【文章內(nèi)容簡介】 旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動。另一端采用軸承為支承。步進電機的旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速，由指令脈沖決定。指令脈沖數(shù)就是 電動機的轉(zhuǎn)動步數(shù)，即角位移的大小。只要改變指令脈沖頻率，就可以使步進電動機的旋轉(zhuǎn)速度在很寬范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。它具有以下特點 : 位置控制功能 可預(yù)先發(fā)出具體的脈沖數(shù)量，從而得到需要輸出的角度。 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。 正 /反，急停及鎖定功能 通過對系統(tǒng)的高低電平控制，得到正 /反旋轉(zhuǎn)的效果，在電機鎖定情況下 （電機繞組中存在電流，外部沒有要求旋轉(zhuǎn)的電脈沖 )，仍有靜止力矩的輸出。 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。 長壽命 不需要象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。如圖 所示 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 20xx 9 圖 絲杠與電機軸的連接 剛性聯(lián)軸器用于絲桿與電機的聯(lián)接，可提高兩軸頭連接的固定精度，如圖 所示。它的特點有 : 可用于小型、瞬間慣量小和高速轉(zhuǎn)動的場合 。 安裝后無反作用力，而且維護簡單 。 提高絲杠的強度時，跳動不會受到影響 。 依靠鎖緊螺栓施加的摩擦緊固，無需鍵 。 在高速轉(zhuǎn)動時可保持平穩(wěn)。 導(dǎo)軌的主要 功能是導(dǎo)向和承載作用。導(dǎo)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。導(dǎo)軌承受運動部件及工件的重量及切削力，在很大程度上決定數(shù)控機床的剛度、精度與精度保持性。 雕刻機的 x向和 y 向絲杠兩側(cè)各采用一對圓柱形導(dǎo)軌作為導(dǎo)向件，另外可以分擔(dān)絲杠所承受的機頭和工作臺的重量。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。 Z 絲杠不承受徑向載荷，為保證精度，采用兩根導(dǎo)軌導(dǎo)向。 Z 的固定依靠步進電機的自鎖來實現(xiàn)。 圓形導(dǎo)軌兩端通過螺釘固定在絲杠支架上，并與導(dǎo)軌套形成移動副。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。 典型零件工藝分析 ： （ 1）零件材料： GCR15。 合金含量較少，具有良好的性能，它為應(yīng)用最廣泛的高碳鉻軸承鋼。 經(jīng)過淬火加回火后具有較高的硬度、均勻的組織、良好的耐磨性、高的接觸疲勞性能。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。實際就是 Cr15。 （ 2）零件組成表面：兩端面，外圓 附有滾珠 ， 外身為單線 螺紋， 無 鍵槽， 無 倒角。 （ 3）主要表面分析： Ф 16 外圓表面 主要 用于傳動件， 將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為所需的直線運動，具有相當(dāng)?shù)木?。 （ 4）主要技術(shù)條件： Ф 16 外圓精度要求：IT7 粗糙度要求 。它是零件上主要的基準， 兩端螺紋應(yīng)與之保持基本的同軸關(guān)系，鍵槽亦與之對稱。 （ 5）零件總體特點：長徑比達 18，為較典型的細長軸 。 T 型臺工藝分析： （ 1）零件材料： 45 鋼。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。 刀具材料選擇范圍較大，高速鋼或 YT 類硬質(zhì)合金均能勝任。刀具幾何參數(shù)可根據(jù)不同刀具類型 通過相關(guān)表格查取。 （ 2）零件組成表面： 長方形表面（長 300mm，寬 340mm），厚 20mm，有 T 形凹槽。 （ 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?。 （ 4）主要技術(shù)條件： 外 表面 精度要求：IT7 粗糙度要求 。它是零件上主要的基準， 兩端 平面 應(yīng)與之保持基本的 平面 關(guān)系，鍵槽亦與之對 稱。 （ 5）零件總體特點： 簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，定位能力非常強。 三軸滑塊工藝分析： （ 1）零件材料： 鋁合金 。 在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的一類有色結(jié)構(gòu)金屬材料。純鋁的密度?。?ρ=），大約是鐵的 1/3， 熔點 低（ 660℃ ），鋁是面心立方結(jié)構(gòu)，故具有很高的塑性（ δ:32~40% ， ψ:70~90% ），易于加工，可制成各種型材、鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 20xx 11 板材 。 （ 2）零件組成表面： 軸套類零 件，表面是光滑的空孔，用于支持導(dǎo)軌。 （ 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?。 （ 4）主要技術(shù)條件： 外 表面 精度要求：IT7 粗糙度要求 。它是零件上主要的基準， 兩端 平面 應(yīng)與之保持基本的 平面 關(guān)系， 空孔 亦與之對稱。 （ 5）零件總體特點：機構(gòu)中與機架用移動副相連又與其他運動構(gòu)件用轉(zhuǎn)動副相連的構(gòu)件 。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說 明書 20xx 12 3. 三坐標數(shù)控雕刻機的機械系統(tǒng)的設(shè)計 本章詳細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、步進電動機 、傳動部件和支承部件的詳細設(shè)計計算及選型過程。 設(shè)計參數(shù)的確定 由課題所給的設(shè)計參數(shù)，結(jié)合微型三維機械雕刻機的總體設(shè)計方案，初步確定該雕刻機機械部分的主要參數(shù)，如表 所示。 表 機械設(shè)計參數(shù)表 項目 參數(shù) 單位 主軸最高轉(zhuǎn)速 n=20xx0 r/min 最大進給速度 3600fv ? mm/min 工作臺總行程 (Y) 235 mm 主軸總行程 (X) 220 mm 主軸總行程 (Z) 102 mm 定位精度 177。 mm 脈沖當(dāng)量 mm 使用壽命 20xx0hL ? 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。這些材料具有較高的強度和良好的塑性。用硬質(zhì)合金直柄立銑刀（ 0 6 , 2d mm z??）和高速鋼標準直柄麻花鉆（ 0 3d mm? ）在鋁板上進行銑削和鉆削，分別進行切削力、切削扭矩和切削功率的計算。 根據(jù)三維機械雕刻機的加工范圍和使用功能及在實際 生產(chǎn)過程中不同的切削方式所使用時間的分配，經(jīng)過統(tǒng)計，大致可將切削方式分為強力切削（切）、一般切削（雕）、精細切削（刻）和快速進給。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說 明書 20xx 13 銑削力、扭矩和功率的計算 通過查閱王先逵主編的《機械加工工藝手冊》，得到表 左側(cè)的經(jīng)驗公式，代入已知參數(shù)進行簡化，可得到僅與切削深度 pa 、進給速度 fv 和銑刀轉(zhuǎn)速 n有關(guān)的計算公式填入表 右側(cè)。 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? ? ? ? ? ? ? ? 。銑削寬度 a ( )w mm ，銑削深度 a( )pmm , 進 給 速 度 ( / m in)ffv a zn mm? ，銑削速度0 / 10 00 ( / m i n)v d n m?? ， 0d —— 銑刀外徑 ((mm), fa —— 每齒進給量 (mm/z)， z —— 銑刀齒數(shù)， n—— 銑刀轉(zhuǎn)速 (r /min) 。 將切削深度 pa 、進給速度 fv 和銑刀轉(zhuǎn)速 n 的變量代入分別計算，得到計算結(jié)果，如表 所示。表 銑削力、扭矩和功率的計算 切削方式 工作時間 百分比 t % 參 數(shù) 計算結(jié)果 pa fv n n絲 ZF M mP 強力切削 10% 120 9000 30 一般切削 30% 1 1200 15000 300 精細切削 50% 2400 20xx0 600 快速進給 10% — 3600 — 900 0 0 0 其中： n絲 — 絲杠轉(zhuǎn)速， f / ( / m in)hn v P r?絲 ，預(yù)選絲杠導(dǎo)程 4( )hP mm? pa — 銑削深度（ mm）， fV — 進給速度（ mm/min）， n— 銑刀轉(zhuǎn)速（ r/min） ， 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說 明書 20xx 14 zF — 銑削力（ N）， M— 銑削扭矩（ Nm）， mP — 銑削功率（ kW）。 鉆削力、扭矩和功率的計算 此處省略 NNNNNNNNNNNN字。如需要完整說明書和 設(shè)計 圖紙等 .請聯(lián)系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套機械畢業(yè)設(shè)計下載！該論文已經(jīng)通過答辯 表 鉆削力、扭矩和功率的計算 切削方式 工作時間 百分比t% 參 數(shù) 計 算 結(jié) 果 fv n n絲 zF M mP 強力切 削 10% 300 9000 75 — 一般切削 30% 480 15000 120 — 精細切削 50% 600 20xx0 150 — 快速進給 10% 900 — 225 0 0 0 其中： n絲 — 絲杠轉(zhuǎn)速， f / ( / m in)hn v P r?絲 ， 預(yù)選絲杠導(dǎo)程 4( )hP mm? ， fv — 進給速度(mm/min),n — 鉆削轉(zhuǎn)速 (r/min), zF — 鉆削力 (N), M— 鉆削扭矩 (Nm), mP — 鉆削功率(kW)。 主運動系統(tǒng)的設(shè)計計算 主軸組件是雕刻機的執(zhí)行件。它的功用是支承 并帶動工件或刀具旋轉(zhuǎn)進行切削，承受切削力和驅(qū)動力等載荷，完成表面成形運動。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。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說 明書 20xx 15 雕刻機的主軸部分固定在 Z向絲杠的支架上，采用電主軸高速旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)刀具的切削運動。 自 20 世紀 80 年代以來，數(shù)控機床、加工中心主軸向高速化發(fā)展。高速數(shù) 控機床主傳動機構(gòu)已經(jīng)得到極大的簡化，取消了帶傳動和齒輪傳動，機床主軸由內(nèi)裝式電動機直接驅(qū)動，從而把機床主傳動鏈的長度縮短為零，實現(xiàn)了機床主運動的“零傳動”，這種結(jié)構(gòu)稱 為電主軸。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。本雕刻機由于主軸轉(zhuǎn)速達到 20xx0r／ min,所以應(yīng)用電主軸。 本節(jié)主要設(shè)計主運動系統(tǒng)中的電主軸，以確定它們的型號和參數(shù)。 數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)除應(yīng)滿足普通機床主傳動的要求外，還提出以下要求： ，并實現(xiàn)無級變速。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。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(yīng)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(yīng)進一步擴大。 ，傳動平穩(wěn)，噪聲低。數(shù)控機床加工精度的提高，與主運動系統(tǒng)的剛度密切相關(guān)。為此，應(yīng)提高傳動件的制造精度與剛度，齒輪齒面進行高頻感應(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。 數(shù)控機床上一般既要進行粗加工又要進行精加工；加工時可能由于斷續(xù)切削、加工余量不 均勻、運動部件不平衡以及切削過程中的自激振動等原因引起的沖擊力或交變力的干擾，使主軸產(chǎn)生振動，影響加工精度和表面粗燥度，嚴重時甚至破壞刀具或零件，是加工無法順利進行。 因此在主傳動系統(tǒng)中的各主要零部件不但要具有一定的靜剛度，而且具有足夠的抑制各種干擾力引起的動的能力 —— 抗振性。抗振性用動剛度或動柔性度來 衡量。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)。 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。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