【正文】 parts. Therefore, for a machine with a new generation of machined parts is also increasing. In this trend, driven by CNC machine tools transform the structure optimization design bees very significant. A large number of CNC machine tools just mushroomed into the machinery manufacturing industry. Such as CNC engraving machine plays an important role in the field of mold, PCB circuit board, and advertising signs.In this paper, surveys and studies have been done of the fixed beam CNC engraving machine CNC machine tools development at home and abroad as well as its outlook for manufacturing in the future, and the structure of the CNC machine to do the research and design optimization, the overall layout design machine main drive system design (the electric spindle or motor directly connected to the transmission structure), machine tool feed motion systems (rail and ball screw) structural design, the ball screw calculation of selection and check the bearing and motor the calculation and selection, and finally the use of CAD drawing software to draw the general assembly drawing of the machine, some parts diagram and structure diagram.Key words: CNC engraving and milling machine；spindle；rail；ball screw目 錄摘 要 IIIABSTRACT IV目 錄 V1 緒論 1 數(shù)控雕刻技術的產(chǎn)生 1 本課題研究的內(nèi)容及意義 1 國內(nèi)外研究狀況及其發(fā)展趨勢 1 雕刻機機械系統(tǒng)設計的主要技術指標 42 雕刻機總體布局方案設計 5 數(shù)控雕刻機布局要求及影響因素 5 數(shù)控雕刻機總體結構布局 6 數(shù)控雕刻機結構的改良對比 7 工作臺的結構設計 9 本章小結 103 主傳動系統(tǒng)的方案設計 11 主運動傳動系統(tǒng)設計 11 電主軸 12 電主軸的介紹 12 電主軸的結構及其優(yōu)點 12 電主軸的安裝 14 本章小結 144 機床進給系統(tǒng)方案設計 15 進給傳動系統(tǒng)選擇 15 進給傳動系統(tǒng)的要求 15 進給傳動系統(tǒng)的基本形式 15 以上幾種傳動方案的簡介和比較 15 滾珠絲杠系統(tǒng) 17 滾珠絲杠副的選擇 17 滾珠絲杠支承結構 17 支承軸承的選擇 19 滾珠絲杠副的制動裝置 19 步進電機與進給絲杠的聯(lián)結結構 19 滾動導軌的安裝定位 20 本章小結 205 主傳動及X向進給系統(tǒng)部分零件計算和校核 21 主傳動零部件計算及校核 21 主軸參數(shù)設計 21 主軸系統(tǒng)銑削力的計算 21 滾珠絲杠副參數(shù)的計算選擇 22 滾珠絲杠副的強度校核 25 伺服電機參數(shù)計算和型號選擇 26 X向進給系統(tǒng)零部件計算及校核 28 X向絲杠的選型及校核 28 絲杠軸承的選擇及計算 29 本章小結 306 展望和結論 31致 謝 32參考文獻 33附 錄 3433 定梁式數(shù)控雕刻機機械結構設計1 緒論 數(shù)控雕刻技術的產(chǎn)生早在二十世紀中葉以前，人們對于零件打孔和銑削的加工手段主要是靠人工作坊式的手動和半自動的金屬沖、鉆、壓等機床設備。本文主要調(diào)查和研究了定梁式數(shù)控雕刻機在國內(nèi)外發(fā)展狀況以及其在未來制造業(yè)的前景，并對數(shù)控雕刻機的結構做了研究和優(yōu)化設計，主要包含了數(shù)控機床的總體布局方案設計、機床主傳動系統(tǒng)設計、（電主軸或電機直聯(lián)傳動結構）、機床進給運動系統(tǒng)（導軌及滾珠絲杠）的結構設計、相關滾珠絲杠的計算選型及校核、軸承和電機的計算及選型，最后利用CAD繪圖軟件繪制了機床的總裝配圖、部分零件圖及相關結構示意圖。大批的數(shù)控機床正如雨后春筍般進軍機械制造業(yè)。因此，對于加工零件所需要的機床的跟新?lián)Q代也與日俱增。三、本設計（論文或其他）應達到的要求：① 了解數(shù)控雕刻機的工作原理，國內(nèi)外的研究發(fā)展現(xiàn)狀； ② 完成數(shù)控雕刻機機械結構的總體方案設計； ③ 完成零部件的選型計算、結構強度校核； ④ 熟練掌握有關計算機繪圖軟件，并繪制裝配圖和零件圖紙折合A0不少于3張； ⑤ 完成設計說明書的撰寫，并翻譯外文資料1篇； 四、接受任務學生： 機械94 班 　　姓名 范 俊 五、開始及完成日期： 自2012年11月12日 至2013年5月25日六、設計（論文）指導（或顧問）： 指導教師　　　　　　　簽名 簽名 　　　　　　　簽名教研室主任　 〔學科組組長研究所所長〕 　　　　　　簽名 　　 　　系主任 　　　　　　簽名2012年11月12日摘 要當今世界，現(xiàn)代化工業(yè)技術飛速發(fā)展，日新月異。隨著模具工業(yè)和工藝美術品制造業(yè)的快速發(fā)展，國內(nèi)外市場對數(shù)控雕刻機的需求不斷擴大，特別是高端的數(shù)控銑雕中心，需求更為旺盛。畢業(yè)設計（論文） 題目： 定梁式數(shù)控雕刻機機械結構設計 III無錫太湖學院本科畢業(yè)設計（論文）誠 信 承 諾 書本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） 定梁式數(shù)控雕刻機機械結構設計 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設計（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。 班 級： 機械94 學 號： 0923164 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日無錫太湖學院　信 機　系 　機械工程及自動化 　專業(yè)畢 業(yè) 設 計論 文 任 務 書一、題目及專題： 題目　　 定梁式數(shù)控雕刻機機械結構設計 　　 專題　 　二、課題來源及選題依據(jù) 數(shù)控雕刻機是一種具備雕刻功能的數(shù)控機床，被廣泛地應用于模具工業(yè)、零件精密加工等行業(yè)。本課題擬通過對數(shù)控機機械結構的設計，幫助學生加深對本專業(yè)的相關知識理解和提高綜合運用專業(yè)知識能力。在機械制造領域，人們對于機械零件加工的質(zhì)量、精度和效率等的要求也越來越高。在此趨勢的推動下，數(shù)控機床的結構優(yōu)化改造設計變得非常重大。比如數(shù)控雕刻機在模具加工、PCB電路板以及廣告招牌等領域發(fā)揮著重要作用。關鍵詞：數(shù)控雕刻機；電主軸；導軌；滾珠絲杠；AbstractIn today39。不但厚重、笨、大，而且性能差、速度慢、功能少、效率低。隨后雕刻機、雕銑機、加工中心等一系列數(shù)控機床便如雨后春筍般應運而生。 本課題研究的內(nèi)容及意義 目前，數(shù)控雕刻機主要是用于各類材料的文字雕刻、印刷電路板的制作、各類印章銘牌的制作、藝術浮雕及小型模具加工(如沖壓模、五金模、塑料模、玻璃模)以及零件的精密雕刻。數(shù)控雕刻機已成為模具制造行業(yè)必不可少的加工機床裝備。同時，它價格適宜，被認為是低投入高回報的一類加工機床。 CNC雕刻機一般采用滾珠絲杠副和直線導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)伺服電機驅(qū)動， 毫米，定位精度和重復定位精度都優(yōu)于普通的數(shù)控機床的加工精度。目前，雖然數(shù)控雕刻機的技術已經(jīng)相對比較成熟，生產(chǎn)的產(chǎn)品性能也日漸趨于穩(wěn)定。本課題研究的數(shù)控雕刻機是一種小型三軸聯(lián)動定梁式數(shù)控雕刻機床。該機床具有占地面積小，加工幅面較大等特點。完成數(shù)控雕刻機機械結構總體方案設計及零部件的選型計算、結構強度校核，并繪制裝配圖和零件圖紙。再加上電火花加工存在不足，近年來數(shù)控雕刻機在國內(nèi)有了突破性的發(fā)展。另外，數(shù)控雕刻機也逐步被投入如：大功率LED鋁基板、金屬電極、美術工藝禮品、眼鏡框架加工等領域。根據(jù)羅百輝的調(diào)查顯示，2002～2006年，數(shù)控雕刻機被用于模具加工、家具制造行業(yè)還是小批量，是它導入市場的階段。進入2007年我國數(shù)控雕刻機產(chǎn)銷量突破10000臺，產(chǎn)值超過15億元，標志著國內(nèi)數(shù)控雕刻機產(chǎn)業(yè)進入高速成長期；從2007～2010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、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)控雕刻機行業(yè)迅速發(fā)展。未來數(shù)控雕刻機行業(yè)將持續(xù)高速增長。在市場結構方面，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)控雕刻機的主要應用領域。下面以PCB的加工為例，介紹數(shù)控雕刻機在印刷電路板領域的應用。從印刷電路板的機加工環(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、光致法成孔、等離子體蝕孔等技術含量高的加工工藝。就我國而言，通過幾十年的發(fā)展，PCB制造行業(yè)的技術含量和設備支持都達到了一個較高的水平。數(shù)控鉆銑床技術就用于PCB制造業(yè)而言擁有其獨特的特性和優(yōu)點： 1）大多數(shù)采用了先進的控制技術現(xiàn)在PCB工業(yè)中人們使用的數(shù)控鉆銑床大多數(shù)采用了先進的主從結構的多微計算機C數(shù)控技術，也可稱為一主多從的多CPU控制技術。 2）數(shù)控鉆銑的效率高，精度好，速度快，質(zhì)量高一般來說數(shù)控鉆銑床的各個電主軸都配置了Z軸進給深度控制感應系統(tǒng)。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。目前，當電主軸達最高運轉(zhuǎn)速度時，其值為120000r/min。就位置的反饋系統(tǒng)而言，配置了直線光柵或線性磁尺，將它們組成閉環(huán)式反饋回路。 3）具有自檢自控功能數(shù)控鉆銑床,大多數(shù)都具備自我檢測，自我反饋，自我調(diào)整的功能。甚至有的同時顯示和報警。同時，每個主軸都安裝激光測試徑向跳動裝置，保證每個主軸都保持在最佳工作狀態(tài)。而且，PCB電路板還可能被斷的鉆頭劃壞損傷，嚴重影響到電路板制作的質(zhì)量問題。另一方面，機床具有了自檢功能后，它還能自動控制鉆孔的深度，確保鉆頭尖端和工作臺面的距離。 4）機床工作臺面的移動方式采用了氣墊加磁浮，確保了機床工作臺面不會因為擦碰而被劃傷PCB電路板機械加工時所需的負載較小。因此快速PCB鉆銑機床的進給系統(tǒng)采用了伺服電機－滾珠絲杠－導軌的方式，導軌還選擇了氣浮導軌，它的摩擦系數(shù)更小，加工動作更輕便。數(shù)控鉆銑床多數(shù)采用了氣墊加磁浮的方式，X、Y軸用氣浮導向，工作臺面用氣浮支撐，采用伺服馬達作為工作臺面的定位驅(qū)動，還配有精密的滾珠絲杠以及預加載荷的雙螺母進行校正調(diào)整。也使得運動加減速過程的時間遠遠縮短。而且X軸和Y軸采用分離式布局，避免了傳統(tǒng)的重疊現(xiàn)象。數(shù)控鉆銑床還可以進行軟件的編程限位，不但可以自動測量刀具大小長短，還能對刀具進行管理等。這大大提高了生產(chǎn)效率，同時也滿足了大規(guī)模的自動化生產(chǎn)需要。X、Y軸的編程也將相應擴大，(一般在600mm600mm以上)，軸的行程增加了，相應的鉆孔面積也將增加。一種是直接人工編程的照像底片或光繪底片，一種是采用幾何工藝語言GTL進行編程，最后一種是用參數(shù)化進行編程。只要給出一定的變數(shù)值，就可以編制形狀相似的工件加工程序[46]。本文所設計的小型數(shù)控雕刻機機床的性能指標參數(shù)如下表11：表11 數(shù)控雕