【正文】 調(diào)速范圍。機床在切削加工中主傳動系統(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位置精度和運動精度造成的加工誤差，且熱變形限制了切削用量的提高，降低了傳動效率，影響到生產(chǎn)率。傳統(tǒng)的脈沖增量插補是用硬件來實現(xiàn)的。其基本原理如下：設直線的起點坐標為,終點坐標為, , , , ,并設。本文介紹了研究了數(shù)控雕刻機的功能、結(jié)構(gòu)和組成。(3)利用移動通訊技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)飛速的發(fā)展，數(shù)控雕刻機將朝著數(shù)字化、網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。同時，我也要感謝我的同組同學，他們?yōu)槲彝瓿僧厴I(yè)設計提供了巨大的幫助，在此一并致以誠摯的謝意。導師淵博的學識、嚴謹求實的治學態(tài)度、高度的責任心、創(chuàng)新進取的精神以及嚴于律己、虛懷若谷、誠懇待人的高尚品德時刻教育著我，這些將是我最寶貴的精神財富，讓我終生受益。雕刻機發(fā)展趨勢總結(jié)如下:(1)更加精密 控制部分和機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，通過反饋調(diào)整做到誤差補償，從而可以大幅度提高精度，機械部分將采用更高精度的滾珠絲杠和驅(qū)動電機，同時裝配工藝的提高也將進一步提高系統(tǒng)的精度。在插補運算過程中，運用給出的（1）（2）（3）（4）公式進行計算。所示，X 、Y 、Z 三方向由A 點到D 點同時走1個步進，即直接由A 點移動到D 點。直線插補算法簡單，比較適合應用于單片機系統(tǒng)。 表6 主軸電動機設計計算 Table 6 Design and calculation of spindle motor序號 計算項目 符號 單位 計算公式和參數(shù)選定 計算結(jié)果 額定轉(zhuǎn)矩1 轉(zhuǎn)矩計算 取i=2取較大值得到： M0≥ 2 功率計算 額定功率 取大值得到 取整根據(jù)上述所算功率可選擇安陽華安通用主軸科技有限公司生產(chǎn)的型號為DD58Z24/?？拐裥杂脛觿偠然騽尤嵝远葋砗饬俊? 主運動系統(tǒng)的設計計算本節(jié)主要設計主運動系統(tǒng)中的電主軸，以確定它們的型號和參數(shù)。表2 銑削力、扭矩和功率計算公式的簡化Table 2 Milling force, torque and power of simplified calculation formula 計 算 公 式 和 參 數(shù) 選 定 計 算 結(jié) 果銑削力： 銑削扭矩： 銑削功率： 其中：銑削寬度，銑削深度,進給速度，銑削速度，—— 銑刀外徑((mm),—— 每齒進給量(mm/z)， z —— 銑刀齒數(shù)，n——銑刀轉(zhuǎn)速(r /min) 。雕刻機在工作時，先將加工對象固定在工作臺上，選擇合適的刀具裝夾在電主軸上，能夠?qū)崿F(xiàn)X、Y、Z 軸3個方向進給運動由可編程序控制器實現(xiàn)自動控制，來完成工件的自動加工。Z的固定依靠步進電機的自鎖來實現(xiàn)。4）依靠鎖緊螺栓施加的摩擦緊固，無需鍵。2）無極調(diào)速功能可根據(jù)發(fā)送脈沖的速度，得到需要的電機的轉(zhuǎn)速。如下圖4所示： 圖4 雕刻機X方向進給圖 X direction feeding figure of engraving plotter（2）工作臺沿y方向的絲杠前后運動，實現(xiàn)雕刻長度,如下圖5所示：圖5 雕刻機Y方向的進給圖 Y direction feeding figure of engraving plotter（3）機頭沿Z向的絲杠上下運動，實現(xiàn)雕刻深度。下面從雕刻機的功能角度，介紹一下各部分的結(jié)構(gòu)及設計?；咀鴺溯S為X 、Y 、Z 直角坐標，對相應每一個旋轉(zhuǎn)運動符號為A 、B 、C ，如圖 3 所示。但雕刻頭運動精度較難保證且立柱移動較笨重。在分配雕刻機運動時，一般應注意以下幾點:1) 移動部件的重量應盡量輕。在經(jīng)濟、合理的條件下，盡量采用較短的傳動鏈，以簡化機構(gòu)，提高傳動精度和傳動效率。目前我國尚以進口數(shù)控雕刻機為主，如意大利的左日本的全量等品牌的數(shù)控雕刻機。7）電火花加工機床電極雕刻加工。只需改變控制程序，數(shù)控雕刻機便可以雕刻浮雕、各種復雜的曲面，支持各種刀具，改善了雕刻表面質(zhì)量，提高了雕刻效率。近年來，世界上各發(fā)達國家競相發(fā)展機電一體化技術(shù)，以提高制造技術(shù)水平，實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)向柔性化、智能化發(fā)展。此外，還可根據(jù)運動坐標控制的聯(lián)動軸數(shù)，將數(shù)控雕刻機分為三坐標數(shù)控雕刻機、五坐標數(shù)控雕刻機等。在深入分析目前國內(nèi)外數(shù)控雕刻機的現(xiàn)狀，數(shù)控雕刻機的控制結(jié)構(gòu)與原理的基礎上提出了本數(shù)控雕刻機的總體設計方案，并進行了主傳動系統(tǒng)的計算。對象和應用領(lǐng)域的不同，數(shù)控雕刻機可分為模具雕刻機、木工雕刻機、廣告雕刻機、激光雕刻機等多種類型。目前，三維立體和二維平面雕刻大部分已采用雕刻機完成，克服了傳統(tǒng)手工雕刻存在的缺陷。雕刻機的功能決定了其使用范圍。雕刻機(Engraving Plotter)，顧名思義就是用機器代替人工進行雕刻的設備。在我國北宋時期便發(fā)明了活字印刷，《夢溪筆談》有記:“其法用膠泥刻字，薄為錢唇，每字為一印，火燒令堅機電一體化廣泛地綜合了機械、微電子、自動控制、信息、傳感測試、電力電子、接口、信號變換和軟件編程等技術(shù)，并將這些技術(shù)有機的結(jié)合成一體。這里的刻字應屬于雕刻的范疇。20世紀90年代，隨著微電子技術(shù)的突飛猛進，直接推動微型計算機的急劇發(fā)展。此類制品往往注重藝術(shù)創(chuàng)作性，制品的構(gòu)成形狀復雜、隨意性強、工藝性差。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。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。本文對三維雕刻機的插補算法進行了選擇，屏除了過去傳統(tǒng)的插補算法，采用了一種新型的插補算法，保證插補速度和插補精度，提高了雕刻機的效率和性能。 研制雕刻機的目的和意義建國五十年來，我國的機械工業(yè)雖然已經(jīng)有了較大的發(fā)展，具備了一定的基礎和規(guī)模，初步滿足國民經(jīng)濟和人民生活的需要。 數(shù)控雕刻機的特點 數(shù)控雕刻機的主要特點如下:1）自動化程度高。2）模型制作業(yè)，制作沙盤模型、房屋模型等。而且，隨著各種新型裝飾材料的不斷出現(xiàn)，能用于雕刻的材料越來越多，使得計算機數(shù)控雕刻機有了更大的用武之地。同時，進行銑削，即可雕刻出在計算機上設計的各種平面或立體的圖形文字，實現(xiàn)雕刻自動化加工。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、不同的表面形成運動來加工，從而形成不同的布局。通過查閱相關(guān)的文獻資料，雕刻機基本布局形式通常有下圖2所示的兩種方案： 圖2 雕刻機的布局形式 The layout of the engraving plotter 這兩種布局都采用龍門式框架結(jié)構(gòu)，雕刻機的剛度均較高。若設計所承載的工件較輕，這種布局方式所需電動機功率和傳動件的尺寸較小，移動較輕便。底座由底下的四只支腳與地面接觸。數(shù)控系統(tǒng)的伺服進給系統(tǒng)與一般機床的進給系統(tǒng)有本質(zhì)上的區(qū)別，它能根據(jù)指令信號精確的控制執(zhí)行部件的運動速度和位置，以及幾個執(zhí)行部件按一定規(guī)律運動所合成的運動軌跡。另一端采用軸承為支承。5）長壽命不需要像普通的直流電動機通過電刷和換相器換相，從而減少了摩擦，增長了壽命。導軌使運動部件沿一定的軌跡運動，從而保證各部件的相對位置和相對位置精度。 主軸組件 此處省略表1 機械設計參數(shù)表 Table 1 The parameter table of mechanical design項目 參數(shù) 單位 主軸最高轉(zhuǎn)速 n=20000 r/min最大進給速度 mm/min工作臺總行程(Y) 320 mm主軸總行程(X) 280 mm主軸總行程(Z) 120 mm定位精度 30 脈沖當量 mm使用壽命 hrs 切削力、切削扭矩和切削功率計算三坐標數(shù)控機械雕刻機的加工對象主要是針對非金屬材料和鋁合金材料的雕刻加工。 鉆削力、扭矩和功率的計算通過查閱參考文獻，按上節(jié)的簡化過程，可得到僅與進給速度和鉆頭轉(zhuǎn)速n有關(guān)的計算公式，如下表4所示。對于自動換刀的數(shù)控機床，工序集中，共建一次裝夾，可完成許多工序，所以，為了適應各種國內(nèi)工序和各種加工材質(zhì)的要求，住運動的調(diào)速范圍還應進一步擴大。為此要求主軸不見具有較高的熱穩(wěn)定性，通過保持合適的配合間隙，并進行循環(huán)潤滑保持熱平衡等措施來實現(xiàn)。后6001C/P5圖9 主軸電動機型號 Model of spindle 進給運動系統(tǒng)的設計計算雕刻機的進給運動分為三個部分：主軸的上下移動，主軸的左右移動和工作臺的前后移動?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的插補功能一般用軟件來實現(xiàn)的，插補算法的效率和插補精度是一個十分重要的問題。由于X方向坐標增長最快，我們把X軸作為基本軸，每次循環(huán)X方向都增長一個步長，而Y，Z的情況要通過計算來確定。在深入分析目前國內(nèi)外數(shù)控雕刻機的現(xiàn)狀，數(shù)控雕刻機的控制結(jié)構(gòu)與原理的基礎上提出了本數(shù)控雕刻機的總體設計方案，并進行了主傳動系統(tǒng)的計算。參考文獻［1］孟少農(nóng)．機械加工工藝手冊 第一冊．北京：機械工業(yè)出版社．1998,5596［2］孟少農(nóng)．機械加工工藝手冊 第二冊．北京：機械工業(yè)出版社．1998［3］孟少農(nóng)．機械加工工藝手冊 第三冊．北京：機械工業(yè)出版社．1998［4］徐灝. 機械設計手冊 第（三、四、五）冊．北京：機械工業(yè)出版社．2001,3590［5］張新義. 經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)設計．北京：機械工業(yè)出版社. 1994［6］王愛玲．