【正文】 三維銑削加工，可以完成精密模具、藝術(shù)浮雕曲面等雕刻加工 。其中，全自由度空間雕刻主要用于一些形狀復(fù)雜的工藝品或大型藝術(shù)作品的雕刻工作，如玉雕、木雕工藝品以及冰雕與沙雕等作品。 數(shù)控雕刻機(jī)及其發(fā)展現(xiàn)狀 數(shù)控雕刻機(jī) 傳統(tǒng)雕刻加工業(yè)是一門(mén)技術(shù)性要求很高的手工技藝，雕刻品的質(zhì)量完全取含全套圖紙 值得下載 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(qiáng)、一致性差，嚴(yán)重制約了雕刻行業(yè)的發(fā)展。隨后美國(guó)、日本和法國(guó)等國(guó)也開(kāi)始研制。從最初的刻字機(jī)，刻章機(jī)再到三維雕刻機(jī)，制作工藝也日漸成熟，應(yīng)用范圍也日漸廣泛。一”。 本課題是在參考現(xiàn)有雕刻機(jī)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種機(jī)構(gòu)尺寸比較大的數(shù)控雕刻機(jī)，適應(yīng)比較大的工藝品的雕刻加工。含全套圖紙 值得下載 摘 要 隨著微電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，數(shù)控雕刻機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。 本文簡(jiǎn)要的介紹了雕刻機(jī)的起源和發(fā)展現(xiàn)狀，分析了國(guó)內(nèi)外雕刻機(jī)的特點(diǎn)說(shuō)明雕刻機(jī)的功能和使用范圍；詳細(xì)的分析了雕刻機(jī)的總體布局和結(jié)構(gòu)方案，以及主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的選擇，以及“三維 雕刻”插補(bǔ)法的選擇，分析和實(shí)現(xiàn)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)雕刻系統(tǒng)的初步優(yōu)化。 上世紀(jì) 90年代至今，機(jī)械雕刻獲得了前所未有的發(fā)展。 1938 年世界第一臺(tái)手動(dòng)雕刻機(jī)在法國(guó)“嘉寶”問(wèn)世， 1950 年“嘉寶”生產(chǎn)出世界第一臺(tái)真正意義的電動(dòng)、可縮放比例的手動(dòng)雕刻機(jī)。雕刻機(jī)完成了從 變革，功能完善、性能穩(wěn)定、造型美觀和價(jià)格合理成為雕刻機(jī)研制的基本要求。從工藝上，雕刻可分為全自由度空間雕刻、三維立體雕刻和二維平面雕刻。相比之下，在三維立體雕刻和二維平面雕刻機(jī)則大有可為。 根據(jù)控制原理的不同，雕刻機(jī)可分為仿形雕刻機(jī)和數(shù)控雕刻機(jī) (采用 CNC系統(tǒng) )兩大類(lèi)型。較傳統(tǒng)的手工雕刻、仿形雕刻，數(shù)控雕刻具有生產(chǎn)效率高、加工精度高、成品率高、對(duì)零件的適應(yīng)性強(qiáng)等顯著優(yōu)勢(shì) 。它們的加工性能要求出入很大，對(duì)機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)的要求也各不相同。含全套圖紙 值得下載 因此，提高雕刻機(jī)的刀具運(yùn)動(dòng)速度對(duì)縮短零件雕刻時(shí)間、提高加工效率具有特別重要的意義。 此外，還可根據(jù)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)控制的聯(lián)動(dòng)軸數(shù)，將數(shù)控雕刻機(jī)分為三坐標(biāo)數(shù)控雕刻機(jī)、五坐標(biāo)數(shù)控雕刻機(jī)等 。但隨著世界科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，我國(guó)機(jī)械工業(yè)的技術(shù)水平和生產(chǎn)能力與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在相當(dāng)大的差距。近年來(lái)，世界上各發(fā)達(dá)國(guó)家競(jìng)相發(fā)展機(jī)電一體化技術(shù)，以提高制造技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)向柔性化、智能化發(fā)展。具體的雕刻過(guò)程都是數(shù)控雕刻機(jī)自動(dòng)完成的。只需改變控制程序，數(shù)控雕刻機(jī)便可以雕刻浮雕、各種復(fù)雜的曲面，支持各種刀具，改善了雕刻表面質(zhì)量，提高了雕刻效率。 模具制作業(yè)，雕刻紐扣浮雕模、印刷燙金模，注塑模、沖壓模、鞋模等。 電火花加工機(jī)床電極雕刻加工。因此，計(jì)算機(jī)數(shù)控雕刻機(jī)的應(yīng)用范圍還將不斷擴(kuò)大。這類(lèi)數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)床本體設(shè)計(jì)剛高 度好、精度高，采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，加工精度高，控制系統(tǒng)功能全、可靠性 ，但價(jià)格昂貴往往倍于國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品，因此主要應(yīng)用于模具等高精度加工場(chǎng)合含全套圖紙 值得下載 第二章 雕刻機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu) 雕刻機(jī)的工作原理 計(jì)算機(jī)數(shù)控雕刻機(jī)實(shí)際是一個(gè)三維數(shù)控系 統(tǒng)，其工作原理如圖所示 通用微型計(jì)算機(jī)內(nèi)安裝專(zhuān)用的設(shè)計(jì)排版軟件進(jìn)行圖形、文字的設(shè)計(jì)、排版，自動(dòng)生成加工路徑信息，通過(guò) USB 接口或其他數(shù)據(jù)傳輸接口將刀具路徑數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)，數(shù)控系統(tǒng)接收刀具路徑數(shù)據(jù)，完成顯示、和用戶(hù)交互等一系列功能后，用特定的算法將輸入的路徑信息轉(zhuǎn)化為數(shù)控信息，控制器把這些信息轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的信號(hào) (脈沖串 )，控制雕刻機(jī) X， Y， 2 三軸的走刀。 雕刻機(jī)總體布局的基本要求 雕刻機(jī)總體布局的基本要求有以下幾點(diǎn) : 首先必須滿(mǎn)足如加工范圍、工作精度、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性等等各種要求 。 影響 雕刻機(jī)布局的基本因素 在滿(mǎn)足總體布局的基本要求的基礎(chǔ)上，還應(yīng)當(dāng)考慮影響雕刻機(jī)布局的基本因素 : 表面形成運(yùn)動(dòng)的影響 不同形狀的加工表面往往采用不同的刀具來(lái)加工，從而表面形成運(yùn)動(dòng)的形式和數(shù)目就不同，并導(dǎo)致布局的差異。 雕刻機(jī)運(yùn)動(dòng)分配的影響 工件表面形成方法及運(yùn)動(dòng)相同，而雕刻機(jī)的運(yùn)動(dòng)分配不同，雕刻機(jī)的布局也會(huì)不同。 另外，還應(yīng)考慮雕刻機(jī)性能要求的影響，如振動(dòng)、噪聲、熱變形、剛度和抗振性，操縱方便形的影響，模塊化設(shè)計(jì)法的影響等。由于工作臺(tái)不動(dòng)，承載能力好，適合加工較重的工件。由于工作臺(tái)移動(dòng)，承載能力較布局 (1)方案差。 經(jīng)以上比較，充分考慮到布局的基本要求、影響布局的基本因素及三坐標(biāo)數(shù)控 雕刻機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，可采用布局 (2)的方案。 圖 圖 右手坐標(biāo)系統(tǒng) 三維雕刻機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu) 該三維雕刻機(jī)的機(jī)械幾何結(jié)構(gòu)，由以下幾部分組成 : 底座部分 作為整機(jī)的基礎(chǔ)，承擔(dān)整個(gè)機(jī)體的重量，要求穩(wěn)定堅(jiān)固。橫梁承載機(jī)頭的重量，驅(qū)動(dòng)機(jī)頭動(dòng)，容易彎曲變形，在結(jié)構(gòu)仿真和 運(yùn)動(dòng)仿真中是重要的分析對(duì)象 : 機(jī)頭部分 機(jī)頭部分由主軸組件， 2方向的絲杠和導(dǎo)軌，以及支架組成。數(shù)控系統(tǒng)的伺服進(jìn)給系統(tǒng)與一般 機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)有本質(zhì)上的區(qū)別，它能根據(jù)指令信號(hào)精確的控制執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)速度和位置，以及幾個(gè)執(zhí)行部件按一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)所合成的運(yùn)動(dòng)軌跡。 x方向的絲杠左右運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)雕刻寬度 。另一端采用軸承為支承。它 具有以下特點(diǎn) : 位置控制功能 可預(yù)先發(fā)出具體的脈沖數(shù)量，從而得到需要輸出的角度。 含全套圖紙 值得下載 長(zhǎng)壽命 不需要象普通的直流電動(dòng)機(jī)通過(guò)電刷和換相器換相， 從而減少了摩擦，增長(zhǎng)了壽命。 提高絲杠的強(qiáng)度時(shí)，跳動(dòng)不會(huì)受到影響 。導(dǎo)軌使運(yùn)動(dòng)部件沿一定的軌跡運(yùn)動(dòng)，從而保證各部件的相對(duì)位置和相對(duì)位置精度。 Z絲杠不承受徑向載荷，為保證精度，采用 兩根導(dǎo)軌導(dǎo)向 。 主軸組件 主軸組件是雕刻機(jī)的執(zhí)行件。 自 20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)，數(shù)控機(jī)床、加工中心主軸向高速化發(fā)展。 含全套圖紙 值得下載 第三章 三坐標(biāo)數(shù)控雕刻機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本章詳 細(xì)介紹了廣告型三維機(jī)械雕刻機(jī)機(jī)械部分的主要零部件，如主軸 電動(dòng)機(jī) 、 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 、傳動(dòng)部件和支承部件的詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算及選型過(guò)程。用硬質(zhì)合金直柄立銑刀（ 0 6 , 2d mm z??） 和高速鋼標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆 （ 0 3d mm? ） 在鋁板上進(jìn)行銑削和鉆削 ，分別進(jìn)行切削力、切削扭矩和切削功率的計(jì)算。銑削寬度 a ( )w mm ， 銑削深度 a ( )p mm , 進(jìn)給速度 ( / m in)ffv a zn mm? ， 銑削速度0 / 1 0 0 0 ( / m in)v d n m?? ， 0d —— 銑刀外徑 ((mm), fa —— 每 齒進(jìn)給量 (mm/z)， z —— 銑刀齒數(shù) ， n—— 銑刀轉(zhuǎn)速 (r /min) 。 表 鉆削力、扭矩和功率的計(jì)算公式的簡(jiǎn)化 計(jì)算公式和參數(shù)選定 計(jì) 算 結(jié) 果 鉆削力： FFyz0F d f ( )zFFC k N? ?????? 0. 7f45 0 / ( )zF v n N? ????????（ ） 鉆削扭矩： MMyMMC d f k mzM ?? ? ? ? ????? ?? ? 0 .8M 0. 68 6( / ) N mfvn? ???（ ） 鉆削功率： m 0Mvp k W30d? ????????? ?? mp 0. 01 2 n kWfMv? ?? ?????（ ） 其中： 600 , , , 05 , , , 5F F F M M M F MC z y C z y k k? ? ? ? ? ? ? ?（加工鋁合金）。 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 本節(jié)主要設(shè)計(jì)主運(yùn)動(dòng) 系統(tǒng)中的電主軸，以確定它們的型號(hào)和參數(shù)。 ，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。 含全套圖紙 值得下載 因此在主傳動(dòng)系統(tǒng)中的各 主要零部件不但要具有一定的靜剛度，而且具有足夠的抑制各種干擾力引起的動(dòng)的能力 —— 抗振性。為此要求主軸不見(jiàn)具有較高的熱穩(wěn)定性，通過(guò)保持合適的配合間隙，并進(jìn)行循環(huán)潤(rùn)滑保持熱平衡等措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。 表 主軸電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算 序號(hào) 計(jì)算項(xiàng)目 符號(hào) 單位 計(jì)算公式和參數(shù)選定 計(jì)算結(jié)果 1 轉(zhuǎn)矩計(jì)算 0M Nm ? ?0 iM iM AX M? 查表 和表 ，取i=2 取較大值得到： M0≥ 取整 額定轉(zhuǎn)矩 ? 含全套圖紙 值得下載 2 功率計(jì)算 0P kW ? ?0 iP MAX P? 查表 和表 ,取大值得到 0 ? 取整 額定功率 ? 根據(jù)上述所算功率可選擇安陽(yáng)華安通用主軸科技有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為 DD58Z24/ 的 電主軸。 表 工作臺(tái)滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 序號(hào) 計(jì)算項(xiàng)目 符號(hào) 單位 計(jì)算公式和參數(shù)選定 計(jì)算結(jié)果 1 確定滾珠 絲杠導(dǎo)程 hP mm 電動(dòng)機(jī)與絲杠 1:1 傳動(dòng) hP4? 3 預(yù)期額定動(dòng)載荷 amC N (1)按預(yù)期工作時(shí)間估算 3 mwa m m hacFfC 6 0 n L 1 0 0 f f? 查表 9,輕微沖擊 wf ? 查表 7,按 7級(jí) af ? 查表 8,可靠性 97% cf ? 查表 ， 20210hL ? (2)擬采用預(yù)緊滾珠絲杠副，按 最 大 負(fù) 載 maxF 計(jì) 算 ：am e maxC f F? 查表 10，輕預(yù)載 ef ? (1) amC 2760? (2) amC 653? 取兩種結(jié)果 的大 值 amC 2760? 4 (1) 確定允許的最小螺紋底徑 估算允許得最大軸向變形量 m? m? 11~3411~45mm???? ???????? ????重 復(fù) 定 位 精 度定 位 精 度 622mmm??????取 兩 種 結(jié) 果的 小 值 含全套圖紙 值得下載 (2) 估算最小螺紋底徑 2md mm 0200L()mmFLdF g w w w????? ??? ? ? ?h臺(tái) 夾 件采 用 一 端 固 定 ， 一 端 游 動(dòng)( ) 行 程 +(10 )P 02380120LFd??? 5 確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號(hào) (1)選取內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式法蘭，直筒型墊片預(yù)緊螺母 (2)由計(jì)算出的 2,h am mP C d 在樣本中選取滾珠絲杠副 FFZD FFZD16043 22 ammCCdd?? 6 確定滾珠絲杠 副的預(yù)緊力 pF N maxmax 213 ??? 33PF? 7 (1) (2) (3) 確定滾珠絲杠副支承用軸承型號(hào)、規(guī)格 軸承所承受的最大軸向載荷 軸承類(lèi)型 軸承型號(hào)規(guī)格 maxBF N m ax 1 m axBF F F?? 固定端背對(duì)背 15? 角接觸球軸承，游動(dòng)端深溝球軸承 P max13BBFF? 預(yù)加載荷 BPF? max ? 軸承內(nèi)徑 d=10 軸承預(yù)緊力 P ? 固定端 7000C 游動(dòng)端 6100 300 BPF? 8 行程補(bǔ)償值 C m? 3kn2 102L 300 L 65L ( 2 ~ 4) 12 Cu