【正文】 粗細(xì)或不同形式的銑磨輪即可完成臺面板邊緣花線的銑磨工 作，得到所需的各種平面板材制品。曲面異型石材制品成型加工形式很多，其中采用普通的圓鋸片或銑磨輪加工的方法是最經(jīng)濟(jì)方便的。該設(shè)備可加工任意曲率、形狀的內(nèi)、外曲面，包括 S， U 形及圓弧板材等異型制品，尤其適于巨型石材內(nèi)外曲面的加工。 加工母線是直線或曲線的回轉(zhuǎn)體類制品的設(shè)備至少需要控制四個方向的運動，即工件的水平回轉(zhuǎn)，動力頭部件的 X， Y， Z 方向平移等。對于數(shù)控型設(shè)備，鋸片和圓柱銑刀這兩個動力頭可以共用一個運動支承座，也可分開安裝、獨立運動，控制維數(shù)為 3～ 6 個 [17]。數(shù)控車床上一般不需配備激光掃描仿形器，因為一般的回轉(zhuǎn)體制品，使用 設(shè)備上安裝的圖形設(shè)計軟件即可滿足編程需要。液壓仿形設(shè)備加工過程可分為兩個階段，即粗加工成型 — 鋸片完成；精細(xì)加工成型 — 圓柱型銑刀完成。通過選配不同的動力頭或配套機(jī)構(gòu)，該機(jī)還可以加工多棱柱、羅馬柱和球類石材制品。 、雕刻加工設(shè)備 一般來說，立體異型制品、雕刻制品空間造型都比較復(fù)雜，對所需加工設(shè)備的要求也很高，多功能數(shù)控加工中心是加工這類制品的理想設(shè)備。 多功能數(shù)控加工中心，通常是指將多個普通數(shù)控加工中心的功能集中于一臺設(shè)備上，聯(lián)合為組成式數(shù)控加工設(shè)備，一般都 具有數(shù)控銑床、數(shù)控車床等設(shè)備的加工功能，用來生產(chǎn)形狀比較復(fù)雜的立體石材異型制品。該設(shè)備總的控制維數(shù)可達(dá)到 12 個 [18]，幾乎可以加工目前所有類型的石材異型制品。煙臺星泉機(jī)械有限 公司研制出了一種石球加工機(jī)械，叫ＳＱＸ數(shù)控球面銑切機(jī)，具有Ｘ，Ｚ兩坐標(biāo)數(shù)控加工功能，可以加工球，柱座，柱帽，圓柱等。但同時，還注意到該公司生產(chǎn)的這種球銑機(jī)采用雙立柱的結(jié)構(gòu)，這樣使得其體積很大，占的面積大。因此，計劃設(shè)計此類石球加工機(jī)械，但是采用單立柱的結(jié)構(gòu)形式，同樣采用計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，這樣一來使得結(jié)構(gòu)更加的緊湊，占的面積等也相應(yīng)的小，所加工 石球石柱的最大加工直徑為 1500mm；石球的最小加工直徑石柱的最小加工直徑 200mm；石柱的最大高度 1500mm。以往加工大型石球時，用鋸片由頂部到腰部進(jìn)行加工，而本次設(shè)計加工大型石球時不一次走刀，分兩步對荒料的兩個側(cè)面加工，加工完一個側(cè)面，然后調(diào)轉(zhuǎn)石球再加工另一側(cè)。以后（圖 2－ 1－ c），用同樣的方式加工另外一側(cè)沒有加工的表面（圖 2－ 1－ d），這樣，就完成了石 料的粗加工，完成粗加工以后，進(jìn)行半精加工，這個時候要把粗加工時留下的切削余量全部去除掉，因為余量較小，所以這個過程可以讓石球轉(zhuǎn)動及刀具進(jìn)給速度快一些，并且保證刀具在進(jìn)給一個刀具厚度的時間內(nèi)，石球應(yīng)該至少轉(zhuǎn)動一周，這樣才能保證石球被完全切削到，經(jīng)過一次走刀后，就完成了石球的半精加工，進(jìn)行精加工主要是對石球表面進(jìn)行打磨或者拋光，這樣加工以后就能得到理想的形狀了。 圖 21 石球加工原理圖 Sketch map of stone ball machining a) 石料毛坯及切割刀痕 b) 加工后打掉薄片 c) 轉(zhuǎn) 90176。 654321 圖 22 雙立柱 石球加工機(jī)示意圖 1立柱 2工作臺 3石料 4鋸片 5電機(jī) 6橫梁 Fig vertical stone bone working map of the exhibitong 1frame 2gallery 3stone 4saw bit 5 electric motor 而單立柱石球石柱加工機(jī)械，不需要設(shè)備基礎(chǔ)，任意的車間和場地都可以安裝使用。 荒料 2 放在工作臺小車 1 上，工作臺小車由電動機(jī)通過傳動裝置帶動作旋轉(zhuǎn)運動，同時，鋸片 3 安放在機(jī)頭 4 上，通過帶傳動驅(qū)動，切割荒料。機(jī)頭 4安放在橫梁 5 上由步進(jìn)電機(jī) 9 通過絲杠 6 傳動進(jìn)行 Y 軸左右運動，橫梁 5 由橫小型石柱石球數(shù)控加工機(jī)機(jī)床部分的設(shè)計 12 梁支架 7 通過連接到立柱 8 上 ，立柱 8 上安步進(jìn)電機(jī)，并由一個絲杠帶動橫梁支架進(jìn)行 Z 軸上下移動。機(jī)頭部分的電動機(jī)通過傳動裝置帶動鋸片旋轉(zhuǎn)。 機(jī)頭傳動部分選用電動機(jī) 5 通過帶傳動 4 帶動鋸片軸 3 轉(zhuǎn)動，其鋸片軸通過軸承 2 直接安放在機(jī)架箱體，傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖 31。 圖 31主傳動系統(tǒng) 1鋸片 2軸承 3主軸 4從動輪 5主動輪 6電動機(jī) Main transmission system 1swa bit 2pillow 3shaft 4driven wheel 5driving wheel 6electric motor 小型石柱石球數(shù)控加工機(jī)機(jī)床部分的設(shè)計 14 確定鋸片直徑及軸轉(zhuǎn)速 ① 由于所設(shè)計加工石球最大直徑為 ， 為了更好 的提高該加工機(jī)鋸切石材的效率 ， 把放在該加工機(jī)小車上的石材荒料 ， 先用圓鋸將正方體的 12 條棱相繼切去多余的石材 ， 這樣減少了鋸片加工的加工余量 ， 即放在石球機(jī)小車上的石荒料如圖 32。 2 = AB=AO－ OB =－ 780 = AG=AB179。 ㈡根據(jù)石材加工機(jī)械鋸片速度參數(shù)，選定此鋸片外緣瞬時線速度為 30m/s，則鋸片軸轉(zhuǎn)速： srrvn /1 02 40 .5 6603060 ?? ????? π? 。 由圖 3－ 3 可知： oA BF rFC石料鋸片 圖 33鋸切力示意圖 cutting force of saw 取切深點 C為研究對象 ， 由 P=F V 得 ： Ft= 305500VP ? =，即切削力為 小型石柱石球數(shù)控加工機(jī)機(jī)床部分的設(shè)計 16 已知鋸片軸轉(zhuǎn)速為 1024r/min， 電動機(jī)傳到鋸片軸上的功率為 ： 為η 帶 =[19] P=Pwη=179。 帶傳動的計算 [20] ㈠ 確定計算功率 Pca 計算功率是根據(jù)傳遞的功率 P，并考慮到載荷性質(zhì)和每天運轉(zhuǎn)時間的長短等因素的影響而確定。 P 選 Ka=， 每天工作 8 小時 ， P= 則 Pca=179。 ③計算從動輪直徑 Dd2 Dd2=i178。 90=126mm 選 ： Dd2=126mm Da2=130mm ㈣ 確定中心矩 a 和帶的基準(zhǔn)長度 Ld 如果中心距未給出 ， 可根據(jù)傳動的結(jié)構(gòu)需要初定中心距 ao （ Dd1 + Dd2） a02（ Dd1 + Dd2） （ 90+126） a02（ 90+126） ao432 中心矩取 ao=200， 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 則所需帶的基準(zhǔn)長度 L`d， L`d=2179。 200+（ 130+90） + 420210)(130 2? = 選定 Ld=800。 810= amax=a+=+179。－ aDD d1d2－ 179。 =180176。 176。＞ 120176。 ㈦ 確定預(yù)緊力 Fo 小型石柱石球數(shù)控加工機(jī)機(jī)床部分的設(shè)計 18 根據(jù)公式，并考慮離心力的不利影響時，單根帶所需的預(yù)緊力為： Fo=500179。 V2 =500179。（ 1 ?） +179。如果不考慮帶的兩邊的拉力差，則壓軸力 可以近似的按代的兩邊的預(yù)緊力 Fo 的合力來計算。 Z179。 sin21α =2179。 179。 主動輪 的 設(shè)計 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 圖 34 主 動 輪 Driving wheel 由于 主動 輪直徑較小，所以，采用實心式結(jié)構(gòu)，材料選用 HT150。 e1+2179。 12+2179。 ha1=90＋ 2179。 從動輪的 設(shè)計 從動輪同樣采用實心式結(jié)構(gòu)，材料選用 HT150，如圖 35： 小型石柱石球數(shù)控加工機(jī)機(jī)床部分的設(shè)計 20 圖 35 從 動 輪 Driven wheel 其結(jié)構(gòu)尺寸選擇為 ： D2=38mm； bd2=； ha 2=2mm； hf2=7mm； e2=12mm； f2= 7mm B2=(Z－ 1)179。 f2=（ 4－ 1）179。 7=50mm Da2=Dd2＋ 2ha=126+2179。 鋸片主軸的設(shè)計 [20] 初步確定軸的最小直徑 初步估算軸的最小直徑，選取軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，取 Ao=112，于是得： Dmin= A0179。 3= 擬定軸上零件的裝配方案 輸出軸的最小直徑是安放鋸片處的直徑，為使所選軸的直徑 D 與鋸片孔徑青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 相適應(yīng)。則對應(yīng)緊定鋸片的圓螺母選用型號為：GB6172— 86 M38 厚為 12mm。 各軸段直徑和長度的確定 由于已選定大帶輪內(nèi)徑為 38mm，則該軸段 直徑 為 38mm， 而帶輪寬 L 為50mm，則選定軸段 長度為 48mm。 h=10179。取軸端倒角為 2179。各軸肩處圓角的半徑 。 圖 36主軸 Axis 小型石柱石球數(shù)控加工機(jī)機(jī)床部分的設(shè)計 22 10987654321?38H7/n6 圖 37 主軸裝配圖 1鍵槽 2鍵 3螺 釘 4從動輪 5軸承端蓋 6角接觸球軸承 7箱體 8主軸 9擋板 10固定螺栓 Axis setting drawing 1keyseat 2key 3screw 4driven wheel 5bearing cover 6angular contact ball bearing 7case 8shaft 9baffle 10set bolt 軸上載荷計算 這里的計算應(yīng)該分別求出軸在 XY 方向上的受力和 YZ 方向上的受力，并求其彎矩，然后在求合力 矩，以校核其是否滿足設(shè)計要求，求解過程如下： （ 1） 如圖 38a 所示，求出其在 XY 方向上的受力， 在 XY 平面，由∑ MB =0，∑ F=0 得： FNH2179。 (198+67)=0 F NH1+FNH2= Fo 已知 M 軸 =45N178。 D/2=M 軸 Fo=2M 軸 /D=2179。 CD=236179。 mm （ 2） 如圖 38c，求出其在 YZ 方向上的 受力， 在 YZ 平面上，由∑ MB=0，∑ F=0 得： FZ179。 198=0 FZ+FNV2= FNV1 已知 FZ= 解得 ： FNV1=， FNV2= 求 YZ 方向上的 彎距 如圖 38d 所示得： MH =FZ179。 87=178。 =（ 包括了軸承的效率 ） N軸 =1024r/min 所以軸的扭矩為 ： T 軸 =9549179。 mm=45N178。 主傳動系統(tǒng)上 軸承的確定及校核 [20] 鋸片軸采用兩軸承 及 一小箱體 。查《機(jī)械設(shè)計手冊》，選擇軸承型號為： 7009C； GB/T297— 1994 基本參數(shù)為： d=45mm； D=75mm； B=16mm； α=15176。 Fr1=179。 Fr2＝ 179。 由公式得 : Fa1= Fae+Fd2=400+=； Fa2= Fd2= 0a1 ?? 0a2 ?? 用線性插值法求計算 e1=+ )( 0 .1 7 0).(0 ?? ??? e2=+ )( 0 .0 2 9)( ?? ??? 再計算 Fd1= e1179。 447= Fd2= e2179。 = Fa1= Fae+Fd2=400+= ； Fa2= Fd2= 0a1 ?? 0a2 ?? 兩次計算值相差不大，因此確定 e1= e2= ③ 求軸承當(dāng)量動載荷 P1 和 P2 因為 ?＞ e1 ?? e2 小型石柱石球數(shù)控加工機(jī)機(jī)床部分的設(shè)計 26 分別進(jìn)行查表 135： 對于軸承 1： X1= Y1= 對于軸承 2： X2=1 Y=0 因為軸承在運轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，得 fp為 取 則 P1= fp179。 Fr1+ Y1179。（ 179。 ） = P2=fp179。 Fr2+ Y2179。（ 1179。 ） = ④ 驗算軸承壽命： 所以 P1 ＞ P2， 所以只需按軸承 1的受力大小驗算： Lh= n60106? 179。（ ） 3 =43931h 設(shè)計要求為 36000小時，符合要求。 小型石柱石球數(shù)控加工機(jī)機(jī)床部分的設(shè)計 28 4 縱向橫向進(jìn)給系統(tǒng)部分的設(shè)計 這個系統(tǒng)的設(shè)計要求是能實現(xiàn)鋸片的縱向進(jìn)給和橫向進(jìn)給，要求橫向進(jìn)給長度為 1500mm，縱向進(jìn)給 高 度為 1200mm，步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計使得 半精加工最小進(jìn)給步長 。 20212500 0.016M825181512025210154M818220290圖 41 橫梁 Transbean 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計主要是立柱的設(shè)計， 縱向進(jìn)給高度為 1200mm，設(shè)計立柱 高度為 2900mm，在立柱上有個步進(jìn)電機(jī)使橫梁 縱向 運動，以完成系統(tǒng)的縱向進(jìn)給， 立柱 結(jié)構(gòu)示意圖如 42 所示 。兩個步進(jìn)電機(jī)選擇均型號為 ： 130BYG2502 永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)，具體參數(shù)如表 41。 2 120~31V 7A 400 Kgcm2 ≥ 10 kHZ