【正文】 例如，其中 X向?qū)к壊季址绞饺缦聢D ： 圖 滾動導(dǎo)軌的安裝示意圖 如上圖 , 可以有效抵消在高速加工工件時的所產(chǎn)生的強(qiáng)烈振動和沖擊 , 而且這種安裝方式簡單，調(diào)整快捷簡便。直線滾動導(dǎo)軌通常 是兩條組合配套成對使用，它可以水平式安裝，也可以垂直或傾斜式安裝。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 更重要的是，它具有較高的阻尼性能，而高的阻尼性能，又可以提高機(jī)床的抗震性。在雕刻機(jī)床中， X、 Y 軸采用直聯(lián)式，即通過非金屬彈性元件聯(lián)軸器 （ 屬于帶彈性元件擾性聯(lián)軸器） 把步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠聯(lián)結(jié)起來。 通過調(diào)整螺母可以調(diào)整 阻止逆 向 傳動的摩擦扭矩的大小。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)通過鍵與聯(lián)結(jié)套裝配在一起。 滾珠絲杠副的制動裝置 因為滾珠絲杠副的逆?zhèn)鲃有时容^高 ,而它的 逆向傳動又不可以自鎖 , 所以 當(dāng)滾珠絲杠 處于垂直安置狀態(tài)時必須另外配有制動裝置， 這樣就可以 防止伺服電機(jī)停止了轉(zhuǎn)動 , 運動部件由于自身重量而 產(chǎn)生了逆向傳動 , 也能夠防止由于偶然因素而造成的事故。 當(dāng)前，推力角接觸球軸承是各大類軸承中間用得最多最廣 的一種。 圖 X、 Y向的 滾珠絲 杠副的 支承結(jié)構(gòu) 定梁式數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計 19 支承軸承的選擇 一般來說，在機(jī)床運動系統(tǒng)的設(shè)計過程中，要想得到高剛度、高精度的進(jìn)給傳動系統(tǒng)，選用高剛度、高精度的滾珠絲杠副以及十分重視滾珠絲杠副的支承的設(shè)計至關(guān)重要。螺母慣性小、運動靈活，可實現(xiàn)的轉(zhuǎn)速高。 （ 3） 雙推一雙推方式 即絲杠兩端均固定。這種支承方式用于行程小的短絲杠。 與 一般軸承 相比，這種新型結(jié)構(gòu)的軸承的軸向剛度提高了兩倍以上。 目前 ，就軸承的安裝方式而言，國內(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 簡單，但 它的軸向剛度不夠。 絲杠螺母座和絲杠 支承座都 應(yīng)該有可靠的 剛度和精度。本機(jī)床 經(jīng)設(shè)計計算后選定 X、 Z軸的公稱直徑為 20mm。 絲杠的剛度與直徑的大小直接相關(guān)，直徑大、剛度 就好。 3級精度的絲杠經(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。為了獲得高精度、高剛度的進(jìn)給系統(tǒng)，應(yīng)選用精度高的滾珠絲杠傳動副。綜上所述，本次 數(shù)控雕刻機(jī)進(jìn)給系統(tǒng) X/Y/Z 三向均采用滾珠絲杠副作為傳動系統(tǒng)，機(jī)床 X/Y 軸均采用高精度直線導(dǎo)軌。定梁式數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計 17 直線電動機(jī)從根本上消除傳動環(huán)節(jié)，故進(jìn)給系統(tǒng)的精度高、剛度、快速性和穩(wěn)定性好，噪聲很小或無噪聲。 2）旋轉(zhuǎn)電動機(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。但其傳動不夠平穩(wěn)，傳動精度不高，而且還不能自鎖。但靜壓絲杠螺母副應(yīng)有一套供油系統(tǒng)，而且對油的清潔度要求高，如果在運動中供油忽然中斷，將造成不良后果。 3）由于油液的不斷流動，有利于散熱和減少熱變形，提高了機(jī)床的加工精度和光潔度。 （ 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 原來的 邊界摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w摩擦，大大降低了摩擦阻力。因此當(dāng)它用于水平放置或者垂直傳動的高速度、大慣量的傳動中一定要配有制動裝置。 （ 3）采用直線電動機(jī)直接進(jìn)行進(jìn)給驅(qū)動。直線進(jìn)給運動又包括了機(jī)床的基本坐標(biāo) X/Y/Z 軸以及與基本坐標(biāo)軸相互平行的坐標(biāo)軸 U/V/W 軸的直線運動；而圓周進(jìn)給運動指的是環(huán)繞基本坐標(biāo)軸 X、 Y、 Z 回轉(zhuǎn)的坐標(biāo)軸的運動。 通常機(jī)床傳動系統(tǒng)的慣性以及剛度主要由機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計來決定。而且簡單介紹了高新技術(shù)電主軸，包括其優(yōu)點、結(jié)構(gòu)布局、安裝形式等。 電主軸的外圓 部分 與外部 的 支座結(jié)構(gòu)采用內(nèi)孔式配合定位 ， 電主軸的主軸支座 8被 固定 在 機(jī)床 Z軸數(shù)控工作 臺 滑塊上，電主軸在支座上的鎖緊 是通過手動式彈簧脹套夾緊機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)的 。通常機(jī)床的電主軸都采用水冷卻 ， 其冷卻裝置布置在機(jī)床床身的后部。 在 數(shù)控機(jī)床加工中進(jìn)行高速度的切削以及對零件的精密加工，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。 （ 1）主軸是通過內(nèi)裝式電機(jī)聯(lián)結(jié)直接驅(qū)動的，除去了齒輪、皮帶、聯(lián)軸器等中間媒介的變速及傳動裝置 ，這 種結(jié)構(gòu)的 特點是：結(jié)構(gòu)緊湊簡單、噪聲低、效率高、產(chǎn)生振動低和加工精度高等等。其結(jié)構(gòu)如圖 。這種結(jié)構(gòu)使得變頻電機(jī)和機(jī)床的主軸的連接形成“零傳動”方式，就是直接相連，沒有任何傳導(dǎo)媒介 ，大大提高了傳動效率。目前，伴隨著高速加工制造技術(shù)的迅猛發(fā)展和普遍運用 , 多種 工業(yè)制造部門，尤其在航空航天、汽車摩托配、電子電路板加工、廣告招牌及模具加工等行業(yè) , 對于高精度、高速度的數(shù)控機(jī)床的需求量正日益增加。這種結(jié)構(gòu)的 優(yōu)點是：重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、動態(tài)特性好、慣性小、穩(wěn)定性好。 雖然在本次設(shè)計的數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)床中，機(jī)床的主軸傳動系統(tǒng)采用的是電機(jī)直聯(lián)主軸傳動方式 ， 但 就電主軸來講，無論從其功能還是其在未來的發(fā)展趨勢都有著很大的優(yōu)勢和潛力。此類變頻器的工作原理如式（ ）所示： 60 (1 ) /n f s p?? () 式（ ）中：異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 為 n，異步電動機(jī)的頻率 為 f，電動機(jī)轉(zhuǎn)差率 為 s，電動機(jī)極對數(shù) 為 p。 一般，變頻器 主要 由逆變器、整流器還有直流部分 等 3 個部分所組成 。 主軸轉(zhuǎn)速是通過用變頻器來改變電動機(jī)的電源頻率，從而控制主軸的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)的，確保主軸的轉(zhuǎn)速范圍控制在 1500 到 24000r/min 之內(nèi)，從而實現(xiàn)了無級轉(zhuǎn)速。 （ 2）調(diào)速范圍寬 其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速可在寬廣的范圍 內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)并穩(wěn)定運行。它的結(jié) 構(gòu)緊湊 , 慣量小 , 重量輕、精度高、能耗小 , 提高了機(jī)床啟動、停止的系統(tǒng)響應(yīng)特性 , 還有 控制振動及噪音等優(yōu)點。由于數(shù)控雕刻機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速較高 ，對于 傳統(tǒng)的“主軸電機(jī) +皮帶傳動 + 齒輪變速”傳動的方式已經(jīng)不再 適合 ，因此，目前采用 電主軸來完成主傳動的方式已經(jīng) 廣泛運用于大多機(jī)床的主軸系統(tǒng) 。 本章小結(jié) 本章主要講述了本次設(shè)計的雕刻機(jī)總體機(jī)械結(jié)構(gòu)的布局，包括介紹了影響機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)布局的一些因素，并分析了它們的區(qū)別，優(yōu)缺點。 工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計 綜合考慮到機(jī)床的總體美觀及安全性能等各個方面的因素，機(jī)床的滾珠絲杠和導(dǎo)軌系統(tǒng)不可以裸露在外面，因此需要在機(jī)床工作臺的下方布置一個防護(hù)罩。 加工精度難以保證的部位添加調(diào)整墊片 ，采用調(diào)節(jié)的方式確保滿足 各向精度的要求 ， 使得各個方向的運動輕快、便捷 [9]。 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。 2）加工的切削力較大的情況下 ，機(jī)床 Z軸滑座與 Y向橫梁的垂直程度有偏移誤差的現(xiàn)無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 象。 綜合上述比較，充分結(jié)合參考機(jī)床布局的基本要求、影響機(jī)床布局的基本因素以及本次設(shè)計的雕刻機(jī)的設(shè)計參數(shù)，最終選用圖 A的 布局方案。由于機(jī)床工作臺是不動的，所以它的承載能力比較好，適合于對重型零件的工件。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)功率及傳動部件的尺寸就比較小，移動比較快捷、輕便。 機(jī)床龍門式結(jié)構(gòu)具有剛性和對稱性優(yōu)良的特點，所以一向是設(shè)計高速切削機(jī)床結(jié)構(gòu)的首選 。由此可見，待加工零件的形狀、尺寸、重量等也將是對雕刻機(jī)布局產(chǎn)生影響的直接性、決定性因素。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 零件的形狀、硬度、尺寸和其重量所產(chǎn)生的影響 一般來說，雕刻機(jī)機(jī)構(gòu)的布局一定程度上也和待加工的零件的尺寸、形狀、重量 和硬度有關(guān)。 (2)機(jī)床移動部分的零件的重量最好輕巧。 (3)機(jī)床切削的主運動是刀具的高速轉(zhuǎn)動。因此所設(shè)計的數(shù)控 雕刻機(jī)必須滿足下面幾種運動才可以實現(xiàn)各種加工過程： (1)X、 Y 兩個方向上相互垂直的直線移動。方便換刀和裝卸所要加工零部件；注意防護(hù)，確保安全；機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)要簡單、可靠，機(jī)床的各個零部件要便于加工、裝配；最好要確保重量輕盈，體 積較小，制造成本較低，占地面積要小，總體外型要大方美觀 [7]。各向移動部件要求運動輕巧、剛性好、靈活性強(qiáng)。 雕 刻 機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計的主要技術(shù)指標(biāo) 通過分析比較以往數(shù)控雕銑機(jī)及雕刻機(jī)的性能參數(shù)，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)目前數(shù)控雕刻機(jī)的最高主軸轉(zhuǎn)速通常在 24000r/min 左右，刀具 最高切削速度介于 4 到 6m/min 之間，機(jī)床主軸電機(jī)功率為 千瓦上下。 6） 編程的功能多種化 當(dāng)前市場上的數(shù)控鉆銑床一般都有兩種以上的編程功能。 5）機(jī)床的電主軸頭數(shù)種類多、加工幅面大 現(xiàn)在的數(shù)控鉆床大多都是 46 個主軸鉆頭。如若機(jī)器有不平衡現(xiàn)象出現(xiàn)，磁浮會吸住機(jī)床工作臺面，讓機(jī)器停下來，使得整個工作臺面完好無損。 當(dāng)空氣軸承出現(xiàn)問題時，數(shù)控鉆銑機(jī)床將處在一種不平衡的狀態(tài)，這樣工作臺面很容易被劃傷。從而確保機(jī)床的工作臺面不會被鉆壞損傷。鉆頭的折斷在實際生產(chǎn)中經(jīng)常發(fā)生，但若不能及時發(fā)現(xiàn)并采取更換措施，應(yīng)該要鉆的孔就有可能為鉆。它的設(shè)計理念是 ,在主 CPU 的控制下，有一個從 CPU 在全閉環(huán)控制系統(tǒng)下 ,負(fù)責(zé)對鉆銑床的各個部位進(jìn)行動態(tài)檢查 ,發(fā)現(xiàn)問題隨時在顯示器上反饋出來。一般銑床因工藝的需要，其速度會確保在 55000r/min 以下，速度快反而不利于加工。 Z 軸采用獨立驅(qū)動方式，電主軸系統(tǒng)使用氣浮軸承，很大程度上減少了摩擦力，從而確保了加減速的時間較短，也就提高了加工精度，提高了效率。 數(shù)控鉆銑床技術(shù)就用于 PCB 制造業(yè)而言擁有其獨特的特性和優(yōu)點： 1）大多數(shù)采用了先進(jìn)的控制技術(shù) 現(xiàn)在 PCB工業(yè)中人們使用的數(shù)控鉆銑床大多數(shù)采用了先進(jìn)的主從結(jié)構(gòu)的多微計算機(jī) C數(shù)控技術(shù)，也可稱為一主多從的多 CPU 控制技術(shù)。從印刷電路板的機(jī)加工環(huán)節(jié)上來分析，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。 在市場結(jié)構(gòu)方面，消費類電子產(chǎn)品零配件制造、模具制造、五金制品及家具制造等四大行業(yè)仍將是數(shù)控雕刻機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域。進(jìn)入 2020 年我國數(shù)控雕刻機(jī)產(chǎn) 銷量突破 10000 臺，產(chǎn)值超過 15 億元，標(biāo)志著國內(nèi)數(shù)控雕刻機(jī)產(chǎn)業(yè)進(jìn)入高速成長期；從 2020～ 2020 年，在模具加工、家具與五金制造等行業(yè)需求繼續(xù)快速增長的同時，由智能手機(jī)、平板電腦、電子書、 GPS 等帶動的消費類電子零配件制造業(yè)的需求異常突起，推動數(shù)控雕刻機(jī)行業(yè)迅速發(fā)展， 2020 年國內(nèi)數(shù)控雕刻機(jī)產(chǎn)量已突破 萬臺。另外，數(shù)控雕刻機(jī)也逐步被投入如：大功率 LED 鋁基板、金屬電極、美術(shù)工藝禮品、眼鏡框架加工等領(lǐng)域。完成數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)總體方案設(shè)計及零部件的選型計算、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核，并繪制裝配圖和零件圖紙。 本課題研究的數(shù)控雕刻機(jī)是一種小型三軸聯(lián)動定梁式數(shù)控雕刻機(jī) 床。 CNC 雕刻機(jī)一般采用滾珠 絲杠副和直線導(dǎo)軌來作為各向運動的實現(xiàn)元件，它的數(shù)控系統(tǒng)功能全面，采用半閉環(huán)伺服電機(jī)驅(qū)動，其加工精度可達(dá) 毫米，定位精度和重 復(fù)定位精度都優(yōu)于普通的數(shù)控機(jī)床的加工精度。數(shù)控雕刻機(jī)已成為模具制造行業(yè)必不可少的加工機(jī)床裝備。 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)運而生。 關(guān)鍵詞： 數(shù)控雕刻機(jī)；電主軸；導(dǎo)軌；滾珠絲杠； IV Abstract In today39。在此趨勢的推動下，數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造設(shè)計變得非常重大。本課題擬通過對數(shù)控機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計，幫助學(xué)生加深對本專業(yè)的相關(guān)知識理解和提高綜合運用專業(yè)知識能力。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題目： 定梁式數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 定梁式數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： ① 了解 數(shù)控雕刻機(jī)的工作原理，國內(nèi)外的研究發(fā)展現(xiàn)狀 ； ② 完成數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的總體方案設(shè)計 ； ③ 完成零部件的選型計算、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核 ； ④ 熟練掌握有關(guān)計算機(jī)繪圖軟件，并繪制裝配圖和零件圖紙折合 A0不少于 3 張 ； ⑤ 完成設(shè)計說明書的撰寫，并翻譯外文資料 1 篇 ； II 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械 94 班 姓名 范 俊 五、開始及完成日期： 自 2020 年 11 月 12 日 至 2020 年 5