五軸雕刻機機電結(jié)構(gòu)設(shè)計【含CAD圖紙+三維建模+文檔】

五軸雕刻機機電結(jié)構(gòu)設(shè)計【含CAD圖紙+三維建模+文檔】,含CAD圖紙+三維建模+文檔,雕刻,機電,電機,結(jié)構(gòu)設(shè)計,cad,圖紙,三維,建模,文檔 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 38 頁 共 38 頁 1 引言 1．1 課題的提出和研究意義 目前，制造業(yè)面臨市場的全球化和需求的多樣化，以及技術(shù)創(chuàng)新的加快，產(chǎn)品更新?lián)Q代快、周期短，生產(chǎn)多品種、中小批量的生產(chǎn)比重明顯增加。同時隨著航空業(yè)、汽車市場和輕工業(yè)的快速發(fā)展，復(fù)雜形狀的零件越來越多，精度要求也不斷增加。此外，激烈的市場競爭要求產(chǎn)品的周期零件的更高要求越來越短，多樣化、柔性化與復(fù)雜形狀零件的高效、高質(zhì)量加工要求，使得傳統(tǒng)的加工設(shè)備和手段難以適應(yīng)。 五軸數(shù)控機床集計算機控制、高性能伺服驅(qū)動和精密加工于一體，可高效、準確完成復(fù)雜曲面的加工，特別是在加工葉輪、葉片、船用螺旋槳及大型柴油機曲軸等方面具有獨特的優(yōu)勢。五軸聯(lián)動數(shù)控技術(shù)，是數(shù)控技術(shù)難度最大 適用范圍最廣的技術(shù)，但高精度的機床配合高價出售，其不菲的價格也是大多加工企業(yè)難以承受，也讓推廣五軸加工技術(shù)受到一定程度的阻礙。 本課題基于五軸加工原理，開發(fā)一種經(jīng)濟、適應(yīng)性強的五軸雕刻機，可應(yīng)用于加工材質(zhì)較軟 精度要求不高的零件，如木材 塑料及鋁合金等材質(zhì)零件。能適應(yīng)一些球類，曲線類的復(fù)雜零件加工，另外可以更換刀頭，在條件允許的情況下，可以完成鉆、銑、切割等。同時還可以通過軟件系統(tǒng)的控制和G代碼控制配合制作出一些實體零件等。 1．2 五軸雕刻機的發(fā)展歷程 可以追溯到遠古時期，母系氏族時期的半坡氏族文化的“人面網(wǎng)紋盆”便是雕刻的雛形。在我國北宋時期便發(fā)明了活字印刷，這里刻的字應(yīng)屬于雕刻的范疇。隨著時代的發(fā)展，我國的雕刻藝術(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。 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)量完全取決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、一致性差，嚴重制約了雕刻行業(yè)的發(fā)展。這使得雕刻機的產(chǎn)生成為必然。 上世紀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、刻章機再到三維雕刻機，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)品的標識銘牌，可謂雕刻的使用無處不在。 1938年世界第一臺手動雕刻機在法國“嘉寶”問世，1950“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。隨后一些歐美國家也開始研制。20世紀90年代，隨著電子技術(shù)的突飛猛進，直接推動微型計算機的急劇發(fā)展。微電子技術(shù)和微型計算機技術(shù)帶動整個高技術(shù)群體飛速發(fā)展，從而使雕刻機產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。雕刻機完成了從2D加工逐漸擴展到5D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。 雕刻機主要有仿形雕刻機和計算機數(shù)控雕刻兩大類，以完成有互換性要求的雕刻加工和模具雕刻加工。仿形雕刻的出現(xiàn)為雕刻的工業(yè)應(yīng)用起到了巨大的推動作用，尤其是圖案和文字的雕刻加速了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為雕刻在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用奠定了扎實的基礎(chǔ)。但是機械仿形雕刻仍是一種手動雕刻，它在加工效、加工能力、計算機接口等方面存在明顯的缺陷，阻礙了雕刻技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)中的廣泛應(yīng)用。 隨著工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)速度的加快，尤其是計算機輔助設(shè)計的廣泛應(yīng)用，工業(yè)產(chǎn)品的形態(tài)更加豐富，變化更加迅速，對制造設(shè)備提出了新的要求。這就使以計算機輔助設(shè)計和制造（CAD/CAM）技術(shù)、技術(shù)及數(shù)控技術(shù)（CNC）為核心的數(shù)控雕刻技術(shù)成了雕刻加工發(fā)展的主流。如圖1-1為雕刻機的發(fā)展歷程。 雕刻機 手動雕刻機 自動雕刻機 復(fù)雜曲面 傳統(tǒng)工藝 球類零件 激光雕刻系統(tǒng) 機械雕刻系統(tǒng) 仿形雕刻系統(tǒng) 數(shù)控雕刻系統(tǒng) 圖1-1為雕刻機的發(fā)展歷程 現(xiàn)在雕刻機以其低的價格和較高的生產(chǎn)加工效率，被廣泛運用在木工業(yè)、石材業(yè)、廣告業(yè)、飾品業(yè)、家具裝潢業(yè)等行業(yè)領(lǐng)域。 我國近年來制造業(yè)的迅速發(fā)展，數(shù)控雕刻機產(chǎn)業(yè)也獲得了良好的發(fā)展機遇，有效地促進了我國數(shù)控雕刻機的生產(chǎn)、推廣和應(yīng)用。我國的數(shù)控雕刻機起步于經(jīng)濟型數(shù)控機床，隨著數(shù)控技術(shù)的進步，經(jīng)過十年的發(fā)展，已形成了多個國產(chǎn)牌的雕刻機，如上海洛克公司生產(chǎn)的“啄木鳥”數(shù)控雕刻機、北京精雕公司生產(chǎn)的“精雕”數(shù)控雕刻機和南京科能公司生產(chǎn)的“威克”數(shù)控雕刻機等。上述各類雕刻機的機床本體機構(gòu)簡單，控制器大多借鑒國外新技術(shù)，采用基于高檔的微控制器或PC的數(shù)控系統(tǒng)，伺服部分多以步進電機細分驅(qū)動為主，可獲得中等控制精度，但價格比較便宜，因此整機的性價比不是太高，適用于精度不太高的普及應(yīng)用場合。至于高精度的加工，目前國內(nèi)進口的數(shù)控雕刻機以一些國際知名品牌為主，如美國“雕霸”、法國“嘉寶”和日本“御牧”都是此行也得佼佼者，但價格十分昂貴。這類數(shù)控雕刻機機床本體設(shè)計剛度好、精度高，采用伺服電機驅(qū)動，加工精度高，控制系統(tǒng)功能全、可靠性高，但價格昂貴，往往數(shù)倍于國產(chǎn)產(chǎn)品。因此這類產(chǎn)品主要運用于制造高精度模具等場合。 1．3 雕刻機的發(fā)展趨勢 隨著時代的快速發(fā)展，普通的三軸數(shù)控機床已滿足不了人們對加工在 20世紀60年代，一些發(fā)達國家開始研制五軸數(shù)控機床。五軸雕刻機相對三軸雕刻機有著一次裝夾可以完成全部或大部分加工任務(wù)的優(yōu)勢。由于能夠?qū)崿F(xiàn)回轉(zhuǎn)運動軸與直線運動軸聯(lián)動，五軸雕刻機還可以在回轉(zhuǎn)體毛坯上進行雕刻加工，這是三軸雕刻機無法做到的。此外，五軸雕刻機還能夠提高空間自由曲面的加工精度、質(zhì)量和效率。但是五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)、昂貴的硬件成本以及復(fù)雜的機床結(jié)構(gòu)一直是困擾五軸雕刻機迅速發(fā)展的瓶頸。而數(shù)控系統(tǒng)的迅速發(fā)展，已經(jīng)能滿足多軸聯(lián)動技術(shù)的要求，必將推動五軸雕刻機技術(shù)的迅速發(fā)展。 未來五軸雕刻機方向概括如下： （1）高速高精度化：現(xiàn)在國內(nèi)雕刻機大多數(shù)采用步進電機驅(qū)動的開環(huán)系統(tǒng)，位置控制和加工精度不高。今后，雕刻機硬件控制部分將向半閉環(huán)、全閉環(huán)方向發(fā)展，使用伺服電機進行驅(qū)動，通過檢測回饋信號對誤差進行補償，從而提高加工精度和加工速度。 （2）人性化界面：隨著規(guī)?；a(chǎn)的需求，更加簡潔，人性化的操作界面將成為今后雕刻機的一個發(fā)展趨勢。企業(yè)能更好運用與實際生產(chǎn)中，使員工能一人控制多臺雕刻機成為可能，便于提高企業(yè)生產(chǎn)效率。 （3）多軸聯(lián)動技術(shù)：目前雕刻機主要以三軸雕刻機為主，未來將以五軸雕刻機為代表多軸聯(lián)動的數(shù)控雕刻機也是一個主要發(fā)展方向。 1．4 五軸雕刻機的原理和特點 五軸雕刻機是采用步進電機作為驅(qū)動機，多數(shù)采用開環(huán)控制的簡易數(shù)控系統(tǒng)。它具有價格低廉、結(jié)構(gòu)簡單、性價比高等特點。隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，PC機的性能不斷提高，硬件配置更加靈活并且軟件資源的日益豐富，價格卻不斷下降。目前經(jīng)濟型數(shù)控雕刻機的系統(tǒng)正逐漸過渡到以PC機為控制核心的發(fā)展方向。由于這種系統(tǒng)性價比高，因而被廣泛地應(yīng)用于機床產(chǎn)品升級換代和普通機床的技術(shù)改造上。 基本特點如下： 相對于三軸雕刻機和手動雕刻機，五軸雕刻機的基本特點有以下幾點：適用性廣，功能實用、性價比高、操作簡單。 （1）適用性廣：它能適應(yīng)各種復(fù)雜加工，尤其是復(fù)雜曲面的加工，特別是在加工葉輪、葉片、船用螺旋槳及大型柴油機曲軸等。因此，它被廣泛運用在汽車工業(yè)、航天工業(yè)、制船業(yè)，此外還有浮雕、根雕、家具市場等。 （2）功能實用：采用五軸聯(lián)動機床加工模具可以很快的完成模具加工，交貨快，更好的保證模具的加工質(zhì)量，使模具加工變得更加容易，并且使模具修改變得容易。在傳統(tǒng)的模具加工中，一般用立式加工中心來完成工件的銑削加工。隨著模具制造技術(shù)的不斷發(fā)展，立式加工中心本身的一些弱點表現(xiàn)得越來越明顯?，F(xiàn)代模具加工普遍使用球頭銑刀來加工，球頭銑刀在模具加工中帶來好處非常明顯，但是如果用立式加工中心的話，其底面的線速度為零，這樣底面的光潔度就很差，但使用、五軸聯(lián)動機床加工技術(shù)加工模具，可以克服上述不足。 （3）性價比高：由于是五軸聯(lián)動，讓工件的裝夾變得容易。加工時無需特殊夾具，降低了夾具的成本，避免了多次裝夾，提高模具加工精度。采用五軸技術(shù)加工模具可以減少夾具的使用數(shù)量。另外，由于五軸聯(lián)動機床可在加工中省去許多特殊刀具，所以降低了刀具成本。五軸聯(lián)動機床在加工中能增加刀具的有效切削刃長度，減小切削力，提高刀具使用壽命，降低成本。 （4）操作簡單：由于通過數(shù)控系統(tǒng)軟件進行控制驅(qū)動，使得它比手動或一般的機床生產(chǎn)簡單，在一些功能參數(shù)的設(shè)置上也變得簡單易用。通過培訓(xùn)學(xué)習(xí)，能適合不同層次的用戶的實用，對它的推廣與運用提供了良好的平臺。 1．5 本課題的研究內(nèi)容 本文針對五軸雕刻機的結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要從以下幾個方面的內(nèi)容進行分析和研究： （1）分析五軸雕刻機的結(jié)構(gòu)方案，對五軸進行結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)已有伺服電機進行實體建模，并選擇好材料。 （2）對建模零件進行加工，準備裝配的零件，另外根據(jù)已有零件準備好連接件。 （3）根據(jù)建模模型進行實體裝配，按一定順序組裝。 （4）配合驅(qū)動進行調(diào)整和校正。 （5）進行實例加工。 1．6 本章小結(jié) 本章是前言部分，主要描述了五軸雕刻機的發(fā)展歷史和未來的發(fā)展趨勢，同時介紹了五軸雕刻機的基本原理和特點，以及本次課題的研究內(nèi)容。 2 五軸雕刻機的實體建模 本章主要對五軸雕刻機的結(jié)構(gòu)進行實體建模，并且分析結(jié)構(gòu)的合理性以及零件材料的選擇。 2．1 五軸雕刻機基本運動原理 五軸雕刻機加工中心大多是3 + 2的結(jié)構(gòu), 即 x, y, z三個直線運動軸加上分別圍繞 x, y, z軸旋轉(zhuǎn)的 a, b , c三個旋轉(zhuǎn)軸中的兩個旋轉(zhuǎn)軸組成。這樣,從大的方面分類, 就有x, y, z , a , b ; x, y, z , a , c ; x, y, z , b, c三種形式;由二個旋轉(zhuǎn)軸的組合形式來分,大體上有雙轉(zhuǎn)臺式、 轉(zhuǎn)臺加上擺頭式和雙擺頭式三種形式。這三種結(jié)構(gòu)形式由于物理上的原因,分別決定了機床的規(guī)格大小和加工對象的范圍。其中,雙轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)的五軸聯(lián)動機床由于在加工工件時工件需要在兩個旋轉(zhuǎn)方向運動,所以只適合加工小型零件,如小型整體渦輪、 葉輪、 小型精密模具等,由于結(jié)構(gòu)最為簡單,所以相對價格較為低廉,就應(yīng)用來講,這是數(shù)量最多的一類五軸數(shù)控機床。 2．2 五軸雕刻機的工作原理 雕刻機一般由機架、工作臺、刀頭、運動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。雕刻作業(yè)時刀頭相對工作臺沿X、Y、Z 軸進給。五軸雕刻機的工作原理圖如圖2-1所示 PC機 USB數(shù)據(jù)傳輸接口 單片機 X軸伺服電機 Y軸伺服電機 Z軸伺服電機 A軸伺服電機 B軸伺服電機 X軸絲杠 Y軸絲杠 Z軸絲杠 A軸電機 B軸電機 完成雕刻 圖2-1為五軸雕刻機的工作原理圖 電腦通過并口，直接將步進電機的控制信號輸出給雕刻機控制器。即電腦通過軟件（如mach2)等，從并口分別送出以下的信號給雕刻機控制箱： X軸的步進脈沖（脈沖頻率越高，速度越快） X軸的方向信號（正向或反向） Y軸的步進脈沖（脈沖頻率越高，速度越快） Y軸的方向信號（正向或反向） Z軸的步進脈沖（脈沖頻率越高，速度越快） Z軸的方向信號（正向或反向） A軸的步進脈沖（脈沖頻率越高，旋轉(zhuǎn)速度越快） A軸的方向信號（正向或反向） B軸的步進脈沖（脈沖頻率越高，旋轉(zhuǎn)速度越快） B軸的方向信號（正向或反向） 進步電機的使能信號（電機是啟用，或是停用，如果是停用，電機會完全松下來不會鎖死。連接電腦工作時會啟用電機）?？刂葡鋵⑦@些信號處理后，輸出驅(qū)動信號直接給X，Y，Z ，A，B五只步進電機。 2．3 五軸雕刻機的設(shè)計要求 本次課題提出對五軸雕刻機的結(jié)構(gòu)設(shè)計，即使五軸雕刻機實現(xiàn)五軸聯(lián)動，能又使得五軸雕刻機在驅(qū)動軟件的驅(qū)動條件下進行小型零件的加工，機械結(jié)構(gòu)作為雕刻機的硬件部分，對雕刻機的加工過程、刻字效果等有著重要的影響。 因此需要滿足一下幾點： （1）五軸雕刻機能通過數(shù)控代碼，實現(xiàn)五軸聯(lián)動，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； （2）機床具有一定的剛性、抗振性、熱變形及噪音水平，能夠滿足加工塑料、木料等零件的要求； （3）機床首先必須滿足如加工范圍、工作精度、生產(chǎn)率和經(jīng)濟性等各種要求； （4）機床結(jié)構(gòu)簡單經(jīng)濟，便于觀察加工過程，能便于操作、調(diào)整、校正、維護和維修。 2．4 五軸雕刻機的結(jié)構(gòu)方案分析 通過以上五軸雕刻機工作原理的分析，以及已給的設(shè)備，對五軸雕刻機進行的一下兩種方案，如下圖（圖2-2是傳統(tǒng)五軸雕刻機的結(jié)構(gòu)方案，圖2-3是根據(jù)傳統(tǒng)方案設(shè)計的新的方案） 圖2-2傳統(tǒng)五軸雕刻機結(jié)構(gòu)方案 圖2-3是新型五軸雕刻機方案 兩種方案相比較來說，傳統(tǒng)方案對工作臺的要求較高，它的工作臺需要兼顧三種運動，這樣對加工零件的約束性不較大，因此通用性不太好，適用性不強，適合固定零件的生產(chǎn)。但它的結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性強。而新型方案中，對傳統(tǒng)方案的一種改進，它主要針對工作臺進行調(diào)整，使得工作臺兼顧兩種運動，將擺動運用到擺臂上，這樣能減小對加工零件的約束性，擴大了加工范圍，通用性更強，比較符合現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)需要，但這樣結(jié)構(gòu)相對來說比較復(fù)雜，對擺臂的受力要求提高。 本次課題中的五軸雕刻機運用新型結(jié)構(gòu)，它的主要幾何結(jié)構(gòu)由以下幾部分組： （1）底座部分 作為雕刻機整機的基礎(chǔ)，承擔整個機體的重量，要求穩(wěn)定堅固，底座由底下的四只腳與地面接觸； （2）工作臺部分 工作臺部分由工作臺、Y方向的絲杠和導(dǎo)軌以及支架組成。工作臺作為雕刻工作時承載雕刻物體的部件，表面有T型溝槽，由絲杠驅(qū)動，導(dǎo)軌導(dǎo)向，還可以旋轉(zhuǎn)； （3）橫梁部分 橫梁由X方向的絲杠和導(dǎo)軌以及支架組成。橫梁承載機頭的重量，驅(qū)動機頭動，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 機頭部分由主軸組件、Z方向的絲杠和導(dǎo)軌以及支架組成。絲杠驅(qū)動主軸組的上下運動，主軸組件在加工過程中直接帶動雕刻機頭的高速旋轉(zhuǎn)運動； （5）擺臂部分 擺臂部分由兩塊擺臂架組成。它與橫向運動的Y軸以及法蘭盤相連接，而法蘭盤和軸承配合與支架進行組合運動，同時法蘭盤與旋轉(zhuǎn)電機通過剛性聯(lián)軸器進行配合連接，從而使得旋轉(zhuǎn)電機可以控制擺臂部分。 2．5 雕刻機的電路及電氣部分 雕刻機的電路及電氣部分有： （1）電源板：電源板的作用是提供功放和前級所需要的電源，一般要考慮電流是否足夠、電壓是否穩(wěn)定與對稱（一般大功率功放均用正負電對稱供電）、紋波（濾波電容的大小）、反應(yīng)速率（在大電容上并接高速率小電容）等因素； （2）電腦接口板：起鏈接器的作用，把機構(gòu)和電路連起來； （3）鍵盤LED面板： ①當鍵盤板與電腦主機連接時，手控板會自動鎖死，按鍵不會有動作，此時鍵盤板上手控板使能燈自動熄滅。 ②當其與電腦斷開連接時，手控板使能指示燈亮，表示手控板可以操作。 ③X，Y，Z 三軸可以同時動作。 ④碰到6只限位開關(guān)中的任何一只，在鍵盤板上對應(yīng)的限位開關(guān)指示燈點亮，手控板會鎖定，不允許繼續(xù)移動。 ⑤鍵盤板上有詳細的指示LED，內(nèi)容豐富，包括三軸的使能、方向、脈沖及六只限位開關(guān)的狀態(tài)LED顯示。 （4）步進電機驅(qū)動板：步進電機驅(qū)動板是用來放大信號，驅(qū)動步進電機的； （5）LED照明燈盤板：主要用起照明的作用； （6）雕刻機內(nèi)部接線板； （7）手動控制邏輯板。 2．6 建模設(shè)計 本次設(shè)計中主要運用了平面機構(gòu)，機構(gòu)是一個構(gòu)建系統(tǒng)，為了傳遞運動和動力，機構(gòu)中各構(gòu)件之間應(yīng)具有確定的相對運動。但任意拼湊的構(gòu)件系統(tǒng)不一定能發(fā)生相對運動，即使能夠運動，也使能夠運動，也不一定具有確定的性對運動。討論機構(gòu)滿足什么條件，構(gòu)件間才具有確定的相對運動，對于分析現(xiàn)有機構(gòu)或設(shè)計機構(gòu)都是很重要的。機構(gòu)是由許多構(gòu)件組成的，機構(gòu)中的每個構(gòu)架都以一定的方式與另一些構(gòu)件相連。這種連接不是固定連接，而是具有一定相對運動的連接。因此需要考慮選擇怎樣的機構(gòu)進行機構(gòu)設(shè)計。 2.6.1 平面連桿機構(gòu) 平面連桿機構(gòu)中構(gòu)件的運動形式多種多樣，可以實現(xiàn)給定運動規(guī)律或運動軌跡；低副以圓柱面或平面相接觸，承載能力高，制造簡便，易于獲得較高的制造精度。因此，平面連桿機構(gòu)在各種機械、儀器中獲得了廣泛應(yīng)用。平面四桿機構(gòu)可按照連桿是曲柄還是搖桿，將其分為三種基本形式：曲柄搖桿機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)和搖桿機構(gòu)。還有就是含有移動副的四桿機構(gòu)有曲柄滑塊機構(gòu)、導(dǎo)桿機構(gòu)和要快機構(gòu)等。但是連桿機構(gòu)不易精確實現(xiàn)復(fù)雜的運動規(guī)律，而且設(shè)計較為復(fù)雜；當構(gòu)件數(shù)和運動副較多的情況下，效率較低，因此我們不采用這種機構(gòu)設(shè)計。 2.6.2 凸輪機構(gòu) 凸輪機構(gòu)是一種常用的機構(gòu)，在自動化和半自動化機械中應(yīng)用廣泛。凸輪機構(gòu)主要是有凸輪、從動件和機架三個基本構(gòu)件組成。根據(jù)凸輪和從動件的不同形狀和型式，凸輪機構(gòu)可分為兩類。 一個是按凸輪形狀分為盤形凸輪、移動凸輪和圓柱凸輪。其中盤形凸輪是一個繞固定軸線運動并具有變化半徑的盤形零件。移動凸輪是當盤形凸輪的回轉(zhuǎn)中心趨于無窮遠時，凸輪相對機架做直線運動。圓柱凸輪是將移動凸輪卷成圓柱體。 按從動件型式可分為尖頂從動件、滾子從動件和平地從動件。其中尖頂能與復(fù)雜的凸輪輪廓保持接觸，因而能實現(xiàn)任意語氣的運動規(guī)律。但尖頂與凸輪是點接觸，磨損快，只宜用于受力不大的低速凸輪機構(gòu)。而滾子從動件為了克服尖頂從動件的缺點，在從動件的尖頂安裝了一個滾子，從而達到耐磨損，可承受較大載荷的需求。平底從動件是從動件與凸輪輪廓表面接觸的端面為一平面，它不能與從動件的平底相垂直，傳動效率高，且接觸面間易形成油膜，利于潤滑，可用于高速凸輪機構(gòu)。雖然凸輪機構(gòu)可以通過設(shè)計凸輪輪廓，就可以是從動件達到所需的運動規(guī)律，但凸輪輪廓與從動件間為點接觸或線接觸，易磨損，因此我們也不采用這種機構(gòu)設(shè)計。 2.6.3 滾珠絲杠 滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成直線運動，這是滾珠螺絲的進一步延伸和發(fā)展，這項發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動動作變成滑動動作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。是工具機和精密機械上最常使用的傳動元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成線性運動，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反復(fù)作用力，同時兼具高精度、可逆轉(zhuǎn)性和高效率的特點。由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動運動，所以能得到較高的運動效率。與過去的滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩達到1/3以下，即達到同樣運動結(jié)果所需的動力為使用滾動絲杠副的1/3。在省電方面很有幫助。滾珠絲杠副是用世界最高水平的機械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面，對溫度、濕度進行了嚴格的控制，由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。滾珠絲杠副由于是利用滾珠運動，所以啟動力矩極小，不會出現(xiàn)滑動運動那樣的爬行現(xiàn)象，能保證實現(xiàn)精確的微進給。滾珠絲杠副可以加予，由于予壓力可使軸向間隙達到負值，進而得到較高的剛性（滾珠絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力，在實際用于機械裝置等時，由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強）。滾珠絲杠由于運動效率高、發(fā)熱小，所以可以實現(xiàn)高速進給運動。因此，我們選用這種結(jié)構(gòu)。 2.6.4 設(shè)計步驟 通過上述三種機構(gòu)的對比，我們選用絲杠，平面機構(gòu)中的轉(zhuǎn)動這種機構(gòu)。 建模步驟如下： （1） 根據(jù)旋轉(zhuǎn)電機設(shè)備的的要求，考慮到連接問題，我們選用聯(lián)軸器將法蘭盤與旋轉(zhuǎn)電機相連。 （2） 根據(jù)旋轉(zhuǎn)電機的配合要求、實際市場的聯(lián)軸器型號以及軸承型號，將法蘭盤尺寸進行定位。如下圖2-4、2-5所示（圖2.4為法蘭盤CAD尺寸圖 、圖2-5為實體圖）。 圖2-4 法拉盤CAD尺寸圖 圖2-5 法蘭盤實體圖 （3）根據(jù)旋轉(zhuǎn)電機中打孔的位置要求（如圖2-6），以及軸承、法蘭盤的設(shè)計要求，進行支架的建模設(shè)定（如圖2-7），這樣可以將旋轉(zhuǎn)電機與支架進行固定，對將設(shè)計的結(jié)構(gòu)起到基礎(chǔ)定位作用和支撐作用。 圖2-6 旋轉(zhuǎn)電機 圖2-7 支架CAD尺寸圖 支架實體圖 （4）在根據(jù)法蘭盤，支架和旋轉(zhuǎn)電機的配合要求，以及支架的剛性要求，將支架的厚度進行確定。 （5）在根據(jù)支架高度和法蘭盤尺寸要求，再考慮到橫向軸在實際中的加工，以及實際加工中的加工范圍，將擺臂進行設(shè)定。如圖2-8（a）、（b）所示。 擺臂CAD尺寸圖（a） 擺臂實體圖（b） 圖2-8 （6）然后根據(jù)橫向軸的距離，Y軸的距離，和實際加工的工作臺，再加上支架的厚度，進行底板的設(shè)定。如圖2-9所示（a）圖為底板的尺寸圖，（b）圖為底板的實體圖。 （a）底板CAD尺寸圖 （b） 底板實體圖 圖2-9 底板 （7）接著對底板的工作臺進行設(shè)定，根據(jù)底板的尺寸使用T形槽進行加工裝配，如圖2-10為T形槽圖（a）為T形槽尺寸圖，（b）為T形槽實體圖。 （a）T形CAD圖（長度及寬） （b）T形槽實體圖 圖2-10 T形槽 （8）已有的零件進行實際測繪，并一起繪制三維實體圖。如下圖2-11分別是：（a）旋轉(zhuǎn)電機，（b）橫向X軸，（c）縱向Z軸。 （a）旋轉(zhuǎn)電機實體圖 （b） 橫向X軸實體圖 （c）縱向Z軸實體圖 圖2-11實體測繪實體圖 （9）為了加強擺臂部分的穩(wěn)定性，在兩個擺臂部分使用了加強板，如圖2-12所示分別為（a）加強板的尺寸圖，（b）加強板的實體圖。 加強板的CAD尺寸圖 加強板實體圖 圖2-12 加強板 （10）模零件進行裝配，如圖2-13。 圖2-13 五軸雕刻機裝配實體圖 2．7 本章小結(jié) 本章主要是考慮五軸雕刻機的結(jié)構(gòu)方案，通過分析五軸雕刻機的工作運行原理，比較平面機構(gòu)的運動合理性，確定結(jié)構(gòu)方案。然后根據(jù)所給的部分零件，進行零件尺寸分析，確定零件的尺寸，最后進行實建模，把每個部分的零件進行裝配，形成五軸雕刻機的實體圖，為接下來的工作打下基礎(chǔ)，并提供了一個良好工作平臺。 3 加工各個零件以及通用件選擇 本章主要是對第二章的建模零件進行加工，因此需要先選擇所需要加工零件的材料。同時還要考慮零件之間的連接方式，選擇怎樣的連接件。 3．1 零件的材料分析 工程結(jié)構(gòu)或機械的各組成部分，如建筑物的梁和柱、機床的軸等，統(tǒng)稱為構(gòu)件。當工程結(jié)構(gòu)或機械工作是，構(gòu)件將受到載荷的作用。在外力作用下，固體有抵抗破壞的能力，但這種能力優(yōu)勢有限度的。而且，在外力的作用下，固體的尺寸和形狀還將發(fā)生變化，成為變形。 為保證工程結(jié)構(gòu)或機械的正常工作，構(gòu)件應(yīng)有足夠的能力負擔起應(yīng)當承受的載荷。因此，它應(yīng)當滿足以下要求： （1）強度要求：在規(guī)定載荷作用下的構(gòu)件當然不應(yīng)破壞。例如：沖床曲軸不可折斷，儲氣罐不應(yīng)爆炸。強度要求就是指構(gòu)件應(yīng)有足夠的抵抗破壞的能力。 （2）剛度要求：在載荷作用下，構(gòu)件即使有足夠的強度，但若變形過大，仍不能正常工作。例如：若齒輪軸變形過大，將造成齒輪和軸承的不均勻磨損，引起噪聲。機床主軸變形過大，將影響加工精度。剛度要求就是指構(gòu)件應(yīng)有足夠的抵抗變形的能力。 （3）穩(wěn)定性要求：有些受壓力作用的細長桿，如千斤頂?shù)穆輻U，內(nèi)燃機的挺桿，應(yīng)始終維持原有的直線平衡形態(tài)，保證不被壓彎。穩(wěn)定性要求就是指構(gòu)件應(yīng)有足夠的保持原有平衡形態(tài)的能力。 若構(gòu)件橫截面尺寸不足或形狀不合理，或材料選用不當，將不能滿足上述要求，從而不能保證工程結(jié)構(gòu)或機械的安全工作。相反，也不該不恰當?shù)丶哟髾M截面尺寸或選用優(yōu)質(zhì)材料，這雖然滿足了上述要求，卻多使用了材料和增加的成本，造成浪費。材料的分析可以在滿足強度、剛度和穩(wěn)定性的要求下，為設(shè)計既經(jīng)濟又安全的構(gòu)件，同時又減成本將提供理論基礎(chǔ)。 3．2 材料的選擇 在材料的選擇中，考慮到材料強度、剛度、穩(wěn)定性要求，同時又考慮到材料的難易加工程度，還有價格合適的情況下，本次加工選用PVC板材和45號鋼。 在所加工的零件中，法蘭盤使用的是45號鋼，主要因為法蘭盤與旋轉(zhuǎn)電機是通過剛性聯(lián)軸器進行固定連接的，在強度和剛性滿足的條件下，比較合適。另外45號鋼也比較好加工。 而其他支架、擺臂、墊塊，底板則選用了PCV板， PVC板是以PVC為原料制成的截面為蜂巢狀網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的板材。是一種真空吸塑膜，用于各類面板的表層包裝，所以又被稱為裝飾膜、附膠膜，應(yīng)用于建材、包裝、醫(yī)藥等諸多行業(yè)。其中建材行業(yè)占的比重最大，為60%，其次是包裝行業(yè)，還有其他若干小范圍應(yīng)用的行業(yè)。按照軟硬程度可分為軟PVC和硬PVC。按制作工藝可分為PVC結(jié)皮發(fā)泡板和PVC自由發(fā)泡板。 PVC透明板：該產(chǎn)品是引進國外先進技術(shù)，選用高級進口原輔材料所生產(chǎn)的一種高強度、高透明塑料板材。產(chǎn)品顏色有白色、寶石蘭、茶色、咖啡色等多個品種。該產(chǎn)品高強度、高透明、耐候性好、無毒、衛(wèi)生、物理性能優(yōu)于有機玻璃。廣泛用于設(shè)備護板、內(nèi)飾、飲用水槽、液位顯示等。 PVC軟板（卷材）：表面光澤，柔軟。有棕色、綠色、白色、灰色等多種顏色可供選擇，該產(chǎn)品用料上城，制作精細，應(yīng)用廣泛。性能特點柔軟耐寒、耐磨、耐酸、堿、耐腐蝕、抗撕裂性優(yōu)良，具有優(yōu)良的可焊接性，物理性能優(yōu)于橡膠等其他卷材。應(yīng)用于化工，電鍍，電解槽的襯里，絕緣墊層，火車、汽車內(nèi)飾及輔助材料。 硬度PVC板：產(chǎn)品質(zhì)量一流，顏色一般為灰色和白色，也可根據(jù)客戶需要生產(chǎn)PVC彩色硬板，其色彩亮麗，美觀大方，該產(chǎn)品質(zhì)量執(zhí)行GB/T4454-1996，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，耐腐蝕性，硬度大，強度大，強度高，防紫外線（耐老化），耐火阻燃（具有自熄性），絕緣性能可靠，表面光潔平整，不吸水，不變形，易加工等特點。該產(chǎn)品是優(yōu)等的熱成型材料，能替代部分不銹鋼和其他耐腐蝕性合成材料，被廣泛用于化工、石油、電鍍、水凈化處理設(shè)備、環(huán)保設(shè)備、礦山、醫(yī)藥、電子、通訊及裝潢等行業(yè)。 軟PVC一般用于地板、天花板以及皮革的表層，但由于軟PVC中含有柔軟劑，容易變脆,不易保存，所以其使用范圍受到了局限。硬PVC不含柔軟劑，柔韌性好，易成型，不易脆，無毒無污染，保存時間長，因此具有很大的 開發(fā)應(yīng)用價值。 　　PVC發(fā)泡板具有防腐、防潮、防霉、不吸水、可鉆、可鋸、可刨、易于熱成型、熱彎曲加工等特性，因此廣泛應(yīng)用于家具、櫥柜、浴柜、展覽架用板、箱體芯層、室內(nèi)外裝飾、建材、化工等領(lǐng)域用板,廣告標示、印刷、絲印、噴繪、電腦刻字、電子儀表產(chǎn)品包裝等行業(yè)。 PVC硬塑板具有優(yōu)良的耐腐蝕性、絕緣性，并有一定的機械強度；經(jīng)二次加工后可制成硫酸（鹽酸）槽（桶箱）；醫(yī)藥用空針架，化程架；公共衛(wèi)生間水箱；加工產(chǎn)品的模板、裝飾板、排風管道、設(shè)備襯里等各種異型制品、容器。是化工、建材、裝飾及其他工業(yè)的理想選擇材料。 力學(xué)性能：PVC有較高的硬度和力學(xué)性能。并隨分子量的增大而提高，但隨溫度的升高而下降。硬質(zhì)PVC的力學(xué)性能好，其彈性模量可達1500-3000MPa。而軟質(zhì)的PVC的彈性1.5-15MPa。但斷裂伸長率高達200%-450%。PVC的摩擦性一般，靜摩擦因數(shù)為0.4-0.5，動摩擦因數(shù)為0.23。 熱學(xué)性能：PVC的耐熱穩(wěn)定性十分差，140℃即開始分解，熔融溫度為160℃。PVC的線膨脹系數(shù)較小，具有難燃性，氧化指數(shù)高達45以上。 　　 電學(xué)性能：PVC是一種電性能較好的聚合物，但由于本身的極性較大，電絕緣性不如PP和PE。 介電常數(shù)，介電損耗角正切值和體積電阻率較大，耐電暈性不好，一般適于中低壓和低頻絕緣材料。 　　 環(huán)境性能：PVC可耐大多數(shù)無機酸、堿、鹽，多數(shù)有機溶劑。適合醫(yī)藥，化工防腐材料?！? 這次選擇了硬質(zhì)的PVC板，主要是因為易加工，想改造也比較容易，同時這種材料的質(zhì)量比較輕，有利于減輕機床的整體重量，可以使整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性更好。 同時，在性能方面還具有表面硬度高抗刮傷性優(yōu)良；表面電阻值為10的6～10的8次方歐姆，具有優(yōu)秀的防靜電功能， 抗沖擊及耐化學(xué)溶劑性能突出；外觀靚麗，非常平整光滑；透光率達73%以上等特點。 根據(jù)用擺臂以及機床的整體重量的載荷要求，軸承則選用了常用滾動軸承6000和6001，如下圖3-1所示 圖3-1 軸承參數(shù) 軸承代號 基本尺寸/mm 基本額定動載荷Cr/KN 基本額定靜載荷Cor/KN d D B 6000 10 26 8 4.58 1.98 6001 12 28 8 5.10 2.38 工作臺則用T形槽，他的材料是鋁材板，主要考慮到T槽容易安裝，對物品的裝卸帶來方便。 3．3 連接件的選擇 根據(jù)零件的配合要求，選用的主要連接件有平頭螺栓，內(nèi)六角螺栓，聯(lián)軸器等，如下圖3-2、3-3所示 圖3-2 是所使用螺栓的基本情況 螺栓種類 尺寸型號 數(shù)量 用途 平頭螺栓 M3X15 3 縱軸與平臺的連接 內(nèi)六角螺栓 M5X30 8 擺臂與橫軸之間的連接 平頭螺栓 M4X30 8 支架與法蘭盤的連接 平頭螺栓 M6X30 4 底板與支架的鏈接 平頭螺栓 M6X15 8 縱軸平臺與刀頭部分的連接、加強板和擺臂連接 平頭螺栓 M4X15 4 橫軸與縱軸的連接 平頭螺栓 M4X55 4 旋轉(zhuǎn)電機與支架的部分的連接 平頭螺栓 M5X40 8 鋁板材與底板之間的連接 平頭螺栓 M5X50 4 底板、鋁板材與防震塊直接的連接 圖3-3 聯(lián)軸器的基本情況 類型 尺寸要求 用途 剛性聯(lián)軸器 D26L30 10*12 旋轉(zhuǎn)電機與法蘭盤之間的固定 3．4 本章小結(jié) 本章主要講述怎樣選用材料，通過對材料的分析，怎樣選擇即滿足強度、剛度和穩(wěn)定性的要求的基本要求下，又能更好的減少成本，同時又容易加工和重新改造。另外還介紹了一些標準件和通用件的選擇。 4 五軸雕刻機的裝配 本章主要任務(wù)是對上述的零件進行裝配，同時需求考慮在裝配過程中出現(xiàn)的問題，還需要考慮到整個機床結(jié)構(gòu)的工作性能。 4．1 裝配的概念 裝配是按規(guī)定的技術(shù)要求，將零件或部件進行配合和聯(lián)系，使之成為半成品或成品的工藝過程。整機裝配是生產(chǎn)過程中的最后一個階段，它包括裝配、調(diào)整、檢驗和試驗等工作，且產(chǎn)品的最終質(zhì)量由裝配保證。 產(chǎn)品的質(zhì)量是以產(chǎn)品的工作性能，使用效果和壽命等綜合指標來評定的。為保證產(chǎn)品的質(zhì)量，對產(chǎn)品提出了若干項裝配要求，這些裝配要求應(yīng)當在裝配過程中予以保證。所謂裝配精度，就是產(chǎn)品裝配后的實際幾何參數(shù)、工作性能等參數(shù)與理想幾何參數(shù)、工作性能等參數(shù)的符合程度，即主要指各個相關(guān)零件配合面之間的位置精度，包括配合面之間為間隙或過盈的相對位置，以及由于裝配中零件配合面形狀的改變而需計及的形狀精度和微觀幾何精度(如接觸面的大小和接觸點的分布)。 4．2 裝配的基本工藝要求 對裝配的總要求是牢固可靠，不損傷元器件，不損傷涂覆層，不破壞元器件的絕緣性能。安裝件的位置、方向正確。具體要求如下： （1）應(yīng)保證實物與裝配圖一致。 （2）提交裝配的所有材料和零、部件(包括外構(gòu)件)均應(yīng)符合現(xiàn)行標準和設(shè)計文件要求，經(jīng)檢驗合格后方可安裝。 （3）一般不允許對外購件進行補充加工(圖紙有規(guī)定時例外)。 （4）裝配前應(yīng)對機械零、部件進行清潔處理，消除附著的雜物，以防止先期磨損和造成額外偏差。 （5）機械零、部件在裝配過程中不允許產(chǎn)生裂紋、凹陷、壓傷和可能影響設(shè)備性能的其它損傷。 （6）相同的機械零、部件應(yīng)具有互換性。必要時可按工藝文件的規(guī)定進行修配調(diào)整。 （7）固定連接的零、部件不允許有間隙和松動?；顒舆B接的零、部件應(yīng)能在正常間隙下，在規(guī)定方向靈活均勻地運動。 （8） 必須仔細檢查裝配好的產(chǎn)品并保持清潔，否則使用時會造成機械和電氣故障。 4．3 裝配的方法 通常裝配工藝由零件裝入、以各種方式連接、各級部件裝配、總裝配等等一系列工序和操作組成。 經(jīng)加工合格的零件，必要時在投入裝配前需做好各種準備工作。在裝配過程中和裝配之后，要通過檢測和調(diào)整以保證零部件的尺寸、形狀和位置關(guān)系。為保證這一切在裝配過程中應(yīng)分層次、分單元進行。另外，不但要有嚴格的工藝技術(shù)要求，還要有工藝順序要求。工藝的技術(shù)要求和裝配順序由裝配工藝過程卡提供。 裝配的工藝配合法和工作組織形式是根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、零件大小、制造精度、生產(chǎn)規(guī)模等因素來選擇的。工藝配合法與尺寸鏈的解算密切相關(guān)。選擇工藝配合法，需找出裝配的全部尺寸鏈，結(jié)合設(shè)計要求和制造的經(jīng)濟性，經(jīng)過合理的技術(shù)計算，把封閉環(huán)的公差值分配給各組成環(huán)，確定各環(huán)的公差和極限尺寸。裝配的最終精度，從有關(guān)尺寸鏈的解算而獲得。 工藝配合法分為四種： （1）互換裝配法：是在裝配時各配合零件不經(jīng)修理、選擇或調(diào)整即可達到裝配精度的方法。其實質(zhì)就是用控制零件的加工誤差的方法來保證裝配精度。 （2）選配法：選配法是將尺寸鏈中組成環(huán)的公差放大到經(jīng)濟可行的程度，然后選擇合適的零件進行裝配，以保證規(guī)定的精度。它按形式不同可分為三類：直接選配法、分組選配法和復(fù)合選配法，如屏蔽罩等。 （3）修配法：　修配法是在裝配時，根據(jù)實際測量的結(jié)果，改變尺寸鏈中某預(yù)定的修配件(修配環(huán))的尺寸，使封閉環(huán)達到規(guī)定的裝配精度的方法。如波導(dǎo)管與法蘭盤、軸與軸承等的配合均采用此法。 （4）調(diào)整法：調(diào)整法是將尺寸鏈中組成環(huán)在按經(jīng)濟加工的加工精度確定公差時，選擇其中一個或幾個適當尺寸的調(diào)節(jié)件(調(diào)節(jié)環(huán))進行調(diào)整，來保證規(guī)定的裝配精度要求。這種調(diào)整件可起到補償裝配累積誤差的作用，故亦稱補償件。如偏心軸承套、軸承端蓋、鎖緊螺母等。 4．4 裝配作業(yè)順序分析 4.4.1 作業(yè)的程序分析 為了有效地完成裝配，必須做到： （1）裝配結(jié)構(gòu)及裝配要求將產(chǎn)品進行逐層分解，使產(chǎn)品逐層分解為能夠獨立進行裝配的構(gòu)件，直到不能分解為止; （2）研究確定同一層各零部件的裝配順序; （3）研究確定各個單元內(nèi)部各構(gòu)件的裝配順序。 4.4.2 裝配順序的工藝性原則 （1）串聯(lián)尺寸鏈：以簡單、方便為原則安排裝配順序; （2）并聯(lián)尺寸鏈：先安裝精度高的尺寸鏈，精度相同時，先裝對多數(shù)尺寸鏈是公共的尺寸鏈組成環(huán)所在的那個尺寸鏈; （3）每個尺寸鏈裝配順序：應(yīng)先從基本尺寸鏈開始，先公共、后一般，先下后上，先內(nèi)后外，先難后易，先重后輕，先精后一般的原則。 4.4.3 裝配順序的經(jīng)濟性原則 （1）裝配層次，先低層后高層進行裝配; （2）裝配層多的先裝; （3）裝配復(fù)雜、精度高、時間長的最先裝。 4.4.4 裝配關(guān)系 裝配關(guān)系按標準可分為螺紋連接、過盈連接、鍵連接等。 (1)螺紋連接：在機械結(jié)構(gòu)中廣泛采用螺紋連接。螺紋連接的質(zhì)量除受加工精度的影響之外，還與裝配技術(shù)有很大的關(guān)系。如擰緊螺母的次序不對，施力不均勻，將使部件變形而降低了裝配精度。對于運動部件上的螺紋連接，若緊固力不足，會使連接件的壽命大大縮短，甚至造成事故。因此對于重要的螺紋連接，必須規(guī)定預(yù)緊力的大小，對于中小型螺栓常用定扭矩法(用定扭矩扳手)或扭角法控制預(yù)緊力。 　　(2)過盈連接：如軸、孔的配合等。方法有：壓入法(軸向)、熱脹或冷縮法(徑向)。 　　(3)其他連接：如鉚接、焊接、粘接等。鉚接方法有擴鉚、脹鉚、用專用鉚接工具鉚等。焊接、粘接等各有要求和具體操作方法。 4．5 裝配過程 根據(jù)上述的裝配工藝要求、裝配原則、裝配方法等，將所加工的零件和所提供的構(gòu)件進行如下轉(zhuǎn)配。 裝配前進行零件的清洗，獲得所需的清潔度；為達到工藝上的裝配精度要求，對有關(guān)零件進行刮削；某些部件(傳動部分)應(yīng)按圖紙要求在裝配前進行必要的運轉(zhuǎn)試驗，試驗合格后，再投入裝配。 裝配步驟如下： （1）考慮到裝配的先后安裝順序和安裝的難易程度，首先將法蘭盤與6001軸承進行裝配，首先將法蘭盤固定，然后進行裝配，得到裝配體【1】。裝配過程如圖4-1所示。 圖4-1 裝配體【1】 （2）再將剛性聯(lián)軸器與裝配體【1】進行裝配，并將聯(lián)軸器進行鎖緊，使之與聯(lián)軸器進行固定，等到裝配體【2】，裝配過程如圖4-2所示。 圖4-2 裝配體【2】 (3)為了便于安裝，將裝配體，先于螺栓相連接，為于擺臂連接打下基礎(chǔ)，形成裝配體【3】，裝配過程如圖4-3所示。 圖4-3 裝配體【3】 （4）將旋轉(zhuǎn)電機、墊塊與支架進行裝配，首先將支架進行固定，再將與之相連，得到裝配體【4】，裝配過程如下如圖4-4所示。 圖4-4 裝配體【4】 （5）將裝配體【3】與裝配體【4】進行裝配，先將裝配體【3】進行支撐固體，在進行裝配，得到裝配體【5】，裝配過程如圖4-5所示 圖4-5 裝配體【5】 （6）在進行橫軸與擺臂的裝配，通過連接件將之連接，考慮到要與橫軸的螺栓的一致性和美觀的效果，選用內(nèi)六角螺栓，裝配得到【6】，裝配過程如圖4-6所示 圖4-6 裝配體【6】 （7）將另一個法蘭盤與軸承6001進行裝配，得到裝配體，同裝配體【1】圖所示。 （8）將第7步中的裝配體與螺栓，支架進行裝配，得到裝配體【7】，裝配過程如圖4-7所示。 圖4-7 裝配體【7】 （9）因為裝配體的支架與比擺臂配合機床的擺動，因此為了減小阻力，增加穩(wěn)定性，將與第二個支架連接的法蘭盤的另一端加上軸承6000。裝配過程如圖4-8所示 圖4-8 裝配體【8】 （10）先將兩個支架放在同一水平面上，為了方便安裝，選用側(cè)向平放，然后在將裝配體【5】、【6】、【8】進行順序裝配，得到裝配體【9】裝配過程如圖4-9所示 圖4-9 裝配體【9】 （11）根據(jù)尺寸要求，安裝底板，將底板先打4個M6的螺紋孔，然后在支架上對應(yīng)的位置打上同樣的孔，空的深度10mm左右。同時在側(cè)壁上也打上M6的螺紋孔，留著安放加強板。接著將裝配體【9】與加強板進行連接，得到裝配體【10】，整個裝配過程如圖4-10所示。 圖4-10 裝配體【10】 （12）先將底板打M5的孔，安裝上T形槽的工作臺，得到的裝配體【11】如下圖4-11所示。 圖4-11裝配體【11】 （13）將底板裝配體【11】與裝配體【10】進行裝配得到最后的機床的裝配體【12】，然后將旋轉(zhuǎn)電機部分的聯(lián)軸器鎖緊，結(jié)束裝配。裝配的最終成果如圖4-12所示。 圖4-12 五軸雕刻機的裝配實體【12】 （14）最后加上底板上的移動副和轉(zhuǎn)動副，這樣整個裝配過程到這里結(jié)束，得到裝配實體圖，如圖4-13(a)為建模裝配圖，（b）為實際裝配圖。 圖4-13 （a） （b） 縱觀整個裝配工藝過程，從熟悉產(chǎn)品的用途、性能、要求入手，到裝配系統(tǒng)圖的設(shè)計，然后根據(jù)裝配系統(tǒng)圖描述各裝配單元的組成和相互之間的關(guān)系，確定裝配方法、劃分裝配工序、規(guī)定工序計劃、設(shè)計工藝過程文件。整個過程不突出重點，而是從小處著手，消除積累誤差，這樣可以保證裝配精度，保證加工產(chǎn)品質(zhì)量，突出整體裝配工藝技術(shù)的重點及其重要性。 4．6 本次裝配的注意要點 在本次裝配中應(yīng)該要注意一下幾點： （1）要注意剛性聯(lián)軸器的鎖緊順序，先于法蘭盤進行鎖緊，裝配的最后一步再將剛性聯(lián)軸器的另一端與旋轉(zhuǎn)電機進行鎖緊。 （2）在安裝軸承時，由于是過盈配合，注意不要直接敲擊軸承，應(yīng)使用套筒固定軸承外圈后進行輕擊安裝。 （3）在手鉆進行打孔時，應(yīng)首先確定孔的位置，然后手動點鉆，最后在點鉆的位置進行打孔，注意手鉆的鉆頭位置要與打孔平面保持垂直。攻螺紋同樣也是需要螺紋刀頭與孔的平面垂直。 （4）在加工法蘭盤時，注意要與軸承配合的部分的精度要求，在上軸承時要保持接觸部分光潔。 （5）最后要注意裝配中位置固定，最好在水平度比較好的位置進行安裝，這樣可以提高精度，避免裝配中出現(xiàn)比較大誤差。 4．7 本章小結(jié) 本章主要是對所加工的零件進行裝配，通過連接件將各個部分的構(gòu)件進行連接和安裝。先通過了解裝配的原理、裝配的方法和裝配的工藝要求，針對建模的圖形，進行裝配工藝分析，最終獲得裝配成果。 5 調(diào)整和實際加工模擬 本章主要是通過五軸雕刻機的機構(gòu)的運動，對整體結(jié)構(gòu)進行調(diào)整和分析，使整體運動更加協(xié)調(diào)和順暢。并對其中不合理的地方進行改進，讓整體結(jié)構(gòu)更加合理和穩(wěn)定，從而提高加工的精度以及保證加工的質(zhì)量。 5．1 分析結(jié)構(gòu)的合理性 機械結(jié)構(gòu)的功能主要是靠機械零部件的幾何形狀及各個零部件之間的相對位置關(guān)系實現(xiàn)的。零部件的幾何形狀由它的表面所構(gòu)成，一個零件通常有多個表面，在這些表面中有的與其它零部件表面直接接觸，把這一部分表面稱為功能表面。在功能表面之間的聯(lián)結(jié)部分稱為聯(lián)接表面 零件的功能表面是決定機械功能的重要因素，功能表面的設(shè)計是零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計的核心問題。描述功能表面的主要幾何參數(shù)有表面的幾何形狀、尺寸大小、表面數(shù)量、位置、順序等。通過對功能表面的變異設(shè)計，可以得到為實現(xiàn)同一技術(shù)功能的多種結(jié)構(gòu)方案。 在機器或機械中，任何零件都不是孤立存在的。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計中除了研究零件本身的功能和其它特征外，還必須研究零件之間的相互關(guān)系。 零件的相關(guān)分為直接相關(guān)和間接相關(guān)兩類。凡兩零件有直接裝配關(guān)系的，成為直接相關(guān)。沒有直接裝配關(guān)系的相關(guān)成為間接相關(guān)。間接相關(guān)又分為位置相關(guān)和運動相關(guān)兩類。位置相關(guān)是指兩零件在相互位置上有要求，如減速器中兩相鄰的傳動軸，其中心距必須保證一定的精度，兩軸線必須平行， 多數(shù)零件都有兩個或更多的直接相關(guān)零件，故每個零件大都具有兩個或多個部位在結(jié)構(gòu)上與其它零件有關(guān)。在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，兩零件直接相關(guān)部位必須同時考慮，以便合理地選擇材料的熱處理方式、形狀、尺寸、精度及表面質(zhì)量等。同時還必須考慮滿足間接相關(guān)條件，如進行尺寸鏈和精度計算等。一般來說，若某零件直接相關(guān)零件愈多，其結(jié)構(gòu)就愈復(fù)雜；零件的間接相關(guān)零件愈多，其精度要求愈高 機械設(shè)計的最終結(jié)果是以一定的結(jié)構(gòu)形式表現(xiàn)出來的，按所設(shè)計的結(jié)構(gòu)進行加工、裝配，制造成最終的產(chǎn)品。所以，機械結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足作為產(chǎn)品的多方面要求，基本要求有功能、可靠性、工藝性、經(jīng)濟性和外觀造型等方面的要求。此外，還應(yīng)改善零件的受力，提高強度、剛度、精度和壽命。因此，機械結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項綜合性的技術(shù)工作。由于結(jié)構(gòu)設(shè)計的錯誤或不合理，可能造成零部件不應(yīng)有的失效，使機器達不到設(shè)計精度的要求，給裝配和維修帶來極大的不方便。機械結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中應(yīng)考慮如下的結(jié)構(gòu)設(shè)計準則。 5．2 一般結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要調(diào)整的部分 （1） 結(jié)構(gòu)設(shè)計的計算與改進：對承載零部件的結(jié)構(gòu)進行載荷分析，必要時計算其承載強度、剛度、耐磨性等內(nèi)容。并通過完善結(jié)構(gòu)使結(jié)構(gòu)更加合理地承受載荷、提高承載能力及工作精度。同時考慮零部件裝拆、材料、加工工藝的要求，對結(jié)構(gòu)進行改進。在實際的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計者應(yīng)對設(shè)計內(nèi)容進行想象和模擬，頭腦中要從各種角度考慮問題，想象可能發(fā)生的問題，這種假象的深度和廣度對結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量起著十分重要的作用。 （2）結(jié)構(gòu)設(shè)計的完善：按技術(shù)、經(jīng)濟和社會指標不斷完善，尋找所選方案中的缺陷和薄弱環(huán)節(jié)，對照各種要求和限制，反復(fù)改進?？紤]零部件的通用化、標準化，減少零部件的品種，降低生產(chǎn)成本。在結(jié)構(gòu)草圖中注出標準件和外購件。重視安全與勞保（即勞動條件：操作、觀察、調(diào)整是否方便省力、發(fā)生故障時是否易于排查、噪音等），對結(jié)構(gòu)進行完善。 （3） 形狀的平衡與美觀：要考慮直觀上看物體是否勻稱、美觀。外觀不均勻時造成材料或機構(gòu)的浪費。出現(xiàn)慣性力時會失去平衡，很小的外部干擾力作用就可能失穩(wěn)，抗應(yīng)力集中和疲勞的性能也弱。 總之，調(diào)整機械結(jié)構(gòu)中的過程是從內(nèi)到外、從重要到次要、從局部到總體、從粗略到精細，權(quán)衡利弊，反復(fù)檢查，逐步改進。 5．3 對五軸雕刻機結(jié)構(gòu)的調(diào)整 通過伺服電機的實際驅(qū)動，發(fā)現(xiàn)機床有明顯的震動，左端法蘭盤沒有完全固定，因此對上述問題做出以下改進。 （1）在底板下加上防震的橡膠塊，有利于減少加工中震動，同時也有利于保護整體結(jié)構(gòu)。 （2）有于左端沒有軸肩，使法蘭盤完全不能固定，因此在法蘭盤的左側(cè)一端加上加上螺栓和墊片，使之與軸承相互固定。 5．4 本章小結(jié) 調(diào)整和校正在機械設(shè)計中起著舉足輕重的作用。本章通過對機器工作原理及裝配的設(shè)計要求的分析，以及實際加工調(diào)試，對部分存在的問題進行了改進，同時又將之進行實際加工，通過實際加工，證實的本次機構(gòu)的可行性。 結(jié) 論 自從有了人類的社會活動以后，就有了雕刻這一行業(yè)，伴隨著人類社會的發(fā)展，現(xiàn)如今人們對雕刻業(yè)有了全新的認識，電腦雕刻加工的興起與發(fā)展是時代發(fā)展的需要，電腦雕刻代替機械已是大勢所趨。電腦雕刻加工可以就是目前理想的選擇，雖然有些地區(qū)電腦雕刻加工業(yè)務(wù)量不是很多，但它是雕刻行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。雕刻加工涉及各行各業(yè)、分布很廣，有禮品業(yè)、廣告業(yè)、印章業(yè)、木器加工業(yè)、建筑業(yè)、藝術(shù)模型業(yè)、機械加工、工裝模具等等，隨著人們對雕刻機的認識和掌握逐步加深，應(yīng)用范圍會得到不斷擴大，應(yīng)用水平也會逐步提高，雕刻加工必定會有更廣闊的前景。 近年來，五軸雕刻機在工業(yè)上有這重要的地位，其相關(guān)性研究成為國內(nèi)外的企業(yè)的廣泛關(guān)注，尤其是浮雕類，家具類和精密儀器類的企業(yè)。隨著科技的發(fā)展，PC機的性能逐步得到增強，使得五軸和多軸的聯(lián)動的運轉(zhuǎn)得到實現(xiàn)，對五軸雕刻機的發(fā)展更是起到推動作用。 本次課題是對五軸雕刻機結(jié)構(gòu)的設(shè)計，它是對傳統(tǒng)雕刻機的機構(gòu)的改造，在能實現(xiàn)各種加工的同時，有著加工范圍廣，通用性強，同時采用五軸雕刻機機床加工的好處首先是可以做到復(fù)雜工件的所謂“一次裝卡, 除了裝卡面全部干完”的五面體加工效果, 有效解決因二次裝卡帶來誤差的問題; 其次是可以做到刀具的恒線速切削,從而得到較高的切削效率，以及均勻的加工粗糙度；再就是五軸雕刻機可以加工普通三軸機床因刀具 “干涉”而不能夠加工的工件,如整體葉輪、 一些高檔的模具等。但由于材料和擺臂本身結(jié)構(gòu)的限制，在加工中精度不高，受力不能太大成為它明顯的劣勢。我想如果根據(jù)加工產(chǎn)品中對機床的受力要求，改進材料和受力，就能提高它的精度，增加它的承受能力。因此我相信在未來五軸雕刻機一定能替代三軸雕刻機，成為多軸雕刻機中的典型。 致 謝 本次課題及論文是在我的導(dǎo)師許軍老師的親切關(guān)懷和細心指導(dǎo)下完成的。這次畢業(yè)設(shè)計是我對大學(xué)四年所學(xué)的知識的一次大總結(jié)，并將其運用于實踐設(shè)計當中去。通過本次畢業(yè)設(shè)計使我完善了知識結(jié)構(gòu)，拓寬了知識面，開闊了眼界，提高了對各科知識綜合運用的能力，同時也鍛煉和培養(yǎng)了我的基本素質(zhì)，它使我更加耐心、謹慎，、細致。在這次畢業(yè)期間，許老師給予我耐心的輔導(dǎo)和熱情的幫助。更是親身實踐指導(dǎo)我使用車床、鉆床和裝配等，對于一些疑難問題許老師也很有耐心，不厭其煩的給予解答，并在百忙之中對本次論文進行了仔細的審閱和指導(dǎo)，并提出了極為寶貴的修改意見和建議，保證了論文的質(zhì)量。是我在畢業(yè)之際為自己和學(xué)校交上了一份滿意的答卷。在此謹向許老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。另外，在加工法蘭盤時，感謝姜老師以及車床加工中心的老師傅們的幫助，在此請允許我對本次畢業(yè)設(shè)計中幫助過我的老師、同學(xué)說一句“謝謝，謝謝你們！” 參 考 文 獻 1 吳宗澤等.機械設(shè)