微型雕刻机总体及数控系统选用设计_毕业设计(编辑修改稿)

微型雕刻机总体及数控系统选用设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

旋转运动转化为直线运动。 另一端采用轴承为支承。 步进电机的旋转方向和转速，由指令脉冲决定。 指令脉冲数就是 电动机的转动步数，即角位移的大小。 只要改变指令脉冲频率，就可以使步进电动机的旋转速度在很宽范围内连续调节。 它具有以下特点 : 位置控制功能 可预先发出具体的脉冲数量，从而得到需要输出的角度。 无极调速功能 可根据发送脉冲的速度，得到需要的电机的转速。 正 /反，急停及锁定功能 通过对系统的高低电平控制，得到正 /反旋转的效果，在电机锁定情况下 （电机绕组中存在电流，外部没有要求旋转的电脉冲 )，仍有静止力矩的输出。 低转速及高精度位置功能 通过对脉冲速度的控制，可直接得到极低的转速而不需要通过齿轮箱 的过渡，从而避免了功率的损耗和角度位置的偏差。 长寿命 不需要象普通的直流电动机通过电刷和换相器换相，从而减少了摩擦，增长了寿命。 如图 所示 盐城工学院本科生毕业设计说明书 20xx 9 图 丝杠与电机轴的连接 刚性联轴器用于丝杆与电机的联接，可提高两轴头连接的固定精度，如图 所示。 它的特点有 : 可用于小型、瞬间惯量小和高速转动的场合。 安装后无反作用力，而且维护简单。 提高丝杠的强度时，跳动不会受到影响。 依靠锁紧螺栓施加的摩擦紧固，无需键。 在高速转动时可保持平稳。 导轨的主要 功能是导向和承载作用。 导轨使运动部件沿一定的轨迹运动，从而保证各部件的相对位置和相对位置精度。 导轨承受运动部件及工件的重量及切削力，在很大程度上决定数控机床的刚度、精度与精度保持性。 雕刻机的 x向和 y 向丝杠两侧各采用一对圆柱形导轨作为导向件，另外可以分担丝杠所承受的机头和工作台的重量。 圆柱形导轨加工容易，导向精度高，可满足定位精度的要求。 Z 丝杠不承受径向载荷，为保证精度，采用两根导轨导向。 Z 的固定依靠步进电机的自锁来实现。 圆形导轨两端通过螺钉固定在丝杠支架上，并与导轨套形成移动副。 如图 所示 图 丝杠和圆导轨的支承方式 盐城工学院本科生毕业设计说明书 20xx 10 各个传动链上的丝杠螺母与不同零件以螺钉固定连接，通过与丝杠的相对运动实现传动 : 与工作台固定连接，相对于 y 向丝杠运动向丝杠运动向支架固定连接； 与机头向丝杠运动； 与机头 向支架固定连接，相对于 Z向丝杠移动。 典型零件工艺分析 ： （ 1）零件材料： GCR15。 合金含量较少，具有良好的性能，它为应用最广泛的高碳铬轴承钢。 经过淬火加回火后具有较高的硬度、均匀的组织、良好的耐磨性、高的接触疲劳性能。 该钢冷加工塑性中等 ，切削性能一般，焊 接性能差，对形成白点敏感性能大，有回火脆性。 实际就是 Cr15。 （ 2）零件组成表面：两端面，外圆 附有滚珠 ， 外身为单线 螺纹， 无 键槽， 无 倒角。 （ 3）主要表面分析： Ф 16 外圆表面 主要 用于传动件， 将电机的旋转运动转换为所需的直线运动，具有相当的精度。 （ 4）主要技术条件： Ф 16 外圆精度要求：IT7 粗糙度要求。 它是零件上主要的基准， 两端螺纹应与之保持基本的同轴关系，键槽亦与之对称。 （ 5）零件总体特点：长径比达 18，为较典型的细长轴。 T 型台工艺分析： （ 1）零件材料： 45 钢。 切削加工性良好，无特殊加工问题，故加工中不需采取特殊工艺措施。 刀具材料选择范围较大，高速钢或 YT 类硬质合金均能胜任。 刀具几何参数可根据不同刀具类型 通过相关表格查取。 （ 2）零件组成表面： 长方形表面（长 300mm，宽 340mm），厚 20mm，有 T 形凹槽。 （ 3）主要表面分析： 外表面 主要 用于 支承以及夹持工件，具有相当的定位精度。 （ 4）主要技术条件： 外 表面 精度要求：IT7 粗糙度要求。 它是零件上主要的基准， 两端 平面 应与之保持基本的 平面 关系，键槽亦与之对 称。 （ 5）零件总体特点： 简单，结构紧凑，定位能力非常强。 三轴滑块工艺分析： （ 1）零件材料： 铝合金。 在工业生产中应用最广泛的一类有色结构金属材料。 纯铝的密度小（ ρ=），大约是铁的 1/3， 熔点 低（ 660℃ ），铝是面心立方结构，故具有很高的塑性（ δ:32~40% ， ψ:70~90% ），易于加工，可制成各种型材、盐城工学院本科生毕业设计说明书 20xx 11 板材。 （ 2）零件组成表面： 轴套类零 件，表面是光滑的空孔，用于支持导轨。 （ 3）主要表面分析： 内 表面 主要 用于 支承以及夹持工件，具有相当的定位精度。 （ 4）主要技术条件： 外 表面 精度要求：IT7 粗糙度要求。 它是零件上主要的基准， 两端 平面 应与之保持基本的 平面 关系， 空孔 亦与之对称。 （ 5）零件总体特点：机构中与机架用移动副相连又与其他运动构件用转动副相连的构件。 盐城工学院本科生毕业设计说 明书 20xx 12 3. 三坐标数控雕刻机的机械系统的设计 本章详细介绍了微型三维机械雕刻机机械部分的主要零部件，如主轴电动机、步进电动机 、传动部件和支承部件的详细设计计算及选型过程。 设计参数的确定 由课题所给的设计参数，结合微型三维机械雕刻机的总体设计方案，初步确定该雕刻机机械部分的主要参数，如表 所示。 表 机械设计参数表 项目 参数 单位 主轴最高转速 n=20xx0 r/min 最大进给速度 3600fv  mm/min 工作台总行程 (Y) 235 mm 主轴总行程 (X) 220 mm 主轴总行程 (Z) 102 mm 定位精度 177。 mm 脉冲当量 mm 使用寿命 20xx0hL  hrs 切削力、切削扭矩和切削功率计算 三坐标数控机械雕刻机的加工对象主要是针对非金属材料和铝合金材料的雕刻加工。 这些材料具有较高的强度和良好的塑性。 用硬质合金直柄立铣刀（ 0 6 , 2d mm z）和高速钢标准直柄麻花钻（ 0 3d mm ）在铝板上进行铣削和钻削，分别进行切削力、切削扭矩和切削功率的计算。 根据三维机械雕刻机的加工范围和使用功能及在实际 生产过程中不同的切削方式所使用时间的分配，经过统计，大致可将切削方式分为强力切削（切）、一般切削（雕）、精细切削（刻）和快速进给。 盐城工学院本科生毕业设计说 明书 20xx 13 铣削力、扭矩和功率的计算 通过查阅王先逵主编的《机械加工工艺手册》，得到表 左侧的经验公式，代入已知参数进行简化，可得到仅与切削深度 pa 、进给速度 fv 和铣刀转速 n有关的计算公式填入表 右侧。 表 铣削力、扭矩和功率计算公式的简化 计算公式和参 数选定 计 算 结 果 铣削力： 0F ( )F F F ZFFx y uF p f w FqwCzz k Naadna  0 .7 5 0 .6 24 2 .7 6 ( )z p fF a v n N 铣削扭矩： z0 m2FdM    zM 3 .0 F N m   （ ） 铣削功率： Zm 4Fvp k W6 1 0   7mZp 3 .1 4 1 0 F n k W  （ ） 其中： C 11 6 , 1 , 0. 75 , 0. 85 , 0. 73 , 0. 13 , 0. 25 F F F F F F FX Y U q W K       。 铣削宽度 a ( )w mm ，铣削深度 a( )pmm , 进 给 速 度 ( / m in)ffv a zn mm ，铣削速度0 / 10 00 ( / m i n)v d n m ， 0d —— 铣刀外径 ((mm), fa —— 每齿进给量 (mm/z)， z —— 铣刀齿数， n—— 铣刀转速 (r /min)。 将切削深度 pa 、进给速度 fv 和铣刀转速 n 的变量代入分别计算，得到计算结果，如表 所示。 表 铣削力、扭矩和功率的计算 切削方式 工作时间 百分比 t % 参 数 计算结果 pa fv n n丝 ZF M mP 强力切削 10% 120 9000 30 一般切削 30% 1 1200 15000 300 精细切削 50% 2400 20xx0 600 快速进给 10% — 3600 — 900 0 0 0 其中： n丝 — 丝杠转速， f / ( / m in)hn v P r丝 ，预选丝杠导程 4( )hP mm pa — 铣削深度（ mm）， fV — 进给速度（ mm/min）， n— 铣刀转速（ r/min） ， 盐城工学院本科生毕业设计说 明书 20xx 14 zF — 铣削力（ N）， M— 铣削扭矩（ Nm）， mP — 铣削功率（ kW）。 钻削力、扭矩和功率的计算 此处省略 NNNNNNNNNNNN字。 如需要完整说明书和 设计 图纸等 .请联系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械毕业设计下载。 该论文已经通过答辩 表 钻削力、扭矩和功率的计算 切削方式 工作时间 百分比t% 参 数 计 算 结 果 fv n n丝 zF M mP 强力切 削 10% 300 9000 75 — 一般切削 30% 480 15000 120 — 精细切削 50% 600 20xx0 150 — 快速进给 10% 900 — 225 0 0 0 其中： n丝 — 丝杠转速， f / ( / m in)hn v P r丝 ， 预选丝杠导程 4( )hP mm ， fv — 进给速度(mm/min),n — 钻削转速 (r/min), zF — 钻削力 (N), M— 钻削扭矩 (Nm), mP — 钻削功率(kW)。 主运动系统的设计计算 主轴组件是雕刻机的执行件。 它的功用是支承 并带动工件或刀具旋转进行切削，承受切削力和驱动力等载荷，完成表面成形运动。 主轴组件由主轴及其支承和安装在主轴上的传动件、密封件等组成，要求良好的回转精度、结构刚度、抗振性、热稳定性及精度的保持性。 盐城工学院本科生毕业设计说 明书 20xx 15 雕刻机的主轴部分固定在 Z向丝杠的支架上，采用电主轴高速旋转，实现刀具的切削运动。 自 20 世纪 80 年代以来，数控机床、加工中心主轴向高速化发展。 高速数 控机床主传动机构已经得到极大的简化，取消了带传动和齿轮传动，机床主轴由内装式电动机直接驱动，从而把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床主运动的“零传动”，这种结构称 为电主轴。 它具有结构紧凑，机械效率高，可获得极高的回转速度，振动小等优点，因而在现代数控机床中获得了愈来愈广泛的应用。 本雕刻机由于主轴转速达到 20xx0r／ min,所以应用电主轴。 本节主要设计主运动系统中的电主轴，以确定它们的型号和参数。 数控机床的主传动系统除应满足普通机床主传动的要求外，还提出以下要求： ，并实现无级变速。 数控机床就要为了保证加工时能选用合理的切削用量，并充分发挥刀具的切削性能，从而获得最高的生产率、加工精度和表面质量，必须具有更高的转速和更大的调速范围。 对于自动 换刀的数控机床，工序集中，共建一次装夹，可完成许多工序，所以，为了适应各种国内工序和各种加工材质的要求，住运动的调速范围还应进一步扩大。 ，传动平稳，噪声低。 数控机床加工精度的提高，与主运动系统的刚度密切相关。 为此，应提高传动件的制造精度与刚度，齿轮齿面进行高频感应加热淬火增加耐磨性；最后一集采用斜齿轮传动，使传动平稳；采用高精度轴承及合理的支撑跨距等，以提高主轴组件的刚性。 数控机床上一般既要进行粗加工又要进行精加工；加工时可能由于断续切削、加工余量不 均匀、运动部件不平衡以及切削过程中的自激振动等原因引起的冲击力或交变力的干扰，使主轴产生振动，影响加工精度和表面粗燥度，严重时甚至破坏刀具或零件，是加工无法顺利进行。 因此在主传动系统中的各主要零部件不但要具有一定的静刚度，而且具有足够的抑制各种干扰力引起的动的能力 —— 抗振性。 抗振性用动刚度或动柔性度来 衡量。 例如主轴组件的动刚度取决于主轴的当量静刚度、阻尼比及固有频率等参数。 机床在切削加工中主传动系统的发热使其中所有零部件产生热变形，破坏了零部件之间的相对位置精度和运动精度造成的加工误差，且热 变形限制了切削用量的提高，降低了传动效率，影响到生产率。 为此要求主轴不见具有较高的热稳定性，通过保持合适的配合间隙，并进行。