【正文】 2）通過(guò)齒輪、齒條副的過(guò)渡，將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 電主軸的安裝 電主軸在機(jī)床上的安裝如圖 。 這種結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了主軸高速化的轉(zhuǎn)速 ，能夠強(qiáng)有力地改善提高了 主軸的高速綜合性能。變頻器的速度調(diào)節(jié)就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)的 ，它 是一種理想的、高效率、高性能的調(diào)速手段。即在整個(gè)調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的變化關(guān)系或是轉(zhuǎn)速隨控制電壓的變化關(guān)系都是線性的。 正因?yàn)椴捎昧艘陨弦幌盗写胧?，本次設(shè)計(jì)的數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)床的最大優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)比較細(xì)小、輕 便的零件進(jìn)行加工，而且加工精度較高，對(duì)軟金屬可進(jìn)行高速切削加工 。且加工過(guò)程能耗較高，效率較 底。所需加工零件的重量越大，所要求機(jī)床工作臺(tái)、導(dǎo)軌等部件的剛度就要提高。 加工零件的表面，要成形的加工運(yùn)動(dòng)主要可分為銑削、鉆孔、切割三類。 X、 Y 軸的編程也將相應(yīng)擴(kuò)大， (一般在 600mm 600mm 以上 )，軸的行程增加了，相應(yīng)的鉆孔面積也將增加。另一方面，機(jī)床具有了自檢功能后，它還能自動(dòng)控制鉆孔的深度，確保鉆頭尖端和工作臺(tái)面的距離?？梢噪S時(shí)探測(cè) 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(gè)合適的范圍里，確保了電主軸的最佳移動(dòng)距離，使其鉆孔的速度達(dá)到最高。 隨著數(shù)控雕刻機(jī)技術(shù)的不斷成熟和價(jià)格趨于合理，其性價(jià)比逐漸得到業(yè)界的認(rèn)可，市場(chǎng)快速擴(kuò)大。就當(dāng)今制造類行業(yè)來(lái)講，尤其在復(fù)雜型腔模的精細(xì)加工中， CNC雕刻機(jī)的加工精度高、速度快、表面質(zhì)量好，能夠代替價(jià)格相對(duì)昂貴的加工中心的機(jī)加工。因此，對(duì)于加工零件所需要的機(jī)床的跟新?lián)Q代也與日俱增。 隨后 雕刻機(jī)、雕銑機(jī)、加工中心等一系列數(shù)控機(jī)床便如雨后春筍般應(yīng)運(yùn)而生。完成數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)總體方案設(shè)計(jì)及零部件的選型計(jì)算、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核，并繪制裝配圖和零件圖紙。從印刷電路板的機(jī)加工環(huán)節(jié)上來(lái)分析，為了制造出高質(zhì)量的印刷電路板，目前有激光鉆孔技術(shù)、光致法成孔、等離子體蝕孔等技術(shù)含量高的加工工藝。它的設(shè)計(jì)理念是 ,在主 CPU 的控制下，有一個(gè)從 CPU 在全閉環(huán)控制系統(tǒng)下 ,負(fù)責(zé)對(duì)鉆銑床的各個(gè)部位進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢查 ,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題隨時(shí)在顯示器上反饋出來(lái)。如若機(jī)器有不平衡現(xiàn)象出現(xiàn)，磁浮會(huì)吸住機(jī)床工作臺(tái)面，讓機(jī)器停下來(lái)，使得整個(gè)工作臺(tái)面完好無(wú)損。各向移動(dòng)部件要求運(yùn)動(dòng)輕巧、剛性好、靈活性強(qiáng)。 (2)機(jī)床移動(dòng)部分的零件的重量最好輕巧。如果所需承載加工零件比較輕，那么此類機(jī)床布局方式要求的電機(jī)功率及傳動(dòng)部件的尺寸就比較小，移動(dòng)比較快捷、輕便。 孕育鑄鐵的穩(wěn)定性、耐沖擊性和吸振性都很優(yōu)越，這將大大提高機(jī)床床身的結(jié) 構(gòu)強(qiáng)度和剛性。由于數(shù)控雕刻機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速較高 ，對(duì)于 傳統(tǒng)的“主軸電機(jī) +皮帶傳動(dòng) + 齒輪變速”傳動(dòng)的方式已經(jīng)不再適合 ，因此，目前采用 電主軸來(lái)完成主傳動(dòng)的方式已經(jīng) 廣泛運(yùn)用于大多機(jī)床的主軸系統(tǒng) 。 一般，變頻器主要由逆變器、整流器還有直流部分等 3 個(gè)部分所組成。目前，伴隨著高速加工制造技術(shù)的迅猛發(fā)展和普遍運(yùn)用 , 多種 工業(yè)制造部門(mén)，尤其在航空航天、汽車(chē)摩托配、電子電路板加工、廣告招牌及模具加工等行業(yè) , 對(duì)于高精度、高速度的數(shù)控機(jī)床的需求量正日益增加。 在 數(shù)控機(jī)床加工中進(jìn)行高速度的切削以及對(duì)零件的精密加工，電主軸能夠滿足此類要求，而傳統(tǒng)的機(jī)械主軸則存在欠缺。 通常機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的慣性以及剛度主要由機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)決定。 （ 2）靜壓絲杠螺母副 靜壓絲杠螺母副的工作原理：在絲杠和螺母接觸面之間，通過(guò)油壓產(chǎn)生一層保持一定厚度，以及擁有一定剛度的壓力油膜，從而使得絲杠和螺母之間的摩擦由原來(lái)的邊界摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w摩擦，大大降低了摩擦阻力。 2）旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)本身機(jī)械結(jié)構(gòu)由于受到離心力的作用，其旋轉(zhuǎn)速度受到限制；滾珠絲杠又受轉(zhuǎn)速特征值的約束，轉(zhuǎn)速不能太高。 3級(jí)精度的絲杠經(jīng)采用一些如消隙、螺距誤差補(bǔ)償?shù)却胧?，完全能滿足機(jī)床的定位精度要求。 目前，就軸承的安裝方式而言，國(guó)內(nèi)主要采用兩種組合方式：其一是把向心軸承和圓錐軸承組合使用，它的結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，但它的軸向剛度不夠。螺母慣性小、運(yùn)動(dòng)靈活，可實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)速高。單向逆止軸承的內(nèi)環(huán)與絲杠上端固定聯(lián)結(jié) , 其外環(huán)通過(guò)鍵與聯(lián)結(jié)套裝配在一起。直 線滾動(dòng)導(dǎo)軌通常是兩條組合配套成對(duì)使用，它可以水平式安裝，也可以垂直或傾斜式安裝。它的安裝形式又分為單導(dǎo)軌定位以及雙導(dǎo)軌定位兩種，數(shù)控雕銑機(jī)床 X、 Y軸方向上均采用雙導(dǎo)軌定位。當(dāng)伺服電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) (電 機(jī)帶制動(dòng) )，機(jī)床 工作臺(tái)由于自重將要向下滑懂動(dòng) , 螺母有推動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)的逆向傳動(dòng) , 這時(shí) ,單向逆止軸承的內(nèi)環(huán)和滾珠將帶動(dòng)軸承的外環(huán)反向轉(zhuǎn)動(dòng)。 Z向采用一端固定，另一端自由的方式。由此，近年來(lái)國(guó)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，和一般的向畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 心推力球軸承相比而言，它的接觸角增大到了 60186。滾珠絲杠副是由絲杠、螺母、滾珠等零件組成的機(jī)械元件，其作用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它是傳統(tǒng)滑動(dòng)絲杠的進(jìn)一步延伸發(fā)展。采用直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，則可以不受此限制。靜壓絲杠螺母的特點(diǎn)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(dòng)力矩很小，傳動(dòng)靈敏，避免了爬行。所以，就數(shù)控機(jī)床而言，其對(duì)機(jī) 械傳動(dòng)系統(tǒng)的基本要求可以總結(jié)如下： 1）盡量降低傳動(dòng)部件的慣量； 2）盡量提高傳動(dòng)部件的剛度； 3）盡量將傳動(dòng)部件的間隙減小； 4) 盡量減少傳動(dòng)系統(tǒng)的 摩擦阻力 。 （ 6）由于采用了電機(jī)和主軸一體化布局結(jié)構(gòu) ，從而制造商們可 以對(duì) 電主軸進(jìn)行規(guī)?；?、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(chǎng)中 ，作為一類 專業(yè)化的數(shù)控機(jī)床零部件 ，方便于 主機(jī)挑選使用 ，最終帶動(dòng) 促進(jìn)了機(jī)床的模塊化生產(chǎn)和其它相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與運(yùn)用。 電主軸的結(jié)構(gòu)及其優(yōu)點(diǎn) 電主軸的結(jié)構(gòu)是采用變頻電機(jī)和機(jī)床的主軸合為一體 ，即具備 有冷卻套的定子裝配在主軸結(jié)構(gòu)的腔體內(nèi)部再與機(jī)床直接連接 ，成為一體，是一 種集成式的電機(jī)主軸。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(bǔ)償變頻器內(nèi)部線路上的能量損失由電池來(lái)實(shí)現(xiàn)。將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的主軸傳動(dòng)方式 ,。采用箱形結(jié)構(gòu)的方式，其底部?jī)?nèi)部筋板采用井字型筋板配合的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)方式。由于機(jī)床移動(dòng)部件的質(zhì)量比較小，因此該種方案中的數(shù)控雕刻機(jī) Z軸系統(tǒng)刀具的運(yùn)動(dòng)、精度易于得到保障。這樣，雕刻機(jī)的運(yùn)動(dòng)力學(xué)性能將大大提高。 從機(jī)械的角度出發(fā)去分析，對(duì)于數(shù)控雕刻機(jī)床而言，它的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足：加工范圍廣、工作精度高、生產(chǎn)率高和經(jīng)濟(jì)性能好等各項(xiàng)要求；另外，它的非移動(dòng)部件的剛性要好，移動(dòng)部件而言，首先它要具有良好剛性，還要整體結(jié)構(gòu)輕巧，要具有較好的靈活性；確保雕刻機(jī)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)便于觀察和檢測(cè)。布置 X 軸、 Y 軸在大理石結(jié)構(gòu)的中央位置，工作臺(tái)面始終保持在最佳平衡狀態(tài)，畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 相應(yīng)得也就提高了孔加工的精度。工作人員排除故障 疏忽的情況下，為使機(jī)器不會(huì)損壞，有的還可以自動(dòng)控制，讓機(jī)器停止工作，制定它保持待機(jī)，從而有效防止了機(jī)器發(fā)生故障而損壞。 就我國(guó)而言，通過(guò)幾十年的發(fā)展， PCB 制造行業(yè)的技術(shù)含量和設(shè)備支持都達(dá)到了一個(gè)較高的水平。再加上電火花加工存在不足，近年來(lái)數(shù)控雕刻機(jī)在國(guó)內(nèi)有了突破性的發(fā)展。 本課題研究的內(nèi)容及意義 目前，數(shù)控雕刻機(jī)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(shù)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。 班 級(jí)： 機(jī)械 94 學(xué) 號(hào)： 0923164 作者姓名： 2020 年 5 月 25 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 摘 要 當(dāng)今世界，現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù)飛速發(fā)展，日新月異。 數(shù)控雕刻機(jī)的機(jī)械加工精度高、剛性強(qiáng)，它的數(shù)控系統(tǒng)還擁有抗干擾特性，是含有高新科學(xué)技術(shù)的一種加工設(shè)備，其機(jī)電一體化水平先進(jìn)。由于數(shù)控雕刻機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域日益拓展，它的市場(chǎng)規(guī)模也不斷擴(kuò)大。由主 CPU 控制，從 CPU 再分別控制不同功能與特性的結(jié)構(gòu)部件，確保它們于主 CPU 的控制步調(diào)一致。而且， PCB 電路板還可能被斷的鉆頭劃壞損傷，嚴(yán)重影響到電路板制作的質(zhì)量問(wèn)題。這大大提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)也滿足了大規(guī)模的自動(dòng)化生產(chǎn)需要。 在滿足了機(jī)床總體布局基本要求的基礎(chǔ)上，還應(yīng)考慮到影響雕刻機(jī)布局的其它基本因素，如下： 要在加工零件的表面銑雕出不同形狀的線路紋路，就要結(jié)合不同的刀具來(lái)進(jìn)行加工，所以機(jī)床表面成形運(yùn)動(dòng)的數(shù)目及形式也就不同，將直接導(dǎo)致機(jī)床布局的差異。所需加工零件的大小面積，將直接和導(dǎo)軌的布局以及機(jī)床工作臺(tái)的尺寸相關(guān)。對(duì)于縱向較長(zhǎng)工件的批量加工時(shí)，需要使用外伸支架支撐的結(jié)構(gòu)，它們的支點(diǎn)高度相同。 圖（ a） 改進(jìn)前橫梁導(dǎo)軌布局 圖（ b） 改進(jìn)后橫梁導(dǎo)軌布局 圖 橫梁導(dǎo)軌布局圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 初步設(shè)計(jì)數(shù)控雕刻機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)布局如圖 。因?yàn)楸敬嗡O(shè)計(jì)的數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)床的整體結(jié)構(gòu)比較小，加上高速電主軸價(jià)格昂貴，所以主傳動(dòng)方式采直流電機(jī)直聯(lián)帶動(dòng)主軸機(jī)構(gòu)，這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，運(yùn)動(dòng)可靠。通過(guò)公式（ ）可知，轉(zhuǎn)速 n 與頻率 f 是正比關(guān)系。 這對(duì)于數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)講是一項(xiàng)的重大突破的改革。就而言，電主軸的潤(rùn)滑方式通常有脂潤(rùn)滑與油氣潤(rùn)滑兩類 ， 用戶可以按其畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 需求任選其一。本次設(shè)計(jì)的進(jìn)給機(jī)構(gòu)系統(tǒng)采取的是直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 4）油膜層具有一定剛度，減少了反向間隙。 直線電動(dòng)機(jī)的不足之處，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （ 1）與同容量旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)相比，直線電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)要低，特別在低速時(shí)更明顯。要想使進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有足夠的剛性，就要選用直徑粗大的絲杠。而且它的產(chǎn)品成對(duì)出售，使用極為方便，而且在它出廠時(shí)，內(nèi)外環(huán)的厚度都已經(jīng)選配好，裝配時(shí)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(shí)已經(jīng)調(diào)整好的預(yù)緊力。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。 這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，作用可靠，運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定。 本章小結(jié) 本章主要闡述了機(jī)床的進(jìn) 給系統(tǒng)的布局方式。彈性聯(lián)軸器的裝卸也非常方便。 步進(jìn) 電機(jī)經(jīng)彈性聯(lián)軸器帶動(dòng)絲杠 , 實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的移動(dòng)。固定端軸承都可以同時(shí)承受軸向力和徑向力，這種支承方式，可以對(duì)絲杠施加適當(dāng)?shù)念A(yù)拉力，提高絲杠支承剛度，可以部分補(bǔ)償絲杠的熱變形。提高絲杠螺母座的局部剛度和接 觸強(qiáng)度一般可以通過(guò)適當(dāng)加大其與機(jī)床結(jié)合部件的有關(guān)接觸面積來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是， 隨著絲杠精度的提高，其價(jià)格也將大大上升。采用齒輪齒條副傳動(dòng)時(shí)，必須采取措施消除齒側(cè)間隙，當(dāng)傳動(dòng)負(fù)載小時(shí)，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(cè)貼緊，從而消除齒側(cè)間隙。其中，采用具有制動(dòng)裝置的伺服電動(dòng)機(jī)來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng) 是最簡(jiǎn)單有效的解決方法。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 4 機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)選擇 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的要求 一般來(lái)講，機(jī)床的進(jìn) 給傳動(dòng)系統(tǒng)的 靈敏度、精度、穩(wěn)定性是數(shù)控機(jī)床的輪廓加工精度以及定位精度的直接影響因素。 （ 2）通過(guò)采用交流變頻的技術(shù) ， 電主軸能夠在額定的轉(zhuǎn)速范圍之間發(fā)生無(wú)級(jí)變速 ，從而 適應(yīng)了機(jī)床在工作時(shí)的各種不同工作情況以及負(fù)載發(fā)生變化的需求。它還有利于機(jī)床動(dòng)平衡的改善 , 避免了加工過(guò)程中的振動(dòng)及噪音 。變頻器是通過(guò)電腦所給的信息，發(fā)出一種脈沖，再通過(guò)脈沖來(lái)控制轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)了 1500 至 24000r/min之內(nèi) 的不同轉(zhuǎn)速。對(duì)機(jī)床橫梁導(dǎo)軌的布局進(jìn)行了改進(jìn)，由一般的平面式布局改為空間式布局，提高了機(jī)床的穩(wěn)定性和加工精度。 3）機(jī)床主軸在高 速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) , 對(duì)于加工 進(jìn)給的速度快時(shí) , 主軸刀具較容易斷掉 。 本次設(shè)計(jì)的機(jī)床總體布局將采用龍門(mén)架式布置結(jié)構(gòu)。 由于數(shù)控雕刻機(jī)的動(dòng)靜分配存在差異，所以機(jī)床對(duì)應(yīng)的布局也會(huì)不同。本文所設(shè)計(jì)的小型數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)床的性能指標(biāo)參數(shù)如下表 11： 表 11 數(shù)控雕刻機(jī)系統(tǒng)主要性能指標(biāo)參數(shù) 性能名稱 數(shù)值 加工幅面 120160200mm 工作臺(tái)尺寸 X/Y 270278mm 行程 X/Y/Z 50150200mm 最大進(jìn)給速度 加工刀具最大直徑 主軸電機(jī)最高轉(zhuǎn)速 3000r/min 主軸電機(jī)功率 400kw 換刀方式 手動(dòng)換刀 X/Y/Z 定位精度 ～ + X/Y/Z 重復(fù)定位精度 ～ + 總功率 P 1000W 軸聯(lián)動(dòng)數(shù) 4 脈沖當(dāng)量 ～ +外觀尺寸 400500600 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)論文 1