【正文】 系統(tǒng)操作人性化、簡潔化發(fā)展 [13]。在各種 工作 中， 雕刻機(jī) 的運(yùn)動(dòng)主要表現(xiàn)為末端操作器沿著預(yù)定的路徑移動(dòng)并保持預(yù)定的姿勢，在運(yùn)動(dòng)中或在預(yù)定的某些位置上完成 工作 規(guī)定的操作。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)和自動(dòng)化水平的不斷提高，人們在各種領(lǐng)域內(nèi)大量采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。早期的可編程控制器主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制，隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代可編程控制器的功能已經(jīng)超過了邏輯控制的范圍。 圖 11 PLC系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) PLC系統(tǒng)主要由中央處理單元 (CPU模塊 )、信號(hào)輸入腧出模塊、電源和編程器等部分組成，如圖 11所示。 (2)運(yùn)動(dòng)控制 PLC使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊，可對直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的位置、速度和加速度進(jìn)行江西理工大學(xué)（ 2021屆 ）本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 控制，實(shí)現(xiàn)單軸、雙軸和多軸位置控制，并使運(yùn)動(dòng)控制和順序控制功能有機(jī)結(jié)合在一起。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值進(jìn)行比較，也可以用通信功能傳送到其他智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼ｋS著市場需求的不斷提高， PLC的發(fā)展體現(xiàn)以下趨勢： ① 向小型化、微型化和大型化、多功能兩個(gè)方向發(fā)展： ② 過程控制功能不斷增強(qiáng)； ③大力開發(fā)智能型 I／ o模塊； ④ 與個(gè)人計(jì)算機(jī)日益緊密結(jié)合； ⑤ 編程 語言趨向標(biāo)準(zhǔn)化； ⑥ 通信與聯(lián)網(wǎng)能力不斷增強(qiáng)。在經(jīng)濟(jì)、合理的條件下，盡量采用較短的傳動(dòng)鏈，以簡化機(jī)構(gòu)，提高傳動(dòng)精度和傳動(dòng)效率； 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； 結(jié)構(gòu)簡單，合理可靠，便于加工和裝配。 (1)激光器 的左右移動(dòng) X； (2)激光器的前后移動(dòng) Y； 圖 21雕刻機(jī) 的自由度示意圖 該 激光雕刻機(jī) 的 雕 刻 對象是 木板，鋼板等 主要 材料 ，其中 2個(gè)移動(dòng)自由度 使雕刻機(jī) 本身能夠保證 激光器 到達(dá) 加工區(qū)域 任意點(diǎn)位置。 1. 液壓驅(qū)動(dòng) 液壓驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)主要包括： 1) 驅(qū)動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)力 矩較大， 移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的力 可達(dá) 100公斤； 2) 速度反應(yīng)性較好。因此，氣壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手，常用于臂力小于 30公斤、運(yùn)動(dòng)速度較快以及高溫、低溫、高粉塵等工作條件較惡劣的場合。只是把電機(jī)驅(qū)動(dòng)與液壓和氣壓驅(qū)動(dòng)做一個(gè)比較，從中得到結(jié)論。因此， 雕刻機(jī)激光器的 X、Y向的 移動(dòng)都采用直流電動(dòng)機(jī)。下面首先介紹幾種 雕刻機(jī) 常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)， 然后再根據(jù) 激光雕刻機(jī) 的具體要求確定各個(gè)模塊的傳動(dòng)方案。 江西理工大學(xué)（ 2021屆 ）本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 表 22齒輪傳動(dòng)的分類 2．絲杠螺母傳動(dòng) 絲杠螺母傳動(dòng)分為靜壓式、滑動(dòng)式和滾珠式等。其缺點(diǎn)是；不能自鎖，必須增設(shè)制動(dòng)或自鎖裝置；結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成本高。鏈傳動(dòng)的種類較多，在 雕刻機(jī) 中主要使用精密套筒滾子鏈傳動(dòng)。 5．其它常用傳動(dòng)方式 在 雕刻機(jī) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，常用的還有鋼絲繩傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及流體傳動(dòng)等。 (3)氣壓傳動(dòng)比起其他傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)精度較差，但由于容易達(dá)到高速，所以多數(shù)用在完成簡易作業(yè)的搬運(yùn) 雕刻機(jī) 上。 各 部分 傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) X方向移動(dòng)方案 雕刻機(jī) 的 激光器 X方向移動(dòng) 運(yùn)動(dòng)，選用 同步齒形帶 傳動(dòng)，傳動(dòng)時(shí)無滑動(dòng)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，傳動(dòng)平穩(wěn)；速比范圍大可達(dá) i=10；初始拉力小，軸及軸承不易過載。 江西理工大學(xué)（ 2021屆 ）本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 22 X方向的 傳動(dòng)方案 2. 雕刻機(jī) Y 方向移動(dòng)方案 雕刻機(jī) Y方向的 水平移動(dòng)，跟 雕刻機(jī) X方向 的傳動(dòng)方案一樣，通過使用 同步齒形帶 ，將步進(jìn) 電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)?激光器 的水平移動(dòng)，這里就不再贅述。根據(jù)公式 (32)計(jì)算： NMF ???? NMF ????? ? 式中 ? 為摩擦系數(shù)，取 為 根據(jù)公式 (31)，驅(qū)動(dòng)力 NFFF ????? 折算到 步進(jìn) 電機(jī)的功率為 FVp=? 式中 ? 為傳動(dòng)效率取 80％ 。 根據(jù) 激光器移動(dòng) 的速度 /v m s? ，速度從靜止加速到工作速度的增量為 /ms ，所用時(shí)間 ? ，所以口 20 .0 5 0 .5 /0 .1va m st? ? ?。 表 23 軸常用幾種材料的 ]τ[T 及 0A 值 軸的材料 Q235A、 20 Q27 35（ 1 TiNiCr 918 ） 45 rC40 、 SiMn35 、SiMnMo38 、 133rC ]τ[T / aMP 15 ? 25 20 ? 35 25 ? 45 35 ? 55 0A 149 ? 126 135 ? 112 126 ? 103 112 ? 97 由上式可得軸的直徑 3033T3T ]τ[95 50 00 0]τ[ 50 00 0 nPAnPnPd ??? （ 34） 式中，3T0 ]τ[9550000?A ，查表 ，則 30 nPAd? 然后，本設(shè)計(jì)中取材料 45，則查表 31 取 1200?A ， P=， n=1500r/min 則有30 nPAd? 3 ?=，而本設(shè)計(jì)中 d=10mm，故滿足校核要求。 鍵的選擇 (1)鍵的選擇 鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩個(gè)方面。鍵的長度 L 一般可按輪轂的長度而定，即鍵長等于或略短于輪轂的長度；而導(dǎo)向平鍵則按輪轂的長度及其滑動(dòng)距離而定。查《機(jī)械設(shè)計(jì)》知，平鍵連接傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，連接中各零件的情況如右圖。 軸的直徑 d 8~6 10~8? 12~10? 17~12? 22~17? 30~22? 38~30? 44~38? 鍵寬h鍵高?b 22? 33? 44? 55? 66? 78? 810? 812? 軸的直徑 d 50~44? 58~50? 65~58? 75~65? 85~75? 95~85? 110~95? 130~110? 鍵寬h鍵高?b 914? 1016? 1118? 1220? 1422? 1425? 1628? 1832? 鍵的長度系列 L ?50,2 0 0 ,2 2 0 ,22 5 ,1 4 0 ,1 8 0,1 0 0 ,1 1 0 ,13 ,7 0 ,8 0 ,9 04 5 ,5 0 ,5 6 ,6,3 2 ,3 6 ,4 0 ,0 ,2 2 ,2 5 ,2 81 4 ,1 6 ,1 8 ,2，6 ,8 ,1 0 ,1 2 江西理工大學(xué)（ 2021屆 ）本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，普通平鍵連接的強(qiáng)度條件為 ]σ[102σp3p ??? kldT [35] 式中： T傳遞的轉(zhuǎn)矩（2dFFyT ??）， mN? ； k鍵與輪轂鍵槽的接觸高度， k=，此處 h 為鍵的高度； l鍵的工作長度，圓頭平鍵 l=Lb,平頭平鍵 l=L，這里 L為鍵的公稱長度； b為鍵的高度； d軸的直徑； [ pσ ]鍵、軸、輪轂三者最弱材料的許用擠壓應(yīng)力單位 aMP ，見表 25； [P]鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用壓力單位 aMP ，見表 25。 ②鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》查表 33查得許用擠壓應(yīng)力[ pσ ]= aMP120~100 ，取其平均值， [ pσ ]=110MPa。 控制系統(tǒng)總體方案 采用 PLC可編程序控制器作為控制系統(tǒng)的控制中樞，控制電機(jī)實(shí)現(xiàn) 激光器 的 X方向的水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)和 激光器 Y方向的水平往復(fù)運(yùn)動(dòng) 。 江西理工大學(xué)（ 2021屆 ）本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 第三章 激光雕刻機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 底座模塊 1．結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (1)設(shè)計(jì)要求：底座是直接連接、支承 其它 機(jī)構(gòu)部件。本設(shè)計(jì)中機(jī)身采用固定式的。按照第 2 章總體設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)方案， 激光器 水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)采用直流 步進(jìn)電 機(jī)驅(qū)動(dòng)經(jīng) 套筒式聯(lián)軸器與傳動(dòng)軸相連接 ，采用 同步齒形帶 傳動(dòng)。從江西理工大學(xué)（ 2021屆 ）本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 機(jī)身的受力情況看，它在工作中直接靜荷 。這些蒸氣的噴出速度很大，在蒸氣噴出的同時(shí)，在材料上形成切口。激光熔化切割不需要使金屬完全汽化，所需能量只有汽化切割的 1/10。噴吹出的氣體一方面與切割金屬作用，發(fā)生氧化反應(yīng)，放出大量的氧化熱；另一方面把熔融的氧化物和熔化物從反應(yīng)區(qū)吹出，在金屬中形成切口。激光劃片用的激光器一般為 Q 開關(guān)激光器和 CO2 激光器。 ⑴ 切割質(zhì)量好 由于激光光斑小、能量密度高、切割速度快，因此激光切割能夠獲得較好的切割質(zhì)量。 ③ 材料經(jīng)過激光切割后，熱影響區(qū)寬度很小，切縫附近材料的性能也幾乎不受影響，并且工件變形小，切割精度高，切縫的幾何形狀好，切縫橫截面形狀呈現(xiàn)較為規(guī)則的長方形。 ⑶ 切割速度快 用功率為 1200W 的激光切割 2mm 厚的低碳鋼板，切割速度可達(dá) 600cm/min；切割 5mm厚的聚丙烯樹脂板，切割速度可達(dá) 1200cm/min。激光切割過程噪聲低，振動(dòng)小，無污染。它的作用是支承 轉(zhuǎn)軸 和 同步帶輪 ，并 使同步帶來回轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)激光器的 運(yùn)動(dòng)，主要運(yùn)動(dòng) 包括 激光器 的沿 X 軸方向的水平移動(dòng)以及 激光器 Y 軸方向的 水平 移動(dòng)， 舵機(jī) 上還要安裝一些傳動(dòng)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。每個(gè)運(yùn)動(dòng)部件由一個(gè)小的機(jī)械系統(tǒng)組成，主要有 同步齒形帶 、軸承、鍵、 步進(jìn) 電機(jī)等裝置，另外還有一些附屬裝置，如 連接 架、定位板等等。 銑削車間 數(shù)控銑床 30 鉆孔 鉆 8 個(gè)Ф 10 的孔。 Ф 25 10 191 1 14 7 對 8 個(gè)Ф 10 的孔，進(jìn)行攻螺紋 Ф 10 10 191 1 14 編制： 設(shè)計(jì)： 審核： 批準(zhǔn)： 描圖： 校對： 雕刻機(jī)光滑軸塊工藝 零件圖如圖 42 所示： 江西理工大學(xué)（ 2021屆 ）本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 圖 42光滑軸塊 江西理工大學(xué)（ 2021屆 ）本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 材料： 45 鋼 技術(shù)要求 （ 1）地面與側(cè)面有垂直度要求； （ 2）右面 D 型區(qū)域上下面以及側(cè)面粗糙度為 ； （ 3）上下面粗糙度都是 ； （ 4）其余表面粗糙度都是 ； 數(shù)量： 4 件； 毛坯：鍛件； 工藝過程如表 42 所示： 機(jī)械加工工藝過程卡片 產(chǎn)品型號(hào) 零件圖號(hào) JW06 產(chǎn)品名稱 激光雕刻機(jī) 零件名稱 光滑軸塊 共 1 頁 第 1 頁 材 料 牌 號(hào) 45 毛 坯 種 類 鍛件 毛坯外形尺寸 63mmX53mmX35mm 每毛 坯件數(shù) 1 每 臺(tái) 件 數(shù) 1 備 注 工 序 號(hào) 工 名 序 稱 工 序 。 鉆削車間 搖臂鉆床 50 攻螺紋 對 8 個(gè)Ф 10 的孔，進(jìn)行攻螺紋。 江西理工大學(xué)（ 2021屆 ）本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 第四章 激光雕刻機(jī)主要零件工藝制定 雕刻機(jī)墊板工藝 零件圖如圖 41 所示： 圖 41墊板 江西理工大學(xué)（ 2021屆 ）本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 材料：高密度 PVC 技術(shù)要求：（ 1）上下面有平行度要求； （ 2）四個(gè)孔之間有公差要求； （ 3）上下面粗糙度都是 ； （ 4）其余表面粗糙度都是 ； 數(shù)量： 2 件； 毛坯：鍛件； 工藝過程如表 41 所示： 機(jī)械加工工藝過程卡片 產(chǎn)品型號(hào) 零件圖號(hào) JW04 產(chǎn)品名稱 激光雕刻機(jī) 零件名稱 2 號(hào)墊板 共 1 頁 第 1 頁 材 料 牌 號(hào) 高密度 PVC 毛 坯 種 類 鍛件 毛坯外形尺寸 145mmX55mmX12mm 每毛坯件數(shù) 1 每 臺(tái)