【正文】 統(tǒng)。 Z 軸為平行于雕刻機主軸的坐標(biāo)軸，垂直于工件裝夾面。底座由底下的四只支腳與地面接觸 。工作臺作為雕刻工作時承載雕刻物體的部件，表面有 T形溝槽，由絲杠驅(qū)動，導(dǎo)軌導(dǎo)向 : 3)橫梁部分 橫梁由 x 方向的絲杠和導(dǎo)軌，以及支架組成。絲杠驅(qū)動主軸組的上下運動，主軸組件在加工過程中直接帶動雕刻頭的高速旋轉(zhuǎn)運動。 進給系統(tǒng) 進給系統(tǒng)由伺服驅(qū)動電路、伺服驅(qū)動裝置、機械傳動機構(gòu)及執(zhí)行部件組成。數(shù)控系統(tǒng)的伺服進給系統(tǒng)與一般機床的進給系統(tǒng)有本質(zhì)上的區(qū)別，它能根據(jù)指令信號精確的控制執(zhí)行部件的運動速度和位置，以及幾個執(zhí)行部件按一定規(guī)律運動所合成的運動軌跡。雕刻機的進給運動方式如下 : 工作臺帶動工件做 y方向的進給運動，機頭沿 x方向橫梁做進給運動，雕刻頭在直流電機的帶動下做高速旋轉(zhuǎn)，并在 Z方向做上下運動。 （ 1）機頭沿 x方向的絲杠左右運動，實現(xiàn)雕刻寬度 。 各個傳動鏈中均采用絲杠螺母傳動副，保證了運動的傳遞平穩(wěn) 和結(jié)構(gòu)的緊。另一端采用軸承為支承。指令脈沖數(shù)就是電動機的轉(zhuǎn)動步數(shù)，即角位移的大小。它具有以下特點 : 1）位置控制功能 可預(yù)先發(fā)出具體的脈沖數(shù)量，從而得到需要輸出的角度。 3）正 /反，急停及鎖定功能 通過對系統(tǒng)的高低電平控制，得到正 /反旋轉(zhuǎn)的效果，在電機鎖定 情況下 （電機繞組中存在電流，外部沒有要求旋轉(zhuǎn)的電脈沖 )，仍有靜止力矩的輸出。 5）長壽命 不需要像普通的直流電動機通過電刷和換相器換相，從而減少了摩擦，增長了壽命。它的特點有 : 1）可用于小型、瞬間慣量小和高速轉(zhuǎn)動的場合 。 3）提高絲杠的強度時，跳動不會受到影響 。 5）在高速轉(zhuǎn)動時可保持平穩(wěn)。導(dǎo)軌使運動部件沿一定的軌跡運動，從而保證各部件的相對位置和相對位置精度。 雕刻機的 x向和 y 向絲杠兩側(cè)各采用一對圓柱形導(dǎo)軌作為導(dǎo)向件，另外可以分擔(dān)絲杠所承受的機頭和工作臺的重 量。 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。 圓形導(dǎo)軌兩端通過螺釘固定在絲杠支架上，并與導(dǎo)軌套形成移動副。 主軸組件 此處省略 NNNNNNNNNNNN 字。外形尺寸（長寬高）約為 930mm 650mm 360mm， 主要結(jié)構(gòu)有底座、工作臺、龍門架、 X向進給電動機、 Y 向進給電動機、 Z向進給電 動機、主軸電動機、雕刻機機身及電氣系統(tǒng)部分組成。 Y 向 進 給 電 動 機 Z 向 進 給 電 動 機 主 軸 電 動 機 機頭 X向進給電動機 立柱 龍門架 工作 底座 圖 8 雕刻機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖 The structure diagram of engraving plotter system 3 三 坐標(biāo)數(shù)控雕刻機的機械系統(tǒng)的設(shè)計 本章詳細(xì)介紹了廣告型三維機械雕刻機機械部分的主要零部件，如主軸電動機、步進電動機、傳動部件和支承部件的詳細(xì)設(shè)計計算及選型過程。 表 1 機械設(shè)計參數(shù)表 Table 1 The parameter table of mechanical design 項目 參數(shù) 單位 主軸最高轉(zhuǎn)速 n=20200 r/min 最大進給速度 3500?fv mm/min 工作臺總行程 (Y) 320 mm 主軸總行程 (X) 280 mm 主軸總行程 (Z) 120 mm 定位精度 30 m? 脈沖當(dāng)量 mm 使用壽命 20200hL? hrs 切削 力、切削扭矩和切削功率計算 三坐標(biāo)數(shù)控機械雕刻機的加工對象主要是針對非金屬材料和鋁合金材料的雕刻加工。 用硬質(zhì)合金直柄立銑刀（ 0 6 , 2d mm z??）和高速鋼標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆（ 0 3d mm? ）在鋁板上進行銑削和鉆削，分別進行切削力、切削扭矩和切削功率的計算。 銑削力、扭矩和功率的計算 選用的銑刀是整體硬質(zhì)合金直柄立銑刀 657 GB/T ， 通過查閱孟少農(nóng)主編的《機械加工工藝手冊》，得到表 左側(cè)的經(jīng)驗公式，代入已知參數(shù)進行簡化，可得到僅與切削深度 pa 、進給速度 fv 和銑刀轉(zhuǎn)速 n 有關(guān)的計算公式填入表 2 右側(cè)。銑削寬度a ( )wmm ，銑削深度 a ( )p mm ,進給速度 ( / m in)ffv a zn mm? ，銑削速度 0 / 10 00 ( / m in)v d n m?? ，0d —— 銑刀外徑 ((mm), fa —— 每 齒進給量 (mm/z)， z —— 銑刀齒數(shù)， n—— 銑刀轉(zhuǎn)速 (r /min) 。 表 3 銑削力、扭矩和功率的計算 Table 3 The calculation of milling force, torque and power 切削方式 工作時間 參 數(shù) 計 算 結(jié) 果 百分比 t% 強力切削 10% 120 9000 20 一般切削 30% 1 1200 15000 300 精細(xì)切削 50% 2400 20200 600 快速進給 10% 3600 900 0 0 0 其中： n絲 — 絲杠轉(zhuǎn)速， f / ( / m in)hn v P r?絲 ，預(yù)選絲杠導(dǎo)程 4( )hP mm? pa — 銑削深度（ mm）， fV — 進給速度（ mm/min）， n— 銑刀轉(zhuǎn)速（ r/min） ， zF — 銑削力（ N）， M— 銑削扭矩（ Nm）， mP — 銑削功率（ kW）。 0F ( )F F FZFFx y uF p f wFqwCzz k Naadna? ??????z0 m2FdM ?? ??????????? ????Zm 4Fvp kW6 10? ????????? ???pa fv n n絲 ZF M mP 表 4 鉆削力、扭矩和功率的計算公式的簡化 Table 4 Cutting force, torque and power of the simplified calculation formula 計 算 公 式 和 參 數(shù) 選 定 計 算 結(jié) 果 鉆削力： FFyz0F d f ( )zFFC k N? ?????? 0 .7f4 5 0 / ( )zF v n N? ????????（ ） 鉆削扭矩： MMyMMC d f k mzM ?? ? ? ? ??????? ? 鉆削功率： 其中： 60 0 , 1. 0 , 0. 7, 0. 30 5 , 2. 0 , 0. 8 , 0. 25F F F M M M F MC z y C z y k k? ? ? ? ? ? ? ?（加工鋁合金）。 將進給速度 fv 和鉆頭轉(zhuǎn)速 n 的變量代入分別計算，將得到的計算結(jié)果填入表 5，由于鉆削功率的計算結(jié)果較小，忽略不計。 主運動系統(tǒng)的設(shè)計計算 本節(jié)主要設(shè)計主運動系統(tǒng)中的電主軸，以確定它們的型號和參數(shù)。數(shù)控機床就要為了保證加工時能選用合理的切削用量，并充分發(fā)揮刀具的切削性能，從而獲得最高的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量，必須具有更高的轉(zhuǎn)速和更大的調(diào)速范圍。 2）具有較高的精度和剛度，傳動平穩(wěn)，噪聲低。 為此，應(yīng)提高傳動件的制造精度與剛度，齒輪齒面進行高頻感應(yīng)加熱淬火增加耐磨性；最后一集采用斜齒輪傳動，使傳動平穩(wěn)；采 用高精度軸承及合理的支撐跨距等，以提高主軸組件的剛性?？拐裥杂脛觿偠然騽尤嵝远葋砗饬?。 機床在切削加工中主傳動系統(tǒng)的發(fā)熱使其中所有零部件產(chǎn)生熱變形，破壞了零部件之間的相對位置精度和運動精度造成的加工誤差，且熱變形限制了切削用量的提高，降低了傳動效率，影響到生產(chǎn)率。 主運動系統(tǒng)傳動鏈的組成 電機直接驅(qū)動主軸是精密機床、高速加工中心和數(shù)控車床常用的一種驅(qū)動形式。轉(zhuǎn)速小于 3000r／ min的主軸，采用異步電動機軸通 過聯(lián)合器直接驅(qū)動主軸，機床可通過改變電動機磁極對數(shù)來實現(xiàn)變速；轉(zhuǎn)速小于 8000r／ min 的主軸，可采用變頻調(diào)速電動機直接驅(qū)動；高速主軸，可將電動機與主軸做成一體，即內(nèi)裝電動機主軸，轉(zhuǎn)子軸就是主軸 . 所以本雕刻機應(yīng)選用電主軸。 表 6 主軸電動機設(shè)計計算 Table 6 Design and calculation of spindle motor 序號 計算項目 符號 單位 計算公式和參數(shù)選定 計算結(jié)果 ? ?0 iM iMAX M? 額定轉(zhuǎn)矩 1 轉(zhuǎn)矩計算 查表 ? 取 i=2取較大值得到： M0≥ 2 功率計算 ? ?0 iP MAX P? 額定功率 查表 ? 取大值得到 0 ? 取整 根據(jù)上述所算功率可選擇安陽華安通用主軸科技有限公司生產(chǎn)的型號為 DD58Z24/ 的電主軸。它們的設(shè)計沒有什么很大的區(qū)別，因此可以通過對其中一個方向上的設(shè)計來勾勒出我們在移動部分的設(shè)計方案，現(xiàn)在以工作臺部件為例，著重設(shè)計計算進給運0M Nm0P kW動傳動鏈中進給電動機，同步帶和帶輪，滾珠絲杠和直線導(dǎo)軌，以確定它們的規(guī)格型號及參數(shù)，來滿足在機械加工過程中的各種切削加工要求。 表 7 工作臺滾珠絲杠設(shè)計計算 Table 7 Design and calculation of ball screw table 序號 計算項目 符號 單位 計算公式和參數(shù)選定 計算結(jié)果 1 確定滾珠絲杠導(dǎo)程 電動機與絲杠 1:1傳動 hP mm 2 預(yù)期額定動載荷 amC N (1)按預(yù)期工作時間估算 (1) amC 2760? 查表 9,輕微沖擊 wf ? 查表 7,按 7級 af ? 查表 8,可靠性 97% cf ?