定梁式數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)論文【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 摘 要 當(dāng)今世界，現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù)飛速發(fā)展，日新月異。在機(jī)械制造領(lǐng)域，人們對(duì)于機(jī)械零件加工的質(zhì)量、精度和效率等的要求也越來(lái)越高。因此，對(duì)于加工零件所需要的機(jī)床的跟新?lián)Q代也與日俱增。在此趨勢(shì)的推動(dòng)下，數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造設(shè)計(jì)變得非常重大。大批的數(shù)控機(jī)床正如雨后春筍般進(jìn)軍機(jī)械制造業(yè)。比如數(shù)控雕刻機(jī)在模具加工、 路板以及廣告招牌等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。 本文主要調(diào)查和研究了定梁式數(shù)控雕刻機(jī)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r以及其在未來(lái)制造業(yè)的前景，并對(duì)數(shù)控雕刻機(jī)的結(jié)構(gòu)做了研究和優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要包含了數(shù)控機(jī)床的總體布局方案設(shè)計(jì)、 機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、（電主軸或電機(jī)直聯(lián)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)）、機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)（導(dǎo)軌及滾珠絲杠）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、相關(guān)滾珠絲杠的計(jì)算選型及校核、軸承和電機(jī)的計(jì)算及選型，最后利用 圖軟件繪制了機(jī)床的總裝配圖、部分零件圖及相關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖。 關(guān)鍵詞： 數(shù)控雕刻機(jī)；電主軸；導(dǎo)軌；滾珠絲杠； 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 n s In of of a a of is In NC A NC NC an in of In of NC NC at as as in of NC to do or to of AD to of 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 V 目 錄 摘 要 . I . 錄 . V 1 緒論 . 1 控雕刻技術(shù)的產(chǎn)生 . 1 課題研究的內(nèi)容及意義 . 1 內(nèi)外研究狀況及其發(fā)展趨勢(shì) . 1 刻 機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo) . 4 2 雕 刻 機(jī)總體布局方案設(shè)計(jì) . 5 控雕 刻 機(jī)布局要求及影響因素 . 5 控雕 刻 機(jī)總體結(jié)構(gòu)布局 . 6 控雕 刻 機(jī)結(jié)構(gòu)的改良對(duì)比 . 7 作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 9 章小結(jié) . 10 3 主傳動(dòng)系統(tǒng)的 方案設(shè)計(jì) . 11 運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 11 主軸 . 12 電主軸的介紹 . 12 電主軸的結(jié)構(gòu)及其優(yōu)點(diǎn) . 12 電主軸的安裝 . 14 章小結(jié) . 14 4 機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) . 15 給傳動(dòng)系統(tǒng)選擇 . 15 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的要求 . 15 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的基本形式 . 15 以上幾種傳動(dòng)方案的簡(jiǎn)介和比較 . 15 珠絲杠系統(tǒng) . 17 滾珠絲杠副的選擇 . 17 滾珠絲杠支承結(jié)構(gòu) . 17 支承軸承的選擇 . 19 滾珠絲杠副的制動(dòng)裝置 . 19 步進(jìn)電機(jī)與進(jìn)給絲杠的聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu) . 19 動(dòng)導(dǎo)軌的安裝定位 . 20 章小結(jié) . 20 5 主傳動(dòng)及 X 向進(jìn)給系統(tǒng)部分零件計(jì)算和校核 . 21 傳動(dòng)零部件計(jì)算及校核 . 21 主軸參數(shù)設(shè)計(jì) . 21 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 主軸系統(tǒng)銑削力的計(jì)算 . 21 滾珠絲杠副參數(shù)的計(jì)算選擇 . 22 滾珠絲杠副的強(qiáng)度校核 . 25 伺服電機(jī)參數(shù)計(jì)算和型號(hào)選擇 . 26 向 進(jìn)給系統(tǒng)零部件計(jì)算及校核 . 28 X 向絲杠的選型及校核 . 28 絲杠軸承的選擇及計(jì)算 . 29 章小結(jié) . 30 6 展望和結(jié)論 . 31 致 謝 . 32 參考文獻(xiàn) . 33 附 錄 . 34 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 1 1 緒論 控雕刻技術(shù)的產(chǎn)生 早在二十世紀(jì)中葉以前，人們對(duì)于零件打孔和銑削的加工手段主要是靠人工作坊式的手動(dòng)和半自動(dòng)的金屬?zèng)_、鉆、壓等機(jī)床設(shè)備。不但厚重、笨、大 ， 而且性能差、速度慢、功能少、效率低。 自從 60 年代初以來(lái)， 就 工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的許多 刷電路板）加工設(shè)備設(shè)計(jì) 而言 ，為 了 使產(chǎn)品具有強(qiáng)勁的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力 以 滿足人們的要求，生產(chǎn)廠家紛紛投入了 較大的人力、物力和財(cái)力， 就 工設(shè)備 的設(shè)計(jì)過(guò)程中 存在的問(wèn)題 做了深入研究 ， 最后在 60 年代初 獲 得了 較大 的成果 。 隨后 雕刻機(jī)、雕銑機(jī)、加工中心等一系列數(shù)控機(jī)床便如雨后春筍般應(yīng)運(yùn)而生。跟據(jù)相關(guān)資料載述，世上首臺(tái) 床的問(wèn)世，是 1952 年在芝加哥機(jī)床展覽會(huì)上出現(xiàn)的 ，而針對(duì)于 業(yè)加工的 床大概晚于純金屬切削加工機(jī)床 10 年左右 ，它 是 60 年代初期出現(xiàn)的，從此便開(kāi)創(chuàng)了數(shù)控雕刻技術(shù)的新紀(jì)元 1。 課題研究的內(nèi)容及意義 目前，數(shù)控雕刻機(jī)主要是用于各類材料的文字雕刻、印刷電路板的制作、各類印章銘牌的制作、藝術(shù)浮雕及小型模具加工 (如沖壓模、五金模、塑料模、玻璃模 )以及零件的精密雕刻。 由于模具產(chǎn)業(yè)和美術(shù)品制 造業(yè)的日益發(fā)展，縱觀全球，市場(chǎng)上對(duì)于數(shù)控雕刻機(jī)的需求逐步擴(kuò)大，首先是相對(duì)高端的數(shù)控雕刻中心，其需求量最為龐大。數(shù)控雕刻機(jī)已成為模具制造行業(yè)必不可少的加工機(jī)床裝備。 數(shù)控雕刻機(jī)的機(jī)械加工精度高、剛性強(qiáng)，它的數(shù)控系統(tǒng)還擁有抗干擾特性，是含有高新科學(xué)技術(shù)的一種加工設(shè)備，其機(jī)電一體化水平先進(jìn)。同時(shí)，它價(jià)格適宜，被認(rèn)為是低投入高回報(bào)的一類加工機(jī)床。就當(dāng)今制造類行業(yè)來(lái)講，尤其在復(fù)雜型腔模的精細(xì)加工中， 度快、表面質(zhì)量好，能夠代替價(jià)格相對(duì)昂貴的加工中心的機(jī)加工。 刻機(jī)一般采用滾珠 絲杠副和直線導(dǎo)軌來(lái)作為各向運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)元件，它的數(shù)控系統(tǒng)功能全面，采用半閉環(huán)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其加工精度可達(dá) 米，定位精度和重 復(fù)定位精度都優(yōu)于普通的數(shù)控機(jī)床的加工精度。另外，它的加工范圍大，性價(jià)比較高，能夠普遍用于輕型金屬構(gòu)件的精密加工和模具型腔的曲面加工，也可以用來(lái)加工各類工藝品和非金屬制品。 目前，雖然數(shù)控雕刻機(jī)的技術(shù)已經(jīng)相對(duì)比較成熟，生產(chǎn)的產(chǎn)品性能也日漸趨于穩(wěn)定。但是一般都體積龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴 2。 本課題研究的數(shù)控雕刻機(jī)是一種小型三軸聯(lián)動(dòng)定梁式數(shù)控雕刻機(jī) 床。它可以完成一般的輕型零件及 電子電路板的加工，也可以進(jìn)行透刻輪廓等加工。該機(jī)床具有占地面積小，加工幅面較大等特點(diǎn)。根據(jù)數(shù)控雕刻機(jī)的自身特點(diǎn)，可以將其分為機(jī)械系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，本文著重研究機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程。完成數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)總體方案設(shè)計(jì)及零部件的選型計(jì)算、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核，并繪制裝配圖和零件圖紙。 內(nèi)外研究狀況及其發(fā)展趨勢(shì) 伴隨著模具業(yè)、廣告招牌業(yè)、家具制造業(yè)的發(fā)展日趨擴(kuò)大，尤其在模具行業(yè)中對(duì)零件買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 表面的加工，要求不斷提高。再加上電火花加工存在不足，近年來(lái)數(shù)控雕刻機(jī)在國(guó)內(nèi)有了突破性的發(fā)展。 刻機(jī)相對(duì)于一般加工機(jī)床 有著技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，而且它的價(jià)格合理，現(xiàn)已成為了市場(chǎng)上電子零配件的制造、五金產(chǎn)品、家具制造、小型精密模具制造等行業(yè)加工機(jī)床工具。另外，數(shù)控雕刻機(jī)也逐步被投入如：大功率 基板、金屬電極、美術(shù)工藝禮品、眼鏡框架加工等領(lǐng)域。由于數(shù)控雕刻機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域日益拓展，它的市場(chǎng)規(guī)模也不斷擴(kuò)大。根據(jù)羅百輝的調(diào)查顯示， 2002 2006 年，數(shù)控雕刻機(jī)被用于模具加工、家具制造行業(yè)還是小批量，是它導(dǎo)入市場(chǎng)的階段。 隨著數(shù)控雕刻機(jī)技術(shù)的不斷成熟和價(jià)格趨于合理，其性價(jià)比逐漸得到業(yè)界的認(rèn)可，市場(chǎng)快速擴(kuò)大。進(jìn)入 2007 年我國(guó)數(shù)控雕刻機(jī)產(chǎn) 銷量突破 10000 臺(tái)，產(chǎn)值超過(guò) 15 億元，標(biāo)志著國(guó)內(nèi)數(shù)控雕刻機(jī)產(chǎn)業(yè)進(jìn)入高速成長(zhǎng)期；從 2007 2010 年，在模具加工、家具與五金制造等行業(yè)需求繼續(xù)快速增長(zhǎng)的同時(shí)，由智能手機(jī)、平板電腦、電子書(shū)、 帶動(dòng)的消費(fèi)類電子零配件制造業(yè)的需求異常突起，推動(dòng)數(shù)控雕刻機(jī)行業(yè)迅速發(fā)展， 2010 年國(guó)內(nèi)數(shù)控雕刻機(jī)產(chǎn)量已突破 臺(tái)。 隨著下游各應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品加工過(guò)程中的高精密、高效率、低耗能、低耗材的要求不斷提升，數(shù)控雕刻機(jī)自身技術(shù)不斷成熟，下游新興應(yīng)用領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)，國(guó)內(nèi)人工成本的不斷增長(zhǎng)，原有老舊設(shè)備的更新?lián)Q代等等，都將對(duì) 數(shù)控雕刻機(jī)市場(chǎng)起到積極的推動(dòng)作用。未來(lái)數(shù)控雕刻機(jī)行業(yè)將持續(xù)高速增長(zhǎng)。結(jié)合各下游行業(yè)十二五規(guī)劃制定的發(fā)展目標(biāo)，羅百輝預(yù)計(jì)到 2015 年全國(guó)數(shù)控雕刻機(jī)產(chǎn)銷量將達(dá)到 12 萬(wàn)臺(tái)。 在市場(chǎng)結(jié)構(gòu)方面，消費(fèi)類電子產(chǎn)品零配件制造、模具制造、五金制品及家具制造等四大行業(yè)仍將是數(shù)控雕刻機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域。其中，隨著觸摸屏手機(jī)、平板電腦的滲透率不斷提高，未來(lái)消費(fèi)類電子產(chǎn)品零配件制造行業(yè)對(duì)數(shù)控雕刻機(jī)需求將持續(xù)快速增長(zhǎng)，到 2015年，僅消費(fèi)類電子產(chǎn)品零配件制造行業(yè)，對(duì)數(shù)控雕刻機(jī)需求量就將達(dá)到 38000 臺(tái) 3。 下面以 加工為例，介 紹數(shù)控雕刻機(jī)在印刷電路板領(lǐng)域的應(yīng)用。 現(xiàn)在印刷電路板和它的制造技術(shù)的發(fā)展已達(dá)到了一個(gè)較高水平。從印刷電路板的機(jī)加工環(huán)節(jié)上來(lái)分析，為了制造出高質(zhì)量的印刷電路板，目前有激光鉆孔技術(shù)、光致法成孔、等離子體蝕孔等技術(shù)含量高的加工工藝。由于這些加工技術(shù)本身有著一定的局限性，所以一般 工作業(yè)大多數(shù)得依靠數(shù)控雕刻機(jī)床來(lái)進(jìn)行。 就我國(guó)而言，通過(guò)幾十年的發(fā)展， 造行業(yè)的技術(shù)含量和設(shè)備支持都達(dá)到了一個(gè)較高的水平。那些純手工加工方法以及電路板的沖孔加工工藝方法在機(jī)械加工方法中已經(jīng)很少出現(xiàn)了，數(shù)控雕刻機(jī)床和數(shù)控銑床用在 造行業(yè)早已很常見(jiàn)了，數(shù)控雕刻機(jī)床和數(shù)控銑床也已列入了當(dāng)前國(guó)內(nèi)印制板機(jī)械加工的主導(dǎo)設(shè)備行列里。 數(shù)控鉆銑床技術(shù)就用于 造業(yè)而言擁有其獨(dú)特的特性和優(yōu)點(diǎn)： 1）大多數(shù)采用了先進(jìn)的控制技術(shù) 現(xiàn)在 數(shù)控技術(shù)，也可稱為一主多從的多 制技術(shù)。由主 制，從 分別控制不同功能與特性的結(jié)構(gòu)部件，確保它們于主 控制步調(diào)一致。 2）數(shù)控鉆銑的效率高，精度好，速度快，質(zhì)量高 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 3 一般來(lái)說(shuō)數(shù)控鉆銑床的各個(gè)電主軸都配置 了 Z 軸進(jìn)給深度控制感應(yīng)系統(tǒng)?？梢噪S時(shí)探測(cè) 疊層與電主軸的壓力角的距離，從而把它們控制在一個(gè)合適的范圍里，確保了電主軸的最佳移動(dòng)距離，使其鉆孔的速度達(dá)到最高。 Z 軸采用獨(dú)立驅(qū)動(dòng)方式，電主軸系統(tǒng)使用氣浮軸承，很大程度上減少了摩擦力，從而確保了加減速的時(shí)間較短，也就提高了加工精度，提高了效率。再加上采用了高動(dòng)態(tài)伺服馬達(dá)，僅僅只需幾毫秒的時(shí)間電主軸的速度就能達(dá)到最高。 目前，當(dāng)電主軸達(dá)最高運(yùn)轉(zhuǎn)速度時(shí)，其值為 120000r/于加工鉆孔直徑為 般銑床因工藝的需要，其速度會(huì)確保在 55000r/下，速度快反而不利于加工。就位置的反饋系統(tǒng)而言，配置了直線光柵或線性磁尺，將它們組成閉環(huán)式反饋回路，讓鉆孔的定位精度達(dá) 下，重復(fù)定位精度在 下。而且，加工出來(lái)的無(wú)毛刺，不會(huì)有斜度，表面光滑整齊。 3）具有自檢自控功能 數(shù)控鉆銑床 ,大多數(shù)都具備自我檢測(cè)，自我反饋，自我調(diào)整的功能 。它的設(shè)計(jì)理念是 ,在主 控制下，有一個(gè)從 全閉環(huán)控制系統(tǒng)下 ,負(fù)責(zé)對(duì)鉆銑床的各個(gè)部位進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢查 ,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題隨時(shí)在顯示器上反饋出來(lái)。甚至有的同時(shí)顯示和報(bào)警。工作人員排除故障 疏忽的情況下，為使機(jī)器不會(huì)損壞，有的還可以自動(dòng)控制，讓機(jī)器停止工作，制定它保持待機(jī)，從而有效防止了機(jī)器發(fā)生故障而損壞。同時(shí)，每個(gè)主軸都安裝激光測(cè)試徑向跳動(dòng)裝置，保證每個(gè)主軸都保持在最佳工作狀態(tài)。鉆頭的折斷在實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常發(fā)生，但若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取更換措施，應(yīng)該要鉆的孔就有可能為鉆。而且， 路板還可能被斷的鉆頭劃壞損傷，嚴(yán)重影響到電路板制作的質(zhì)量問(wèn)題。 然而，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，現(xiàn)在數(shù)控鉆銑床的主軸系統(tǒng)都安裝了斷鉆檢測(cè)裝置，當(dāng)鉆頭斷了，數(shù)控機(jī)床將自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，并顯示提醒斷鉆的位置，相應(yīng)的換上好的鉆頭，還要自 動(dòng)檢測(cè)所裝鉆頭的直徑，并重新進(jìn)行孔加工。另一方面，機(jī)床具有了自檢功能后，它還能自動(dòng)控制鉆孔的深度，確保鉆頭尖端和工作臺(tái)面的距離。從而確保機(jī)床的工作臺(tái)面不會(huì)被鉆壞損傷。 4）機(jī)床工作臺(tái)面的移動(dòng)方式采用了氣墊加磁浮，確保了機(jī)床工作臺(tái)面不會(huì)因?yàn)椴僚龆粍潅?路板機(jī)械加工時(shí)所需的負(fù)載較小。要求高速、高精度的進(jìn)給，所以 銑機(jī)的進(jìn)給系統(tǒng)要求阻尼小、摩擦小、靈敏度高，這樣才能滿足 孔加工時(shí)頻繁高速的起停運(yùn)動(dòng)。因此快速 銑機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)采用了伺服電機(jī)滾珠絲杠導(dǎo)軌的方式，導(dǎo)軌還選擇了氣浮 導(dǎo)軌，它的摩擦系數(shù)更小，加工動(dòng)作更輕便。 當(dāng)空氣軸承出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，數(shù)控鉆銑機(jī)床將處在一種不平衡的狀態(tài)，這樣工作臺(tái)面很容易被劃傷。數(shù)控鉆銑床多數(shù)采用了氣墊加磁浮的方式， X、 Y 軸用氣浮導(dǎo)向，工作臺(tái)面用氣浮支撐，采用伺服馬達(dá)作為工作臺(tái)面的定位驅(qū)動(dòng)，還配有精密的滾珠絲杠以及預(yù)加載荷的雙螺母進(jìn)行校正調(diào)整。這樣機(jī)床工作臺(tái)面移動(dòng)起來(lái)輕盈，快捷，精準(zhǔn)。也使得運(yùn)動(dòng)加減速過(guò)程的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)縮短。如若機(jī)器有不平衡現(xiàn)象出現(xiàn)，磁浮會(huì)吸住機(jī)床工作臺(tái)面，讓機(jī)器停下來(lái)，使得整個(gè)工作臺(tái)面完好無(wú)損。而且 X 軸和 Y 軸采用分離式布局，避免了 傳統(tǒng)的重疊現(xiàn)象。布置 X 軸、 Y 軸在大理石結(jié)構(gòu)的中央位置，工作臺(tái)面始終保持在最佳平衡狀態(tài)，買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 相應(yīng)得也就提高了孔加工的精度。數(shù)控鉆銑床還可以進(jìn)行軟件的編程限位，不但可以自動(dòng)測(cè)量刀具大小長(zhǎng)短，還能對(duì)刀具進(jìn)行管理等。 5）機(jī)床的電主軸頭數(shù)種類多、加工幅面大 現(xiàn)在的數(shù)控鉆床大多都是 4主軸鉆頭。這大大提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)也滿足了大規(guī)模的自動(dòng)化生產(chǎn)需要。增加主軸以后，機(jī)床臺(tái)面尺寸也要對(duì)應(yīng)增加。 X、 Y 軸的編程也將相應(yīng)擴(kuò)大， (一般在 600600上 )，軸的行程增加了，相應(yīng)的鉆孔面積也將增加。 6） 編程的功能多種化 當(dāng)前市場(chǎng)上的數(shù)控鉆銑床一般都有兩種以上的編程功能。一種是直接人工編程的照像底片或光繪底片，一種是采用幾何工藝語(yǔ)言 行編程，最后一種是用參數(shù)化進(jìn)行編程。目前，最后一種普遍得到運(yùn)用，它是一種特有的有效的編程工具，能夠把任何加工順序作為用戶加工環(huán)境來(lái)運(yùn)用和設(shè)計(jì)編程。只要給出一定的變數(shù)值，就可以編制形狀相似的工件加工程序 4 刻 機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo) 通過(guò)分析比較以往數(shù)控雕銑機(jī)及雕刻機(jī)的性能參數(shù)，發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)目前數(shù)控雕刻機(jī)的最高主軸轉(zhuǎn)速通常在 24000r/右，刀具 最高切削速度介于 4 到 6m/間，機(jī)床主軸電機(jī)功率為 瓦上下。本文所設(shè)計(jì)的小型數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)床的性能指標(biāo)參數(shù)如下表 1 表 1數(shù)控雕刻機(jī)系統(tǒng)主要性能指標(biāo)參數(shù) 性能名稱 數(shù)值 加工幅面 120160200作臺(tái)尺寸 X/Y 270278程 X/Y/Z 50150200大進(jìn)給速度 工刀具最大直徑 軸電機(jī)最高轉(zhuǎn)速 3000r/軸電機(jī)功率 400刀方式 手動(dòng)換刀 X/Y/Z 定位精度 + +功率 P 1000W 軸聯(lián)動(dòng)數(shù) 4 脈沖當(dāng)量 +沖 外觀尺寸 400500600 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 5 2 雕 刻 機(jī)總體布局方案設(shè)計(jì) 控雕 刻 機(jī)布局要求及影響因素 數(shù)控雕刻機(jī)床主要是用于較小雕刻量或軟金屬材料的工件的加工。要求加工精度較高。它主軸的轉(zhuǎn)速甚至高達(dá) 30000r/右。各向移動(dòng)部件要求運(yùn)動(dòng)輕巧、剛性好、靈活性強(qiáng)。對(duì)于機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)而言，它的控制反應(yīng)速度要迅速、靈敏，其所配置的伺服電機(jī)的特性 要極佳。 從機(jī)械的角度出發(fā)去分析，對(duì)于數(shù)控雕刻機(jī)床而言，它的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足：加工范圍廣、工作精度高、生產(chǎn)率高和經(jīng)濟(jì)性能好等各項(xiàng)要求；另外，它的非移動(dòng)部件的剛性要好，移動(dòng)部件而言，首先它要具有良好剛性，還要整體結(jié)構(gòu)輕巧，要具有較好的靈活性；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)便于觀察和檢測(cè)。在機(jī)床的加工過(guò)程中還要利于操作、位置的調(diào)整和進(jìn)行維修。方便換刀和裝卸所要加工零部件；注意防護(hù)，確保安全；機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單、可靠，機(jī)床的各個(gè)零部件要便于加工、裝配；最好要確保重量輕盈，體 積較小，制造成本較低，占地面積要小，總體外型要大方美觀 7。 在滿足了機(jī)床總體布局基本要求的基礎(chǔ)上，還應(yīng)考慮到影響雕刻機(jī)布局的其它基本因素，如下： 要在加工零件的表面銑雕出不同形狀的線路紋路，就要結(jié)合不同的刀具來(lái)進(jìn)行加工，所以機(jī)床表面成形運(yùn)動(dòng)的數(shù)目及形式也就不同，將直接導(dǎo)致機(jī)床布局的差異。因此，在布局雕刻機(jī)時(shí)，必須根據(jù)加工的要求，首先對(duì)所要加工零件表面成形的方法及運(yùn)動(dòng)進(jìn)行綜合、全面合理地考慮。 加工零件的表面，要成形的加工運(yùn)動(dòng)主要可分為銑削、鉆孔、切割三類。因此所設(shè)計(jì)的數(shù)控 雕刻機(jī)必須滿足下面幾種運(yùn)動(dòng)才可以實(shí)現(xiàn)各種加工過(guò)程： (1)X、 Y 兩個(gè)方向上相互垂直的直線移動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)了鉆頭在 X、 Y 平面內(nèi)的定位自由，從而使得刀具在 平面 X、 Y 內(nèi)按照不同的軌跡路徑對(duì)零件進(jìn)行銑雕加工。 (2)與 X、 Y 平面相垂直的 Z 方向上直線移動(dòng)。使刀具的鉆孔加工有個(gè)切入的過(guò)程。 (3)機(jī)床切削的主運(yùn)動(dòng)是刀具的高速轉(zhuǎn)動(dòng)。 由于數(shù)控雕刻機(jī)的動(dòng)靜分配存在差異，所以機(jī)床對(duì)應(yīng)的布局也會(huì)不同。而且，就同一種動(dòng)靜分配的布局而言，因?yàn)闄C(jī)床導(dǎo)軌的布局加上導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)安裝結(jié)構(gòu)不一樣，雕刻機(jī) 的布局也會(huì)不一樣。 因此，對(duì)于雕刻機(jī)動(dòng)靜分配的規(guī)劃，可依照下面的原則來(lái)考慮： (1)所選的動(dòng)靜分配將增強(qiáng)機(jī)床加工的精度。 (2)機(jī)床移動(dòng)部分的零件的重量最好輕巧。因?yàn)榫推渌鼦l件相同下，機(jī)床的移動(dòng)部分的零件的重量越小，那么它的慣性將越小，其傳動(dòng)件的尺寸以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率也將越小。這樣，雕刻機(jī)的運(yùn)動(dòng)力學(xué)性能將大大提高。 (3)要有助于加強(qiáng)雕刻機(jī)結(jié)構(gòu)的剛度，機(jī)床的占地面積要盡可能的小。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 件的形狀、硬度、尺寸和其重量所產(chǎn)生的影響 一般來(lái)說(shuō)，雕刻機(jī)機(jī)構(gòu)的布局一定程度上也和待加工的零件的尺寸、形狀、重量 和硬度有關(guān)。所需加工零件的大小面積，將直接和導(dǎo)軌的布局以及機(jī)床工作臺(tái)的尺寸相關(guān)。 比如，所需加工零件的面積尺寸很大，機(jī)床工作臺(tái)在于加工同一方向尺寸將會(huì)變大，其它一系列部件如與工作臺(tái)相連接的滑塊、滑板及兩導(dǎo)軌布局的跨距將越大。所需加工零件的重量越大，所要求機(jī)床工作臺(tái)、導(dǎo)軌等部件的剛度就要提高。由此可見(jiàn)，待加工零件的形狀、尺寸、重量等也將是對(duì)雕刻機(jī)布局產(chǎn)生影響的直接性、決定性因素。 相比而言，一般零件的硬度不會(huì)有較大的差別，因此機(jī)床工作臺(tái)的切削力的大小和承載能力也不會(huì)產(chǎn)生很大差異，其對(duì)于機(jī)床的整體布局的影響比較 若 8。 控雕 刻 機(jī)總體結(jié)構(gòu)布局 數(shù)控雕刻機(jī)總體結(jié)構(gòu)布局如圖 圖 控雕刻機(jī)機(jī)床總體布置圖 本次設(shè)計(jì)的數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)床主要由： 機(jī)床龍門(mén)式結(jié)構(gòu)具有剛性和對(duì)稱性優(yōu)良的特點(diǎn)，所以一向是設(shè)計(jì)高速切削機(jī)床結(jié)構(gòu)的首選 。 本次設(shè)計(jì)的機(jī)床總體布局將采用龍門(mén)架式布置結(jié)構(gòu)。 機(jī)床龍門(mén)框架式的基本布局形式一般有如圖 , 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 7 圖 A 工作臺(tái)移動(dòng)式 圖 B 龍門(mén)架移動(dòng)式 圖 門(mén)式數(shù)控雕刻機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 如圖 局方案，龍門(mén)架是固定的，數(shù)控雕刻機(jī) Y/床 于機(jī)床工作臺(tái)的移動(dòng)，機(jī)床的承載能力將不如布局 如果所需承載加工零件比較輕，那么此類機(jī)床布局方式要求的電機(jī)功率及傳動(dòng)部件的尺寸就比較小，移動(dòng)比較快捷、輕便。對(duì)于縱向較長(zhǎng)工件的批量加工時(shí)，需要使用外伸支架支撐的結(jié)構(gòu)，它們的支點(diǎn)高度相同，所以支 架支撐的調(diào)整較方便，但是支架的結(jié)構(gòu)和布局 于機(jī)床移動(dòng)部件的質(zhì)量比較小，因此該種方案中的數(shù)控雕刻機(jī) 度易于得到保障。 在圖 局方案中，機(jī)床工作臺(tái)是固定的，數(shù)控雕刻機(jī) Y/門(mén)架作縱向的移動(dòng)。由于機(jī)床工作臺(tái)是不動(dòng)的，所以它的承載能力比較好，適合于對(duì)重型零件的工件。對(duì)于縱向較長(zhǎng)工件的批量加工時(shí)，需要使用外伸支架支撐的結(jié)構(gòu)，它們的支點(diǎn)高度相同。但機(jī)床 且龍門(mén)架的移動(dòng)相對(duì)笨重。且加工過(guò)程能耗較高，效率較 底。 綜合上述比較，充分結(jié)合參考機(jī)床布局的基本要求、影響機(jī)床布局的基本因素以及本次設(shè)計(jì)的雕刻機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，最終選用圖 局方案。該機(jī)床的橫梁和立柱還特意設(shè)計(jì)得較寬 。而且考慮到 不良力矩產(chǎn)生的影響，機(jī)床還對(duì) X、 Y、 機(jī)床的整體布局上進(jìn)行考慮，有效、可靠地確保了機(jī)床的剛性。 控雕 刻 機(jī)結(jié)構(gòu)的改良對(duì)比 至于其它結(jié)構(gòu)方面，綜合比較以往雕刻機(jī)、雕銑機(jī)的有關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)以往的一些結(jié)構(gòu)存在某些普遍問(wèn)題，比如： 1）對(duì)于機(jī)床各方向上的加工精度不容易保障，零部 件的組合裝配比較煩雜。 2）加工的切削力較大的情況下 ，機(jī)床 向橫梁的垂直程度有偏移誤差的現(xiàn)買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 象。 3）機(jī)床主軸在高 速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) , 對(duì)于加工 進(jìn)給的速度快時(shí) , 主軸刀具較容易斷掉 。 通過(guò)查閱資料、分析研究 ， 對(duì)數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)作如下改進(jìn) : 原來(lái)滑塊下的直線導(dǎo)軌布局在同一平面內(nèi) ， a） 所示， 現(xiàn)把它們布置在互相垂直的空間平面內(nèi) , 如圖 b）的結(jié)構(gòu)所示 ，此時(shí)完全 鎖定了 機(jī)床 床工作臺(tái)和直線導(dǎo) 軌滑塊的相連處布置臺(tái)階 ，其 側(cè)面采用螺釘鎖定 ，這樣 育鑄鐵的穩(wěn)定性、耐沖擊性和吸振性都很優(yōu)越，這將大大提高機(jī)床床身的結(jié) 構(gòu)強(qiáng)度和剛性。因此本次設(shè)計(jì)機(jī)床的整體式床身底座由孕育鑄鐵鑄造加工而成。采用箱形結(jié)構(gòu)的方式，其底部?jī)?nèi)部筋板采用井字型筋板配合的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)方式。保證了對(duì) 臺(tái)及兩邊立柱所需的剛性支撐作用，總體上使得機(jī)床的動(dòng)態(tài)加工穩(wěn)定性得到了提高。 工精度難以保證的部位添加調(diào)整墊片 ，采用調(diào)節(jié)的方式確保滿足 各向精度的要求 ， 使得各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)輕快、便捷 9。 圖（ a） 改進(jìn)前橫梁導(dǎo)軌布局 圖（ b） 改進(jìn)后橫梁導(dǎo)軌布局 圖 梁導(dǎo)軌布局圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 9 初步設(shè)計(jì)數(shù)控雕刻機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)布局如圖 圖 控雕刻機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖 由于此次設(shè)計(jì)的數(shù)控雕刻 機(jī) 機(jī) 床的剛性 大部分是為了 克服 機(jī)床 移動(dòng)系統(tǒng)在高速移動(dòng)的情況下對(duì)非移動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力，因此該機(jī)床的滾珠絲杠副和導(dǎo)軌系統(tǒng)在設(shè)計(jì)選型時(shí)要盡量考慮加粗，這樣，機(jī)床的剛性將有利于加強(qiáng) 。 正因?yàn)椴捎昧艘陨弦幌盗写胧?，本次設(shè)計(jì)的數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)床的最大優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)比較細(xì)小、輕 便的零件進(jìn)行加工，而且加工精度較高，對(duì)軟金屬可進(jìn)行高速切削加工 。 作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 綜合考慮到機(jī)床的總體美觀及安全性能等各個(gè)方面的因素，機(jī)床的滾珠絲杠和導(dǎo)軌系統(tǒng)不可以裸露在外面，因此需要在機(jī)床工作臺(tái)的下方布置一個(gè)防護(hù)罩。所以機(jī)床的工作臺(tái)將不能與滾珠絲杠的滑塊和導(dǎo)軌底座直接連接，之間需有一塊 固定機(jī)床工作臺(tái)。機(jī)床工作臺(tái)與 定在機(jī)床底座上。其裝配關(guān)系如下圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 圖 作臺(tái)布局圖 為了減輕數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)床移動(dòng)部件的質(zhì)量，機(jī)床工作臺(tái)的材質(zhì)選用鋁合金，輕便牢固，易于加工，而且鋁的材料特性較好，不易生銹，提高了機(jī)床使用的可靠性。 章小結(jié) 本章主要講述了本次設(shè)計(jì)的雕刻機(jī)總體機(jī)械結(jié)構(gòu)的布局，包括介紹了影響機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)布局的一些因素，并分析了它們的區(qū)別，優(yōu)缺點(diǎn)。對(duì)機(jī)床橫梁導(dǎo)軌的布局進(jìn)行了改進(jìn)，由一般的平面式布局改為空間式布局，提高了機(jī)床的穩(wěn)定性和加工精度。根據(jù)實(shí)際情況，還對(duì)機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，確立了工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)布局方式。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 113 主傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 數(shù)控雕刻機(jī)的主傳動(dòng)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)主雕刻運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng) ，其 特點(diǎn)是：主軸 的 轉(zhuǎn)速 較 高 ， 傳遞的功率較大 ，因此是 數(shù)控機(jī)床 中的一種重要 部分。由于數(shù)控雕刻機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速較高 ，對(duì)于 傳統(tǒng)的“主軸電機(jī) +皮帶傳動(dòng) + 齒輪變速”傳動(dòng)的方式已經(jīng)不再 適合 ，因此，目前采用 電主軸來(lái)完成主傳動(dòng)的方式已經(jīng) 廣泛運(yùn)用于大多機(jī)床的主軸系統(tǒng) 。 電主軸是一種新型技術(shù)，是為高速數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)的高速轉(zhuǎn)動(dòng)而專門(mén)研發(fā)出來(lái)的一種新型產(chǎn)物。將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的主軸傳動(dòng)方式 ,。當(dāng)前其 在高速雕削機(jī)床領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。它的結(jié) 構(gòu)緊湊 , 慣量小 , 重量輕、精度高、能耗小 , 提高了機(jī)床啟動(dòng)、停止的系統(tǒng)響應(yīng)特性 , 還有 控制振動(dòng)及噪音等優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)楸敬嗡O(shè)計(jì)的數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)床的整體結(jié)構(gòu)比較小，加上高速電主軸價(jià)格昂貴，所以主傳動(dòng)方式采直流電機(jī)直聯(lián)帶動(dòng)主軸機(jī)構(gòu)，這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，運(yùn)動(dòng)可靠。 這種方式所采用的直流電機(jī)所具有的特點(diǎn)如下： （ 1）特性保持線性關(guān)系 無(wú)論機(jī)械特性還是調(diào)節(jié)特性都呈現(xiàn)良好的線性度。即在整個(gè)調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的變化關(guān)系或是轉(zhuǎn)速隨控制電壓的變化關(guān)系都是線性的。 （ 2）調(diào)速范圍寬 其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速可在寬廣的范圍 內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)并穩(wěn)定運(yùn)行。 （ 3）反應(yīng)速度迅捷 由于輸入控制信號(hào)的作用，電機(jī) 轉(zhuǎn)子可以快速地反應(yīng)并相應(yīng)地動(dòng)作，其時(shí)間常數(shù)比較小。 因此本次設(shè)計(jì)采用直流電機(jī)直聯(lián)帶動(dòng)主軸機(jī)構(gòu)的方案。直流電機(jī)通過(guò)彈性?shī)A頭直接與刀具連接。 主軸轉(zhuǎn)速是通過(guò)用變頻器來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的電源頻率，從而控制主軸的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)的，確保主軸的轉(zhuǎn)速范圍控制在 1500 到 24000r/內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)了無(wú)級(jí)轉(zhuǎn)速。變頻器是通過(guò)電腦所給的信息，發(fā)出一種脈沖，再通過(guò)脈沖來(lái)控制轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)了 1500 至 24000r/不同轉(zhuǎn)速。變頻器是一種電氣設(shè)備，主要 用來(lái)改變交流電的電頻率。另外，其還具備改變交流電壓的輔助功能。 一般，變頻器 主要 由逆變器、整流器還有直流部分 等 3 個(gè)部分所組成 。其中，輸入的交流電轉(zhuǎn)換為直流電 是通過(guò)整流器來(lái)實(shí)現(xiàn) ，直流電再轉(zhuǎn)換成所需頻率的交流電 是由逆變器來(lái)實(shí)現(xiàn) 。其中，變壓器 的作 用 是改變電壓而且 可以隔離輸入 /輸出的電路，補(bǔ)償變頻器內(nèi)部線路上的能量損失 由電池來(lái)實(shí)現(xiàn) 。不同 種類 的變頻器 可以處理的電源功率是不同 的， 大概范圍在幾瓦到幾兆瓦 。此類變頻器的工作原理如式（ 示： 6 0 (1 ) /n f s p (式（ ：異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 為 n，異步電動(dòng)機(jī)的頻率 為 f，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率 為 s，電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù) 為 p。通過(guò)公式（ 知 ，轉(zhuǎn)速 n 與頻率 f 是 正比 關(guān)系。因此，改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可以通過(guò) 改變頻率 f 來(lái)實(shí)現(xiàn) ，當(dāng)頻率 f 在 0 50范圍內(nèi)變動(dòng) 時(shí) ， 電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)速 的 調(diào)買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 節(jié)范圍比較大 。變頻器 的速度調(diào)節(jié) 就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率 來(lái)實(shí)現(xiàn) 的 ， 它 是一種理想的 、 高效率