【正文】 衷心感謝父母和所有親人多年來(lái)給予我的無(wú)私關(guān)懷、支持和鼓勵(lì)。在宦老師的幫助下，我們學(xué)到的不僅僅是書本上的和實(shí)踐的知識(shí)，更重要的是從中學(xué)到了做人的原則和做事的方法，讓我們更深地了解了“集體”這一個(gè)詞的含義。學(xué)生在完成本論文的過程中，始終得到導(dǎo)師無(wú)微不至的指導(dǎo)、關(guān)心、幫助、鞭策與激勵(lì)。從設(shè)計(jì)一開始，他就告訴我們，每一個(gè)學(xué)生都應(yīng)該通過畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)盡可能多的知識(shí)，而不是為了走走過程，而是使以前學(xué)過的知識(shí)得以運(yùn)用。 利用移動(dòng)通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速的發(fā)展，數(shù)控雕刻機(jī)將朝著數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化 的方向發(fā)展。雕刻機(jī)發(fā)展趨勢(shì)總結(jié)如下 : 更 加精密 控制部分和機(jī)械部分精度的提高將極大地提高雕刻系統(tǒng)的精度，控制部分將向閉環(huán)伺服方向發(fā)展，通過反饋調(diào)整做到誤差補(bǔ)償，從而可以大幅度提高精度，機(jī)械部分將采用更高精度的滾珠絲杠和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，同時(shí)裝配工藝的提高也將進(jìn)一步提高系統(tǒng)的精度。 3．本文對(duì)三維雕刻機(jī)的插補(bǔ)算法進(jìn)行了選擇，屏除了過去傳統(tǒng)的插補(bǔ)算法，采用了一種新型的插補(bǔ)算法，保證插補(bǔ)速度和插補(bǔ)精度，提高了雕刻機(jī)的效率和性能。 小型 CNC 雕刻機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 35 2．三維機(jī)械雕刻機(jī)總體上滿足設(shè)計(jì)的要求，在機(jī)械本體部分結(jié)構(gòu)緊湊、安全方便，各部分的零件通用性較好，易于保養(yǎng)或維修。本文介紹了研究了數(shù)控雕刻機(jī)的功能、結(jié)構(gòu)和組成。 電機(jī)的選擇 選用的電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 所示 小型 CNC 雕刻機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 33 圖 X,Y 軸進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)傳 動(dòng)鏈圖 滾珠絲杠副的選擇及支撐用軸承的選擇 絲杠的外形與 Z軸一樣。 電機(jī)的選擇 選用的電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)。 (5). 兩側(cè)附加油封的軸承還 適用與灰塵較多或 異物容易侵入的場(chǎng)所。 (3)．直線運(yùn)動(dòng)軸承互換性好，安裝使用方便省時(shí)，并使機(jī)械結(jié)構(gòu)新穎，小型，量輕之特點(diǎn)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 所示 圖 Z 方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 小型 CNC 雕刻機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 31 滾珠絲杠副的選擇及支撐用軸承的選擇 圖 滾珠絲杠外形圖 1)軸承類型選擇依據(jù) 因?yàn)榻z杠所受軸向力很 小 ,而已絲杠采用一端固定于電機(jī)上另一端游動(dòng) ,沒有預(yù)拉伸力，另外 ,使用直線運(yùn)動(dòng)球軸承 有以下 的優(yōu)點(diǎn)： (1)．由于流動(dòng)接觸可使起動(dòng)磨擦阻力及動(dòng)磨擦阻力為極小，因此可以節(jié)省能源，容易得到較高運(yùn)動(dòng)速度。這一節(jié)先著重對(duì) X 軸進(jìn)小型 CNC 雕刻機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 30 給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈中進(jìn)給電機(jī)、滾珠絲杠和直線導(dǎo)軌，以確定規(guī)格型號(hào)及參數(shù) 。 前三部分 的設(shè)計(jì)沒有本質(zhì)的區(qū)別。 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的方案 為了簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，本設(shè)計(jì)采用主軸電機(jī)直接接上刀夾，省去了傳動(dòng)鏈，大大了減少了所占空間，減少了損耗。 )/(1 8 0 0)/(136 0 0 nvnvF ff == （ ） = 2M )( nfv = )( nfv （ ） MnnMP M = = （ ） 另絲杠轉(zhuǎn)速 hf Pvn /=絲 （ ） 初選絲杠導(dǎo)程 (mm)4=hP 將四種切削方式中進(jìn)給速度 fv 和鉆頭轉(zhuǎn)速 n 的 變量代入分別計(jì)算 1)強(qiáng)力切削 將參數(shù) fv =300， n =9000 代入式（ ）（ ）（ ）（ ）得 75300/4 ==絲n 1 6 6)9 0 0 0/3 0 0(1 8 0 0 ==ZF )9000/300( ==M ==mP 2)一般切削 將參數(shù) fv =480， n =15000 代入式（ ）（ ）（ ）（ ）得 120480/4 ==絲n 1 6 1)1 5 0 0 0/4 8 0(1 8 0 0 ==ZF )9000/300( ==M 1 5 0 0 =mP = 3)精細(xì)切削 將參數(shù) fv =600， n =20210 代 入式（ ）（ ）（ ）（ ）得 小型 CNC 雕刻機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27 1504600/ ==絲n 154)20210/600(1800 ==ZF 1 6 )2 0 0 0 0/6 0 0(7 4 ==M 0 0 0 0 ==mP 4)快速進(jìn)給 將參數(shù) fv =900， n =0 代入式（ ）（ ）（ ）（ ）得 n絲 =900/4=225， zF =0， M =0， mP =0 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本節(jié)著重設(shè)計(jì)計(jì)算主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中主軸電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，以確定其型號(hào)及參數(shù)。 1)．強(qiáng)力切削 將參數(shù) pa =， fv =120， n =9000 代入式（ ）（ ）（ ）（ ）得 304120==絲n 689 0 0 01 2 1 4 0 . 6 ==ZF == 2 7 3M 2 5 0 0 7m ==P 2)．一般切削 將參數(shù) pa =1， fv =1200， n =15000 代入式（ ）（ ）（ ）（ ）得 30041200 ==絲n 1 1 21 5 0 0 01 2 0 012 1 4 0 . 6 ==ZF 4 4 1 3 ==M 1 5 0 0 01 1 7m =P = 3)精細(xì)切削 小型 CNC 雕刻機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25 將參數(shù) pa =， fv =2400， n =20210 代入式（ ）（ ）（ ）（ ） 60 0424 00 ==絲n == 792 0 0 0 02 4 0 0 . 6 3 ==M 6 6 0 0 0 7 ==MP 4)快速進(jìn)給 將參數(shù) pa =0， fv =3600， n =0 代入式（ ）（ ）（ ）（ ）得 90 0436 00n ==絲 ， zF =0， M =0， mP =0 鉆削力、扭矩和功率的計(jì)算 查參考文獻(xiàn) [5], 可得知下有關(guān)于銑削力、銑削扭矩和銑削功率的經(jīng)驗(yàn)公式 FyZF KfdCF FF0= () MyZM KfdCM MM0= () 030dVMPm = () 式中鉆削軸向力 F (N)，加工條件改變時(shí)的切削力修正參數(shù) Fk ，鉆削扭矩 M（ Ngm），加工條件改變時(shí)的切削力修正參數(shù) Mk ，鉆削功率 mP (kW ),進(jìn)給速度 m in)/(mmfnv f = ，銑削速度 m in )/(1 0 0 0/0 mndv π= ,鉆頭外徑)(30 mmd = ，進(jìn)給量 )/( rmmf ，鉆頭轉(zhuǎn)速 n (r/min)。 查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)一卷》表 得以下與硬質(zhì)合金鋼立銑刀的對(duì)應(yīng)參數(shù) : 116=FC , 1=Fx , =Fy , =Fu , =Fq , =FW , 1=Fk (加工 45 號(hào)鋼 ) 將已知參數(shù)代入式 () () ()進(jìn)行簡(jiǎn)化，可得到僅與切削深度 ap、進(jìn)給速度 vf和銑刀轉(zhuǎn)速 n 有關(guān)的計(jì)算公式。 小型 CNC 雕刻機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 銑削力、扭矩和功率的計(jì)算 查參考文獻(xiàn) [3]，可得知下有關(guān)于銑削力、銑削扭矩和銑削功率的經(jīng)驗(yàn)公式。 以下采用了硬質(zhì)合金直柄立銑刀 (d0=8mm， z=2)和高速鋼標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆(d0=3mm)在鋁板 (180MPa)上進(jìn)行銑削和鉆削，分別進(jìn)行切削力、切削扭矩和切削功率的計(jì)算。 （ 5）零件總體特點(diǎn)： 機(jī)構(gòu)中與機(jī)架用移動(dòng)副相連又與其他運(yùn)動(dòng)構(gòu)件用轉(zhuǎn)動(dòng)副相連的構(gòu)件 。 （ 4）主要技術(shù)條件： 外 表面 精度要求：IT7 粗糙度要求 。 （ 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。 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。 （ 5）零件總體特點(diǎn)： 簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，定位能力非常強(qiáng)。 （ 4）主要技術(shù)條件： 外 表面 精度要求：IT7 粗糙度要求 。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 2021 21 （ 2）零件組成表面： 長(zhǎng)方形表面（長(zhǎng) 300mm，寬 340mm），厚 20mm，有 T 形凹槽。 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。 T 型臺(tái) 工藝分析： （ 1）零件材料： 45 鋼。它是零件上主要的基準(zhǔn)， 兩端螺紋應(yīng)與之保持基本的同軸關(guān)系，鍵槽亦與之對(duì)稱。 （ 3）主要表面分析： Ф 16 外圓表面 主要 用于傳動(dòng)件， 將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為所需的直線運(yùn)動(dòng)，具有相當(dāng)?shù)木?。實(shí)際就是 Cr15。 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。 小型 CNC 雕刻機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 典型 零件工藝分析 滾珠絲杠工藝分析： （ 1）零件材料： GCR15。 小型 CNC 雕刻機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 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(dòng)副。 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。 雕刻機(jī)的 x 向和 y 向絲杠兩側(cè)各采用一對(duì)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(jī)頭和工作臺(tái)的重量。導(dǎo)軌使運(yùn)動(dòng)部件沿一定的軌跡運(yùn)動(dòng)，從而保證各部件的相對(duì)位置和相對(duì)位置精度。 在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可保持平穩(wěn)。 提高絲杠的強(qiáng)度時(shí)，跳動(dòng)不會(huì)受到影響 。