高精度激光雕刻機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計及動力學(xué)分析論文-資料下載頁
2025-08-06 15:19本頁面
【正文】 n,。該型號的電機(jī)采用的是的脈沖編碼器，其分辨率是1000000脈沖/rev。絲桿的螺距為5mm；因為伺服電機(jī)自帶輸出速度的控制，因而可將電機(jī)與絲桿通過聯(lián)軸器直連，所以其減速比可看做1:1。當(dāng)要求輸入一個指令脈沖時，,那么當(dāng)走過一個螺距的距離，即電機(jī)轉(zhuǎn)動一圈需要的個指令脈沖，在伺服電機(jī)中可調(diào)整電子齒輪比為5000:1000000。在x方向上也是用類似的計算方法，因而x方向上選用的電機(jī)型號為200/2500。 軸承的選用及校核 軸承的選型與校核計算絲桿軸承圖41 軸承示意圖軸承一端利用擋板沉孔定位，另一側(cè)則利用軸的軸肩定位。但利用這種定位方式時，則軸承在軸的軸向方向有一個止推的力，因而不能采用深溝球軸承。角接觸球軸承是一種既可以同時承受徑向載荷及軸向載荷，也可以單獨承受軸向載荷的軸承，并能在較高的轉(zhuǎn)速下正常工作。所以選用代號為7201AC（）的角接觸球軸承。因為一端需作定位要求，軸需要被“壓緊”，因而采用兩軸承正裝的方法。該軸承的參數(shù)：大徑32mm,小徑12mm，寬10mm，額定動載荷=,額定靜載荷=。 軸承的當(dāng)量動載荷計算=，所以。，而角接觸球軸承的派生軸向力的計算公式為： (41)由公式（41）算的=。對被“壓緊”一端的軸承來說。其當(dāng)量動載荷為 （42）式中，X、Y分別為徑向動載荷系數(shù)和軸向動載荷系數(shù)，其值見《機(jī)械設(shè)計》表135，選用X=,Y=。所以算出P=。 軸承的壽命計算軸承的壽命與軸承所受到的載荷的大小有關(guān)。軸承所承受的工作載荷越大，軸承內(nèi)的接觸應(yīng)力也就越大，磨損相對就打，從而影響壽命。當(dāng)軸承所受的當(dāng)量載荷P恰好為C時，其基本額定壽命為（C為基本額定動載荷）。在實際上，軸承分別收到徑向載荷和軸向載荷的作用。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計》的軸承壽命計算實際計算，軸承基本額定壽命為（單位為：小時）： （43）式中：n為軸承的轉(zhuǎn)速；為指數(shù)，對于球軸承，=3，對于滾子軸承，；C為額定動載荷；P為當(dāng)量載荷。,軸承轉(zhuǎn)速可取電機(jī)的最大速度進(jìn)行壽命計算，n=2000r/min由公式（41）得：（h） （44）本章小結(jié)電機(jī)作為激光雕刻機(jī)的驅(qū)動元件，在選擇上我做出了幾種方案的選擇。并考慮到精度的要求，在幾種方案中選擇了精度較高，且自帶反饋信號并能調(diào)速的伺服電機(jī)，從而避免了一些安裝時的問題。對適合方案條件的軸承進(jìn)行了選型，根據(jù)工況，對該軸承進(jìn)行了簡單的壽命計算和當(dāng)量載荷的計算。5 運動仿真及結(jié)果分析5 運動仿真及結(jié)果分析通過建模后利用軟件對模型進(jìn)行運動仿真，并通過仿真得出一些數(shù)據(jù)。當(dāng)給定x和y方向上的速度相等時，理論上激光器走的軌跡是一個四分之一的圓弧曲線。下面是一些仿真的結(jié)果：如下圖y軸上絲桿的一個有限元分析結(jié)果圖圖51 y軸有限元結(jié)果圖由絲桿的有限元分析可以看出在絲桿和螺母嚙合的部分（顏色紅色部分），其磨損較大。并且在絲桿與軸承配合的兩端有微小的形變。X方向上的絲桿受到的徑向力如下圖所示圖52 x軸徑向受力圖下圖為y方向上的徑向受力圖圖53 y軸受力圖下面別分是x和y方向上滑塊的位移圖圖54 x方向上的位移圖圖55 y方向的位移圖由兩個圖的比較得出，兩曲線的斜率是相同的，即兩滑塊的速度相等，因而重點軌跡應(yīng)該為一個四分之一的圓弧線。側(cè)板的受力主要來自導(dǎo)軌的重力和絲桿的力。如下圖（56）為側(cè)板的受力示意圖，對側(cè)板做有限元分析得圖（57）應(yīng)力圖和圖（58）位移圖。圖56 左側(cè)板受力示意圖圖57 左側(cè)板應(yīng)力圖圖58 左側(cè)板形變圖由圖58可得，左側(cè)板在受力情況下左上角的位移形變量最大。在solidworks模擬工況下，其最終結(jié)果如圖59所示：圖59 左側(cè)板工況模擬圖由圖59可見，在工況下，取安全系數(shù)為1時，工件顯示為藍(lán)色，即側(cè)板的強度滿足條件。對右側(cè)板做同樣的有限元分析，其結(jié)果如下圖所示：圖510 右側(cè)板應(yīng)力圖圖511 右側(cè)板形變圖圖512 右側(cè)板工況模擬圖由圖512可知，右側(cè)板也滿足強度要求。 結(jié)論本研究課題通過對資料的查詢，對激光雕刻機(jī)導(dǎo)軌的類型和尺寸進(jìn)行了相關(guān)的設(shè)計，在設(shè)計中采用了燕尾型導(dǎo)軌和三角形的導(dǎo)軌，這樣的搭配有其獨特的好處。通過絲桿和雙螺母結(jié)構(gòu)的搭配，在一定程度上減小了絲桿的反向行程間隙，并做了一些模型的運動仿真。在現(xiàn)今市場上，激光雕刻機(jī)的種類有很多，但是都是以鏈?zhǔn)絺鲃踊蚬廨S為導(dǎo)軌的傳動方式。而本課題所采用的結(jié)構(gòu)是燕尾型的導(dǎo)軌，是激光雕刻機(jī)行業(yè)的一個新的嘗試，并能在理論上解決一些問題。今后，激光雕刻機(jī)行業(yè)正向著更精確、更高效率、更高性能的方向發(fā)展，因而本課題的研究相信會具有一定的參考價值。激光雕刻機(jī)的研究很有許多的細(xì)節(jié)部分能進(jìn)入詳細(xì)的分析，如一些裝置的壓緊裝置等等，希望將來能有機(jī)會做相關(guān)的研究。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)[1]張鵬. 應(yīng)用傳能光纖激光雕刻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計[D].燕山大學(xué),2004[2]欒陸杰. 小型旋轉(zhuǎn)雕刻機(jī)的設(shè)計研究[D].廣東工業(yè)大學(xué),2014[3]黃勤兵. 新型多功能光纖激光雕刻機(jī)的設(shè)計[D].燕山大學(xué),2010[4][J].激光技術(shù),1998,22(6): 343345[5]李欣欣,侯藍(lán)田,潘普豐. 超大幅面激光雕刻機(jī)的設(shè)計與研究[J]. 工業(yè)控制計算機(jī),2005,03:7374[6]張曉. 五軸聯(lián)動木工數(shù)控雕刻機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與仿真[D].南京林業(yè)大學(xué),2013[7]趙松年，張奇鵬．機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計[D].機(jī)械工業(yè)出版社,1997[8]：理論、2004[9]王海林,周卓尤,曹紅兵,: YAG 激光器的穩(wěn)定性研究[J].,2003 14( 2):149152[10]Yong Chen, Hui Li, Yongkui Sun and Zhih e Gu, The control system of threeaxes high speed engraving machine based on embedded system , Proceedings of 2008 IEEE International Confe rence on Mechatronics and Automation, pp. 803807, August 2008[11]Hamidreza Karbasi,COMPUTER SIMULATION OF LASER MATERIAL REMOVAL:MEASURING THE DEPTH OF PENETRATION IN LASER ENGRAVING,Conestoga College Institute of Technology and Advanced Learning, School of Engineering and Information Technology,Paper(P103).35致謝衷心感謝這幾個月來，穆為磊老師對課題的指導(dǎo)。從一開始拿到本課題到現(xiàn)在，讓我從對激光雕刻機(jī)一竅不通到現(xiàn)在能夠自行設(shè)計，真的讓我學(xué)到了許多的知識。畢業(yè)設(shè)計是一門整合四年大學(xué)生涯所學(xué)知識的學(xué)科，具有很大的綜合性，這幾個月下來能給一個人很大的歷練。感謝周圍同學(xué)的幫忙，因為有了相互的交流，才有相互的進(jìn)步，很高興能進(jìn)入這個大家庭，結(jié)交到這群來自五湖四海的兄弟姐妹。海納百川，取則行遠(yuǎn)，這不正符合學(xué)校的百年校訓(xùn)所要傳達(dá)給我們的精神嗎。真的很欣慰能夠成為中國海洋大學(xué)的一名學(xué)生，能成為機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的一名學(xué)子更是讓我覺得自豪，因為這個專業(yè)教會了我什么是創(chuàng)新、什么嚴(yán)謹(jǐn)。在此感謝各位老師給予我的教導(dǎo)和幫助！
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