【正文】 ................... 21 畢業(yè)設計說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 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 ............................................................................................................................ 30 6 展望和結論 ............................................................................................................................... 31 致 謝 ........................................................................................................................................... 32 參考文獻 ....................................................................................................................................... 33 附 錄 ........................................................................................................................................... 34 畢業(yè)設計說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 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。 自從 60 年代初以來， 就 工業(yè)發(fā)達國家的許多 PCB（印刷電路板）加工設備設計 而言 ，為 了 使產(chǎn)品具有強勁的市場競爭力 以 滿足人們的要求，生產(chǎn)廠家紛紛投入了 較大的人力、物力和財力， 就 PCB 加工設備 的設計過程中 存在的問題 做了深入研究 ， 最后在 60 年代初 獲 得了 較大 的成果 。跟據(jù)相關資料載述，世上首臺 CNC 機床的問世，是 1952 年在芝加哥機床展覽會上出現(xiàn)的 ，而針對于 PCB 工業(yè)加工的 CNC 機床大概晚于純金屬切削加工機床 10 年左右 ，它 是 60 年代初期出現(xiàn)的，從此便開創(chuàng)了數(shù)控雕刻技術的新紀元 [1]。 由于模具產(chǎn)業(yè)和美術品制 造業(yè)的日益發(fā)展，縱觀全球，市場上對于數(shù)控雕刻機的需求逐步擴大，首先是相對高端的數(shù)控雕刻中心，其需求量最為龐大。 數(shù)控雕刻機的機械加工精度高、剛性強，它的數(shù)控系統(tǒng)還擁有抗干擾特性，是含有高新科學技術的一種加工設備，其機電一體化水平先進。就當今制造類行業(yè)來講，尤其在復雜型腔模的精細加工中， CNC雕刻機的加工精度高、速度快、表面質量好，能夠代替價格相對昂貴的加工中心的機加工。另外，它的加工范圍大，性價比較高，能夠普遍用于輕型金屬構件的精密加工和模具型腔的曲面加工，也可以用來加工各類工藝品和非金屬制品。但是一般都體積龐大，結構復雜，價格昂貴 [2]。它可以完成一般的輕型零件及 電子電路板的加工，也可以進行透刻輪廓等加工。根據(jù)數(shù)控雕刻機的自身特點，可以將其分為機械系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，本文著重研究機械系統(tǒng)設計過程。 國內外研究狀況及其發(fā)展趨勢 伴隨著模具業(yè)、廣告招牌業(yè)、家具制造業(yè)的發(fā)展日趨擴大，尤其在模具行業(yè)中對零件畢業(yè)設計說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 表面的加工，要求不斷提高。 CNC 雕刻機相對于一般加工機床 有著技術上的優(yōu)勢，而且它的價格合理，現(xiàn)已成為了市場上電子零配件的制造、五金產(chǎn)品、家具制造、小型精密模具制造等行業(yè)加工機床工具。由于數(shù)控雕刻機的應用領域日益拓展，它的市場規(guī)模也不斷擴大。 隨著數(shù)控雕刻機技術的不斷成熟和價格趨于合理，其性價比逐漸得到業(yè)界的認可，市場快速擴大。 隨著下游各應用領域對產(chǎn)品加工過程中的高精密、高效率、低耗能、低耗材的要求不斷提升，數(shù)控雕刻機自身技術不斷成熟，下游新興應用領域不斷涌現(xiàn)，國內人工成本的不斷增長，原有老舊設備的更新?lián)Q代等等，都將對 數(shù)控雕刻機市場起到積極的推動作用。結合各下游行業(yè)十二五規(guī)劃制定的發(fā)展目標，羅百輝預計到 2020 年全國數(shù)控雕刻機產(chǎn)銷量將達到 12 萬臺。其中，隨著觸摸屏手機、平板電腦的滲透率不斷提高，未來消費類電子產(chǎn)品零配件制造行業(yè)對數(shù)控雕刻機需求將持續(xù)快速增長，到 2020年，僅消費類電子產(chǎn)品零配件制造行業(yè)，對數(shù)控雕刻機需求量就將達到 38000 臺 [3]。 現(xiàn)在印刷電路板和它的制造技術的發(fā)展已達到了一個較高水平。由于這些加工技術本身有著一定的局限性，所以一般 PCB 加工作業(yè)大多數(shù)得依靠數(shù)控雕刻機床來進行。那些純手工加工方法以及電路板的沖孔加工工藝方法在機械加工方法中已經(jīng)很少出現(xiàn)了，數(shù)控雕刻機床和數(shù)控銑床用在 PCB 制造行業(yè)早已很常見了，數(shù)控雕刻機床和數(shù)控銑床也已列入了當前國內印制板機械加工的主導設備行列里。由主 CPU 控制，從 CPU 再分別控制不同功能與特性的結構部件，確保它們于主 CPU 的控制步調一致?？梢噪S時探測 PCB 的疊層與電主軸的壓力角的距離，從而把它們控制在一個合適的范圍里，確保了電主軸的最佳移動距離，使其鉆孔的速度達到最高。再加上采用了高動態(tài)伺服馬達，僅僅只需幾毫秒的時間電主軸的速度就能達到最高。對于加工鉆孔直徑為 小孔時。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，讓鉆孔的定位精度達 以下，重復定位精度在 以下。 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 600mm 600mm 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)控雕刻機系統(tǒng)主要性能指標參數(shù) 性能名稱 數(shù)值 加工幅面 120160200mm 工作臺尺寸 X/Y 270278mm 行程 X/Y/Z 50150200mm 最大進給速度 加工刀具最大直徑 主軸電機最高轉速 3000r/min 主軸電機功率 400kw 換刀方式 手動換刀 X/Y/Z 定位精度 ～ + X/Y/Z 重復定位精度 ～ + 總功率 P 1000W 軸聯(lián)動數(shù) 4 脈沖當量 ～ +外觀尺寸 400500600 畢業(yè)設計說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 2 雕 刻 機總體布局方案設計 數(shù)控雕 刻 機布局要求及影響因素 數(shù)控雕刻機床主要是用于較小雕刻量或軟金屬材料的工件的加工。它主軸的轉速甚至高達 30000r/min 左右。對于機床的數(shù)控系統(tǒng)而言，它的控制反應速度要迅速、靈敏，其所配置的伺服電機的特性 要極佳。在機床的加工過程中還要利于操作、位置的調整和進行維修。 在滿足了機床總體布局基本要求的基礎上，還應考慮到影響雕刻機布局的其它基本因素，如下： 要在加工零件的表面銑雕出不同形狀的線路紋路，就要結合不同的刀具來進行加工，所以機床表面成形運動的數(shù)目及形式也就不同，將直接導致機床布局的差異。 加工零件的表面，要成形的加工運動主要可分為銑削、鉆孔、切割三類。從而實現(xiàn)了鉆頭在 X、 Y 平面內的定位自由，從而使得刀具在 平面 X、 Y 內按照不同的軌跡路徑對零件進行銑雕加工。使刀具的鉆孔加工有個切入的過程。 由于數(shù)控雕刻機的動靜分配存在差異，所以機床對應的布局也會不同。 因此，對于雕刻機動靜分配的規(guī)劃，可依照下面的原則來考慮： (1)所選的動靜分配將增強機床加工的精度。因為就其它條件相同下，機床的移動部分的零件的重量越小，那么它的慣性將越小，其傳動件的尺寸以及驅動電機的功率也將越小。 (3)要有助于加強雕刻機結構的剛度，機床的占地面積要盡可能的小。所需加工零件的大小面積，將直接和導軌的布局以及機床工作臺的尺寸相關。所需加工零件的重量越大，所要求機床工作臺、導軌等部件的剛度就要提高。 相比而言，一般零件的硬度不會有較大的差別，因此機床工作臺的切削力的大小和承載能力也不會產(chǎn)生很大差異，其對于機床的整體布局的影響比較 若 [8]。 圖 數(shù)控雕刻機機床總體布置圖 本次設計的數(shù)控雕刻機機床主要由： 控機 。 本次設計的機床總體布局將采用龍門架式布置結構。由于機床工作臺的移動，機床的承載能力將不如布局 B的承載能力優(yōu)良 。對于縱向較長工件的批量加工時，需要使用外伸支架支撐的結構，它們的支點高度相同，所以支 架支撐的調整較方便，但是支架的結構和布局 B方案相比顯得繁雜。 在圖 B的 布局方案中，機床工作臺是固定的，數(shù)控雕刻機 Y/Z軸系統(tǒng)作橫向的左右和豎直的上下移動，龍門架作縱向的移動。對于縱向較長工件的批量加工時，需要使用外伸支架支撐的結構，它們的支點高度相同。且加工過程能耗較高，效率較 底。該機床的橫梁和立柱還特意設計得較寬 。 數(shù)控雕 刻 機結構的改良對比 至于其它結構方面，綜合比較以往雕刻機、雕銑機的有關資料，發(fā)現(xiàn)以往的一些結構存在某些普遍問題，比如： 1）對于機床各方向上的加工精度不容易保障，零部 件的組合裝配比較煩雜。 3）機床主軸在高 速運轉時 , 對于加工 進給的速度快時 , 主軸刀具較容易斷掉 。 機床工作臺和直線導 軌滑塊的相連處布置臺階 ，其 側面采用螺釘鎖定 ，這樣 X向就被鎖定了。因此本次設計機床的整體式床身底座由孕育鑄鐵鑄造加工而成。保證了對 X向工作 臺及兩邊立柱所需的剛性支撐作用，總體上使得機床的動態(tài)加工穩(wěn)定性得到了提高。 圖（ a） 改進前橫梁導軌布局 圖（ b） 改進后橫梁導軌布局 圖 橫梁導軌布局圖