【正文】 （ 3） GSK980i 車床數(shù)控系統(tǒng)： GSK980i 車床數(shù)控系統(tǒng)（ CNC）為新近推出的中高檔數(shù)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)率先采用以 DSP 運(yùn)動(dòng)控制芯片為核心、以嵌入式結(jié)構(gòu) PC 為平臺(tái)（ PCBASED）的新一代數(shù)控系統(tǒng)。 （ 1） GSK980T 車床數(shù)控系統(tǒng)（ CNC），于 1998 年推出的普及型數(shù)控系統(tǒng)。 廣州數(shù)控 (GSK)系統(tǒng) 中國(guó)南方數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地，廣東省 20家重點(diǎn)裝備制造企業(yè)之一，中國(guó)國(guó)家 863 重點(diǎn)項(xiàng)目《中檔數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化支撐技術(shù)》承擔(dān)企業(yè)，擁有中國(guó)最大的數(shù)控機(jī)床連鎖超市。三菱電機(jī)自動(dòng)化一直致力于為客戶在工業(yè)自動(dòng)化、電力控制及其他相關(guān)業(yè)務(wù)上提供專業(yè)產(chǎn)品設(shè)備和解決方案，產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、電力等多個(gè)領(lǐng)域。 三菱（ MITSUBISHI）數(shù)控系統(tǒng) 1873 年，三菱造船廠更名為三菱商會(huì)。（ 2） SIMODRIVE 611D：數(shù)字式伺服，配合 1FT6/1FK6 系列進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)和 1PH7 主軸電機(jī)，可控制主軸，進(jìn)給軸等，只能配合 810D、 840D、 840C 數(shù)控系統(tǒng)。 SINUMERIK 810D 是 840D 的 CNC 和驅(qū)動(dòng)控制集成型， SINUMERIK 810D 系統(tǒng)沒(méi)有驅(qū)動(dòng)接口， SINUMERIK 810D NC 軟件選件的基本包含了 840D 的全部功能。 10V 接口 ,最多可帶 3個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)軸及一個(gè)伺服主軸。 主要包括：控制及顯示單元、 PLC 輸入 /輸出單元（ PP）、 PROFIBUS 總線單元、伺服驅(qū)動(dòng)單元、伺服電機(jī)等部分。 西門子（ SINUMERIK）數(shù)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介 西門子（ SINUMERIK）數(shù)控系統(tǒng)是德國(guó)西門子公司的產(chǎn)品。（ 4）直接尺寸編程：可直接指定諸如直線的傾角、倒角值、轉(zhuǎn)角半徑值等尺寸，這些尺寸在零件圖上指定，這樣能簡(jiǎn)化部件加工程序的編程。（ 1） 剛性攻絲：主軸控制回路為位置閉環(huán)控制，主軸電機(jī)的旋轉(zhuǎn)與攻絲軸（ Z軸）進(jìn)給完全同步，從而實(shí)現(xiàn)高速高精度攻絲。 FANUC 系統(tǒng)可以在較為寬泛的環(huán)境中使用，對(duì)于電壓、溫度等外界條件的要求不是特別高，因此適應(yīng)性很強(qiáng)。 FANUC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)了比較健全的自我保護(hù)電路。 FANUC 系統(tǒng)進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)有非常悠久的歷史，有多種型號(hào)的產(chǎn)品在使用，使用較為廣泛的產(chǎn)品有 FANUC 0、 FANUC1 FANUC1 FANUC21 等。 表 工作臺(tái)滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 序號(hào) 計(jì)算項(xiàng)目 符號(hào) 單位 計(jì)算公式和參數(shù)選定 計(jì)算結(jié)果 1 確定滾珠 絲杠導(dǎo)程 hP mm 電動(dòng)機(jī)與絲杠 1:1 傳動(dòng) hP4? 2 確定當(dāng)量轉(zhuǎn)速 mn r/min nm =（ nmax+nmin） /2 450 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明書 20xx 18 3 預(yù)期額定動(dòng)載荷 amC N (1)按預(yù)期工作時(shí)間估算 3 mwa m m hacFfC 6 0 n L 1 0 0 f f? 查表 9,輕微沖擊 wf ? 查表 7,按 7 級(jí) af ? 查表 8,可靠性 97% cf ? 查表 得， 20xx0hL ? (2)擬采用預(yù)緊滾珠 絲杠副，按最大負(fù)載 maxF 計(jì)算：am e maxC f F? 查表 10，輕預(yù)載 ef ? 其中經(jīng)過(guò)計(jì)算 mn （當(dāng)量轉(zhuǎn)速），我選擇了 450 r/min， mF （當(dāng)量載荷），經(jīng)計(jì)算選擇 92 N。 表 主軸電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算 序號(hào) 計(jì)算項(xiàng) 目 符號(hào) 單位 計(jì)算公式和參數(shù)選定 計(jì)算結(jié)果 1 轉(zhuǎn)矩計(jì)算 0M Nm ? ?0 iM iMAX M? 查表 和表 ，取 i=2 取較大值得到：M0≥ 取整 額定轉(zhuǎn)矩 ? 2 功率計(jì)算 0P kW ? ?0 iP MAX P? 查表 和表 ,取大值得到 0 ?取整 額定功率? 根據(jù)上述所算功率可選擇安陽(yáng)華安通用主軸科技有限公司生產(chǎn)的型 號(hào)為DD58Z24/ 的電主軸。為此要求主軸不見(jiàn)具有較高的熱穩(wěn)定性，通過(guò)保持合適的配合間隙，并進(jìn)行循環(huán)潤(rùn)滑保持熱平衡等措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。 因此在主傳動(dòng)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(dòng)的能力 —— 抗振性。 ，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。 本節(jié)主要設(shè)計(jì)主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中的電主軸，以確定它們的型號(hào)和參數(shù)。 自 20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)，數(shù)控機(jī)床、加工中心主軸向高速化發(fā)展。 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 主軸組件是雕刻機(jī)的執(zhí)行件。 將切削深度 pa 、進(jìn)給速度 fv 和銑刀轉(zhuǎn)速 n 的變量代入分別計(jì)算，得到計(jì)算結(jié)果，如表 所示。 根據(jù)三維機(jī)械雕刻機(jī)的加工范圍和使用功能及在實(shí)際 生產(chǎn)過(guò)程中不同的切削方式所使用時(shí)間的分配，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)，大致可將切削方式分為強(qiáng)力切削（切）、一般切削（雕）、精細(xì)切削（刻）和快速進(jìn)給。 表 機(jī)械設(shè)計(jì)參數(shù)表 項(xiàng)目 參數(shù) 單位 主軸最高轉(zhuǎn)速 n=20xx0 r/min 最大進(jìn)給速度 3600fv ? mm/min 工作臺(tái)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。它是零件上主要的基準(zhǔn)， 兩端 平面 應(yīng)與之保持基本的 平面 關(guān)系， 空孔 亦與之對(duì)稱。純鋁的密度?。?ρ=），大約是鐵的 1/3， 熔點(diǎn) 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(jì)說(shuō)明書 20xx 11 板材 。它是零件上主要的基準(zhǔn)， 兩端 平面 應(yīng)與之保持基本的 平面 關(guān)系，鍵槽亦與之對(duì) 稱。刀具幾何參數(shù)可根據(jù)不同刀具類型 通過(guò)相關(guān)表格查取。 （ 5）零件總體特點(diǎn)：長(zhǎng)徑比達(dá) 18，為較典型的細(xì)長(zhǎng)軸 。 （ 2）零件組成表面：兩端面，外圓 附有滾珠 ， 外身為單線 螺紋， 無(wú) 鍵槽， 無(wú) 倒角。 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。 Z 的固定依靠步進(jìn)電機(jī)的自鎖來(lái)實(shí)現(xiàn)。導(dǎo)軌承受運(yùn)動(dòng)部件及工件的重量及切削力，在很大程度上決定數(shù)控機(jī)床的剛度、精度與精度保持性。 依靠鎖緊螺栓施加的摩擦緊固，無(wú)需鍵 。如圖 所示 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 20xx 9 圖 絲杠與電機(jī)軸的連接 剛性聯(lián)軸器用于絲桿與電機(jī)的聯(lián)接，可提高兩軸頭連接的固定精度，如圖 所示。 無(wú)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(jī)的轉(zhuǎn)速。步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速，由指令脈沖決定。如下圖所示 圖 雕刻機(jī) X方向進(jìn)給圖 y 方向的絲杠前后運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)雕刻長(zhǎng)度 ,如下圖所示： 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 20xx 8 圖 雕刻機(jī) Y 方向的進(jìn)給圖 Z向的絲杠上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)雕刻深度。 下面介紹一下雕刻機(jī)的進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)。絲杠驅(qū)動(dòng)主軸組的上下運(yùn)動(dòng)，主軸組件在加工過(guò)程中直接帶動(dòng)雕刻頭的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。底座由底下的四只支腳與地面接觸 。 坐標(biāo)系的確定 雕刻機(jī)的坐標(biāo)系采用右手法則，直角卡笛兒坐標(biāo)系統(tǒng)。若設(shè)計(jì)所承載的工件較輕，這種布局方式所需電動(dòng)機(jī)功率和傳動(dòng)件的尺寸較小，移動(dòng)較輕便。在使用外伸支架支撐縱向長(zhǎng)工件進(jìn)行批量加工時(shí)，支點(diǎn)高度相同，故支架支撐調(diào)整方便。 通過(guò)查閱相關(guān)的文獻(xiàn)資料，雕刻機(jī)基本布局形式通常有下圖所示的兩種方案： 圖 雕刻機(jī)的布局簡(jiǎn)圖 圖 雕刻機(jī)的布局形式 這兩種布局都采用龍門式框架結(jié)構(gòu)，雕刻機(jī)的剛度均較高。 3）應(yīng)有利于提高雕刻機(jī)剛度，縮小占地面積 。對(duì)于同一種運(yùn)動(dòng)分配的布局，由于導(dǎo)軌的布置和其它結(jié)構(gòu)形式的不同，也將使雕刻機(jī)的布局出現(xiàn)變化。相同形狀的加工表面，由于工件的技術(shù)要求和生產(chǎn)率要求等不同，也可以采用不同的刀具、 不同的表面形成運(yùn)動(dòng)來(lái)加工，從而形成不同的布局。 確保實(shí)現(xiàn)既定工藝方法所要求的工件和刀具的相對(duì)位置與相對(duì)運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，進(jìn)行銑削，即可雕 刻出在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)的各種平面或立體的圖形文字，實(shí)現(xiàn)雕刻自動(dòng)化加工。根據(jù)雕刻機(jī)的設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)主軸結(jié)構(gòu)，主要包括雕刻機(jī)主軸的傳動(dòng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)； 2. 雕刻機(jī)零件的工藝分析； 3. 繪制雕刻機(jī)的零件圖； 4. 數(shù)控系統(tǒng)選用及控制設(shè)計(jì)。上述各類型雕刻機(jī)機(jī)床本體結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，控制器大多借鑒國(guó)外新技術(shù)，采用基于高檔的微控 制或 PC 的數(shù)控系統(tǒng)，伺服部分以步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)為主，可獲得中等控制精度，但價(jià)格比較便宜，因此整機(jī)的性價(jià)比較高，適用于精度要求不太高的普及應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)高精度的雕刻加工，目前我國(guó)尚以進(jìn)口數(shù)控雕刻機(jī)為主，如意大利的左日本的全量等品牌的數(shù)控雕刻機(jī)。 而且，隨著各種新型裝飾材料的不斷出現(xiàn)，能用于雕刻的材料越來(lái)越多，使得計(jì)算機(jī)數(shù) 控雕刻機(jī)有了更大的用武之地。 印章業(yè)，各類字體各類材料的印章雕刻。 模型制作業(yè)，制作沙盤模型、房屋模型等。 拓展了雕刻領(lǐng)域。 數(shù)控雕刻機(jī)的特點(diǎn) 數(shù)控雕刻機(jī)的主要特點(diǎn)如下 : 自動(dòng)化程度高。它從系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)出發(fā)，使產(chǎn)品或系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整體優(yōu)化。 此外，還可根據(jù)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)控制的聯(lián)動(dòng)軸數(shù)，將數(shù)控雕刻機(jī)分為三坐標(biāo)數(shù)控雕刻機(jī)、五坐標(biāo)數(shù)控雕刻機(jī)等。因此，提高雕刻機(jī)的刀具運(yùn)動(dòng)速度對(duì)縮短零件雕刻時(shí)間、提高加工效率具有特別重要的意義。它們的加工性能要求出入很大，對(duì)機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)的要求也各不相同。較傳統(tǒng)的手工雕刻、仿形雕刻，數(shù)控雕刻具有生產(chǎn)效率高、加工精度高、成品率高、對(duì)零件的適應(yīng)性強(qiáng)等顯著優(yōu)勢(shì) 。微電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)帶動(dòng)整個(gè)高技術(shù)群體飛速發(fā)展，從而使雕刻機(jī)產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。 雕刻機(jī) (Engraving Plotter)，顧名思義就是用機(jī)器代替人工進(jìn)行雕刻的設(shè)備。隨著時(shí)代的發(fā)展，我國(guó)的雕刻藝 術(shù)日益精深，玉雕、象牙雕、紅木雕、篆刻泥人雕等手工雕刻技術(shù)都可堪稱一絕。在我國(guó)北宋時(shí)期便發(fā)明了活字印刷，《夢(mèng)溪筆談》有記 :“其法用膠泥刻字，薄為錢唇，每字為一印，火燒令堅(jiān)此外，我還進(jìn)行了數(shù)控系統(tǒng)的選擇，數(shù)控系統(tǒng)是機(jī)床自動(dòng)化的重要組成部分 ,其性能直接影響到加工的精度、效率及生產(chǎn)企業(yè)的效益。機(jī)電一體化廣泛地綜合了機(jī)械、微電子、自動(dòng)控制、信息、傳感測(cè)試、電力電子、接口、信號(hào)變換和軟件編程等技術(shù)，并將這些技術(shù)有機(jī)的結(jié)合成一體，它是當(dāng)今世界機(jī) 械工業(yè)技術(shù)和產(chǎn)品發(fā)展的主要趨勢(shì)。 本文調(diào)查研究了雕刻機(jī)的發(fā)展，介紹臺(tái)式數(shù)控龍門雕刻機(jī) X 的設(shè)計(jì)過(guò)程，包括機(jī)床總體方案設(shè)計(jì)、主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和 X 向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本文詳細(xì)介紹了數(shù)控系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)單元的原理及其優(yōu)缺點(diǎn) ,如何選擇性價(jià)比最好、最合適的數(shù)控系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)單元。 上世紀(jì) 90 年代至今，機(jī)械雕刻獲得了前所未有的發(fā)展。 1938 年世界第一臺(tái)手動(dòng)雕刻機(jī)在法國(guó)“嘉寶”問(wèn)世， 1950 年“嘉寶”生產(chǎn)出世界第一臺(tái)真正意義的電動(dòng)、可縮放比例的手動(dòng)雕刻 機(jī)。雕刻機(jī)完成了從 加工的變革，功能完善、性能穩(wěn)定、造型美觀和價(jià)格合理成為雕刻機(jī)研制的基本要求。同時(shí)，借助于專用的雕刻 CAD/CAM 軟件系統(tǒng)，加工控制程序的生成快捷、修改方便。如模 具雕刻機(jī)的加工材料為金屬，所以對(duì)機(jī)床本體的剛性要求較高，而且其加工對(duì)象是模具，所以對(duì)加工系統(tǒng)的精度要求高 。 按照伺服驅(qū)動(dòng)控制的類型不同，數(shù)控雕刻機(jī)又可以分 為步進(jìn)驅(qū)動(dòng)雕刻機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)雕刻機(jī)。三坐標(biāo)數(shù)控雕刻機(jī)可以控制三個(gè)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，完成浮雕等常規(guī)雕刻加工 。近年來(lái)，世界上各發(fā)達(dá)國(guó)家競(jìng)相發(fā)展機(jī)電一體化技術(shù)，以提高制造技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)向柔性化、智能化發(fā)展。具體的雕刻過(guò)程都是數(shù) 控雕刻機(jī)自動(dòng)完成的。只需改變控制程序，數(shù)控雕刻機(jī)便可以雕刻浮雕、各種復(fù)雜的曲面，支持各種刀具，改善了雕刻表面質(zhì)量，提高了雕刻效率。 模具制作業(yè)，雕刻紐扣浮雕模、印刷燙金模，注塑模、沖壓模、鞋模等。 電火花加工機(jī)床電極雕刻加工。因此，計(jì)算機(jī)數(shù)控雕刻機(jī)的應(yīng)用范圍還將不斷擴(kuò)大。這類數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)床本體設(shè)計(jì)剛高度好、精度高，采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，加工精度高，控制系統(tǒng)功能全、可靠性，但價(jià)格昂貴往往倍于國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品，因此主要應(yīng)用于模具等高精度加工場(chǎng)合。本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)依據(jù)有一下幾方面： 1. 課題來(lái)源：工程實(shí)踐； 2. 產(chǎn)品名稱：微型雕刻機(jī)； 3. 批量：一臺(tái)； 4. 雕刻機(jī)的設(shè)計(jì)定位精度177。 整體結(jié)構(gòu) 機(jī)械結(jié)構(gòu)作為雕刻機(jī)的硬件部分，對(duì)雕刻機(jī)的加工過(guò)程、刻字效果等有著重要的影響。在經(jīng)濟(jì)、合理的條件下，盡量采用較短的傳動(dòng)鏈，以簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)，提高傳動(dòng)精度和傳動(dòng)效率 。由此可知，工件表面形成運(yùn)動(dòng)直接決定了雕刻機(jī)布局的形式，是影響雕刻機(jī)布局的決定性因素。在分配雕刻機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)，一般應(yīng)注意以下幾點(diǎn) : 1) 移動(dòng)部件的重量應(yīng)盡量 輕。 4）工件的尺寸重量和形狀的影響 。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 20xx 6 布局 (1)方案中，工作臺(tái)固定，雕刻頭作橫向和上下移動(dòng)，立柱作縱向移動(dòng)。但雕刻頭運(yùn)動(dòng)精度較難保證且立柱移動(dòng)較笨重。在使用外伸支架支撐縱向長(zhǎng)工件進(jìn)行批量加工時(shí)，支點(diǎn)高度相同，故支架支撐調(diào)整方便，但支架結(jié)構(gòu)較布局 (1)方案略顯復(fù)雜?；咀鴺?biāo)軸為 X 、 Y 、Z 直角坐