【正文】 ? ? ? 。 鉆削力、扭矩和功率的計(jì)算 通過(guò)查閱參考文獻(xiàn)，按上節(jié)的簡(jiǎn)化過(guò)程，可得到僅與進(jìn)給速度 fv 和鉆頭轉(zhuǎn)速 n 有關(guān)的計(jì)算公式，如下表 所示。 表 鉆削力、扭矩和功率的計(jì)算 切削方式 工作時(shí)間 百分比參 數(shù) 計(jì) 算 結(jié) 果 fv n n絲 zF M mP含全套圖紙 值得下載 t% 強(qiáng)力切 削 10% 300 9000 75 — 一般切削 30% 480 15000 120 — 精細(xì)切削 50% 600 20210 150 — 快速進(jìn)給 10% 900 — 225 0 0 0 其中： n絲 — 絲 杠轉(zhuǎn)速， f / ( / m in)hn v P r?絲 ， 預(yù)選絲杠導(dǎo)程 4( )hP mm? ， fv —進(jìn)給速度 (mm/min),n — 鉆削轉(zhuǎn)速 (r/min), zF — 鉆削力 (N), M— 鉆削扭矩 (Nm),mP— 鉆削功率 (kW)。對(duì)于自動(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)床，工序集中，共建一次裝夾，可完成許多工序，所以，為了適應(yīng)各種國(guó)內(nèi)工序和各種加工材質(zhì)的要求，住運(yùn)動(dòng)的調(diào)速范圍還應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大。 數(shù)控機(jī)床上一般既要進(jìn)行粗加工又要進(jìn)行精加工；加工時(shí)可能由于斷續(xù)切削、加工余量不均勻、運(yùn)動(dòng)部件不平衡以及切削過(guò)程中的自激振動(dòng)等原因引起的沖擊力或交變力的干擾，使主軸產(chǎn)生振動(dòng)，影響加工精度和表面粗燥度，嚴(yán)重時(shí)甚至破壞刀具或零件，是加工無(wú)法順利進(jìn)行。 機(jī)床在切削加工中主傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)熱使其中所有零部件產(chǎn)生熱變形，破壞了零部件之間的相對(duì)位置精度和運(yùn)動(dòng)精度造成的加工誤差，且熱變形限制了切削用量的提高，降低了傳動(dòng)效率，影響到生產(chǎn)率。轉(zhuǎn)速小于 3000r／min 的主軸，采用異步電動(dòng)機(jī)軸通過(guò)聯(lián)合器直接驅(qū)動(dòng)主軸，機(jī)床可通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)變速；轉(zhuǎn)速小于 8000r／ min 的主軸，可采用變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)；高速主軸，可將電動(dòng)機(jī)與主軸做成一體，即內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸，轉(zhuǎn)子軸就是主軸，所以本雕刻機(jī)應(yīng)選用電主軸， 主軸電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)前面兩節(jié)的計(jì)算結(jié)果，取一定的安全系數(shù)，忽略傳動(dòng)效率，主軸電動(dòng)機(jī)所需的扭矩、功率和轉(zhuǎn)速計(jì)算過(guò)程如表 所示。 進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)鏈的組成 從前面所述，我們知道步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器和滾珠絲杠連接，將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為部件的移動(dòng) . 含全套圖紙 值得下載 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算 參閱徐灝主編的《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四冊(cè)和李鶴軒主編的《機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè)》以雕刻機(jī)進(jìn)行銑槽加工時(shí)為例進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，過(guò)程如表 所示。傳統(tǒng)的脈沖增量插補(bǔ)是用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這兩種算法的運(yùn)算的速度和實(shí)現(xiàn)的精度都較低，在三維雕刻機(jī)上運(yùn)用效果不十分理想。其基本原理如下： 設(shè)直線的起點(diǎn)坐標(biāo)為 ? ?,s s s sP x y z ,終點(diǎn)坐標(biāo)為 ? ?,e e e eP x y z , esx x x? ? ? , esy y y? ? ? , esz z z? ? ? , zx zk x?? ? , zy zk y?? ? ,并設(shè) 0x y z? ? ? ? ? ?。無(wú)論是在插補(bǔ)速度上還是在插補(bǔ)精度上都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。本文介紹了研究了數(shù)控雕刻機(jī)的功能、結(jié)構(gòu)和組成。 3．本文對(duì)三維雕刻機(jī)的插補(bǔ)算法進(jìn)行了選擇，屏除了過(guò)去傳統(tǒng)的插補(bǔ)算法，采用了一種新型的插補(bǔ)算法，保證插補(bǔ)速度和插補(bǔ)精度，提高了雕刻機(jī)的效率和性能。 利用移動(dòng)通 訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速的發(fā)展，數(shù)控雕刻機(jī)將朝著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。 學(xué)生在完成本論文的過(guò)程中，始終得到導(dǎo)師無(wú)微不至的指導(dǎo)、關(guān)心、幫助、鞭策與激勵(lì)。 衷心感謝父母和所有親人多年來(lái)給予 我的無(wú)私關(guān)懷、支持和鼓勵(lì)。在趙老師的幫助下，我們學(xué)到的不僅僅是書本上的和實(shí)踐的知識(shí)，更重要的是從中學(xué)到了做人的原則和做事的方法，讓我們更深地了解了“集體”這一個(gè)詞的含義。從設(shè)計(jì)一開始，他就告訴我們，每一個(gè)學(xué)生都應(yīng)該通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)盡可能多的知識(shí)，而不是為了走走過(guò)程，而是使以前學(xué)過(guò)的知識(shí)得以運(yùn)用。雕刻機(jī)發(fā)展趨勢(shì)總結(jié)如下 : 更加精密 控制部分和機(jī)械部分精度的提高將極大地提高雕刻系統(tǒng)的精度，控制部分將向閉環(huán)伺服方向發(fā)展，通過(guò)反饋調(diào)整做到誤差補(bǔ)償，從而可以大幅度提高精度，機(jī)械部分將采用更高精度的滾珠絲杠和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，同時(shí)裝配工藝的提高也將進(jìn)一步提高系統(tǒng)的精度。 2．三維機(jī) 械雕刻機(jī)總體上滿足設(shè)計(jì)的要求，在機(jī)械本體部分結(jié)構(gòu)緊湊、安全方便， 各部分的零件通用性較好，易于保養(yǎng)或維修。在插補(bǔ)運(yùn)算過(guò)程中，運(yùn)用給出的（ 1）（ 2）（ 3）（ 4）公式進(jìn)行計(jì)算。 如圖 所示， ? ?,i i i iP x yz 為直線上 i 個(gè)點(diǎn)， ? ?1 1 1 1,i i i iP x y z? ? ? ?為直線上第 i+1個(gè)點(diǎn)，其中： 1 1iixx? ??， 11()i i y z i i i zyy y k x x y k??? ? ? ? ?, ()i i x z i i i x zz z k x x y k? ? ? ? ?, ? ?,1 ,1 ,i i i i rP x y z 1,irP? A: ? ?1 ,1 ,i i i rx y z? B:? ?1 , , 1,i i R i rx y z? ? C: ? ?1 , , , 1i i R i rx y z? ? D:? ?1 , , 1, 1i i R i rx y z? ?? 圖 含全套圖紙 值得下載 設(shè) ip 所對(duì)應(yīng)的空間網(wǎng)格點(diǎn)的坐標(biāo) ? ?,1 ,1 ,i i i i rP x y z , .iry , .irz 是由 iy , .iz 經(jīng)圓整理出來(lái)的 . 由 Bresenham 算法可知道 ,如果令 ? ?1iy? ? = 1?iy iy , ? ?1iz? ? = 1?iz .iz 則有 : riy,1? = riy, +1 ? ?1?iy? ? 0 riy,1? = riy, ? ?1?iy? 0 (1) riz,1? = riz, +1 ? ?1?iy? ? 0 riz,1? = riz, ? ?1?iy? 0 (2) 由表達(dá)式 (2)(1)可知 , ? ?1 1 1 1,i i i iP x y z? ? ? ?一定為圖 A,B,C,D中的一個(gè)。所示， X 、 Y 、 Z 三方向由 A 點(diǎn)到 D 點(diǎn)同時(shí)走 1個(gè)步進(jìn)，即直接由 A 點(diǎn)移動(dòng)到 D 點(diǎn)。 傳統(tǒng)的幾種直線脈沖增量插補(bǔ)算法每次定時(shí)中斷只對(duì)一個(gè)或最多兩個(gè)坐標(biāo)進(jìn)行插補(bǔ)。直線插補(bǔ)算法簡(jiǎn)單，比較適合應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)。如下表所示： 主軸型號(hào) 轉(zhuǎn)速 電機(jī) 外型尺寸 潤(rùn)滑 軸承型號(hào) Speed Motor Dimensdions(mm) BearingSD type SDpingdle type (r/min) KW V A H2 D D1 軸端連接 L L1 L2 Lub DD58Z24/ 24000 220 400 58 44 ER11 197 23 18 油脂 前B7002C/P4 后6001C/P5 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 雕刻機(jī)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)分為三個(gè)部分：主軸的上下移動(dòng)，主軸的左右移動(dòng)和工作臺(tái)的前后移動(dòng)。 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)鏈的組成 電機(jī)直接驅(qū)動(dòng) 主軸是精密機(jī)床、高速加工中心和數(shù)控車床常用的一種驅(qū)動(dòng)形式?？拐裥杂脛?dòng)剛度或動(dòng)柔性度來(lái)衡量。數(shù)控機(jī)床加工精度的 提高，與主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的剛度密切相關(guān)。 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)除應(yīng)滿足普通機(jī)床主傳動(dòng)的要求外，還提出以下要求： ，并實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。進(jìn)給速度 ( / m in)fnv f mm? ,鉆削速度 0 / 1 0 0 0 ( / m in)v d n m?? ，0d — 鉆頭外徑（ mm）， f— 進(jìn)給量（ mm/r）， n— 鉆頭轉(zhuǎn)速（ r/min）。 將切削深度 pa 、 進(jìn)給速度 fv 和銑刀轉(zhuǎn)速 n 的變量代入分別計(jì)算， 得到 計(jì)算結(jié)果 ，如下表 所示。 根據(jù)三維機(jī)械雕刻機(jī)的加工范圍和使用功能及在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中不同的切削方式所使用時(shí)間的分配，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)，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。 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 由課題所給的設(shè)計(jì)參數(shù)，結(jié)合廣告型三維機(jī)械雕刻機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案，初步確定該雕刻機(jī)機(jī)械部分的主要參數(shù)，如表 。高速數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)已經(jīng)得到極大的簡(jiǎn)化，取消了帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)，機(jī)床主軸由內(nèi)裝式電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，從而把機(jī)床主傳動(dòng)鏈的長(zhǎng)度縮短為零，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床含全套圖紙 值得下載 主運(yùn)動(dòng)的“零傳動(dòng)”，這種結(jié)構(gòu)稱為電主軸。它的功用是支承并帶動(dòng)工件或刀具旋轉(zhuǎn)進(jìn)行切削，承受切削力和驅(qū)動(dòng)力等載荷，完成表面成形運(yùn)動(dòng)。 Z 的固定依靠 步進(jìn)電機(jī) 的自鎖來(lái)實(shí)現(xiàn)。導(dǎo)軌承受運(yùn)動(dòng)部件及工件 的重量及切削力，在很大程度上決定數(shù)控機(jī)床的剛度、精度與精度保持性。 依靠鎖緊螺栓施加的摩擦緊固，無(wú)需鍵 。 如圖 所示 圖 絲杠與電機(jī)軸的連接 剛性聯(lián)軸器用于絲桿與電機(jī)的聯(lián)接，可提高兩軸頭連接的固定精度 ，如圖 所示。 無(wú)極調(diào)速功能 可根據(jù)發(fā)送脈沖的速度，得到需要的電機(jī)的轉(zhuǎn)速。步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速，由指令脈沖決定。如下圖所示 圖 雕刻 機(jī) X方向進(jìn)給圖 含全套圖紙 值得下載 y方向的絲杠前后運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)雕刻長(zhǎng)度 ,如下圖所示： 圖 雕刻機(jī) Y方向的進(jìn)給圖 Z向的絲杠上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)雕刻深度。 下面介紹一下雕刻機(jī)的進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電機(jī)驅(qū)動(dòng) 。絲杠驅(qū)動(dòng)主軸組的上下運(yùn)動(dòng)，主軸組件在加工過(guò)程中直接帶動(dòng)雕刻頭的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。底座由底下的四只支腳與地面接觸 。 坐標(biāo)系的確定 雕刻機(jī)的坐標(biāo)系采用右手法則，直角卡笛兒坐標(biāo)系統(tǒng)。若設(shè)計(jì)所承載的工件較輕，這種布局方式所需電動(dòng)機(jī)功率和傳動(dòng)件的尺寸較小，移動(dòng)較輕便。在使用外伸支架支撐縱向長(zhǎng)工件進(jìn)行批量加工時(shí)，支點(diǎn)高度相同，故支架支撐調(diào)整方便。 通過(guò)查閱相關(guān)的 文獻(xiàn)資料，雕刻機(jī)基本布局形式通常有 下圖 所示的兩種方案： 圖 雕刻機(jī)的布局簡(jiǎn)圖 圖 雕刻機(jī)的布局形式 這兩種布局都采用 龍門式框架結(jié)構(gòu)，雕刻機(jī)的剛度均較高。對(duì)于同一種運(yùn)動(dòng)分配的布局，由于導(dǎo)軌的布置和其它結(jié)構(gòu)形式的不含全套圖紙 值得下載 同，也將使雕刻機(jī)的布局出現(xiàn)變化。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(yùn)動(dòng)來(lái)加工，從而形成不同的布局。 確保實(shí)現(xiàn)既定工藝方法所要求的工件和刀具的相對(duì)位置與相對(duì)運(yùn)動(dòng)。同時(shí)， 進(jìn)行銑削，即可雕刻出在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)的各種平面或立體的圖形文字，實(shí)現(xiàn)雕刻自動(dòng)化加工。 我國(guó)數(shù)控雕刻機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 隨著近年來(lái)我國(guó)制造業(yè)的迅速發(fā)展，數(shù)控雕刻機(jī)產(chǎn)業(yè)也獲得了良好的發(fā)機(jī)遇有效地促進(jìn)了我國(guó)數(shù)控雕刻機(jī)的生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。 機(jī)械加工業(yè)，刻度盤字輪及標(biāo)尺刻度。 木器業(yè)，用于浮雕圖案設(shè)計(jì)及制作。 數(shù)控雕刻機(jī)都有鉆銑功能，可用于鉆孔、切邊、加工小模具，性價(jià)比高。 含全套圖紙 值得下載 產(chǎn)品的尺寸精度高，一致性好。機(jī)電一體化技術(shù)給傳統(tǒng)的機(jī)械工業(yè)帶來(lái)了革命性的變革和驚人的效益，使產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式和管理體制發(fā)生深刻的變化。因此，在我國(guó)以新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和開發(fā)高技術(shù)含量的新產(chǎn)品，已成為當(dāng)前機(jī)械工業(yè)以至各傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)密切關(guān)注和改革的 焦點(diǎn)。三坐標(biāo)數(shù)控雕刻機(jī)可以控制三個(gè)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，完成浮雕等常規(guī)雕刻加工 。 按照伺服驅(qū)動(dòng)控制的類型不同，數(shù)控雕刻機(jī)又可以分為步進(jìn)驅(qū)動(dòng)雕刻機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)雕刻機(jī)。如模具雕刻機(jī)的加工材料為金屬，所以對(duì)機(jī)床本體的剛性要求較高，而且其加工對(duì)象是模具，所以對(duì)加工系統(tǒng)的精度要求高 。同時(shí)，借助于專用的雕刻 CAD/CAM 軟件系統(tǒng)，加工控制程序的生成快捷、修改方便。仿形雕刻機(jī)的工作原理類似于仿形銑削，在加工前必 須制作仿形模型，這一過(guò)程通常需手工完成，周期長(zhǎng)、效率低。三維立體雕刻類似于