【正文】 調(diào)速范圍。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。傳統(tǒng)的脈沖增量插補(bǔ)是用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其基本原理如下：設(shè)直線的起點(diǎn)坐標(biāo)為,終點(diǎn)坐標(biāo)為, , , , ,并設(shè)。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)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。同時(shí)，我也要感謝我的同組同學(xué)，他們?yōu)槲彝瓿僧厴I(yè)設(shè)計(jì)提供了巨大的幫助，在此一并致以誠(chéng)摯的謝意。導(dǎo)師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度、高度的責(zé)任心、創(chuàng)新進(jìn)取的精神以及嚴(yán)于律己、虛懷若谷、誠(chéng)懇待人的高尚品德時(shí)刻教育著我，這些將是我最寶貴的精神財(cái)富，讓我終生受益。雕刻機(jī)發(fā)展趨勢(shì)總結(jié)如下:(1)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。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。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)。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)。 表6 主軸電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算 Table 6 Design and calculation of spindle motor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 額定轉(zhuǎn)矩1 轉(zhuǎn)矩計(jì)算 取i=2取較大值得到： M0≥ 2 功率計(jì)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(yáng)華安通用主軸科技有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為DD58Z24/?？拐裥杂脛?dòng)剛度或動(dòng)柔性度來(lái)衡量。 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)。表2 銑削力、扭矩和功率計(jì)算公式的簡(jiǎn)化Table 2 Milling force, torque and power of simplified calculation formula 計(jì) 算 公 式 和 參 數(shù) 選 定 計(jì) 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(jìn)給速度，銑削速度，—— 銑刀外徑((mm),—— 每齒進(jìn)給量(mm/z)， z —— 銑刀齒數(shù)，n——銑刀轉(zhuǎn)速(r /min) 。雕刻機(jī)在工作時(shí)，先將加工對(duì)象固定在工作臺(tái)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(gè)方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由可編程序控制器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，來(lái)完成工件的自動(dòng)加工。Z的固定依靠步進(jìn)電機(jī)的自鎖來(lái)實(shí)現(xiàn)。4）依靠鎖緊螺栓施加的摩擦緊固，無(wú)需鍵。2）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。如下圖4所示： 圖4 雕刻機(jī)X方向進(jìn)給圖 X direction feeding figure of engraving plotter（2）工作臺(tái)沿y方向的絲杠前后運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)雕刻長(zhǎng)度,如下圖5所示：圖5 雕刻機(jī)Y方向的進(jìn)給圖 Y direction feeding figure of engraving plotter（3）機(jī)頭沿Z向的絲杠上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)雕刻深度。下面從雕刻機(jī)的功能角度，介紹一下各部分的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)?；咀鴺?biāo)軸為X 、Y 、Z 直角坐標(biāo)，對(duì)相應(yīng)每一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)符號(hào)為A 、B 、C ，如圖 3 所示。但雕刻頭運(yùn)動(dòng)精度較難保證且立柱移動(dòng)較笨重。在分配雕刻機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)，一般應(yīng)注意以下幾點(diǎn):1) 移動(dòng)部件的重量應(yīng)盡量輕。在經(jīng)濟(jì)、合理的條件下，盡量采用較短的傳動(dòng)鏈，以簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)，提高傳動(dòng)精度和傳動(dòng)效率。目前我國(guó)尚以進(jìn)口數(shù)控雕刻機(jī)為主，如意大利的左日本的全量等品牌的數(shù)控雕刻機(jī)。7）電火花加工機(jī)床電極雕刻加工。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。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。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。在深入分析目前國(guó)內(nèi)外數(shù)控雕刻機(jī)的現(xiàn)狀，數(shù)控雕刻機(jī)的控制結(jié)構(gòu)與原理的基礎(chǔ)上提出了本數(shù)控雕刻機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行了主傳動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算。對(duì)象和應(yīng)用領(lǐng)域的不同，數(shù)控雕刻機(jī)可分為模具雕刻機(jī)、木工雕刻機(jī)、廣告雕刻機(jī)、激光雕刻機(jī)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(jī)完成，克服了傳統(tǒng)手工雕刻存在的缺陷。雕刻機(jī)的功能決定了其使用范圍。雕刻機(jī)(Engraving Plotter)，顧名思義就是用機(jī)器代替人工進(jìn)行雕刻的設(shè)備。在我國(guó)北宋時(shí)期便發(fā)明了活字印刷，《夢(mèng)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(jiān)機(jī)電一體化廣泛地綜合了機(jī)械、微電子、自動(dòng)控制、信息、傳感測(cè)試、電力電子、接口、信號(hào)變換和軟件編程等技術(shù)，并將這些技術(shù)有機(jī)的結(jié)合成一體。這里的刻字應(yīng)屬于雕刻的范疇。20世紀(jì)90年代，隨著微電子技術(shù)的突飛猛進(jìn)，直接推動(dòng)微型計(jì)算機(jī)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(fù)雜、隨意性強(qiáng)、工藝性差。數(shù)控雕刻機(jī)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(jī)床。而廣告機(jī)加工的是一般是塑膠板或有機(jī)玻璃等非金屬材料，所以對(duì)機(jī)床剛性和加工系統(tǒng)的精度都沒(méi)有很高要求。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。 研制雕刻機(jī)的目的和意義建國(guó)五十年來(lái)，我國(guó)的機(jī)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(chǔ)和規(guī)模，初步滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活的需要。 數(shù)控雕刻機(jī)的特點(diǎn) 數(shù)控雕刻機(jī)的主要特點(diǎn)如下:1）自動(dòng)化程度高。2）模型制作業(yè)，制作沙盤(pán)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(lái)越多，使得計(jì)算機(jī)數(shù)控雕刻機(jī)有了更大的用武之地。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。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。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2所示的兩種方案： 圖2 雕刻機(jī)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(jī)的剛度均較高。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。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(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。另一端采用軸承為支承。5）長(zhǎng)壽命不需要像普通的直流電動(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。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。 主軸組件 此處省略表1 機(jī)械設(shè)計(jì)參數(shù)表 Table 1 The parameter table of mechanical design項(xiàng)目 參數(shù) 單位 主軸最高轉(zhuǎn)速 n=20000 r/min最大進(jìn)給速度 mm/min工作臺(tái)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(dāng)量 mm使用壽命 hrs 切削力、切削扭矩和切削功率計(jì)算三坐標(biāo)數(shù)控機(jī)械雕刻機(jī)的加工對(duì)象主要是針對(duì)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(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)給速度和鉆頭轉(zhuǎn)速n有關(guān)的計(jì)算公式，如下表4所示。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。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)。后6001C/P5圖9 主軸電動(dòng)機(jī)型號(hào) Model of spindle 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)?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)功能一般用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，插補(bǔ)算法的效率和插補(bǔ)精度是一個(gè)十分重要的問(wèn)題。由于X方向坐標(biāo)增長(zhǎng)最快，我們把X軸作為基本軸，每次循環(huán)X方向都增長(zhǎng)一個(gè)步長(zhǎng)，而Y，Z的情況要通過(guò)計(jì)算來(lái)確定。在深入分析目前國(guó)內(nèi)外數(shù)控雕刻機(jī)的現(xiàn)狀，數(shù)控雕刻機(jī)的控制結(jié)構(gòu)與原理的基礎(chǔ)上提出了本數(shù)控雕刻機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行了主傳動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算。參考文獻(xiàn)［1］孟少農(nóng)．機(jī)械加工工藝手冊(cè) 第一冊(cè)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社．1998,5596［2］孟少農(nóng)．機(jī)械加工工藝手冊(cè) 第二冊(cè)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社．1998［3］孟少農(nóng)．機(jī)械加工工藝手冊(cè) 第三冊(cè)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社．1998［4］徐灝. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 第（三、四、五）冊(cè)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社．2001,3590［5］張新義. 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社. 1994［6］王愛(ài)玲．