【正文】 它的安裝形式又分為單導軌定位以及雙導軌定位兩種，數(shù)控雕銑機床 X、 Y軸方向上均采用雙導軌定位。而且，非金屬彈性元件聯(lián)軸器能夠保證步進電機與絲杠的同軸度，即如果步進電機和絲杠在安裝過程中的同軸度并不很精確時，通過非金屬彈性元件連軸器也可 以得到來調(diào)節(jié)。當伺服電機停止轉動時 (電機帶制動 )，機 床 工作臺由于自重將 要 向 下滑 懂動 , 螺母有推動絲杠轉動的逆 向 傳動 , 這時 ,單向逆止軸承的內(nèi)環(huán)和滾珠將帶動軸承 的 外環(huán)反向轉動。其組合的形式有三類：面對面組配 (即 DF方式 )、背靠背組配 (即 DB方式 )、串聯(lián)組 配 (即 DT方式 )。 Z向采用一端固定，另一端自由的方式。固定端軸承同時承受軸向力和徑向力；支承端軸承只承受徑向力，而且能作微量的軸向浮動，可以避免或減少絲杠因自重而出現(xiàn)的彎曲。 由此， 近年來國內(nèi)外的軸承生產(chǎn)廠家已生產(chǎn)出一種滾珠絲杠專用 的軸承，這是一種能夠承受很大軸向力的特殊向心推力球軸承，和 一般的向無錫太湖學院學士學位論文 18 心推力球軸承相比 而言 ， 它的 接觸角增大到 了 60186。 滾珠絲杠支承結構 一般來說， 加強滾珠絲杠螺母本身的剛度可以提高數(shù)控機床的進給系統(tǒng)的傳動剛度。滾珠絲杠副是由絲杠、螺母、滾珠等零件組成的機械元件，其作用是將旋轉運動轉變?yōu)橹本€運動或將直線運動變?yōu)樾D運動，它是傳統(tǒng)滑動絲杠的進一步延伸發(fā)展。 滾珠絲杠系統(tǒng) 滾珠絲杠副的選擇 選 定進給傳動用滾珠絲杠副時，主要考慮的內(nèi)容是：與機床定位精度要求相適應的絲杠精度、絲杠的剛性與轉動慣量。采用直線電動機驅動時，則可以不受此限制。如果加大絲杠直徑，則轉動慣量增大，伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性不易保證，故常用齒輪齒條副。靜壓絲杠螺母的特點是： 1）摩擦系數(shù)很小，僅為 ，比滾珠絲 杠的摩擦損失更小，因此，其起動力矩很小，傳動靈敏，避免了爬行。因此，這種結構在數(shù)控機床上運用相當廣泛，是當前中、小型數(shù)控機床中最為普遍的傳動形式。所以，就數(shù)控機床而言，其對機 械傳動系統(tǒng)的基本要求可以總結如下： 1）盡量降低傳動部件的慣量； 2）盡量提高傳動部件的剛度； 3）盡量將傳動部件的間隙減?。? 4) 盡量減少傳動系統(tǒng)的 摩擦阻力 。 此種裝配的夾緊機構的對中性好 ， 夾緊剛度強 ，便于 操縱 ， 夾緊有效可靠 。 （ 6）由于采用了電機和主軸一體化布局結構 ，從而制造商們可 以對 電主軸進行規(guī)模化、系列化以及專業(yè)化的生產(chǎn) ，由此 電主軸就以商品的形式投人到市場中 ，作為一類 專業(yè)化的數(shù)控機床零部件 ，方便于 主機挑選使用 ，最終帶動 促進了機床的模塊化生產(chǎn)和其它相關技術的發(fā)展與運用。這樣的主軸聯(lián)結形式被稱作直聯(lián)式和分離式主軸，也可都稱其為機械主軸。 電主軸的結構及其優(yōu)點 電主軸的結構是采用變頻電機和機床的主軸合為一體 ，即具備 有冷卻套的定子裝配在主軸結構的腔體內(nèi)部再與機床直接連接 ，成為一體，是一 種集成式的電機主軸。 由于對高速電主軸這類新型事物還未深入研究，在此對其作一些簡單的介紹。其中，變壓器 的作 用 是改變電壓而且 可以隔離輸入 /輸出的電路，補償變頻器內(nèi)部線路上的能量損失 由電池來實現(xiàn) 。 因此本次設計采用直流電機直聯(lián)帶動主軸機構的方案。將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的主軸傳動方式 ,。機床工作臺與 X向滑板之間加防護罩，固定在機床底座上。采用箱形結構的方式，其底部內(nèi)部筋板采用井字型筋板配合的網(wǎng)狀結構方式。而且考慮到 不良力矩產(chǎn)生的影響，機床還對 X、 Y、 Z三個方向上的兩根直線滾動導軌之間的跨距進行了加寬，從機床的整體布局上進行考慮，有效、可靠地確保了機床的剛性。由于機床移動部件的質(zhì)量比較小，因此該種方案中的數(shù)控雕刻機 Z軸系統(tǒng)刀具的運動、精度易于得到保障。 數(shù)控雕 刻 機總體結構布局 數(shù)控雕刻機總體結構布局如圖 。這樣，雕刻機的運動力學性能將大大提高。 (2)與 X、 Y 平面相垂直的 Z 方向上直線移動。 從機械的角度出發(fā)去分析，對于數(shù)控雕刻機床而言，它的結構應滿足：加工范圍廣、工作精度高、生產(chǎn)率高和經(jīng)濟性能好等各項要求；另外，它的非移動部件的剛性要好，移動部件而言，首先它要具有良好剛性，還要整體結構輕巧，要具有較好的靈活性；確保雕刻機具有與所要求的加工精度相適應的剛度、抗振性、熱變形及噪音水平；應便于觀察和檢測。目前，最后一種普遍得到運用，它是一種特有的有效的編程工具，能夠把任何加工順序作為用戶加工環(huán)境來運用和設計編程。布置 X 軸、 Y 軸在大理石結構的中央位置，工作臺面始終保持在最佳平衡狀態(tài)，無錫太湖學院學士學位論文 4 相應得也就提高了孔加工的精度。要求高速、高精度的進給，所以 PCB 鉆銑機的進給系統(tǒng)要求阻尼小、摩擦小、靈敏度高，這樣才能滿足 PCB 的孔加工時頻繁高速的起停運動。工作人員排除故障 疏忽的情況下，為使機器不會損壞，有的還可以自動控制，讓機器停止工作，制定它保持待機，從而有效防止了機器發(fā)生故障而損壞。 目前，當電主軸達最高運轉速度時，其值為 120200r/min。 就我國而言，通過幾十年的發(fā)展， PCB 制造行業(yè)的技術含量和設備支持都達到了一個較高的水平。未來數(shù)控雕刻機行業(yè)將持續(xù)高速增長。再加上電火花加工存在不足，近年來數(shù)控雕刻機在國內(nèi)有了突破性的發(fā)展。 目前，雖然數(shù)控雕刻機的技術已經(jīng)相對比較成熟，生產(chǎn)的產(chǎn)品性能也日漸趨于穩(wěn)定。 本課題研究的內(nèi)容及意義 目前，數(shù)控雕刻機主要是用于各類材料的文字雕刻、印刷電路板的制作、各類印章銘牌的制作、藝術浮雕及小型模具加工 (如沖壓模、五金模、塑料模、玻璃模 )以及零件的精密雕刻。比如數(shù)控雕刻機在模具加工、 PCB 電路板以及廣告招牌等領域發(fā)揮著重要作用。 班 級： 機械 94 學 號： 0923164 作者姓名： 2020 年 5 月 25 日 I 無錫太湖學院 信 機 系 機械工程及自動化 專業(yè) 畢 業(yè) 設 計論 文 任 務 書 一、題目及專題： 題目 定梁式數(shù)控雕刻機機械結構設計 專題 二、課題來源及選題依據(jù) 數(shù)控雕刻機是一種具備雕刻功能的數(shù)控機床，被廣泛地應用于模具工業(yè)、零件精密加工等行業(yè)。因此，對于加工零件所需要的機床的跟新?lián)Q代也與日俱增。 自從 60 年代初以來， 就 工業(yè)發(fā)達國家的許多 PCB（印刷電路板）加工設備設計 而言 ，為 了 使產(chǎn)品具有強勁的市場競爭力 以 滿足人們的要求，生產(chǎn)廠家紛紛投入了 較大的人力、物力和財力， 就 PCB 加工設備 的設計過程中 存在的問題 做了深入研究 ， 最后在 60 年代初 獲 得了 較大 的成果 。就當今制造類行業(yè)來講，尤其在復雜型腔模的精細加工中， CNC雕刻機的加工精度高、速度快、表面質(zhì)量好，能夠代替價格相對昂貴的加工中心的機加工。根據(jù)數(shù)控雕刻機的自身特點，可以將其分為機械系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，本文著重研究機械系統(tǒng)設計過程。 隨著數(shù)控雕刻機技術的不斷成熟和價格趨于合理，其性價比逐漸得到業(yè)界的認可，市場快速擴大。 現(xiàn)在印刷電路板和它的制造技術的發(fā)展已達到了一個較高水平?？梢噪S時探測 PCB 的疊層與電主軸的壓力角的距離，從而把它們控制在一個合適的范圍里，確保了電主軸的最佳移動距離，使其鉆孔的速度達到最高。 3）具有自檢自控功能 數(shù)控鉆銑床 ,大多數(shù)都具備自我檢測，自我反饋，自我調(diào)整的功能 。另一方面，機床具有了自檢功能后，它還能自動控制鉆孔的深度，確保鉆頭尖端和工作臺面的距離。也使得運動加減速過程的時間遠遠縮短。 X、 Y 軸的編程也將相應擴大， (一般在 600mm 600mm 以上 )，軸的行程增加了，相應的鉆孔面積也將增加。它主軸的轉速甚至高達 30000r/min 左右。 加工零件的表面，要成形的加工運動主要可分為銑削、鉆孔、切割三類。 因此，對于雕刻機動靜分配的規(guī)劃，可依照下面的原則來考慮： (1)所選的動靜分配將增強機床加工的精度。所需加工零件的重量越大，所要求機床工作臺、導軌等部件的剛度就要提高。由于機床工作臺的移動，機床的承載能力將不如布局 B的承載能力優(yōu)良 。且加工過程能耗較高，效率較 底。 機床工作臺和直線導 軌滑塊的相連處布置臺階 ，其 側面采用螺釘鎖定 ，這樣 X向就被鎖定了。 正因為采用了以上一系列措施，本次設計的數(shù)控雕刻機機床的最大優(yōu)點是可以對比較細小、輕 便的零件進行加工，而且加工精度較高，對軟金屬可進行高速切削加工 。 定梁式數(shù)控雕刻機機械結構設計 11 3 主傳動系統(tǒng)的方案設計 主運動傳動系統(tǒng)設計 數(shù)控雕刻機的主傳動系統(tǒng)是實現(xiàn)主雕刻運動的系統(tǒng) ，其 特點是：主軸 的 轉速 較 高 ， 傳遞的功率較大 ，因此是 數(shù)控機床 中的一種重要 部分。即在整個調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，轉速隨轉矩的變化關系或是轉速隨控制電壓的變化關系都是線性的。另外，其還具備改變交流電壓的輔助功能。變頻器 的速度調(diào)節(jié) 就是通過改變電動機電源頻率 來實現(xiàn) 的 ， 它 是一種理想的 、 高效率、高性能的調(diào)速手段。 對于在不同機床中的適用程度，電主軸又可分為好多類，如 : 鉆銑主軸、雕刻機主軸、加工中心主軸、磨床加工電主軸等等。 這種結構的出現(xiàn)實現(xiàn)了主軸高速化的轉速 ，能夠強有力地改善提高了 主軸的高速綜合性能。 （ 4）電主軸與其它結構形式的主軸系統(tǒng)相比 ，其 更有利于實現(xiàn)響應快、轉動高速化的需求 ，而且電主軸的 動態(tài)精度以及穩(wěn)定性更加優(yōu)秀。 電主軸的安裝 電主軸在機床上的安裝如圖 。 （ 2）機床傳動系統(tǒng)的非線性以及傳動部件精度，它們將直接影響機床進給系統(tǒng)的加工輪廓精度和位置定位精度。 （ 2）通過齒輪、齒條副的過渡，將電動機的旋轉運動轉變成直線進給運動。就高速加工數(shù)控機床而言，這點至關重要。 6）承載能力與供油壓力成正比，與轉速無關。 （ 4）直線電動機驅動 采用直線電動機驅動與旋轉電動機驅動相比，它具有以下優(yōu)點： 1）采用直線電動機驅動，不需要絲杠、齒輪齒條等轉換裝置即能直接實現(xiàn)直線運動，因此，它大大簡化了進給系統(tǒng)結構，提高了傳動效率。 （ 3）在金屬加工機床上，由于電動機直 接和導軌、工作臺做成一體，必須采取措施以防止磁力和熱變形對加工的影響。本機床所選 3個方向滾珠絲杠副的精度等級均為 3級。因此一般是在兼顧二者的情況下 ， 選取最佳直徑。為了提高支承的軸向剛度， 應 選擇適當?shù)臐L動軸承。固定端軸承同時承受軸向力和徑向力。由于絲杠不動，可避免受臨界轉速的限制，避免了細長滾珠絲杠高速運轉時出現(xiàn)的種種問題。 由于要求數(shù)控雕刻機擁有運動靈活的進給系統(tǒng)，對于微小位移 (絲杠微小轉角 )的響應要靈敏，所以要選用摩擦力矩小、軸向剛度強、運轉精度高的滾動軸承。單向逆止軸承僅允許一方向旋轉 , 而另一方向止動。 步進電機與進給絲杠的聯(lián)結結構 在數(shù) 控機床的進給系統(tǒng)中， 要保證 步進電機和滾珠絲杠的聯(lián)結傳動 結構沒有間隙，這樣才可以 準確地執(zhí)行脈沖的指令， 使得脈沖 不會丟 掉，從 而 避免造成的“失步”，最終使得 機床的傳動精度與加工精度 不會被影響 。 由于數(shù)控雕刻機床要求具有良好的靈活性來滿足機床的高速雕刻的要求，本機床 X、 Y、軸方向上均采用 GGB型（四方向等載荷型）高精度直線導軌。 本章小結 本章主要闡述了機床的進給系統(tǒng)的布局方 式。彈性聯(lián)軸器的裝卸也非常方便。 這種結構的優(yōu)點是結構簡單，作用可靠，運動穩(wěn)定。 步進 電機經(jīng)彈性聯(lián)軸器帶動絲杠 , 實現(xiàn)工作臺的移動。由于軸向載荷是滾珠絲杠的主要載荷，徑向載荷通常是臥式絲杠自身重量。固定端軸承都可以同時承受軸向力和徑向力，這種支承方式，可以對絲杠施加適當?shù)念A拉力，提高絲杠支承剛度，可以部分補償絲杠的熱變形。 而且 它的產(chǎn)品成對出售， 使用極為方便，而且在 它 出廠時 ， 內(nèi)外環(huán)的厚度 都已經(jīng)選配好，裝配時只要用螺母和端蓋將內(nèi)環(huán)和外環(huán)壓緊，就可以 得 到 出廠時已經(jīng)調(diào)整好的預緊力。 提高絲杠螺母座的局部剛度和接觸強度一般可以通過 適當加大 其與 機床結合部件的 有關接觸面積來實現(xiàn)。要想使進給驅動系統(tǒng)有足夠的剛性，就要選用直徑粗大的絲杠。但是， 隨著絲杠精度的提高，其價格也將大大上升。 直線電動機的不足之處，主要表現(xiàn)在以下幾個方面： （ 1）與同容量旋轉電動機相比，直線電動機的效率和功率因數(shù)要低，特別在低速時更明顯。采用齒輪齒條副傳動時，必須采取措施消除齒側間隙，當傳動負載小時，也可采用雙片薄齒輪調(diào)整法，分別與齒條齒槽的左、右兩側貼緊，從而消除齒側間隙。 4）油膜層具有一定剛度，減少了反向間隙。其中，采用具有制動裝置的伺服電動機來進行驅動 是最簡單有效的解決方法。本次設計的進給機構系統(tǒng)采取的是直線進給運動。 定梁式數(shù)控雕刻機