【終稿全套】雕刻機(jī)運動系統(tǒng)的設(shè)計-三維雕刻機(jī)傳動系統(tǒng)【7張CAD圖紙】

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橫梁在底座上移動(Y向)，實現(xiàn)雕刻長度;主軸組件上下移動(Z向)，實現(xiàn)雕刻深度。其中橫梁移動是靠滾珠絲杠來實現(xiàn)的。滾珠絲杠副具有以下特點:傳動效率高達(dá)85%一98%。運動平穩(wěn)，啟動無顫動低速無爬行。正傳動與逆?zhèn)鲃拥膫鲃有蕩缀跸嗤?。可預(yù)緊。定位精度和重復(fù)定位精度高。同步性好。使用壽命長。使用可靠，潤滑簡單，維修方便。因此各運動鏈中傳動件均采用滾珠絲杠副。步進(jìn)電機(jī)通過同步帶和滾珠絲杠副連接，可選擇合適的傳動比和隔斷電機(jī)振動，使保證運動的傳遞平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)較為緊湊。由于滾動直線導(dǎo)軌副具有以下特點,因此各運動鏈中支承件均采用該導(dǎo)軌。摩擦系數(shù)小，運動靈活。動、靜摩擦系數(shù)基本相同，因而啟動阻力小，且不易發(fā)生爬行?？梢灶A(yù)緊，剛度高。壽命長。定位精度和重復(fù)定位精度高。使用可靠，潤滑方便。(4).加工刀具方案加工非金屬的刀具與標(biāo)準(zhǔn)刀具在參數(shù)上有較大不同，因此需要自制或外購。一般情況下，雕刻刀按刀尖角可分為15度刀、20度刀、30度刀、45度刀和成型刀及直柄立銑刀和直柄球面銑刀，用戶可根據(jù)實際加工的需要進(jìn)行選用。刀具按材質(zhì)可分為高速鋼刀具、硬質(zhì)合金刀具和金剛石刀具，以滿足加工不同材質(zhì)工件的需要。刀具的安裝采用主軸前端用彈性夾頭夾持的方法傳遞扭矩，不同夾持直徑的刀具可更換與之配套的彈性夾頭4。(5).加工材料固定方案雕刻機(jī)的工作臺面上兩邊有參考標(biāo)尺用作參考，當(dāng)在臺面中放置工件時使之與零點絕對坐標(biāo)軸相應(yīng)平行。工作臺面上還設(shè)計有多條T型槽，對于較小和較輕的工件可用雙面膠帶將之粘貼在工作臺平面上即可;對于較大和較重的工件，可用專用的夾持器或壓板將之固定。專用的夾持器或壓板的壓緊塊部分用非金屬材料制造，避免誤動作時對刀具和主軸造成危害。(6).其它將控制箱內(nèi)置，節(jié)省整機(jī)空間，同時采用抽屜式，方便調(diào)試和維修;急停開關(guān)和操作面板分別置于雕刻機(jī)前端的左右兩側(cè)，方便用戶的操作使用3。本設(shè)計主要是確定總體布局、主運動方案、進(jìn)給運動方案、加工刀具固定方案以及材料固定方案等方案。參考文獻(xiàn)：1 張 昱. 三維機(jī)械雕刻機(jī)的研制C.合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2002.2 張昱，劉志鋒.經(jīng)濟(jì)型三維機(jī)械雕刻機(jī)的開發(fā)J。機(jī)械制造與研究.2006.3 夏長植, 居榮華, 張一寧. FTDK5416雕刻機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計J. 包裝與食品機(jī)械 , 2002,(01) 4 李元強(qiáng), 那明君, 楊曉麗, 張惠友. 仿形雕刻機(jī)的設(shè)計J. 農(nóng)機(jī)化研究 , 2004,(04) 5 王波. 龍門式雕刻機(jī)Z向機(jī)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計研究D南京理工大學(xué) , 20072. 選題依據(jù)、主要研究內(nèi)容、研究思路及方案選題依據(jù)、主要研究內(nèi)容 ：隨著雕刻機(jī)的應(yīng)用日益廣泛，市場需求量越來越大，然而日前市場上的雕刻機(jī)價格太高，從而影響了雕刻機(jī)的普及，因此，本設(shè)計主要目的是研究一種小型的經(jīng)濟(jì)型雕刻機(jī)。主要研究的內(nèi)容是確定總體結(jié)構(gòu)、主運動方案、進(jìn)給運動方案、加工刀具方案、加工材料固定方案等等。研究思路及方案：本設(shè)計主要就是確定總體布局的型式、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)、主運動和進(jìn)給運動的傳遞方式和轉(zhuǎn)速范圍等。為了解決這些問題，首先是收集或查閱雕刻機(jī)運動系統(tǒng)相關(guān)資料，然后對雕刻機(jī)運動系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計及計算，接著完成雕刻機(jī)的裝配圖、運動系統(tǒng)部件圖和刀夾部件圖及相關(guān)零件圖，最后編寫一篇設(shè)計說明書。3.工作進(jìn)度及具體安排第七學(xué)期 1619周 收集資料、文獻(xiàn)綜述、開題報告第八學(xué)期 13 周 總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計、外文翻譯 48 周 雕刻機(jī)設(shè)計，主要零部件設(shè)計 911 周 完成相關(guān)零部件圖紙繪制1213周 設(shè)計修改完善 1415周 撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書4.指導(dǎo)教師意見指導(dǎo)教師： 年 月 日 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計摘 要雕刻機(jī)制作工藝日漸成熟，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)識銘牌，可謂雕刻的使用范圍無處不在。但雕刻機(jī)的價格均比較高,為了提高其普及率,設(shè)計開發(fā)一個經(jīng)濟(jì)、簡練的機(jī)械運動系統(tǒng)是很具有重要的理論意義和實用價值的。本文簡要地介紹了雕刻機(jī)的起源和發(fā)展現(xiàn)狀，分析了國內(nèi)外同類雕刻機(jī)的特點，說明了雕刻機(jī)的功能和使用范圍。綜合運用機(jī)械設(shè)計制造和加工工藝等知識，提出了簡化雕刻機(jī)運動系統(tǒng)的設(shè)計思路。其次，討論和確定了本雕刻機(jī)的總體結(jié)構(gòu)布局。本雕刻的運動系統(tǒng)包括了主運動系統(tǒng)和進(jìn)給運動系統(tǒng)。其主運動系統(tǒng)采用電機(jī)直接接刀具，省去中間傳動，而進(jìn)給運動系統(tǒng)是采用步進(jìn)電機(jī)帶動滾珠絲杠使部件在導(dǎo)軌上平移來實現(xiàn)三軸聯(lián)動。再次，對主電機(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)計與計算。本雕刻機(jī)有著安裝方便，結(jié)構(gòu)簡單、新穎，制造成本低等優(yōu)點，可用于中小型雕刻機(jī)，對雕刻機(jī)價格具有一點的影響。關(guān)鍵詞：雕刻機(jī)，運動系統(tǒng)，三維ABSTRACTProduction technology of engraving machine has become mature and widely been used in many fields. The sculpture technology is used in the construction of the building decoration, small signs in front of the store, many products and logo nameplate. But the price of engraving machine is high; to be able to increase its penetration rate, design a mechanical system which is cheaper and brevity has a very important theoretical and practical value.This article briefly introduced the origin and the state-of-the art of the engraving machine, analysed the similar characteristics of sculpture both at home and abroad, explained the functions and scope of use of the engraving machine. Firstly,a motion system design ideas was got by comprehensive using the knowledge such as mechanical design and manufacturing and processing technology. Secondly, the carving of the layout of the engraving machine are discussed and identified. The movement system of the sculpture, including the main movement system and feed movement.The main campaign directly to the electrical system used knives, eliminating the middle transmission, and the Progressive Movement system is used to the stepper motor driven ball screws so that components in the rails On the pan to achieve three-axis linkage. Finally, Selection of the main motor, ball screw, the stepper motor and rails, and other major components of a detailed are designed and calculationed. The engraving machine is easy to install, simple structure, new, and low cost manufacturing, can be used for small and medium-sized carving machine, the engraving machine with little impact on prices.Key words: engraving machines, motor system, 3D目 錄摘 要- 0 -目 錄- 2 -第一章 緒論- 4 -1.1 雕刻機(jī)的概述- 4 -1.2設(shè)計研制的雕刻機(jī)的特點- 4 -1.3研制的雕刻機(jī)功能及使用范圍：- 5 -第二章 系統(tǒng)分析與方案的訂制- 6 -2.1三維雕刻機(jī)的設(shè)計參數(shù)- 6 -2.2雕刻機(jī)總體方案選擇- 7 -2.2.1總體布局要求2- 7 -2.2.2總體方案確定- 8 -2.3雕刻機(jī)運動系統(tǒng)方案設(shè)計- 8 -2.3.1坐標(biāo)系統(tǒng)的確定2- 9 -2.3.2總體結(jié)構(gòu)- 10 -2.3.3主運動方案- 10 -2.3.4進(jìn)給運動方案- 10 -第三章 主運動系統(tǒng)的設(shè)計及校核- 11 -3.1銑削力、扭矩和功率的計算34- 11 -3.2鉆削力、扭矩和功率的計算5- 12 -3.3主運動系統(tǒng)的設(shè)計- 14 -3.3.1主運動系統(tǒng)的方案6- 14 -3.3.2主軸電機(jī)的設(shè)計計算67- 14 -第四章 進(jìn)給運動系統(tǒng)設(shè)計計算- 16 -4.1 Z方向進(jìn)給運動系統(tǒng)設(shè)計- 16 -4.1.1 Z方向進(jìn)給運動系統(tǒng)組成- 16 -4.1.2滾珠絲杠副的設(shè)計計算8910- 16 -4.1.3滾珠絲桿的校核- 21 -4.1.4 Z方向進(jìn)給電機(jī)的設(shè)計計算11- 24 -4.1. 5聯(lián)軸器的選擇- 25 -4.1. 6 Z方向直線導(dǎo)軌副的設(shè)計計算12- 26 -4.2 X方向進(jìn)給運動系統(tǒng)設(shè)計- 27 -4.2.1 X方向進(jìn)給運動系統(tǒng)組成- 27 -4.2.2滾珠絲杠副的設(shè)計計算8910- 28 -4.2.3滾珠絲桿的校核- 31 -4.2.4 X方向進(jìn)給電機(jī)的設(shè)計計算11- 33 -4.2.5聯(lián)軸器的選擇- 35 -4.2.6X方向直線導(dǎo)軌副的設(shè)計計算12- 35 -4.3 Y方向進(jìn)給運動系統(tǒng)設(shè)計- 36 -4.3.1 Y方向進(jìn)給運動系統(tǒng)組成- 36 -4.3.2滾珠絲杠副的設(shè)計計算8910- 36 -4.3.3滾珠絲桿的校核- 39 -4.3.4 Y方向進(jìn)給電機(jī)的設(shè)計計算11- 42 -4.3.5聯(lián)軸器的選擇- 43 -4.3.6Y方向直線導(dǎo)軌副的設(shè)計計算12- 43 -4.4 雕刻機(jī)設(shè)計參數(shù)的確定- 44 -結(jié) 論- 45 -參考文獻(xiàn)- 46 -致 謝- 47 -本科畢業(yè)設(shè)計（論文）資料- 48 -大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）過程管理資料本科畢業(yè)設(shè)計中期報告填表日期： 年 月 日學(xué)院 班級 學(xué)生姓名 課題名稱：雕刻機(jī)運動系統(tǒng)的設(shè)計課題主要任務(wù)：1. 雕刻機(jī)的選型、設(shè)計及計算2. 主要參數(shù)的設(shè)計及計算3. 繪制雕刻機(jī)的裝配圖、運動系統(tǒng)部件圖及相關(guān)零件圖。1、簡述開題以來所做的具體工作和取得的進(jìn)展或成果通過對文獻(xiàn)資料的閱讀，已經(jīng)得出總體設(shè)計方案、完成編寫了大部分設(shè)計說明書，并繪制出雕刻機(jī)的總裝配圖及Z軸、X軸和Y軸的運動部件部件裝配圖。2、下一步的主要研究任務(wù)，具體設(shè)想與安排對各軸受力進(jìn)行設(shè)計校核；修改完善設(shè)計說明書；繪制所有設(shè)計圖紙，包括雕刻機(jī)的裝配圖、運動系統(tǒng)部件圖及相關(guān)零件圖；3、存在的具體問題絲杠，導(dǎo)軌及聯(lián)軸器的校核的力學(xué)問題。關(guān)于零件材料選擇問題。零件圖的尺寸的科學(xué)表達(dá)和裝配圖的配合問題。4、指導(dǎo)教師對該生前期研究工作的評價指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 畢業(yè)設(shè)計（論文）指導(dǎo)教師評閱表學(xué)院（部）： 機(jī)械工程學(xué)院 學(xué)生姓名 學(xué) 號 班 級 專 業(yè) 指導(dǎo)教師姓 名 課題名稱雕刻機(jī)運動系統(tǒng)的設(shè)計評語：（包括以下方面，學(xué)習(xí)態(tài)度、工作量完成情況；檢索和利用文獻(xiàn)能力、計算機(jī)應(yīng)用能力；學(xué)術(shù)水平或設(shè)計水平、綜合運用知識能力和創(chuàng)新能力；）是否同意參加答辯：是 否指導(dǎo)教師評定成績分值：指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計（論文）評閱教師評閱表學(xué)院（部）： 學(xué)生姓名 學(xué) 號 班 級 專 業(yè)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化課題名稱雕刻機(jī)運動系統(tǒng)的設(shè)計評語：（對論文學(xué)術(shù)評語，包括選題意義；文獻(xiàn)利用能力；所用資料可靠性；創(chuàng)新成果及寫作規(guī)范化和邏輯性）針對課題內(nèi)容給設(shè)計者（作者）提出3個問題，作為答辯時參考。1.2.3.評 分：是否同意參加答辯是 否評閱人簽名： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯及最終成績評定表學(xué)院（部）（公章）： 學(xué)生姓名 學(xué)號 班 級 答辯日期課題名稱雕刻機(jī)運動系統(tǒng)的設(shè)計指導(dǎo)教師 成 績 評 定分值評 定教師1教師2教師3教師4教師5小計課題介紹思路清晰，語言表達(dá)準(zhǔn)確，概念清楚，論點正確，實驗方法科學(xué)，分析歸納合理，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)，設(shè)計（論文）有應(yīng)用價值。30答辯表現(xiàn)思維敏捷,回答問題有理論根據(jù)，基本概念清楚，主要問題回答準(zhǔn)確、深入,知識面寬。70合 計100答 辯 評 分分值：答辯小組長簽名：答辯成績a： 指導(dǎo)教師評分分值：指導(dǎo)教師評定成績b： 評閱教師評分分值：評閱教師評定成績c： 最終評定成績： 分?jǐn)?shù)： 等級：答辯委員會主任簽名： 年 月 日說明：最終評定成績a+b+c，三個成績的百分比由各學(xué)院（部）自己確定。5大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計摘 要雕刻機(jī)制作工藝日漸成熟，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)識銘牌，可謂雕刻的使用范圍無處不在。但雕刻機(jī)的價格均比較高,為了提高其普及率,設(shè)計開發(fā)一個經(jīng)濟(jì)、簡練的機(jī)械運動系統(tǒng)是很具有重要的理論意義和實用價值的。本文簡要地介紹了雕刻機(jī)的起源和發(fā)展現(xiàn)狀，分析了國內(nèi)外同類雕刻機(jī)的特點，說明了雕刻機(jī)的功能和使用范圍。綜合運用機(jī)械設(shè)計制造和加工工藝等知識，提出了簡化雕刻機(jī)運動系統(tǒng)的設(shè)計思路。其次，討論和確定了本雕刻機(jī)的總體結(jié)構(gòu)布局。本雕刻的運動系統(tǒng)包括了主運動系統(tǒng)和進(jìn)給運動系統(tǒng)。其主運動系統(tǒng)采用電機(jī)直接接刀具，省去中間傳動，而進(jìn)給運動系統(tǒng)是采用步進(jìn)電機(jī)帶動滾珠絲杠使部件在導(dǎo)軌上平移來實現(xiàn)三軸聯(lián)動。再次，對主電機(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)計與計算。本雕刻機(jī)有著安裝方便，結(jié)構(gòu)簡單、新穎，制造成本低等優(yōu)點，可用于中小型雕刻機(jī)，對雕刻機(jī)價格具有一點的影響。關(guān)鍵詞：雕刻機(jī)，運動系統(tǒng)，三維ABSTRACTProduction technology of engraving machine has become mature and widely been used in many fields. The sculpture technology is used in the construction of the building decoration, small signs in front of the store, many products and logo nameplate. But the price of engraving machine is high; to be able to increase its penetration rate, design a mechanical system which is cheaper and brevity has a very important theoretical and practical value.This article briefly introduced the origin and the state-of-the art of the engraving machine, analysed the similar characteristics of sculpture both at home and abroad, explained the functions and scope of use of the engraving machine. Firstly,a motion system design ideas was got by comprehensive using the knowledge such as mechanical design and manufacturing and processing technology. Secondly, the carving of the layout of the engraving machine are discussed and identified. The movement system of the sculpture, including the main movement system and feed movement.The main campaign directly to the electrical system used knives, eliminating the middle transmission, and the Progressive Movement system is used to the stepper motor driven ball screws so that components in the rails On the pan to achieve three-axis linkage. Finally, Selection of the main motor, ball screw, the stepper motor and rails, and other major components of a detailed are designed and calculationed. The engraving machine is easy to install, simple structure, new, and low cost manufacturing, can be used for small and medium-sized carving machine, the engraving machine with little impact on prices.Key words: engraving machines, motor system, 3D目 錄摘 要- 0 -目 錄- 2 -第一章 緒論- 4 -1.1 雕刻機(jī)的概述- 4 -1.2設(shè)計研制的雕刻機(jī)的特點- 4 -1.3研制的雕刻機(jī)功能及使用范圍：- 5 -第二章 系統(tǒng)分析與方案的訂制- 6 -2.1三維雕刻機(jī)的設(shè)計參數(shù)- 6 -2.2雕刻機(jī)總體方案選擇- 7 -2.2.1總體布局要求2- 7 -2.2.2總體方案確定- 8 -2.3雕刻機(jī)運動系統(tǒng)方案設(shè)計- 8 -2.3.1坐標(biāo)系統(tǒng)的確定2- 9 -2.3.2總體結(jié)構(gòu)- 10 -2.3.3主運動方案- 10 -2.3.4進(jìn)給運動方案- 10 -第三章 主運動系統(tǒng)的設(shè)計及校核- 11 -3.1銑削力、扭矩和功率的計算34- 11 -3.2鉆削力、扭矩和功率的計算5- 12 -3.3主運動系統(tǒng)的設(shè)計- 14 -3.3.1主運動系統(tǒng)的方案6- 14 -3.3.2主軸電機(jī)的設(shè)計計算67- 14 -第四章 進(jìn)給運動系統(tǒng)設(shè)計計算- 16 -4.1 Z方向進(jìn)給運動系統(tǒng)設(shè)計- 16 -4.1.1 Z方向進(jìn)給運動系統(tǒng)組成- 16 -4.1.2滾珠絲杠副的設(shè)計計算8910- 16 -4.1.3滾珠絲桿的校核- 21 -4.1.4 Z方向進(jìn)給電機(jī)的設(shè)計計算11- 24 -4.1. 5聯(lián)軸器的選擇- 25 -4.1. 6 Z方向直線導(dǎo)軌副的設(shè)計計算12- 26 -4.2 X方向進(jìn)給運動系統(tǒng)設(shè)計- 27 -4.2.1 X方向進(jìn)給運動系統(tǒng)組成- 27 -4.2.2滾珠絲杠副的設(shè)計計算8910- 28 -4.2.3滾珠絲桿的校核- 31 -4.2.4 X方向進(jìn)給電機(jī)的設(shè)計計算11- 33 -4.2.5聯(lián)軸器的選擇- 35 -4.2.6X方向直線導(dǎo)軌副的設(shè)計計算12- 35 -4.3 Y方向進(jìn)給運動系統(tǒng)設(shè)計- 36 -4.3.1 Y方向進(jìn)給運動系統(tǒng)組成- 36 -4.3.2滾珠絲杠副的設(shè)計計算8910- 36 -4.3.3滾珠絲桿的校核- 39 -4.3.4 Y方向進(jìn)給電機(jī)的設(shè)計計算11- 42 -4.3.5聯(lián)軸器的選擇- 43 -4.3.6Y方向直線導(dǎo)軌副的設(shè)計計算12- 43 -4.4 雕刻機(jī)設(shè)計參數(shù)的確定- 44 -結(jié) 論- 45 -參考文獻(xiàn)- 46 -致 謝- 47 -本科畢業(yè)設(shè)計（論文）資料- 48 -第一章 緒論1.1 雕刻機(jī)的概述雕刻可以追溯到遠(yuǎn)古時期，母系氏族時期的半坡氏族的“人面網(wǎng)紋盆”便是雕刻的雛形。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)展，我國的雕刻藝術(shù)日益精深，玉雕、象牙雕、紅木雕、篆刻泥人雕等手工雕刻技術(shù)都可堪稱一絕。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)識銘牌，可謂雕刻的使用范圍無處不在。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。1938年世界第一臺手動雕刻機(jī)在法國“嘉寶”問世，1950年“嘉寶”生產(chǎn)出世界第一臺真正意義的電動、可縮放比例的手動雕刻機(jī)。隨后美國、日本和法國等國也開始研制。20世紀(jì)90年代，隨著微電子技術(shù)的突飛猛進(jìn)，直接推動微型計算機(jī)的急劇發(fā)展。微電子技術(shù)和微型計算機(jī)技術(shù)帶動整個高技術(shù)群體飛速發(fā)展，從而使雕刻機(jī)產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。雕刻機(jī)完成了從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(jī)研制的基本要求。國外的雕刻機(jī)，如美國“雕霸”、法國“嘉寶”和日本“御牧”是此行業(yè)的佼佼者，但價格非常昂貴。不管大小都在10萬圓人民幣以上;近幾年國內(nèi)的雕刻機(jī)，北京“精雕”、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(jī)能夠更廣泛的應(yīng)用，設(shè)計出一種經(jīng)濟(jì)型的雕刻機(jī)，所以決定對三維雕刻機(jī)進(jìn)行研制1。1.2設(shè)計研制的雕刻機(jī)的特點本雕刻機(jī)是一種典型的機(jī)電一體化設(shè)備，由于本人學(xué)的是機(jī)械設(shè)計，只對機(jī)械部分進(jìn)行設(shè)計，本設(shè)計簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高精度。主要措施是采用電機(jī)直接接刀具來實現(xiàn)主運動系統(tǒng)、步進(jìn)電機(jī)直接與滾珠絲杠連接，從而省去了機(jī)械運動鏈，這不但簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，而且減少了由于機(jī)械摩擦、磨損、間隙等引起的傳動誤差。1.3研制的雕刻機(jī)功能及使用范圍：雕刻機(jī)可以完成切（Cutting）、刻（Engraving）、雕（Carving & Molding）,現(xiàn)主要在以下方面得到了廣泛的運用：1) 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。2) 禮品行業(yè)個性化禮品打火機(jī)、手表、鋼筆、餐具，可雕刻在偶然性能想象到的所有個人用品上；廣告禮品啟瓶器、金屬名片、鑰匙鏈等，所有用于贈送的小禮品和企業(yè)特殊禮品作為廣告宣傳之用；獎品、紀(jì)念品各種獎杯、獎牌、獎盤及各種紀(jì)念牌；圖像雕刻用于紀(jì)念性的人像/圖像雕刻。3) 模具行業(yè) 進(jìn)行小型模具加工。4) 工業(yè)應(yīng)用 各種儀器儀表的刻度盤、部件打標(biāo)、機(jī)器銘牌、操作面板等。5) 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。6) 其他商業(yè)應(yīng)用 印章等物品的雕刻。以下是幾種產(chǎn)品的樣品圖：圖1.1 幾種雕刻產(chǎn)品的樣品圖第二章 系統(tǒng)分析與方案的訂制2.1三維雕刻機(jī)的設(shè)計參數(shù)下表為本設(shè)計雕刻機(jī)的參數(shù)表表2.1 雕刻機(jī)參數(shù)表規(guī)格型號X,Y軸雕刻范圍600800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90進(jìn)給速度(mm/s)工作0.5,1,2,3,5,8,10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)0.022.2雕刻機(jī)總體方案選擇2.2.1總體布局要求2雕刻機(jī)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(jì)性等等各種要求。(2)確保實現(xiàn)既定工藝方法所要求的工件和刀具的相對位置與相對運動。在經(jīng)濟(jì)、合理的條件下，盡量采用較短的傳動鏈，以簡化機(jī)構(gòu)，提高傳動精度和傳動效率。(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。(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)簡單，合理可靠，便于加工和裝配。(6). 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:1）. 表面形成運動的影響不同形狀的加工表面往往采用不同的刀具來加工，從而表面形成運動的形式和數(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，不同的表面形成運動來加工，從而形成不同的布局。由此可知，工件表面形成運動直接決定了雕刻機(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，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動，以期作出具有較好技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的布局設(shè)計。2） 雕刻機(jī)運動分配的影響工件表面形成方法及運動相同，而雕刻機(jī)的運動分配不同，雕刻機(jī)的布局亦不同。對于同一種運動分配的布局，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)運動時，一般應(yīng)注意以下三點:(1)移動部件的重量應(yīng)盡量輕。在其他條件相同的情況下，越小，所需電機(jī)功率和傳動件的尺寸也越小。(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。3）. 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(jī)部件的運動分配基本相同，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、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2.1所示的兩種方案:圖2.1 雕刻機(jī)布局簡圖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，工作臺固定，雕刻頭作橫向和上下移動，立柱作縱向移動。該方案便于變形為不同縱向長度的雕刻機(jī)。由于工作臺不動，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工件進(jìn)行批量加工時，支點高度相同，故支架支撐調(diào)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)計所承載工件的較輕，這種布局方式所需電機(jī)功率和傳動件的尺寸較小，移動較輕便。在使用外伸支架支撐縱向長工件進(jìn)行批量加工時，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(fù)雜。該方案的最大優(yōu)勢在于雕刻頭運動精度較易保證。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維雕刻機(jī)的設(shè)計參數(shù)，采用布局(1)方案。2.3雕刻機(jī)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(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)、主運動和進(jìn)給運動的傳遞方式和轉(zhuǎn)速范圍等;2.3.1坐標(biāo)系統(tǒng)的確定2雕刻機(jī)的坐標(biāo)系統(tǒng)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)，對相應(yīng)每一個旋轉(zhuǎn)運動符號為A、B、C，如圖2.2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。圖2.2 右手坐標(biāo)系統(tǒng)圖2.3 本雕刻機(jī)的總體布局和坐標(biāo)系統(tǒng)的確定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、機(jī)頭和主軸組件等部分。在保證整個系統(tǒng)的機(jī)械剛性的前提下，為了簡化設(shè)計的結(jié)構(gòu)，減輕整機(jī)重量，縮短產(chǎn)品的設(shè)計和制造的周期，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。2.3.3主運動方案雕刻機(jī)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(jī)帶動主軸機(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)點在這里不在復(fù)述，配以與之配套的變頻調(diào)速裝置，既簡單又實用，故采用專用的雕刻機(jī)電機(jī)。2.3.4進(jìn)給運動方案由前所述，采用橫梁固定、工作臺移動實現(xiàn)相對運動的方式，機(jī)頭在橫梁上移動(X向)，實現(xiàn)雕刻寬度;工作臺在底座上移動(Y向)，實現(xiàn)雕刻長度;主軸組件上下移動(Z向)，實現(xiàn)雕刻深度。由于滾珠絲杠副具有很多優(yōu)點,因此各運動鏈中傳動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,各運動鏈中支承件均采用滾動直線導(dǎo)軌副。第三章 主運動系統(tǒng)的設(shè)計及校核三維機(jī)械雕刻機(jī)的加工對象主要是塑料、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。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際生產(chǎn)過程中不同的切削方式的所使用時間的分配，經(jīng)過統(tǒng)計，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)給四種切削方式，使用時間的分配分別是10%，30%，50%，10%。3.1銑削力、扭矩和功率的計算34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)驗公式。 (3.1) (3.2) (3.3)式中圓周銑削力(N)，銑削條件改變時銑削力修正參數(shù)，扭矩M ()，銑削功率 ()，查參考文獻(xiàn)取銑削寬度，銑削深度，進(jìn)給速度，銑削速度，銑刀外徑,每齒進(jìn)給量，銑刀齒數(shù),銑刀轉(zhuǎn)速。查機(jī)械加工工藝手冊一卷表9.4-10得以下與硬質(zhì)合金鋼立銑刀的對應(yīng)參數(shù):,1(加工45號鋼)將已知參數(shù)代入式(3.1) (3.2) (3.3)進(jìn)行簡化，可得到僅與切削深度ap、進(jìn)給速度vf和銑刀轉(zhuǎn)速n有關(guān)的計算公式。 （3.4） （3.5） （3.6）另絲杠轉(zhuǎn)速 （3.7）初選絲杠導(dǎo)程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的變量代入分別計算。1)強(qiáng)力切削將參數(shù)=2.5，=120，=9000代入式（3.4）（3.5）（3.6）（3.7）得=30=68=0.272=0.2552)一般切削將參數(shù)=1，=1200，=15000代入式（3.4）（3.5）（3.6）（3.7）得=300=112=0.448=0.7023)精細(xì)切削將參數(shù)=0.5，=2400，=20000代入式（3.4）（3.5）（3.6）（3.7）得=600=79=0.316=0.6604)快速進(jìn)給將參數(shù)=0，=3600，=0代入式（3.4）（3.5）（3.6）（3.7）得=900，=0， =0，=03.2鉆削力、扭矩和功率的計算5查參考文獻(xiàn)5, 可得知下有關(guān)于銑削力、銑削扭矩和銑削功率的經(jīng)驗公式 (3.8) (3.9) (3.10)式中鉆削軸向力F (N)，加工條件改變時的切削力修正參數(shù)，鉆削扭矩M ()，加工條件改變時的切削力修正參數(shù)，鉆削功率 (),進(jìn)給速度，銑削速度,鉆頭外徑，進(jìn)給量，鉆頭轉(zhuǎn)速查機(jī)械加工工藝手冊二卷表10.4-11得以下與高速鋼標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆想對應(yīng)的參數(shù)：,（加工45號鋼）將查得參數(shù)代入(3.8) (3.9) (3.10),可得到僅與進(jìn)給速度和鉆頭轉(zhuǎn)速有關(guān)的計算公式。 （3.11） （3.12） （3.13）另絲杠轉(zhuǎn)速 （3.14） 初選絲杠導(dǎo)程將四種切削方式中進(jìn)給速度和鉆頭轉(zhuǎn)速的變量代入分別計算1)強(qiáng)力切削將參數(shù)=300，=9000代入式（3.11）（3.12）（3.13）（3.14）得=75=166=0.18=0.1622)一般切削將參數(shù)=480，=15000代入式（3.11）（3.12）（3.13）（3.14）得=120=161=0.20=0.303)精細(xì)切削將參數(shù)=600，=20000代入式（3.11）（3.12）（3.13）（3.14）得=150=154=0.166=0.1494)快速進(jìn)給將參數(shù)=900，=0代入式（3.11）（3.12）（3.13）（3.14）得=900/4=225，=0， =0，=03.3主運動系統(tǒng)的設(shè)計本節(jié)著重設(shè)計計算主運動系統(tǒng)中主軸電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，以確定其型號及參數(shù)。為了減少主運動系統(tǒng)的所占的空間，采用了由主軸電機(jī)直接接上刀夾，中間不采用傳動機(jī)構(gòu)。3.3.1主運動系統(tǒng)的方案6為了簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)，本設(shè)計采用主軸電機(jī)直接接上刀夾，省去了傳動鏈，大大了減少了所占空間，減少了損耗。3.3.2主軸電機(jī)的設(shè)計計算67根據(jù)前兩節(jié)的計算結(jié)果，取一定的安全系數(shù)，忽略傳動效率，主軸電機(jī)所需扭矩、功率和轉(zhuǎn)速計算過程如下：1）轉(zhuǎn)矩計算查參考文獻(xiàn)6 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計手冊可知所采用的電機(jī)的扭矩由章節(jié)3.1和3.2計算結(jié)果可知,最大扭矩值為0.44 故使便可滿足要求確定額定轉(zhuǎn)矩為 2）功率計算查參考文獻(xiàn)6 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計手冊,所采用的電機(jī)的功率由章節(jié)3.1和3.2計算結(jié)果可知,最大功率為0.72 故使確定額定功率 因此,電機(jī)選用安陽萊必泰機(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3-1 雕刻機(jī)主軸電機(jī)的外形圖表3-1 雕刻機(jī)主軸電機(jī)的技術(shù)參數(shù)表主軸型號Spindle type轉(zhuǎn)速Speed(r/min) 電機(jī)Motor外形尺寸Dimensions(mm)變頻器Conv Kw潤滑Lub冷卻CoolKWVMAHzDD1D2Joint of noseLL1L2ADX60-24Z/0.8240000.82202.52.24006255-ER112066200.5greasewater第四章 進(jìn)給運動系統(tǒng)設(shè)計計算雕刻機(jī)的進(jìn)給運動分為三部分：主軸的上下移動、小車的左右移動和橫梁的前后移動。它們的設(shè)計沒有本質(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Z軸進(jìn)給運動傳動鏈中進(jìn)給電機(jī)、滾珠絲杠和直線導(dǎo)軌，以確定規(guī)格型號及參數(shù)4.1 Z方向進(jìn)給運動系統(tǒng)設(shè)計4.1.1 Z方向進(jìn)給運動系統(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)運動轉(zhuǎn)化為部件的移動。結(jié)構(gòu)簡圖如圖4.1所示圖4.1 Z方向進(jìn)給運動系統(tǒng)簡圖4.1.2滾珠絲杠副的設(shè)計計算8910以鉆孔時對Z軸絲杠的軸向力最大,以其為例進(jìn)行設(shè)計計算,過程如下:4.1.2.1 當(dāng)量轉(zhuǎn)速與當(dāng)量載荷確定1）各種切削方式下絲杠的轉(zhuǎn)速 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 主軸部件設(shè)計模擬模型如圖4.2圖4.2 主軸部件模型圖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,即 (4.1)設(shè)重心在部件的中心,由于重心與導(dǎo)軌不在一線上,所以對導(dǎo)軌產(chǎn)生扭矩,導(dǎo)軌的受力如簡圖4.3,兩導(dǎo)軌的中心距離a=40mm，重心與絲杠的水平距離mm,軸向切削力與絲杠的水平距離mm.查機(jī)械設(shè)計手冊中導(dǎo)軌章節(jié)得此類裝法對導(dǎo)軌的作用力 (4.2) 作用在導(dǎo)軌上的磨擦力 (4.3) 圖4.3 Z方向?qū)к壥芰唸D將式(4.3)代入式(4.1)得 (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(yù)緊，回珠器曲線失真（在高速時體現(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：166，161，154，初步估計設(shè)計出來的主軸部件重量5(kg) 分別代入式(4.4)得四種加工方式下絲杠所受軸向力：167,160,150,.3)當(dāng)量轉(zhuǎn)速當(dāng)量轉(zhuǎn)速計算公式為 (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：代入式(4.5)=141 4）當(dāng)量載荷 當(dāng)量載荷計算公式為 (4.6)以上計算結(jié)果代入式(4.6)=146 4.1.2.2 預(yù)定額定動載荷 1）按預(yù)期工作時間估算：動載荷設(shè)計公式為 (4.7)查機(jī)床設(shè)計手冊第四冊表9，輕微沖擊取負(fù)載性質(zhì)系數(shù)，查表7，按7級精度,查表8，按可靠性97%取可靠性系數(shù),當(dāng)量載荷=146,當(dāng)量轉(zhuǎn)速=141,根據(jù)設(shè)計要求,本雕刻機(jī)預(yù)期工作時間15000代入式(4.7)=20842)擬采用預(yù)緊滾珠絲杠副，按最大負(fù)載計算： (4.8)查機(jī)床設(shè)計手冊第四冊表10，輕預(yù)載取代入式(4.8)=1118取兩種結(jié)果的大值. 20844.1.2.3 螺紋最大軸向變形量及螺紋最小底徑確定1）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。2）估算最小螺紋底徑 (4.9)因采用的是一端固定，一端游動的安裝方式，故式中初定Z方向的行程為90mm 導(dǎo)程=4mm代入導(dǎo)軌靜摩擦力=30 (N)代入式(4.9) =1.4 4.1.2.4 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(yù)緊螺母，型號代碼為FF，導(dǎo)程 2)由計算出的在樣本中選取滾珠絲杠副FF1204-3=2084，=1.4。選用南京工藝裝備制造有限公司的滾珠絲杠，外形與參數(shù)表如下圖4.3,表4.13)確定滾珠絲杠副的預(yù)緊力 ，而且故55 圖4.3 滾珠絲杠外形圖表4.1 滾珠絲杠技術(shù)參數(shù)與外形尺寸表規(guī)格代號公稱直徑d0公稱導(dǎo)程Ph0絲杠外徑d1鋼球直徑Dw絲杠底徑d2循環(huán)圈數(shù)基本額定負(fù)荷剛度KcN/m動載荷Ca(KN)靜載荷Coa(KN)FF1204-312411.32.3819.5346.7208螺母安裝連接尺寸D1(g6)D2()L2D3BD4D5D6hD7MD8L1222210448324.88.5532M2.516354.1.2.5 確定滾珠絲杠副支承用軸承型號、規(guī)格1)軸承類型選擇依據(jù)因為絲杠所受軸向力很小,而已絲杠采用一端固定于電機(jī)上另一端游動,沒有預(yù)拉伸力，另外,使用直線運動球軸承有以下的優(yōu)點： (1)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，容易得到較高運動速度。 (2)對負(fù)荷增大，但磨擦系數(shù)無敏感變化，因此重負(fù)荷下，磨擦系數(shù)極小，并且長期保持精度不變，可得機(jī)械使用壽命長期保持。 (3)直線運動軸承互換性好，安裝使用方便省時，并使機(jī)械結(jié)構(gòu)新穎，小型，量輕之特點。 (4)節(jié)省給油手續(xù)，達(dá)到簡化潤滑保養(yǎng)的目的。 (5). 兩側(cè)附加油封的軸承還適用與灰塵較多或 異物容易侵入的場所。因此，選用LMF-10型的直線軸承為Z軸的軸承。 2)軸承型號深圳市萬臣科技有限公司有直線軸承,外形參數(shù)如下: 圖4.4 圓法蘭型 :LMF-UU外形圖表4.2 參數(shù)與安裝尺寸表軸承型號球列數(shù)外型尺寸(mm)法蘭盤徑擺(m)額定負(fù)荷(n)質(zhì)量(g)FWDLDFtPM動負(fù)荷靜負(fù)荷LMF-10410192940629M412370540614.1.2.6 滾珠絲桿長度確定1)行程補(bǔ)償值 行程補(bǔ)償值計算公式為 (4.10)其中 (4.11)式中行程，螺母長度，安全行程,代入式(4.11)得=143將溫差，=143代入式(4.10)得。2)滾珠絲杠副工作圖設(shè)計(1)絲杠螺紋長度 查參考文獻(xiàn)14得余程16 (2)繪制工作圖查樣本中螺母安裝連接尺寸支承距離 絲杠全長，行程起點距固定點支承距離 4.1.3滾珠絲桿的校核4.1.3.1 傳動系統(tǒng)剛度1)絲杠抗壓剛度 由于本絲杠采用一端固定另一端游動,如下圖4.5圖4.5 安裝示意圖查參考文獻(xiàn)9得抗壓剛度計算公式： (4.12)由4.1.2.6節(jié)查得絲杠底徑9.5，兩支承距離，行程起點距固定點支承距離，代入式(4.12)分別得最小抗壓剛度455 （）最大抗壓剛度2106 （）2)絲杠支承副的剛度以一端固定一端游動的安裝法，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算。支承副的剛度 (4.13)式中滾動體直徑，滾子數(shù)，最大軸向載荷167，代入式(4.13)得1161) 絲杠滾珠和滾道的接觸剛度接觸剛度 (4.14)查參考文獻(xiàn)9得: 額定剛度208,動載荷4000(N), 滾珠絲杠副的預(yù)緊力45(N)代入式(4.14)得4.1.3.2 剛度驗算及精度選擇1) 最小實際統(tǒng)剛度 (4.15)最大實際系統(tǒng)剛度 (4.16)查4.1.3.1節(jié)得最小抗壓剛度455()，最大抗壓剛度2106 ()絲杠支承副的剛度=116()，接觸剛度分別代入式(4.15)和式(4.16)得得()()2) 驗算傳動系統(tǒng)剛度靜摩擦力根據(jù)設(shè)計要求，初定系統(tǒng)反向差值或重復(fù)定位精度為10設(shè)計要求系統(tǒng)剛度0.199(Nm)，所選用的步進(jìn)電機(jī)滿足要求。4.1. 5聯(lián)軸器的選擇由于最大啟動轉(zhuǎn)矩,故選用以下聯(lián)軸器圖4.6 聯(lián)軸器外形表4.3 參數(shù)表規(guī)格d1,d2軸徑DLL1L2M性能參數(shù)扭矩偏心角度最高轉(zhuǎn)速螺絲（M）材料SDWA316.351031.823.87M4*230NCM315000r/minM4進(jìn)口專用材料4.1. 6 Z方向直線導(dǎo)軌副的設(shè)計計算121) 初選直線導(dǎo)軌副的型號為GTB GTBt型封閉式滾動直線導(dǎo)套副圖4.7 導(dǎo)軌副外形圖表4.4 所選導(dǎo)軌副參數(shù)表2) 擬定滑塊總數(shù)M=4單根導(dǎo)軌兩滑聲塊3) 負(fù)載計算動載荷 (4.27) 查4.1.2節(jié)得主軸部件重量為5(kg)，=120N代入式(4.27)得120額定動載荷=550N而靜載荷=37.515000所選的導(dǎo)軌滿足壽命要求。4.2 X方向進(jìn)給運動系統(tǒng)設(shè)計本雕刻機(jī)共分成三部分的運動,X軸的進(jìn)給運動系統(tǒng)設(shè)計與Z軸的進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計并無本質(zhì)區(qū)別,這一節(jié)簡單的對X軸設(shè)計計算。4.2.1 X方向進(jìn)給運動系統(tǒng)組成同前一節(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)運動轉(zhuǎn)化為部件的移動。結(jié)構(gòu)簡圖如圖4.8所示圖4.8 X軸進(jìn)給運動系統(tǒng)傳動鏈圖4.2.2滾珠絲杠副的設(shè)計計算8910 以銑削時對X軸絲杠的軸向力最大,以其為例進(jìn)行設(shè)計計算,過程如下:4.2.2.1 當(dāng)量轉(zhuǎn)速與當(dāng)量載荷確定1）各種切削方式下絲杠的轉(zhuǎn)速 查章節(jié)3.1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 在X軸上整體移動的小車部件設(shè)計模擬模型如圖4.9圖4.9 小車部件模型圖絲杠受到的軸向力包括導(dǎo)軌摩擦力以及銑削力,即 (4.30)導(dǎo)軌的受力如右簡圖,重心和導(dǎo)軌的水平距離60mm,兩導(dǎo)軌套中心距離mm,導(dǎo)軌套與部件中心線的距離，上下兩導(dǎo)軌套距離b=110,重力G=.查機(jī)械設(shè)計手冊中導(dǎo)軌章節(jié)得此類裝法對導(dǎo)軌的作用力 (4.31) 圖4.10 X方向?qū)к壥芰唸D (4.32) 而作用在導(dǎo)軌上的力 (4.33)摩擦力 (4.34)將式(4.31)、式(4.32)、式(4.33)、式(4.34)與式(4.30)合并得作用在絲杠上的總軸向力 (4.35)查3.1節(jié)得四種加工方式下的鉆削力：68，112,79，初步估計設(shè)計出來的小車部件重量10(kg) 分別代入式(4.35)得四種加工方式下絲杠所受軸向力：90,136,100,193)當(dāng)量轉(zhuǎn)速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：代入式(4.5)得當(dāng)量轉(zhuǎn)速=483 4）當(dāng)量載荷 以上計算結(jié)果代入式(4.6)=103 4.2.2.2 預(yù)定額定動載荷 1)按預(yù)期工作時間估算：查機(jī)床設(shè)計手冊第四冊表9，輕微沖擊取負(fù)載性質(zhì)系數(shù)，查表7，按7級精度,查表8，按可靠性97%取可靠性系數(shù),當(dāng)量載荷=103,當(dāng)量轉(zhuǎn)速=483,根據(jù)設(shè)計要求,本雕刻機(jī)預(yù)期工作時間15000代入式(4.7) 得=28812)擬采用預(yù)緊滾珠絲杠副，按最大負(fù)載計算查機(jī)床設(shè)計手冊第四冊表10，輕預(yù)載取代入式(4.8)=911取兩種結(jié)果的大值. 28814.2.2.3 螺紋最大軸向變形量及螺紋最小底徑確定1）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。2）估算最小螺紋底徑 (4.36)因采用的是一端固定，一端游動的安裝方式，故式中初定Z方向的行程為600mm 導(dǎo)程=4mm代入768導(dǎo)軌靜摩擦力靜摩擦力=38(N)代入式(4.36) =4.71 4.2.2.4 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(yù)緊螺母，型號代碼為FF，導(dǎo)程 2)由計算出的在樣本中選取滾珠絲杠副FF1204-3=2881(N)，=4.71 。與Z軸選用一樣系列的滾珠絲杠.3)確定滾珠絲杠副的預(yù)緊力 ，而且故344.2.2.5 確定滾珠絲杠副支承用軸承型號、規(guī)格1)軸承類型選擇依據(jù)因為絲杠所受軸向力很小,而已絲杠采用一端固定于電機(jī)上另一端游動,沒有預(yù)拉伸力另外由于軸向力較小，因此同樣選用LMF-10型的直線軸承為Z軸的軸承2)軸承型號同Z軸4.2.2.6 滾珠絲桿長度確定1)行程補(bǔ)償值 初定X方向行程，螺母長度，安全行程,代入式(4.11)得=650將溫差，=650代入式(4.10)得2)滾珠絲杠副工作圖設(shè)計(1)絲杠螺紋長度 查參考文獻(xiàn)14得余程16 考慮到Z軸部件的外形尺寸故將螺紋長度加長至750mm(2)繪制工作圖查樣本中螺母安裝連接尺寸支承距離 絲杠全長，行程起點距固定點支承距離 4.2.3滾珠絲桿的校核4.2.3.1 傳動系統(tǒng)剛度1)絲杠抗壓剛度 由于本絲杠采用一端固定另一端游動,如下圖4.11圖4.11 安裝示意圖由4.2.2.4節(jié)查得絲杠底徑9.5，兩支承距離，行程起點距固定點支承距離，代入式(4.12)分別得最小抗壓剛度 （）最大抗壓剛度 （）2)絲杠支承副的剛度以一端固定一端游動的安裝法，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算。支承副的剛度 (4.37)式中滾動體直徑，滾子數(shù)，最大軸向載荷136，代入式(4.37)得1082) 絲杠滾珠和滾道的接觸剛度查參考文獻(xiàn)9得: 額定剛度208,動載荷4000(N), 滾珠絲杠副的預(yù)緊力34(N)代入式(4.14)得914.2.3.2 剛度驗算及精度選擇4) 查4.2.3.1節(jié)得最小抗壓剛度120()；最大抗壓剛2809()；絲杠支承副的剛度=108()，接觸剛度91分別代入式(4.15)和式(4.16)得得()()5) 驗算傳動系統(tǒng)剛度靜摩擦力=38(N)根據(jù)設(shè)計要求，初定系統(tǒng)反向差值或重復(fù)定位精度為10設(shè)計要求系統(tǒng)剛度0.12(Nm)，所選用的步進(jìn)電機(jī)滿足要求。4.2.5聯(lián)軸器的選擇由于最大啟動轉(zhuǎn)矩,故選用與Z方向相同規(guī)格的SDWA31聯(lián)軸器4.2.6X方向直線導(dǎo)軌副的設(shè)計計算121) 初選直線導(dǎo)軌副的型號為GTA GTAt型開放滾動直線導(dǎo)套副圖4.12 導(dǎo)軌副外形圖表4.5 所選導(dǎo)軌副參數(shù)表2) 擬定滑塊總數(shù)M=4單根導(dǎo)軌兩滑聲塊3) 負(fù)載計算動載荷 查4.1.2節(jié)得主軸部件重量為5(kg)，=90代入式(4.27)得67額定動載荷=550N而靜載荷47額定靜載荷=920 N 故所選導(dǎo)軌滿足載荷要求4) 壽命計算(1)導(dǎo)軌在有效時間內(nèi)的總行程 (4.40)式中為溫度系數(shù)，在小于100度的溫度下1；為接觸系數(shù)，每