。 2 系統(tǒng)分析與方案的制定2.1 三維雕刻機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)2.2 雕刻機(jī)總體方案選擇2.2.1 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)：表1 雕刻機(jī)參數(shù)表Table 1 Carving machine parameter table規(guī)格型號(hào)參數(shù)X,Y軸雕刻范圍(mm)200×120進(jìn)給速度（mm/s）工作1,2,3，5,8，10,15,20,30,40,50,60快速20,40,60機(jī)械精度（mm）0.01Z軸最大行程（mm）80進(jìn)給速度（mm/s）工作0.5,

18、1,2,3,5,8,10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）600020000最大工件重量（kg）20水平精度（mm）0.2直線精度（mm）0.1/300垂直精度（mm）±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0.02首先必須滿足如加工范

19、圍、工作精度、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性等各種要求；確保實(shí)現(xiàn)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；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；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；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，合理可靠，便于加工和裝配;體積小，重量輕，節(jié)約原材料，降低制造成本，縮小占地面積，外型美觀大方。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：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(lái)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

20、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)率要求等同，也可以采用不同的刀具，不同的表面形成運(yùn)動(dòng)來(lái)加工，從而形成不同的布局。由此可知，工件表形成運(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)，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)。 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)的布局亦不同。對(duì)于同一種運(yùn)動(dòng)分配的布局，由于導(dǎo)軌的布置及其它結(jié)構(gòu)型式的不同，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)注意以下三點(diǎn): 1移動(dòng)部件的重量應(yīng)盡量輕。在其他條

21、件相同的情況下，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。 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，而工件的尺寸、重量和形狀的不同，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；操縱方便性的影響；模塊化設(shè)計(jì)法的影響等等。2.2.2 總體方案確定通過查閱相關(guān)資料，目前雕刻機(jī)基本布局形式通常有如圖1所示的兩種方案: 這兩種布局都采用龍門框架結(jié)構(gòu)，雕刻機(jī)的剛度均較高。 布局(l)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

22、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)所承載工件的較輕，這種布局方式所需電機(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)，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。 圖1 雕刻機(jī)布局簡(jiǎn)圖Fig 1 Engravin

23、g machine layout diagram 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維雕刻機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，采用布局(1)方案。 2.3 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。 2.3.1 坐標(biāo)系統(tǒng)的確定雕刻機(jī)的坐標(biāo)系統(tǒng)采用右手法則，直角卡迪爾坐標(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

24、所示。Z 軸為平行于雕刻機(jī)主軸的坐標(biāo)軸，垂直于工件裝卡面。 2.3.2 總體結(jié)構(gòu)機(jī)械本體部分是雕刻機(jī)的骨架，有底座、立柱、工作臺(tái)、機(jī)頭和主軸組件等部分。在保證整個(gè)系統(tǒng)的機(jī)械剛性的前提下，為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，減輕整機(jī)重量，縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造的周期，其主體框架采用鋁合金拉延型材和軋制鋁板制造，防護(hù)件用塑料件和飯金件制造，用標(biāo)準(zhǔn)的緊固件和定位銷連接。雕刻機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分：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。 雕刻機(jī)的機(jī)械幾何結(jié)構(gòu)由以下幾部分組成：底座部分，作為雕刻機(jī)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。底座由底下的四只腳與地面接觸；圖2 右手坐標(biāo)系統(tǒng)

25、Fig 2 Right-handed coordinate system圖3 本雕刻機(jī)的總體布局和坐標(biāo)系統(tǒng)的確定2Fig 3 The general layout of the carving machine and coordinate system identied工作臺(tái)部分，工作臺(tái)部分由工作臺(tái)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型溝槽，工作臺(tái)固定不動(dòng)。 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；機(jī)頭部分，機(jī)頭部分由

26、主軸組件、Z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)雕刻機(jī)頭的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。2.3.3 主運(yùn)動(dòng)方案 主軸組件是雕刻機(jī)的執(zhí)行元件。它的功能是支承并帶動(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)。雕刻機(jī)的主軸部分固定在Z方向絲杠的支架上，采用電主軸高速旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)刀具的切削運(yùn)動(dòng)。 高速控制機(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)小等特點(diǎn)。本雕刻機(jī)由

27、于主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到20000r/min,所以應(yīng)用電主軸。2.3.4 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方案由前所述，采用橫梁移動(dòng)、工作臺(tái)固定實(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；龍門架在底座上移動(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,各運(yùn)動(dòng)鏈中支承件均采用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副。機(jī)頭沿X 方向在絲杠上左右運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)雕刻寬度，如下圖4所示。整個(gè)立柱在底座上沿Y 方向前后運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)雕刻長(zhǎng)度，如下圖5所示。主軸組件沿Z 方向上下運(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

28、，保證了運(yùn)動(dòng)的傳遞平穩(wěn)和結(jié)構(gòu)的緊湊。絲杠一端通過聯(lián)軸器與電機(jī)主軸相聯(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)。另一端采用軸承位支承。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)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；2.無(wú)極調(diào)速功能；3.正、反，急停及鎖定功能；4.低轉(zhuǎn)速及高精度位置功能。3 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及校核三維機(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。圖4 雕刻機(jī)X方向進(jìn)給圖Fig 4 The

29、0;engraving machine X direction into to figure圖5 雕刻機(jī)Y方向進(jìn)給圖Fig 5 The engraving machine Y direction into to figure以下采用了硬質(zhì)合金直柄立銑刀(d0=8mm，z=2)和高速鋼標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆(d0=3mm)在鋁板(180MPa)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用戶在實(shí)際生產(chǎn)過程中不同的切削方式的所使用時(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)

30、給四種切削方式，使用時(shí)間的分配分別是 10%，30%，50%，10%。3.1 銑削力、扭矩和功率的計(jì)算查參考文獻(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3。 （N） (1) （Nm） (2) (KW) (3)式中圓周銑削力(N)，銑削條件改變時(shí)銑削力修正參數(shù) ，扭矩 M(Nm)，銑削功率 ( kW )，查參考文獻(xiàn)取銑削寬度 (mm)=1.5×=10mm ，銑削深度 (mm) ,進(jìn)給速度= (mm / min),銑削速度 v/1000(m/min),銑刀外徑=8(mm),每齒進(jìn)給量(mm/z)，銑刀齒數(shù)z=2 ,銑刀轉(zhuǎn)速 n (r/mim) 。查機(jī)械加工工藝手冊(cè)二卷表9.

31、4-10 得以下與硬質(zhì)合金鋼立銑刀的對(duì)應(yīng)參數(shù):=116,=1,=0.75,=0.85,=0.73，=0.13，=0.25(加工鋁板)。將已知參數(shù)代入式(1) (2) (3)進(jìn)行簡(jiǎn)化，可得到僅與切削深度(mm) 、進(jìn)給速度= (mm/min)和銑刀轉(zhuǎn)速n有關(guān)的計(jì)算公式4。 （4） （5） （6）另絲杠轉(zhuǎn)速 （7）初選絲杠導(dǎo)程=4（mm）將四種切削方式下的切削深度，進(jìn)給速度和銑刀轉(zhuǎn)速n的變量帶入分別計(jì)算。強(qiáng)力切削將參數(shù)=2，=120，n=9000帶入（4）（5）（6）（7）得：53.5×2×1200.75×9000-0.62=13.613.6=0.054413.6&#

32、215;9000×10-7=0.0512一般切削 將參數(shù)=1，=1200，n=15000帶入（4）（5）（6）（7）得：53.5×1×12000.75×15000-0.62=28.128.1=0.11228.1×15000=0.176精細(xì)切削將參數(shù)=0.5，=2400，n=20000帶入（4）（5）（6）（7）得：53.5×0.5×24000.75×20000-0.62=19.819.8=0.079219.8×200000=0.166快速進(jìn)給將參數(shù)=0.5，=3600，n=20000帶入（4）（5）（6）

33、（7）得：，3.2 鉆削力、扭矩和功率的計(jì)算 查參考文獻(xiàn)4，可得知下有關(guān)于鉆削力、鉆削扭矩和鉆削功率的經(jīng)驗(yàn)公式。 (8) (9) (10)式中鉆削軸向力(N)，加工條件改變時(shí)的切削力修正參數(shù),鉆削扭矩M(Nm)加工條件改變時(shí)的切削力修正參數(shù),鉆削功率(kW),進(jìn)給速度(mm/min),鉆削速度v=/1000(m/min) ,鉆頭外徑（mm）,進(jìn)給量f(mm/r),鉆頭轉(zhuǎn)速n(r/min)。查機(jī)械加工工藝手冊(cè)二卷表 10.4-11 得以下與高速鋼標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆相對(duì)應(yīng)的參數(shù)：=600,=1,=0.7,=0.305,=2.0,=0.8 ,=0.25（加工鋁板）。將查得參數(shù)代入(8) (9) (10),可

34、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。 （11） （12） （13） 另絲桿轉(zhuǎn)速 （14） 初選絲杠導(dǎo)程=4（mm）將四種切削方式中進(jìn)給速度和鉆頭轉(zhuǎn)速n的變量帶入分別計(jì)算。強(qiáng)力切削將參數(shù)=300，n=9000 代入式（11）（12）（13）（14）得:=41.60.045一般切削將參數(shù)=480,n=15000代入式（11）（12）（13）（14）得:=0.0001×0.437×15000=0.656精細(xì)切削將參數(shù)=600,n=20000代入式（11）（12）（13）（14）得:=38.650.0415=0.0001×0.0415×20000=0

35、.083快速進(jìn)給將參數(shù)=900,n=0代入式（11）(12)（13）（14）得:，。3.3 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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)所占的空間，采用了由主軸電機(jī)直接接刀夾，中間不采用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。3.3.1 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的方案為了簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，本設(shè)計(jì)采用主軸電機(jī)直接接上刀夾。 3.3.2 主軸電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)前兩節(jié)的計(jì)算結(jié)果，取一定的安全系數(shù)，忽略傳動(dòng)效率，主軸電機(jī)所需扭矩、功率和轉(zhuǎn)速計(jì)算過程如下：轉(zhuǎn)矩計(jì)算查參考文獻(xiàn)5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，由章節(jié) 3.1 和 3.2 計(jì)算結(jié)果可知,最大扭矩值為0.437（Nm）。

36、故使便可滿足要求5。確定額定轉(zhuǎn)矩為（Nm）。功率計(jì)算查參考文獻(xiàn)5 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。由章節(jié) 3.1 和 3.2 計(jì)算結(jié)果可知,最大功率為0.656（KW）,故使 0.656,定額定功率(kW )。因此,電機(jī)選用安陽(yáng)萊必泰機(jī)械有限公司的生產(chǎn)的雕刻機(jī)用電主軸,外形圖與參數(shù)表如下：圖6 雕刻機(jī)主軸電機(jī)的外形圖Fig 6 Engraving machine spindle motor appearance figure表2 雕刻機(jī)主軸電機(jī)的技術(shù)參數(shù)Table 2 Engraving machine spindle motor technology

37、 parameters主軸型號(hào)Spindle type轉(zhuǎn)速Speed(r/min)電機(jī)Motor外形尺寸Shape Dimension(mm)潤(rùn)滑LubKWVAHzDD1Joint of noseLL1L2ADX60-24Z/0.8240000.82202.24004026-ER11206620grease4 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算雕刻機(jī)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)分為三部分：主軸的上下移動(dòng)、小車的左右移動(dòng)和橫梁的前后移動(dòng)。它們的設(shè)計(jì)沒有本質(zhì)的區(qū)別。三部分分別為Z主軸部件，X 軸部件，Y 軸部件。這一節(jié)先著重對(duì)Z軸進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈中進(jìn)給電機(jī)、滾珠絲杠和直線導(dǎo)軌，以確定規(guī)格型號(hào)及參數(shù)。4.1 Z方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)4

38、.1.1 Z方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)組成由前章所述，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7所示。4.1.2 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算主軸部件設(shè)計(jì)模擬模型如圖8。圖7 Z方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖Fig 7 Z direction feed movement system diagram4.1.2.1 當(dāng)量轉(zhuǎn)速與當(dāng)量載荷確定各種切削方式下絲杠的轉(zhuǎn)速。查 3.2 節(jié)計(jì)算結(jié)果得四種加工方向下絲杠轉(zhuǎn)速：=75（rpm），= 120（rpm），=150（rpm），=225（rpm）。求各種切削方式下軸向載荷。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，以鉆孔時(shí)對(duì)Z軸絲杠

39、的軸向力最大,以其為例進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,過程如下:圖8 主軸部件模型圖Fig 8 Spindle assembly model diagram即 （15） 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9。兩導(dǎo)軌的中心距離a=40mm,重心與絲杠的水平距離=60mm,軸向切削 力與絲杠的水平距離=80mm。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： （16）作用在導(dǎo)軌上的摩擦力： （17）將式（4.3）代入式（4.1）得： （18）圖9 導(dǎo)軌的受力圖Fig 9 By trying to guide動(dòng)摩擦系數(shù)理論上為 0.01

40、,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，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)按照0.2核算。查章節(jié)3.2 得四種加工方式下的鉆削力：41.6,40.44 ,38.65，0。初步估計(jì)設(shè)計(jì)出來(lái)的主軸部件重量=5（kg）分別代入式（18）的四種加工方式下絲杠所受軸向力：10.04 , 10.73,11.81，65當(dāng)量轉(zhuǎn)速，當(dāng)量轉(zhuǎn)速計(jì)算公式為 （19）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：=10%，=30%，=50%，=10%。=75（rpm）= 120（rpm）=150（rpm）=225（rpm）=75×10%+120×3

41、0%+150×50%+225×10%=141(rpm)當(dāng)量載荷，當(dāng)量載荷計(jì)算公式為： （20）以上結(jié)果代入式（20）得：=36（N）4.1.2.2 預(yù)定額定動(dòng)載荷按預(yù)期工作時(shí)間估算：動(dòng)載荷設(shè)計(jì)公式為： （21）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)=1.3，查表7，按7級(jí)精度=0.8，查表8，按可靠性97%取可靠性系數(shù)=0.44,當(dāng)量載荷=36（N）,當(dāng)量轉(zhuǎn)速=141,根據(jù)設(shè)計(jì)要求6,本雕刻機(jī)預(yù)期工作時(shí)間=15000，代入式(4.7)得：=310（N）擬采用預(yù)緊滾珠絲杠副，按最大負(fù)載計(jì)算： （22）查機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)第四冊(cè)表10，輕預(yù)載取=6.7代入式(22) 65=

42、435.5，取兩種結(jié)果的大值: 435.5(N)4.1.2.3 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（）的重復(fù)定位精度，故又的定位精度，故取兩種結(jié)果的小值估算最小螺紋底徑， （23）因采用的是一端固定,一端游動(dòng)的安裝方式，故式中L(1.11.2)L行程+(1014)，初定Z方向的行程為80mm,導(dǎo)程=4mm。得L150mm。導(dǎo)軌靜摩擦力 =30(N)，代入式(23) 得：=1.85(mm)4.1.2.4 初選滾珠絲杠副的規(guī)格代號(hào)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=4。由計(jì)算出的,在樣本中選取滾珠絲杠副FF1204-3，=4000>=43

43、5.5, =9.5>=1.85。選用南京工藝裝備制造有限公司的滾珠絲杠7，外形與參數(shù)表如下圖10,表3。圖10 滾珠絲杠外形圖Fig 10 The ball screw shape map表3 滾珠絲杠技術(shù)參數(shù)與外形尺寸表Table 3 The ball screw technical parameters and dimensions table規(guī)格代號(hào)公稱直徑公稱導(dǎo)程Ph絲杠外徑鋼球直徑絲杠底徑循環(huán)圈數(shù)基本額定負(fù)荷剛度KcN/m動(dòng)載荷Ca(KN)靜載荷Coa(KN)FF1204-312411.32.3819.5346.720

44、8螺母安裝連接尺寸如下：D1=22mm D2=22mm L2=10mm D3=44mm B=8mm D4=32mm L1=35mm D5=4.8mm D6=8.5mm h=5mm D7=32mm M=2.5mm D8=16mm 確定滾珠絲杠副的預(yù)緊力，,而且65，故22（N）4.1.2.5 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)。因?yàn)榻z杠所受軸向力很小,而已絲杠采用一端固定于電機(jī)上另一端游動(dòng),沒有預(yù)拉伸力，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，容易得到較高運(yùn)動(dòng)速度。對(duì)負(fù)荷增大，但磨擦系數(shù)無(wú)敏感變化，因此重負(fù)荷下，磨擦

45、系數(shù)極小，并且長(zhǎng)期保持精度不變，可得機(jī)械使用壽命長(zhǎng)期保持。直線運(yùn)動(dòng)軸承互換性好，安裝使用方便省時(shí)，并使機(jī)械結(jié)構(gòu)新穎，小型，量輕之特點(diǎn)。節(jié)省給油手續(xù)，達(dá)到簡(jiǎn)化潤(rùn)滑保養(yǎng)的目的。兩側(cè)附加油封的軸承還適用與灰塵較多或 異物容易侵入的場(chǎng)所。因此，選用 FF-12型的直線軸承為Z軸的軸承。軸承型號(hào)。深圳市萬(wàn)臣科技有限公司有直線軸承,外形參數(shù)如下圖11 FF-12軸承外形圖Fig 11 FF-12 bearing appearance figure表4 參數(shù)與安裝尺寸表Table 4  Parameters and installation size table軸承型

46、號(hào)外型尺寸（mm）FF-12d1LHFDg6APCDBXYZ101578345242424.5844.1.2.6 滾珠絲杠長(zhǎng)度確定行程補(bǔ)償值C，行程補(bǔ)償值計(jì)算公式為C=11.8 （24）其中 （25）式中=80（mm）,螺母長(zhǎng)度=37（mm）,安全行程=（24）=12，代入式(25)得=129(mm)。將溫差=2.5，129代入式(24)得：滾珠絲杠副工作圖設(shè)計(jì)。1.絲杠螺紋長(zhǎng)度，查參考文獻(xiàn)14得余程=16（mm）,得：161(mm)。2.繪制工作圖，查樣本中螺母安裝連接尺寸，支承距離=165（mm）,絲杠全長(zhǎng)L=220（mm），行程起點(diǎn)距固定點(diǎn)支承距離=40（mm）.4.1.3 滾珠絲杠的校

47、核4.1.3.1 傳動(dòng)系統(tǒng)剛度絲杠抗壓剛度。由于本絲杠采用一端固定另一端游動(dòng)。查參考文獻(xiàn)9得抗壓剛度計(jì)算公式： （26）由4.1.2.6節(jié)查得絲杠底徑=9.5（mm），兩支承距離=185（mm），行程起點(diǎn)距固定點(diǎn)支承距離=40（mm）,代入式(26)分別得:最小抗壓剛度455(N/)最大抗壓剛度2106(N/)絲杠支承副的剛度。以一端固定一端游動(dòng)的安裝法，由于選用的是直線軸承，沒有接觸角，而一端固定提供了軸向力。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: (27)式中滾動(dòng)體直徑=10,滾子數(shù)Z=4,最大軸向載荷65,代入式(27)得=85(N/µ m)絲杠滾珠和滾道的接觸剛

48、度。接觸剛度 (28)查參考文獻(xiàn)7得: 額定剛度,動(dòng)載荷4000（N），滾珠絲杠副的預(yù)緊力=45（N）代入式（28）得：4.1.3.2 剛度驗(yàn)算及精度選擇最小實(shí)際統(tǒng)剛度 (29)最大實(shí)際系統(tǒng)剛度 (30)查4.1.3.1節(jié)得最小抗壓剛度455(N/µm),最大抗壓剛度2106(N/µm)，絲杠支承副的剛度=85( N/µm )，接觸剛度=100 (N/µm),分別代入式(29)和式(30)得 ：驗(yàn)算傳動(dòng)系統(tǒng)剛度。靜摩擦=30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10µm。設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)剛度9.6<=41.67，故事跡系統(tǒng)剛度滿足要求

49、。根據(jù)參考文獻(xiàn)8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8。4.1.3.3 驗(yàn)算臨界壓縮載荷臨界壓縮載荷 （31)查參考文獻(xiàn)9垂直安裝的安全系數(shù)=0.5，一端固定一端游動(dòng)的支承系數(shù)=2，查 4.1.2.5 節(jié)與 4.1.2.6 節(jié)得絲杠底徑9.5mm,兩支承距離185 mm，代入式(4.17)得23799遠(yuǎn)大于最大負(fù)載，故滿足要求9。4.1.3.4 驗(yàn)算臨界轉(zhuǎn)速臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算公式: (32)式中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=15.1,螺母與游動(dòng)端的距離=185mm, 絲杠底徑=9.5 mm,代入式(32)得: =41914，0.8=33

50、531>工作最大轉(zhuǎn)速=900，故滾珠絲杠滿足要求。4.1.3.5 值的驗(yàn)算 (33)式中滾珠絲杠的節(jié)圓直徑=15.88，最高轉(zhuǎn)速=900，代入得：70000符合要求。4.1.3.6 基本軸向額定載荷驗(yàn)算。，式中=65N，查參考文獻(xiàn)9得絲杠載荷的靜態(tài)安全系數(shù)=2，查絲杠樣本最大靜載荷=6700，代入式中，故軸向額定載荷滿足要求。4.1.3.7 確定滾珠絲杠的規(guī)格代號(hào)。根據(jù)Z方向進(jìn)給滾珠絲杠校核計(jì)算，確定其為以下型號(hào):型號(hào)FF1204-3,公稱直徑：12mm,導(dǎo)程：4mm,螺紋長(zhǎng)度：165mm,絲杠全長(zhǎng)：220mm,P類3級(jí)精度 FF1204-3/220×1654.1.4 Z方向進(jìn)給電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1.4.1 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， (34)由4.1.2.1 節(jié)查得絲杠最大軸向力=65,導(dǎo)程=4 ,三級(jí)精度的絲杠副效率=0.9，代入式(4.20)得 ：=0.046(Nm)預(yù)加載荷產(chǎn)生的預(yù)緊力矩， (35)由4.1.2.4 節(jié)查得滾珠絲杠預(yù)緊力:=22，代入式(35)得：=0.0033（Nm）4.1.4.2 計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J(g/cm)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (36)由4.1.2.節(jié)查得絲杠全長(zhǎng)L=22(cm),外徑d=1.13(cm),密度=7.85代入式(36