【導(dǎo)讀】數(shù)控雕刻機(jī)是一種用于雕刻加工的機(jī)電一體化機(jī)床，它能加工的材料的范圍非常廣，應(yīng)用于各行各業(yè)，具有非常廣闊的市場(chǎng)前景。數(shù)控雕刻機(jī)的使用大大提高了雕刻加工的效。率，給制造業(yè)的發(fā)展提供了動(dòng)力。動(dòng)刀具回轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)雕刻機(jī)在X、Y、Z三個(gè)方向上的雕刻加工。采用滾珠絲杠螺母副和彈性聯(lián)軸器作為主要傳動(dòng)部件，較齒輪傳動(dòng)其平穩(wěn)性更好、結(jié)構(gòu)更緊湊，加工精度更容易保證。采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌作為導(dǎo)向部件，較真線滑動(dòng)導(dǎo)軌其。摩擦系數(shù)更小、定位精度更高、壽命更長(zhǎng)且不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。

　　

【正文】 對(duì)于 Y 軸導(dǎo)軌有： aC = 4 v1 FW? =C =12020N， 滿足要求 。 對(duì)于 Z 軸導(dǎo)軌有： aC = d WlFl v2 ) 312 ?（ =C =12020N， 滿足要求 。 滑軌 mm 額定負(fù)載 KN φD h Φd F C C0 6 60 21 （ 2） 校核額定靜載荷 0C 各軸導(dǎo)軌應(yīng)滿足：額定動(dòng)載荷 0C aC0 對(duì)于 X 軸導(dǎo)軌有： aC0 =???????? ?????? ???????? 22222 242 acWWblW =43N 0C =22190N， 滿足要求 。 對(duì)于 Y 軸導(dǎo)軌有： aC0 = 41W =150N 0C =22190N， 滿足要求 。 對(duì)于 Z 軸導(dǎo)軌有： aC0 = dWl231 = 0C =22190N， 滿足要求 。 （ 3） 額定行程長(zhǎng)度壽命 sT 導(dǎo)軌的 額定行程長(zhǎng)度壽命 的計(jì)算公式如下： sT = )(3FCf fff W CTHK ? （ 340） 其中 K 為壽命系數(shù)，一般取 K=50km； F 為滑座工作載荷（ N）； Hf 為硬度系數(shù)，可按表37 選取； Tf 為溫度系數(shù)，按表 38 選?。?Cf 為接觸系數(shù)，按表 39 選取； Wf 為負(fù)荷系數(shù)，按表 310 選??； C 為額定動(dòng)載荷 ，取硬度系數(shù) Hf =1，溫度系數(shù) Tf =1，接觸系數(shù) Cf =，負(fù)荷系數(shù) Wf =，將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式 340 中 經(jīng)計(jì)算得： 對(duì)于 X 軸導(dǎo)軌有： C =12020N， F=， 代入 Ts 的計(jì)算公式中得 ： Ts=9773220Km 對(duì)于 Y 軸導(dǎo)軌有： C =12020N， F=， 代入 Ts 的計(jì)算公式中得 ： Ts=1153770Km 對(duì)于 Z 軸導(dǎo)軌有： C =12020N， F=，代入 Ts 的計(jì)算公式中得： Ts=23724Km 導(dǎo)軌的 額定工作時(shí)間壽命 的公式如下 ： hT = nLTss2 103? （ 341） 其中工作單行程長(zhǎng)度 sL =，每秒往復(fù)次數(shù) n =4。分別把各軸導(dǎo)軌的 Ts 值代入到 式 341 中，經(jīng)計(jì)算得： 對(duì)于 X 軸導(dǎo)軌有： Th=2036087500h15000h， 滿足壽命要求 。 對(duì)于 Y 軸導(dǎo)軌有： Th=240368750h15000h， 滿足壽命要求 。 對(duì)于 Z 軸導(dǎo)軌有： Th=4942500h15000h， 滿足壽命要求 。 22 表 37 硬度系數(shù) 表 38 溫度系數(shù) 表 39 接觸系數(shù) 每根導(dǎo)軌上的滑塊數(shù) Cf 1 2 3 4 5 表 310 負(fù)荷系數(shù) 工作條件 Wf 無(wú)外部沖擊或震動(dòng)的低速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合，速度小于 15m/min 1～ 無(wú)明顯沖擊或震動(dòng)的中速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合，速度小于 60m/min ～ 2 有外部沖擊或震動(dòng)的高速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合，速度小于 60m/min 2～ 聯(lián)軸器的選擇 本設(shè)計(jì)采用彈性聯(lián)軸器，其特點(diǎn)如下： （ 1） 一體成型的金屬?gòu)椥泽w （ 2） 零回轉(zhuǎn)間隙、可同步運(yùn)轉(zhuǎn) （ 3）能夠補(bǔ)償軸在各個(gè)方向的偏差 （ 5）順轉(zhuǎn)和逆轉(zhuǎn)沒(méi)有什么區(qū)別 （ 6）不需要保養(yǎng)，抗油能力強(qiáng)，耐腐蝕性能良好 滾道表面硬度 HRC 60 58 55 53 50 45 Hf 工作溫度 /C. Tf 100 100～ 150 150～ 200 200～ 250 23 （ 7）它由鋁合金或不銹鋼制成 （ 8）采用頂絲或夾緊來(lái)固定 各軸絲杠與步進(jìn)電機(jī)聯(lián)接處選 擇 型號(hào)為 BFB5516 16 的彈性聯(lián)軸器， 其 參數(shù)如表 311所示，外形如圖 39 所示： 表 311 彈性聯(lián)軸器的參數(shù) 型號(hào) A L W E F M 最大孔徑 mm 額定扭矩 N． m 重量 g BFB5516 16 55 14 57 40 5 M6 19 50 180 圖 39 彈性聯(lián)軸器 滾珠絲杠的校核 各軸滾珠絲杠采用兩端固定的支承方式，如圖 310 所示： 圖 310 絲杠兩端固定的支承形式 （ 1） 傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度計(jì)算 傳動(dòng)系統(tǒng)剛度校核可采用下列公式： 24 1 1 1 1sbcK K K K? ? ? （ 342） 其中 sK 為滾珠絲杠螺母副的抗壓剛度， bK 為支承滾珠絲杠的軸承的軸向剛 度， cK 為滾珠絲杠的滾珠與滾道的接觸剛度 1） 滾珠絲杠螺母副的抗壓剛度 sK 對(duì)于絲杠支撐形式為兩端固定，抗壓剛度 Ks 計(jì)算公式如下： 222322 ???? ? ada EdK s ? （ 343） 最大抗壓剛度 的計(jì)算公式如下： 20022m a x 10)(4 ??? LLL LdK s （ 344）最小抗壓剛度 計(jì)算公式如下： 222m a x ?? LdK s （ 345） 其中 L 為兩個(gè)固定支承之間的距離， L0 為固定支承與行程起點(diǎn)之間的距離。 對(duì)于 X 軸絲杠有： L=452mm， L0=26mm， ?maxsK ?minsK 對(duì)于 Y 軸絲杠有： L=490mm， L0=70mm， ?maxsK 1236 ?minsK 對(duì)于 Z 軸絲杠有： L=240mm， L0=80mm， ?maxsK ?minsK 1236 2） 絲杠支承副的剛度 bK Kb=2 2532 .4 3 sinQad Z F ? （ 346） 其中滾動(dòng)體直徑 dQ=，滾子數(shù) Z=8，軸承接觸角 β=25。 ， maxa BFF ? ，把 X、 Y、 Z 軸絲杠支承副的相關(guān)數(shù)據(jù)代入式 346 中 得： 118b ?XK ， ?K ， ?zK 。 3）絲杠滾珠和滾道的接觸剛度 cK 絲杠滾珠和滾道的接觸剛度 的計(jì)算公式如下： 3 acc CFKK ?? （ 347） 其中 Ca 為絲杠額定動(dòng)載荷， Kc′為絲杠的剛度。 查 表 34 知： Ca=9309N， Kc′=234N/μm，且有m axp 31 FFF ??，把相關(guān) 數(shù)據(jù)代入式 347 25 中 得： ?XK ?YK ?ZK 。 （ 2）剛度驗(yàn)算及精度選擇 1）確定 maxmin KK 的值 把 sK 、 bK 、 cK 的值代入到式 342 中，經(jīng)計(jì)算得： 對(duì)于 X 軸傳動(dòng)系統(tǒng)剛度有： 5 5 . 2 5 1 . 8 m a xm in ?? KK 對(duì)于 Y 軸傳動(dòng)系統(tǒng)剛度有： 5 5 . 6 5 2 . 9 m a xm in ?? KK 對(duì)于 Z 軸傳動(dòng)系統(tǒng)剛度有： 7 3 . 0 7 2 . 5 m a xm in ?? KK 2）驗(yàn)算傳動(dòng)系統(tǒng)剛度 min ?K 各軸向?qū)к壍撵o摩擦力為： OXF = OYF =120N OZF =75N。 根據(jù)要求系統(tǒng)剛度應(yīng)滿足 min ?K = / 0F 重復(fù)定位精度 ＜ min K 其中重復(fù)定位精度為 20μm，分別把各靜摩擦力 F0 的值代入到上式中，經(jīng)計(jì)算得： 對(duì)于 X 軸傳動(dòng)系統(tǒng)有： min ?K =＜ min K =，滿足要求。 對(duì)于 Y 軸傳動(dòng)系統(tǒng)有： min ?K =＜ min K =，滿足要求。 對(duì)于 Z 軸傳動(dòng)系統(tǒng)有： min ?K =6＜ min K =，滿足要求。 3） 精度選擇 查閱相關(guān)資料知，有定位精度的數(shù)控機(jī)械和精密機(jī)械可選用 3～ 4 級(jí)精度。 （ 3） 驗(yàn)算臨界壓縮載荷 臨界壓縮載荷 的計(jì)算公式如下： 524221c 10?? LdKKF （ 348） 其中 1K 為安全系數(shù)（絲杠垂直安裝時(shí)： 1K =1/2；絲杠水平安裝時(shí)： 1K =1/3）， 2K 為兩端固定的支承安全系數(shù)， 2K =4， L為絲杠兩支承之間的距離。 對(duì)于 X軸絲杠有： 1K =1/3， L=452mm， 2d =，將這些數(shù)據(jù)代入式 348中得：Fc=131827N， 其值遠(yuǎn)大于絲杠所受的最大負(fù)載， X軸絲杠滿足要求。 對(duì)于 Y軸絲杠有： 1K =1/3， L=490mm， 2d =，將這些數(shù)據(jù)代入式 348中得：Fc=112173N，其值遠(yuǎn)大于絲杠所受的最大負(fù)載， Y軸絲杠滿足要求。 對(duì)于 Z軸絲杠有： 1K =1/2， L=240mm， 2d =，將這些數(shù)據(jù)代入式 348中得： 26 Fc=701376N，其值遠(yuǎn)大于絲杠所受的最大負(fù)載， Z軸絲杠滿足要求。 （ 4） 驗(yàn)算許用轉(zhuǎn)速 絲杠的許用轉(zhuǎn)速 的計(jì)算公式如下： 722 10??Cc Lfdn （ 349） 其中 f 為安裝系數(shù)，查閱相關(guān)資料知：當(dāng)絲杠兩端固定時(shí)，取 f=， Lc 為固定端到絲杠螺母的最遠(yuǎn)距離。 對(duì) X 軸絲杠有： Lc=426mm，將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式 349 中得： ? 25584r/min2020r/min， X 軸絲杠滿足轉(zhuǎn)速要求。 對(duì) Y 軸絲杠有： Lc=420mm，將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式 349 中得： ? 26320r/min2020r/min， Y 軸絲杠滿足轉(zhuǎn)速要求。 對(duì) Z軸絲杠有： Lc=160mm，將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式 349 中得： ? 181359r/min2020r/min， Z 軸絲杠滿足轉(zhuǎn)速要求。 （ 5） 軸向額定載荷的驗(yàn)算 各軸絲杠應(yīng)滿足 下式 ： oaCFS ?maxs （ 350） 其中靜態(tài)安全系數(shù) Ss=2，分別把各軸絲杠所受到的最大軸向載荷代入式 350中。 經(jīng)計(jì)算得： 對(duì)于 X軸絲杠有： maxsFS =2= oaC =21569N， X軸絲杠滿足要求。 對(duì)于 Y軸絲杠有： maxsFS =2=635N oaC =21569N， Y軸絲杠滿足要求。 對(duì)于 Z軸絲杠有： maxsFS =2= oaC =21569N， Z軸絲杠滿足要求。 步進(jìn)電機(jī)的校核 （ 1） 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的校核 1）外加載荷產(chǎn)生的摩擦力矩 外加載荷產(chǎn)生的摩擦力矩 的計(jì)算公式如下： 3h 102 ??? ??FPTF （ 351） 各軸絲杠的最大軸向力 maxFF? ，導(dǎo)程 hP =5mm，三級(jí)精度的滾珠絲杠螺母副的效率 η= 分別把各軸絲杠的最大軸向力代入式 351 中，經(jīng)計(jì)算得： 對(duì) X 軸絲杠有： NF ? ， ?FT 。 對(duì) Y 軸絲杠有： NF ? ， ?FT 。 27 對(duì) Z 軸絲杠有： NF ax ? ， ?FT 。 2)外加載荷產(chǎn)生的預(yù)緊力矩 預(yù)緊力矩 的計(jì)算公式如下： 32 2h 102 )1( ???? ?? ?PFT PP （ 352） 其中 各軸滾 珠絲杠的預(yù)緊力 pF = 3maxF ， 把各軸絲杠的預(yù)緊力代入式 352 中，經(jīng)計(jì)算得： 對(duì) X 軸絲杠有： pF = ， ?PT 。 對(duì) Y 軸絲杠有： pF = ， ?PT 。 對(duì) Z 軸絲杠有： pF =， ?PT 。 3）校核步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩 所選步進(jìn)電機(jī)應(yīng)滿足：絲杠總轉(zhuǎn)矩 T步進(jìn)電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 T0 ， T0=。 對(duì) X 軸絲杠有： T= pF + ?FT ， 可以達(dá)到要求。 對(duì) Y 軸絲杠有： T= pF + ?FT ， 可以達(dá)到要求。 對(duì) Z 軸絲杠有： T= pF + ?FT ， 可以達(dá)到要求。 （ 2） 計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J 1）負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 1J 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 的計(jì)算公式如下： 4321 dLJ ???絲 （ 353） 其中 L 為滾珠絲杠的全長(zhǎng)， d 為滾珠絲杠的螺紋外徑， ρ 為滾珠絲杠的密度，分別把各軸絲杠的相關(guān)數(shù)據(jù)代入式 353 中，經(jīng)計(jì)算得： 對(duì)于 X 軸絲杠有 ： L=， d=， ρ= g/cm3 ， ?絲J 對(duì)于 Y 軸絲杠有： L=， d=， ρ= g/cm3 ， ?絲J g/cm2 對(duì)于 Z 軸絲杠有： L=36cm， d=， ρ= g/cm3 ， ?絲J g/cm2 2）回轉(zhuǎn)件總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 11J 回轉(zhuǎn)件總轉(zhuǎn) 動(dòng)慣量 的計(jì)算公式如下： 11J = 21 ）（絲 mini nnJ?? （ 354） 28 對(duì)于 X 軸絲杠有： 11