- 機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)原理圈及說(shuō)明
1. 總體結(jié)構(gòu) 現(xiàn)在市面上流行的小型雕刻機(jī)工作臺(tái)主要有兩種。第一種如圖1所示工作臺(tái)只作Y方向的移動(dòng)，而刀具作X方向和Z方向的移動(dòng)。第二種則如圖2所示工作臺(tái)作X,Y方向的移動(dòng)，而刀具只作Z方向的移動(dòng)。 結(jié)構(gòu)1的優(yōu)點(diǎn)是制作容易，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。但由于工件隨工作臺(tái)移動(dòng)，所以不能加工太重的工件，而且雕刻機(jī)尺寸不能太大。結(jié)構(gòu)2雖然制作也較容易，然而穩(wěn)定性要比結(jié)構(gòu)1差很多。由于本次設(shè)計(jì)對(duì)機(jī)械部件結(jié)構(gòu)的要求就是要小而輕便，加工工件的質(zhì)量也是比較輕，因此選用結(jié)構(gòu)1。 在該結(jié)構(gòu)中，機(jī)械本體部分是雕刻機(jī)的骨架，有底座、立柱、工作臺(tái)、機(jī)頭和主軸組件等部分。在保證整個(gè)系統(tǒng)的機(jī)械剛性的前提下，為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，減輕整機(jī)重量，縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造的周期，其主體框架采用鋁合金制造，防護(hù)件用塑料件制造，用標(biāo)準(zhǔn)的緊固件和定位銷連接。 圖1 圖2 2．進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方案 我們?cè)O(shè)計(jì)采用的雕刻方式是:雕刻刀具只做高速旋轉(zhuǎn)和Z方向的進(jìn)刀、退刀運(yùn)動(dòng)，而X-Y工作臺(tái)帶動(dòng)工件作X,Y方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，這兩個(gè)方向的基本運(yùn)動(dòng)方式如下:由步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)了工作臺(tái)的移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)某個(gè)方向(X或Y方向)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。在X，Y方向上的導(dǎo)向件采用直線導(dǎo)軌，其導(dǎo)向精度可滿足對(duì)工作臺(tái)定位精度的要求。 3．雕刻機(jī)主運(yùn)動(dòng)方案 雕刻機(jī)主運(yùn)動(dòng)方案通常有兩種方案:直接采用專用的雕刻頭或采用直流電機(jī)帶動(dòng)主軸機(jī)構(gòu)。專用的雕刻頭的優(yōu)點(diǎn)在這里不在復(fù)述，但必須配以與之配套的變頻調(diào)速裝置，價(jià)格相對(duì)昂貴。因此，從經(jīng)濟(jì)性的角度出發(fā)，經(jīng)濟(jì)型的雕刻機(jī)則不宜采用。由于直流電機(jī)具有以下特點(diǎn): (l)調(diào)速范圍寬 其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速可在寬廣的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)并穩(wěn)定運(yùn)行。 (2)特性呈線性 不論機(jī)械特性還是調(diào)節(jié)特性都呈現(xiàn)良好的線性度。即在整個(gè)調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的變化關(guān)系或是轉(zhuǎn)速隨控制電壓的變化關(guān)系都是線性的。 (3)快速反應(yīng) 在輸入控制信號(hào)的作用下，轉(zhuǎn)子能迅速地反應(yīng)動(dòng)作，時(shí)間常數(shù)小。 故優(yōu)先選用直流電機(jī)帶動(dòng)主軸機(jī)構(gòu)的方案。直流電機(jī)通過(guò)彈性?shī)A頭直接與刀具連接。 1．滾珠絲杠副的選擇 本設(shè)計(jì)采用深圳市賽瑞德精工機(jī)械技術(shù)有限公司提供的G系列滾珠絲杠副 （滾珠內(nèi)循環(huán) 固定反向器 單螺母）。其具體性能指標(biāo)如下表： X，Y,Z軸的絲杠精度等級(jí)為4，螺紋長(zhǎng)度分別為為300mm，350mm，150mm。絲杠總長(zhǎng)分別為：375mm,425mm,225mm。 滾珠絲杠副軸頭尺寸如下： 2．步進(jìn)電機(jī)的選擇 （1）銑削力的計(jì)算 當(dāng)進(jìn)行一般切削時(shí)產(chǎn)生的銑削力最大，因此只需計(jì)算此時(shí)的銑削力進(jìn)行校核即可。取一般切削時(shí)：銑削深度ap=1mm,進(jìn)給速度Vf=1200mm/min,n=15000r/min。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算銑削力： F=42.76apVf0.75 n-0.62=22.45N （2）啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 對(duì)于4級(jí)精度的絲杠，η=0.85。已知Ph=4mm,設(shè)絲杠上最大負(fù)載G為500N,靜摩擦µ為0.2,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算啟動(dòng)力矩： T=(F+µG) Ph/(2Лη)×10－3＝0.0918N·M （3）步進(jìn)電機(jī)的選擇 根據(jù)所需轉(zhuǎn)矩,結(jié)合所查資料決定采用杭州日升電氣設(shè)備有限公司的57BYG250C步進(jìn)電機(jī)作為本次設(shè)計(jì)所需的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 該電機(jī)的外觀： 技術(shù)參數(shù)如下： 外形尺寸如下： 其中L=76mm。 3．圓柱直線導(dǎo)軌的選擇 選用浙江新億特軸承有限公司的圓柱直線導(dǎo)軌（光軸）系列，其外觀及結(jié)構(gòu)如下圖: X,Y,Z三軸所需導(dǎo)軌長(zhǎng)度分別為375mm,425mm,225mm。 4．聯(lián)軸器的選擇 選用廣州菱科自動(dòng)化設(shè)備有限公司的LK6系列聯(lián)軸器YL1。外觀如下圖： 其結(jié)構(gòu)如下圖 基本參數(shù)如下表（mm）： 5．主軸電機(jī)的選擇 主軸電機(jī)選用安陽(yáng)萊必泰機(jī)械有限公司的雕刻機(jī)電主軸。 其外觀及結(jié)構(gòu)圖如下： 其參數(shù)如下表： 主軸型號(hào)Spindle type | 轉(zhuǎn)速Speed
(r/min) | 電機(jī) Motor | 外形尺寸 Dimensions(mm) | 變頻器Conv
Kw | 潤(rùn)滑Lub | 冷卻Cool | Bearings type | KW | V | A Hz | D | D1 | D2 | Joint of nose | L | L1 | L2 | ADX60-24Z/0.25 | 24000 | 0.25 | 220 | 1.2 | 400 | 60 | 55 | - | ER11 | 162 | 6 | 23 | 0.5 | grease | water | 1×7002C/P4
1×7000C/P4 |
6．機(jī)械性能參數(shù)的計(jì)算 分辨率：4/200=0.02(mm/step) 最高進(jìn)給速度：5000*4/200=100(mm/s) 機(jī)械精度：16/300=0.053（mm） 以下是各軸執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝效果圖： 以下是一些成品的照片，本設(shè)計(jì)的工作臺(tái)的最終形態(tài)基本上與這些成品相同。
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