木工雕刻機結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、數(shù)控雕刻機雕刻機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用價值的。本文簡要的介紹了雕刻機的起源和發(fā)展現(xiàn)狀，分析了國內(nèi)外雕刻機的特點，說明了雕刻 機的功能和使用范圍。綜合機械制造和加工工藝等知識，提出了簡化雕刻機運動系統(tǒng)的設(shè)計 思路。其次，討論和確定了本雕刻機的總體結(jié)構(gòu)布局，并詳細的分析了雕刻機的總體布局和 結(jié)構(gòu)方案，以及主運動和進給運動系統(tǒng)的選擇，主運動系統(tǒng)采用電機直接接刀具，省去中間 對主電機的選用、滾珠絲杠、步進電機、以及導軌等主要零部件進行了詳細的設(shè)計與計算。應(yīng)比較大的工藝品的雕刻加工。雕刻機，運動系統(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 雕刻機的概述1 HYPERLINK l _TOC_250035 雕刻機及其發(fā)展現(xiàn)狀1 HYPERLINK l _TOC_250034 雕刻機1 HYPERLINK l _TOC_250033 研制雕刻機的目的和意義3 HYPERLINK l _TOC_250032 雕刻機的特點3 HYPERLINK l _TOC_250031 雕刻機的應(yīng)用領(lǐng)域4 HYPERLINK l _TOC_

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

9、雕刻機的機械結(jié)構(gòu)11 HYPERLINK l _TOC_250021 主運動方案12 HYPERLINK l _TOC_250020 進給運動方案12 HYPERLINK l _TOC_250019 主軸組件15 HYPERLINK l _TOC_250018 第三章 主運動系統(tǒng)的設(shè)計及校核17 HYPERLINK l _TOC_250017 設(shè)計參數(shù)的確定17 HYPERLINK l _TOC_250016 切削力、切削扭矩和切削功率計算17 HYPERLINK l _TOC_250015 銑削力、扭矩和功率的計算18 HYPERLINK l _TOC_250014 鉆削力、扭矩和功率的計算

10、19 HYPERLINK l _TOC_250013 主運動系統(tǒng)的設(shè)計計算20 HYPERLINK l _TOC_250012 主運動系統(tǒng)傳動鏈的組成21 HYPERLINK l _TOC_250011 主軸電動機的設(shè)計計算21 HYPERLINK l _TOC_250010 第四章進給運動系統(tǒng)設(shè)計計算23 HYPERLINK l _TOC_250009 Z 方向進給運動系統(tǒng)組成23 HYPERLINK l _TOC_250008 滾珠絲杠副的設(shè)計計算23當量轉(zhuǎn)速和當量載荷的確定23 HYPERLINK l _TOC_250007 預定額定動載荷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28 HYPERLINK l _TOC_250004 確定滾珠絲杠副支承用軸承型號、規(guī)格29 HYPERLINK l _TOC_250003 滾珠絲桿長度確定29 HYPERLINK l _TOC_250002 滾珠絲桿的校核30 HYPERLINK l _TOC_250001 傳動系統(tǒng)剛度30 HYPERLINK l _TOC_250000 剛度驗算及精度選擇31驗算臨界壓縮載荷錯誤！未找到引用源。32驗算臨界轉(zhuǎn)速錯誤！未找到引用源。33值的驗算33n基本軸向額定載荷驗算3

12、3確定滾珠絲杠的規(guī)格代號33Z方向進給電機的設(shè)計計算34作用在絲杠副上的各種轉(zhuǎn)矩34計算轉(zhuǎn)動慣量錯誤！未找到引用源。34Z軸步進電機啟動轉(zhuǎn)矩計算354. 5 聯(lián)軸器的選擇364. 6 Z 方向直線導軌副的設(shè)計計算364.7 雕刻機設(shè)計參數(shù)的確定38第五章結(jié)論40參考文獻41致謝42 PAGE PAGE 40 頁42 頁第一章引言雕刻機的概述雛形。在我國北宋時期便發(fā)明了活字印刷，夢溪筆談有記:“其法用膠泥刻字，薄為錢唇，每字為一印，火燒令堅”。這里的刻字應(yīng)屬于雕刻的范疇。隨著時代的發(fā) 可堪稱一絕。90年代至今，機械雕刻獲得了前所未有的發(fā)展。從最初的刻字機，刻章機再到商店門前的招牌，乃至很多產(chǎn)品的

13、標識銘牌，可謂雕刻的使用范圍無處不在。雕刻機(Engraving Plotter)，顧名思義就是用機器代替人工進行雕刻的設(shè)備。1950 年“嘉寶”生產(chǎn)出世界20世紀90年代，隨著微電子技術(shù)的突飛猛進，直接推動微型計算機的急劇發(fā)展。2D2.5D3D加工的變革，功能完善、性能穩(wěn)定、造型美觀和價格合理成為雕刻機研制的基本要求。10上?！白哪绝B”在國內(nèi)也有一定的市場，但價格也不菲。為了使雕刻機能夠更廣泛的應(yīng) 用，設(shè)計出一種經(jīng)濟型的雕刻機，所以決定對三維雕刻機進行研制。雕刻機及其發(fā)展現(xiàn)狀雕刻機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、機可分為仿形雕刻機和數(shù)控雕刻機 (采用 CNC程通常需手工完成，周期長、效率低。數(shù)控雕刻機是數(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)控機床。與通用數(shù)控機床類似，數(shù)控雕刻機通過數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)程序代碼控制雕刻機動作，實現(xiàn)雕刻加工的自動化。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、對零件的適應(yīng)性強等顯著優(yōu)勢;同時，借助于專用的雕刻 CAD/CAM 高效率、高精度的有效手段，也是當今雕刻機的發(fā)展主流，廣泛應(yīng)用于機械工業(yè)、廣告?zhèn)髅?、日常消費以及建筑裝演等眾多領(lǐng)域。對象是模具，所以對加工系統(tǒng)的精度要求高;而廣告機加工的是一般是塑膠板或有機玻有特別重要的意義。研制雕刻機的

15、目的和意義建國五十年來，我國的機械工業(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。本課題的研究意義可歸結(jié)為以下三點：第一：理論意義，由于國外的雕刻技術(shù)出現(xiàn)的早，開發(fā)和應(yīng)用的時間比較長，發(fā)展第二：從實際上來看，數(shù)控產(chǎn)品正向高速度、高精度、高效率、多功能及自動化方向發(fā)展，技術(shù)含量越來越高，而我國數(shù)控系統(tǒng)的核心技術(shù)主要來自國外，且自主開發(fā)能所以本課題的研究具有較高的實際意義和經(jīng)濟意義。第三：從對本科生綜合水平的影響來講，本課題涉及到數(shù)控、制圖、計算機繪圖、十分重要的作用。雕刻機的特點械結(jié)構(gòu)，而且減少了由于機械摩擦、磨損、間隙等引起的傳動誤差。數(shù)控雕刻機的主要特點如下:1、自動化

16、程度高。具體的雕刻過程都是數(shù)控雕刻機自動完成的。、產(chǎn)品的尺寸精度高，一致性好。數(shù)控雕刻過程是由計算機控制完成，可以達到、拓展了雕刻領(lǐng)域。只需改變控制程序，數(shù)控雕刻機便可以雕刻浮雕、各種復雜的曲面，支持各種刀具，改善了雕刻表面質(zhì)量，提高了雕刻效率。4、雕刻機都有鉆銑功能，可用于鉆孔、切邊、加工小模具，性價比高。雕刻機的應(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用：標志標牌行業(yè) 如胸牌、桌牌、指示牌、導向牌和大型標示牌。禮品行業(yè)個性化禮品打火機、手表、鋼筆、餐具，可雕刻在偶然性能 及各種紀念牌；圖像雕刻用于紀念性的人像/圖像雕刻。模

17、具行業(yè) 進行小型模具加工。工業(yè)應(yīng)用 各種儀器儀表的刻度盤、部件打標、機器銘牌、操作面板等。建筑模型業(yè) 用于房地產(chǎn)開發(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)品樣品圖雕刻機的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢HPGLG國外較為成熟的雕刻軟件如法國的 GRAVOGRAPH-NEW HERMES 公司的 GravoStyle98 化關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)產(chǎn)品的智能化。國內(nèi)的雕刻機，北京“精雕”、上海“啄木鳥”在國內(nèi)也有一定的市場。發(fā)展趨勢，隨著微電子技術(shù)和機電結(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)在以下幾個主要方面：時間，減少人為干預，穩(wěn)定生產(chǎn)過程，提高生產(chǎn)效率。

18、高速度：提高數(shù)控系統(tǒng)的插補運算和控制速度，高速度直接與高效率相聯(lián)系。實現(xiàn)和驅(qū)動控制具有高速響應(yīng)的特征和響應(yīng)速度的匹配性。監(jiān)測監(jiān)控：通過實時測量反饋，提高系統(tǒng)的控制精度，保證工作質(zhì)量。技術(shù)優(yōu)勢，提高系統(tǒng)性能，降低成本，加快產(chǎn)品開發(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，通過標準接口聯(lián)成系統(tǒng)。通用化：零部件設(shè)計。軟件規(guī)范、接口、通信協(xié)議等產(chǎn)品系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的標準化和選用展，并提高產(chǎn)品的通用性和可維修性。的可靠性，對大批量生產(chǎn)產(chǎn)品達到降低成本的目的。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，建立和利用知識庫適應(yīng)處理并具有自學習功能，在復雜環(huán)境下進行高

19、質(zhì)量高效率的工作。選擇，達到整體優(yōu)化或最佳產(chǎn)品目標。率，可大幅度降低能源消耗。今，已經(jīng)形成了比較成熟的機械結(jié)構(gòu)及其雕刻軟件。三維雕刻機的設(shè)計參數(shù)下表為本雕刻機參數(shù)表X,Y軸雕刻范圍X,Y軸雕刻范圍進給速度工作(mm/s)快速120018001,2,3,5,8,10,15,20,30,40,50,6020,40,60機械精度(mm)0.01Z軸最大行程80進給速度工作0.5,1,2,3,5,8,10(mm/s)快速5,10,15,20,25,30機械精度(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原點精度(mm)0.2定位精度(mm)0.025重復定位精度(mm)0.01工作臺面的平面度(mm)0.03/500橫梁移動的垂直度(mm)0.02/300主軸錐孔中心線的徑向跳動(mm)0.02主軸的軸向竄動(mm)0.01主軸回轉(zhuǎn)中心線對工作臺面的垂直度(mm)0.03刀具上下移動對工作臺面垂直度(mm)0.02雕刻機總體方案選擇總體布局要求雕刻機總體布局的基本要求有以下幾點:1、首先必須滿足如加工范圍、工作精度、生產(chǎn)率和經(jīng)濟性等等各種要求;合理的條件下，盡量采用較短的傳動鏈，以簡化機構(gòu)，提高傳動精度和傳動效率;平；注意防護，確保安全；5、結(jié)構(gòu)簡單，合理可靠，便于加工和裝

21、配。影響雕刻機布局的基本因素1、表面形成運動的影響成方法及運動，以期作出具有較好技術(shù)經(jīng)濟效果的布局設(shè)計。2、雕刻機運動分配的影響對于同一種運動分配的布局，由于導軌的布置和其它結(jié)構(gòu)形式的不同，也將使雕刻機的布局出現(xiàn)變化。在分配雕刻機運動時，一般應(yīng)注意以下幾點:所需電機功率和傳動件的尺寸也越小應(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動及雕刻機部件的運動分配基本相同，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)計法的影響等。通過查閱相關(guān)的文獻資料，雕刻機基本布局形式通常有下圖所示的兩種方案：圖2.1 雕刻機的布局形式這兩種布局都采用龍門式框

22、架結(jié)構(gòu)，雕刻機的剛度均較高。布局(1)方案中，工作臺固定，雕刻頭作橫向和上下移動，立柱作縱向移動。該方整方便。但雕刻頭運動精度較難保證且立柱移動較笨重。布局(2)方案中，立柱固定，雕刻頭作橫向和上下移動，工作臺作縱向移動。由于工作臺移動，承載能力較布局(1)方案差。若設(shè)計所承載的工件較輕，這種布局方式所批量加工時，支點高度相同，故支架支撐調(diào)整方便，但支架結(jié)構(gòu)較布局(1)方案略顯復雜。該方案的最大優(yōu)勢在于雕刻頭運動精度較易保證。機的設(shè)計參數(shù)，采用左圖所示方案。雕刻機運動系統(tǒng)方案設(shè)計本部分著重研究在確定了總體布局型式后對雕刻機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、線導軌的結(jié)構(gòu)型式和參數(shù)、主電機的結(jié)構(gòu)型式和參數(shù)、步進電機的結(jié)構(gòu)型式和參數(shù)、主運動和進給運動的傳遞方式和轉(zhuǎn)速范圍等。坐標系統(tǒng)的確定X Y Z 直角坐標，對相應(yīng)每一個旋轉(zhuǎn)運動符號為A 、B 、C 2. 3 所示。Z 軸為平行于雕刻機主軸的坐標軸，垂直于工件裝夾面。2.2 右手坐標系統(tǒng)2.3 本雕刻機的總體布局和坐標系統(tǒng)的確定三維雕刻機的機械結(jié)構(gòu)該三維雕刻機的機械幾何結(jié)構(gòu)，由以下幾部分組成:1、底座部分作為整機的基礎(chǔ)，承擔整個機體的重量，要求穩(wěn)定堅固。2、工作臺部分T3、橫梁部分容易彎曲變形，在結(jié)構(gòu)仿真和運動仿真中是重要的分析對象:4、機頭部分下運動，主軸組件在加工過程中直接帶動雕刻頭的高速旋轉(zhuǎn)運動

24、。主運動方案雕刻機主運動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帶動主速裝置，既簡單又實用，故采用專用的雕刻機電機。進給運動方案經(jīng)伺服驅(qū)動裝置和機械傳動機構(gòu)驅(qū)動機床橫梁和主軸頭架等執(zhí)行件做工作進給和快速經(jīng)伺服驅(qū)動裝置和機械傳動機構(gòu)驅(qū)動機床橫梁和主軸頭架等執(zhí)行件做工作進給和快速號精確的確定執(zhí)行部件的運動速度和位置以及幾個執(zhí)行部件按一定的運動規(guī)律合成的 軌跡。下面介紹雕刻機進給系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)和電機驅(qū)動，雕刻機的進給運動方式如下: XYX刻頭在直流電機的帶動下做高速旋轉(zhuǎn)，并在Z成就可以得到文字和圖案的輪廓。x2.4 雕刻機X 方向進給圖Y2.5 雕刻機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:1、位置控制功能可預先發(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)送脈沖的不同頻率，得到需要的電機的轉(zhuǎn)速。3、正/反，急停及鎖定功能組中存在電流，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避免了功率的損耗和角度位置的偏差。5、長壽命2.62.6 絲杠與電機軸的連接2.6它的特點有:1、可用于小型、瞬間慣量小和高速轉(zhuǎn)動的場合;2、安裝后無反作用力，而且維護簡單;3、提高絲杠的強度時，跳動不會受到影響;4、依靠鎖緊螺栓施加的摩擦緊固，無需鍵;6、在高速轉(zhuǎn)動時可保持平穩(wěn)。程度上決定數(shù)控機床的剛度、精度與精度保持性。xy求。Z

26、的自鎖來實現(xiàn)。圓形導軌兩端通過螺釘固定在絲杠支架上，并與導軌套形成移動副。如圖2.7 所示2.7 絲杠和圓導軌的支承方式主軸組件度的保持性。削運動。點，因而在現(xiàn)代數(shù)控機床中獲得了愈來愈廣泛的應(yīng)用。本雕刻機由于主軸轉(zhuǎn)速達到24000rmin,所以應(yīng)用電主軸。部件和支承部件的詳細設(shè)計計算及選型過程。設(shè)計參數(shù)的確定3.1h3.1 機械設(shè)計參數(shù)表h項目主軸最高轉(zhuǎn)速參數(shù)n=24000單位r/min最大進給速度工作臺總行程(Y)v3600f1200mm/minmm主軸總行程(X)1800mm主軸總行程(Z)80mm定位精度25m脈沖當量0.01mm使用壽命L 20000hrs切削力、切削扭矩和切削功率計算

27、和高速鋼標準麻花鉆(d0=3mm)進給四種切削方式，使用時間的分配分別是10%，30%，50%，10%。銑削力、扭矩和功率的計算查閱孟少農(nóng)主編的機械加工工藝手冊得表 3.2 左側(cè)的經(jīng)驗公式，由表 9.4-4 取awd0dw10mm。結(jié)合所得數(shù)據(jù)由有機械設(shè)計手冊單行本查表2-20，可選取硬質(zhì)合金莫氏錐柄立d0=10mm，L=92mm，l=22mm，z=3率的計算。代入已知參數(shù)進行簡化，可得到僅與切削深度a 、進給速度v n 有關(guān)pf的計算公式填入表 3.2 右側(cè)。3.2 銑削力、扭矩和功率計算公式的簡化計算公式和參數(shù)選定計算公式和參數(shù)選定計 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)合金立銑刀的對應(yīng)參數(shù)：CxFFF 0.85,wFF 0.73,kFZ1。銑削寬度a(mm) aw(mm) ,進給速度vp a zn(mm/min)，f銑削速度vdn /1000(m / min) ，d0 銑刀外徑(mm), af 每齒進給量(mm/z)，z n銑刀轉(zhuǎn)速(r /min) 。將切削深度ap、進給速度vf和銑刀轉(zhuǎn)速 n 的變量代入分別計算，得到計算結(jié)果，

29、另選絲杠轉(zhuǎn)速錯誤！未找到引用源。初選絲杠導程錯誤！未找到引用源。將四種切削方式下的切削深度錯誤！未找到引用源。、進給速度錯誤！未找到引用源。 n 3.33.3 銑削力、扭矩和功率的計算切削方式工作時間參數(shù)計算結(jié)果f絲Z強力切削10%37208000180f絲Z強力切削10%372080001802641.321.10一般切削30%1.5135015000337.51440.721.23精細切削50%0.5180020000450500.250.52快速進給10%3600900000鉆削力、扭矩和功率的計算vf的計算公式，如下表 3.4 所示。3.4 鉆削力、扭矩和功率的計算公式的簡化n計算公式

30、和參數(shù)選定計算公式和參數(shù)選定計 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進給量mm/rn鉆頭轉(zhuǎn)速r/min）。將進給速度v和f0果較小，忽略不計。切削方式工作時間百分比t%切削方式工作時間百分比t%參數(shù)計 算 結(jié) 果vfnn絲FzMPm強力切削10%3008000751810.20.16一般切削30%480150001201620.170.255精細切削50%600200001501550.160.336

31、快速進給10%9000225000n絲n絲vf/ P (r / min)P 4(mmvhhf進給速度(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)。主運動系統(tǒng)的設(shè)計計算本節(jié)主要設(shè)計主運動系統(tǒng)中的電主軸，以確定它們的型號和參數(shù)。數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)除應(yīng)滿足普通機床主傳動的要求外，還提出以下要求：具有更大的調(diào)速范圍，并實現(xiàn)無級變速。數(shù)控機床就要為了保證加工時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。對于自動換刀的數(shù)控機床，工序集中，主運動的調(diào)速范圍還應(yīng)進一步擴

32、大。理的支撐跨距等，以提高主軸組件的剛性。嚴重時甚至破壞刀具或零件，是加工無法順利進行。軸組件的動剛度取決于主軸的當量靜剛度、阻尼比及固有頻率等參數(shù)。的配合間隙，并進行循環(huán)潤滑保持熱平衡等措施來實現(xiàn)。主運動系統(tǒng)傳動鏈的組成電機直接驅(qū)動主軸是精密機床、高速加工中心和數(shù)控車床常用的一種驅(qū)動形式。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，采用異步電動機軸通過聯(lián)合器直接驅(qū)動主軸，機床可通過改變電動機磁極對數(shù)來實現(xiàn)變速；轉(zhuǎn)速小于 8000rmin 的主軸，可采用變頻調(diào)速電動機直接驅(qū)動；高速主軸，可將電動機與主軸做成一體，即內(nèi)裝電動機主軸，轉(zhuǎn)子軸就是主軸，所以本雕刻機選用電

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

34、426 油脂4/3.02400038009400第五章雕刻機的進給運動分為三個部分：主軸的上下移動，主軸的左右移動和橫梁的前后移動。它們的設(shè)計沒有什么很大的區(qū)別，因此可以通過對其中一個方向上的設(shè)計來勾勒出我們在移動部分的設(shè)計方案，現(xiàn)在以主軸部件為例，著重設(shè)計計算進給運動傳動鏈中進給電動機，同步帶和帶輪，滾珠絲杠和直線導軌，以確定它們的規(guī)格型 號及參數(shù)，來滿足在機械加工過程中的各種切削加工要求。Z 方向進給運動系統(tǒng)組成4.1 所示4.1 Z滾珠絲杠副的設(shè)計計算當量轉(zhuǎn)速和當量載荷的確定 查3.2節(jié)計算結(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軌摩擦力以及鉆削力,即錯誤！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,由于重心與導軌不在一線上,所以對導軌產(chǎn)生扭矩,導軌的受力如簡圖4.3,兩導軌的中心距離a=90mm，重心與絲杠的水平距離錯誤！未找到引用源。 67.5mm,軸向切削力與絲杠的水平距離錯誤！未找到引用源。 67.5mm.手冊中導軌章節(jié)得此類裝法對導軌的作用力圖4.3 Z方向?qū)к壥芰唸D作用在導軌上的摩擦力錯誤！未找到引用源。(4.2)將式（4.3）代入式（4.1）得（4.3）錯誤！未找到引用源。 （4.4）動摩擦系數(shù)理論上為0.01,但實際應(yīng)用中由于安裝平行度，為消除間隙采取的預緊，

36、回珠（在高速時體現(xiàn)），內(nèi)外滾道一致性等因素不可控性太強。常常大于理論值很多。所以動摩擦系數(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：當量轉(zhuǎn)速錯誤！未找到引用源。當量轉(zhuǎn)速計算公式為錯誤！未找到引用源。(4.5)四種切削方式的使用時間占總使用時間的百分比與絲杠轉(zhuǎn)速分別為：（4.5）得當量載荷錯誤！未找到引用源。當量載荷計算公式為錯誤！未找到引用源。(4.6)以上計算結(jié)果代入式（4.6）得預定額定動載荷動載荷計算公式為錯誤！未找到引用源。 (4.7

37、)查機床設(shè)計手冊第四冊表9，輕微沖擊取負載性質(zhì)系數(shù)錯誤！未找到引用源。，查表7，按7級精度錯誤！未找到引用源。,查表8，按可靠性錯誤！未找到引用源。取可靠 性系數(shù)錯誤！未找到引用源。,當量載荷錯誤！未找到引用源。,當量轉(zhuǎn)速錯誤！未找到 引用源。,根據(jù)設(shè)計要求,本雕刻機預期工作時間錯誤！未找到引用源。代入式（4.7）得2)擬采用預緊滾珠絲杠副，按最大負載錯誤！未找到引用源。計算：錯誤！未找到引用源。 (4.8)查機床設(shè)計手冊第四冊表10，輕預載取錯誤！未找到引用源。代入式（4.8）得取兩種結(jié)果的大值，則錯誤！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誤！未找到引

38、用源。錯誤！未找到引用源。的重復定位精度，故錯誤！未找到引用源。 又錯誤！未找到引用源。的定位精度，故錯誤！未找到引用源。取兩種結(jié)果的小值。估算最小螺紋底徑錯誤！未找到引用源。錯誤！未找到引用源。 (4.9)因采用的是一端固定，一端游動的安裝方式，故式中L 1.1 1.2行程+10 14導程,初定Z方向的行程為200mm 導程=4mm代入L mm導軌靜摩擦力錯誤！未找到引用源。代入式（4.9）錯誤！未找到引用源。=2.5初選滾珠絲杠副的規(guī)格代號1)初選內(nèi)循環(huán)浮動式法蘭，直筒型墊片預緊螺母，型號代碼為 GY,導程錯誤！未找到引用源。2）由計算出的錯誤！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緊力錯誤！未找到引用源。錯誤！未找到引用源。而且 Fmax F 181N1故錯誤！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)格代號公稱公稱絲杠鋼球循環(huán)基本額定載荷剛度直徑導程外徑直徑圈數(shù)動載荷靜載荷(mm)(mm)(mm) （mm）(mm)GY1204DS12411.32.38122.526005800208確定滾珠絲杠副支承用軸承型號、規(guī)格軸承類型選擇依據(jù)力，另外,使用直線運動球軸承有以下的優(yōu)點：由于流動接觸可使起動磨擦阻力及動磨擦阻力為極小，因此可以節(jié)省能源，

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

41、到引用源。錯誤！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（1）絲杠螺紋長度錯誤！未找到引用源。錯誤！未找到引用源。查文獻得余程錯誤！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，絲杠全長錯誤！ 未找到引用源。,行程起點距支撐距離錯誤！未找到引用源。滾珠絲桿的校核傳動系統(tǒng)剛度絲杠抗壓剛度錯誤！未找到引用源。由于本絲杠采用一端固定另一端游動,如下圖 4.54.5 安裝示意圖絲杠抗壓剛度計算公式：錯誤！未找到引用源。(4.12)由節(jié)查得絲杠底徑， 行程起點距固定點支承距離錯誤！未找到引用源。，代入

42、式(4.12)分別得絲杠支承副的剛度錯誤！未找到引用源。提供了軸向力。故按參考文獻內(nèi)的推力軸承剛度公式計算。支承副的剛度錯誤！未找到引用源。(4.13)式中滾動體直徑錯誤！未找到引用源。，滾子數(shù)錯誤！未找到引用源。，最大軸向 載荷錯誤！未找到引用源。代入式(4.13)得錯誤！未找到引用源。絲杠滾珠和滾道的接觸剛度接觸剛度錯誤！未找到引用源。(4.14)額定剛度錯誤！未找到引用源。，動載荷錯誤！未找到引用源。，滾珠絲杠副的預緊力 ，代入式（4.14）得3K2081060/03C128N / m剛度驗算及精度選擇1)最小實際系統(tǒng)剛度錯誤！未找到引用源。(4.15)最大實際系統(tǒng)剛度錯誤！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誤！未找到引用源。，接觸剛度錯誤！未找到引用源。，分別代入式（4.15）（4.16）得Kmin11 148 1128 26N / mK153N /mmax1522 1108 11282) 驗算傳動系統(tǒng)剛度錯誤！未找到引用源。靜摩擦力錯誤！未找到引用源。錯誤！未找到引用源。設(shè)計要求系統(tǒng)剛度錯誤！未找到引用源。故實際系統(tǒng)剛度滿足要求。3）根據(jù)參考文獻10中表17-44,有定位精度的數(shù)控機械和精密機械可參考選用三四級精度驗算臨界壓縮載荷錯誤！未找到引用源。臨界壓縮載荷錯誤！未找到引用源。查參考文獻8垂直安裝的安全系數(shù)錯誤！未找到引用源

44、。,一端固定一端游動的支承系 數(shù)錯誤！未找到引用源。查 4.2.5 節(jié)與 4.2.6 節(jié)得絲杠底徑錯誤！未找到引用源。,兩支承距離錯誤！未找到引用源。代入式(4.17)得9.54F 0.52105 8367N9.54C3122遠大于最大負載，故滿足要求。驗算臨界轉(zhuǎn)速錯誤！未找到引用源。臨界轉(zhuǎn)速計算公式：錯誤！未找到引用源。(4.18)式中f 是與以一端固定一端游動的安裝方式有關(guān)的系數(shù)，查表參考文獻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值的驗算n式中滾珠絲杠的節(jié)圓直徑錯誤！未找到引用源。，最高轉(zhuǎn)速錯誤！未找到引用源。代入 得

45、符合要求?；据S向額定載荷驗算FBmax F 181N ,查參考文獻得絲杠載荷的靜態(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)格代號根據(jù)Z : 型號GY1204DS,公稱直徑：12mm,導程：4 mm, 螺紋長度：270mm,絲杠全長：360mm, P 3 級精度。Z 方向進給電機的設(shè)計計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，三級精度的絲杠副效率=0.9錯誤！未找到引用源。得T1814103 0.128NmF23.140.9預加載荷產(chǎn)生的預緊力矩4.2.4錯誤！未找到引用源。得10.921030.009NmP23.140.92計算轉(zhuǎn)動慣量錯誤！未找到引用源。負載轉(zhuǎn)動慣量錯誤！未找到引用源。(1)絲杠的轉(zhuǎn)動慣量由 4.2.6 節(jié)查得絲杠全長錯誤！未找到引用源。代入式(4.22)得絲杠轉(zhuǎn)動慣量1J3.14367.851.134 45.21絲32g.cm2 回轉(zhuǎn)件總轉(zhuǎn)動慣量公式為從 4.2.1 節(jié)查得錯誤！未找到引用源。代入式(4.23)得錯誤！未找到引用源。直線運動件的轉(zhuǎn)動慣量初步估計主軸部件重量錯誤！未找到