【正文】 .....15 主運動系統(tǒng)傳動鏈的組成 ....................................... 16 主軸電動機的設(shè)計計算 ........................................16 進(jìn)給運動系統(tǒng)的設(shè)計計算 .........................................17 進(jìn)給系統(tǒng)傳動鏈的組成 ........................................17 滾珠絲杠副的設(shè)計計算 .........................................17 工作臺進(jìn)給電動機的設(shè)計計算 ...................................21 工作臺直線導(dǎo)軌副的設(shè)計計算 ..................................22 4 數(shù)控系統(tǒng)的選用 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 23 NC 選型 ........................................................23 插補法 ........................................................36 控制程序 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 5 總結(jié) ............................................................41 參考文獻(xiàn) ..........................................................42 致 謝 ............................................................43 附 錄 ............................................................44 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 20xx 5 雕刻機概述 1. 1. 1 雕刻機起源 雕刻可以追溯到遠(yuǎn)古時期，母系氏族時期的半坡氏族的“人面網(wǎng)紋盆”便是雕刻的雛形。計算主要 有兩個方面：對滾珠絲杠和 X 軸電機的選擇計算和校核。畢業(yè)設(shè)計說明書 畢業(yè)設(shè)計說明書 微型雕刻機總體及數(shù)控系統(tǒng)選用設(shè)計 摘要： 隨著微電子技術(shù)和微型計算機的飛速發(fā)展，微型雕刻機的應(yīng)用越來越廣泛。 X 向進(jìn)給傳動系統(tǒng)中主要分析了絲杠的安裝，以及相關(guān)固定和支承。 本課題是在參考現(xiàn)有雕刻機的基礎(chǔ)上，設(shè)計一種機構(gòu)尺寸比較簡單的數(shù)控雕刻機，適用性比較大的工藝品的雕刻加工。一”。從最初的刻字機，刻章機再到三維雕刻機，制作工藝也日漸成熟，應(yīng)用范圍也日漸廣泛。隨后美國、日本和法國等國也開始研制。 數(shù)控雕刻機及其發(fā)展現(xiàn)狀 數(shù)控雕刻機 數(shù)控雕刻機是數(shù)控技術(shù)和雕刻工藝相結(jié)合的產(chǎn)物，是一種專用的數(shù)控機床。因此，數(shù)控雕刻機現(xiàn)已成為實現(xiàn)雕刻加工自動化、高效率、高精度的有效手段，也是當(dāng)今雕刻機的發(fā)展主流，廣泛應(yīng)用于機械工業(yè)、廣告?zhèn)髅健⑷粘ＯM以及建筑裝演等眾多領(lǐng)域。而廣告機加工的是一般是塑膠板或有機玻璃等非金屬材料，所以對機床剛性和加工系統(tǒng)的精度都沒有很高要求。步進(jìn)驅(qū)動屬于開環(huán)控制，控制精度較低，但價格便宜，適用于對加工要求不高的中低檔雕刻機，如木工、廣告業(yè)的雕刻加工。五坐標(biāo)數(shù)控雕刻機可以聯(lián)動控制 X， Y， Z 三個移動軸和兩個旋轉(zhuǎn)軸，用來完成復(fù)雜形狀零件的雕刻加工。機電一體化技術(shù)給傳統(tǒng)的機械工業(yè)帶來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。 產(chǎn)品的尺寸精度高，一致性好。 數(shù)控雕刻機都有鉆銑功能，可用于鉆孔、切邊、加工小模具，性價比高。 木器業(yè)，用于浮雕圖案設(shè)計及制作。 機械加工業(yè)，刻度盤字輪及標(biāo)尺刻度。 我國數(shù)控雕刻機的發(fā)展現(xiàn)狀 隨著近年來我國制造業(yè)的迅速發(fā)展，數(shù)控雕刻機產(chǎn)業(yè)也獲得了良好的發(fā)機遇有效地促進(jìn)了我國數(shù)控雕刻機的生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。 設(shè)計一臺微型雕刻機，用于工程應(yīng)用，雕刻機具有三個自由度方向的運動。 ； 5．工作環(huán)境 10 oC~50 oC； 6. 電氣控制部分的設(shè)計按相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計； 7. 數(shù)控系統(tǒng)推薦選用市場上比較成熟的產(chǎn)品，能與設(shè)計的雕刻機巧妙結(jié)合。下面對數(shù)控雕刻機的機械結(jié)構(gòu)作詳細(xì)介紹。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 20xx 5 確保雕刻機具 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，確保安全； 結(jié)構(gòu)簡單，合理可靠，便于加工和裝配。因而，在布局雕刻機時，必須根據(jù)加工要求，全面、綜合地考慮工件的表面形成方法及運動，以期作出具有較好技術(shù)經(jīng)濟效果的布局設(shè)計。在其它條件相同的情況下，移動部件的重量越小，所需電機功率和傳動件的尺寸也越小 。 工件的表面形成運動及雕刻機部件的運動分配基本相同，而工件尺寸、重量和形狀不同，雕刻機的布局也會有很大差異。該方案便于變形為不同縱向長度的雕刻機。 布局 (2)方案中，立柱固定，雕刻頭作橫向和上下移動，工作臺作縱向移動。該方案的最大優(yōu)勢在于雕刻頭運動精度較易保證。 Z 軸為平行于雕刻機主軸的坐標(biāo)軸，垂直于工件裝夾面。工作臺作為雕刻工作時承載雕刻物體的部件，表面有 T 形溝槽，由絲杠驅(qū)動，導(dǎo)軌導(dǎo)向 : 橫梁部分 橫 梁由 x 方向的絲杠和導(dǎo)軌，以及支架組成。它的作用是接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的進(jìn)給速度和位移指令信號，由伺服驅(qū)動電路作轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服驅(qū)動裝置和機械傳 動機構(gòu)，驅(qū)動機床的工作臺、主軸頭架等執(zhí)行部件實現(xiàn)工作進(jìn)給和快速運動。刀具和工件的運動的合成就可以得到文字和圖案的輪廓。絲杠一端通過聯(lián)軸器與電機軸相聯(lián)，由步進(jìn)電機驅(qū)動絲杠，將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動。只要改變指令脈沖頻率，就可以使步進(jìn)電動機的旋轉(zhuǎn)速度在很寬范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。 低轉(zhuǎn)速及高精度位置功能 通過對脈沖速度的控制，可直接得到極低的轉(zhuǎn)速而不需要通過齒輪箱 的過渡，從而避免了功率的損耗和角度位置的偏差。 安裝后無反作用力，而且維護簡單 。 導(dǎo)軌的主要 功能是導(dǎo)向和承載作用。圓柱形導(dǎo)軌加工容易，導(dǎo)向精度高，可滿足定位精度的要求。如圖 所示 圖 絲杠和圓導(dǎo)軌的支承方式 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 20xx 10 各個傳動鏈上的絲杠螺母與不同零件以螺釘固定連接，通過與絲杠的相對運動實現(xiàn)傳動 : 與工作臺固定連接，相對于 y 向絲杠運動向絲杠運動向支架固定連接； 與機頭向絲杠運動； 與機頭 向支架固定連接，相對于 Z向絲杠移動。該鋼冷加工塑性中等 ，切削性能一般，焊 接性能差，對形成白點敏感性能大，有回火脆性。 （ 4）主要技術(shù)條件： Ф 16 外圓精度要求：IT7 粗糙度要求 。切削加工性良好，無特殊加工問題，故加工中不需采取特殊工藝措施。 （ 3）主要表面分析： 外表面 主要 用于 支承以及夾持工件，具有相當(dāng)?shù)亩ㄎ痪?。 三軸滑塊工藝分析： （ 1）零件材料： 鋁合金 。 （ 3）主要表面分析： 內(nèi) 表面 主要 用于 支承以及夾持工件，具有相當(dāng)?shù)亩ㄎ痪?。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說 明書 20xx 12 3. 三坐標(biāo)數(shù)控雕刻機的機械系統(tǒng)的設(shè)計 本章詳細(xì)介紹了微型三維機械雕刻機機械部分的主要零部件，如主軸電動機、步進(jìn)電動機 、傳動部件和支承部件的詳細(xì)設(shè)計計算及選型過程。這些材料具有較高的強度和良好的塑性。 表 銑削力、扭矩和功率計算公式的簡化 計算公式和參 數(shù)選定 計 算 結(jié) 果 銑削力： 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??? 銑削扭矩： z0 m2FdM ?? ??????????? ???? zM 3 .0 F N m?? ?????????? ??? （ ） 銑削功率： 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? ? ? ? ? ? ? ? 。 鉆削力、扭矩和功率的計算 此處省略 NNNNNNNNNNNN字。主軸組件由主軸及其支承和安裝在主軸上的傳動件、密封件等組成，要求良好的回轉(zhuǎn)精度、結(jié)構(gòu)剛度、抗振性、熱穩(wěn)定性及精度的保持性。它具有結(jié)構(gòu)緊湊，機械效率高，可獲得極高的回轉(zhuǎn)速度，振動小等優(yōu)點，因而在現(xiàn)代數(shù)控機床中獲得了愈來愈廣泛的應(yīng)用。數(shù)控機床就要為了保證加工時能選用合理的切削用量，并充分發(fā)揮刀具的切削性能，從而獲得最高的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量，必須具有更高的轉(zhuǎn)速和更大的調(diào)速范圍。為此，應(yīng)提高傳動件的制造精度與剛度，齒輪齒面進(jìn)行高頻感應(yīng)加熱淬火增加耐磨性；最后一集采用斜齒輪傳動，使傳動平穩(wěn)；采用高精度軸承及合理的支撐跨距等，以提高主軸組件的剛性。例如主軸組件的動剛度取決于主軸的當(dāng)量靜剛度、阻尼比及固有頻率等參數(shù)。如平面磨床的砂輪主軸，高速內(nèi)圓磨床的磨頭。它們的設(shè)計沒有什么很大的區(qū)別，因此可以通過對其中一個方向上的設(shè)計來勾勒出我們在移動部分的設(shè)計方案，現(xiàn)在以工作臺部件為例，著重設(shè)計計算進(jìn)給運動傳動鏈中進(jìn)給電動機，同步帶和帶輪，滾珠絲杠和直線導(dǎo)軌，以確定它們的規(guī)格型號及參數(shù)，來滿足在機械加工過程中的各種切削加工要求。國內(nèi)比較著名的有廣州數(shù)控，華中數(shù)控等等，以及為雕刻機量身定做的 FUDNC（富佳力）雕刻機控制系統(tǒng)。系統(tǒng)在設(shè)計中大量采用模塊化結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)提供串行 RS232C 接口，以太網(wǎng)接口，能夠完成 PC 和機床之間的數(shù)據(jù)傳輸。使用該系統(tǒng)的操作員隊伍十分龐大，因此有必要了解該系統(tǒng)的一些軟、硬件上的特點。比如定義了工件的最終輪廓，可以自動生成多次粗車的刀具路徑，簡化了車床編程。（ 6） CNC 內(nèi)裝 PMC 編程功能： PMC 對機床和外部設(shè)備進(jìn)行程序控制（ 7）隨機存儲模塊： MTB(機床廠 )可在 CNC 上直接改變 PMC 程序和宏執(zhí)行器程序。 SINUMERIK 不僅意味著一系列數(shù)控產(chǎn)品，其力度在于生產(chǎn)一種適于各種控制領(lǐng)域不同控制需求的數(shù)控系統(tǒng)，其構(gòu)成只需很少的部件。 802S/C 兩個系統(tǒng)具有同樣的顯示 器，操作面板，數(shù)控功能， PLC 編程方法等，所不同的只是 SINUMERIK 802S 帶有步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)，控制步進(jìn)電機，可帶 3個步進(jìn)驅(qū)動軸及一個177。具有免維護性能的SINUMERIK 802D 核心部件 控制 面板單元（ PCU）具有 CNC、 PLC、人機界面和通訊等功能，集成的 PC硬件可使用戶非常容易地將控制系統(tǒng)安裝在機床上。 (4)SINUMERIK 840C 系統(tǒng)： SINUMERIK 840C系統(tǒng)一直雄居世界數(shù)控系統(tǒng)水平之首，內(nèi)裝功能強大的 PLC 135WB2，可以控制SIMODRIVE 611A/D 模擬式或數(shù)字式交流驅(qū)動系統(tǒng)，適合于高復(fù)雜度的數(shù)控機床。配合 1FT6/1FK6 和 1PH7 電機，是理想的驅(qū)動系統(tǒng)解決方案之一。隨后，又經(jīng)營紙、鋼鐵、玻璃、電氣設(shè)備、飛機、石油和房地產(chǎn)。鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 20xx 25 （ 2) EZMotionNC E60 內(nèi)含 64位 CPU 的高性能數(shù)控系統(tǒng)，采用控制器與顯示器一體化設(shè)計，實現(xiàn)了超小型化；伺服系統(tǒng)采用薄型伺服電機和高分辨率編碼器（ 131,072脈沖 /轉(zhuǎn)），增量 /絕對式對應(yīng)；由參數(shù)選擇車床或銑床的控制軟件，簡化維修與庫存； 全部軟件功能為標(biāo)準(zhǔn)配置；標(biāo)準(zhǔn)具備 1點模擬輸出接口，用以控制變頻器主軸； 可使用三菱電機 MELSEC 開發(fā)軟件 GXDeveloper，簡化 PLC 梯形圖的開發(fā)；可采用新型 2軸一體的伺服驅(qū)動 器 MDSR系列，減少安裝空間；開發(fā)伺服自動調(diào)整軟件，節(jié)省調(diào)試時間及技術(shù)支援之人力。 GSK 擁有國內(nèi)最大的數(shù)控系統(tǒng)研發(fā)生產(chǎn)基地，中國一流的生產(chǎn)設(shè)備和工藝流程，科學(xué)規(guī)范的質(zhì)量控制體系保證每套產(chǎn)品合格出廠。使用圖形液晶顯示器（ LCD），中文菜單及刀具軌跡圖形顯示，界面友好。 GSK980i系統(tǒng)具有以下特點：四個獨立的伺服電機連接口可實現(xiàn)兩軸聯(lián)動和四軸的全閉環(huán)控制 ，獨立主軸通道可連接模擬量主軸（ 010V）或伺服主軸，具有一個可帶 512 點的串行 I/0 接口 ，完全的速度環(huán)控制系統(tǒng)，高速、高精度、高效率 ，中、英文界鹽城