小型雕刻机的机械部分设计
小型雕刻机的机械部分设计
一． ?? 机构的传动原理圈及说明
1. 总体结构
现在市面上流行的小型雕刻机工作台主要有两种。第一种如图1所示工作台只作Y方向的移动，而刀具作X方向和Z方向的移动。第二种则如图2所示工作台作X,Y方向的移动，而刀具只作Z方向的移动。
结构1的优点是制作容易，结构稳定。但由于工件随工作台移动，所以不能加工太重的工件，而且雕刻机尺寸不能太大。结构2虽然制作也较容易，然而稳定性要比结构1差很多。由于本次设计对机械部件结构的要求就是要小而轻便，加工工件的质量也是比较轻，因此选用结构1。
在该结构中，机械本体部分是雕刻机的骨架，有底座、立柱、工作台、机头和主轴组件等部分。在保证整个系统的机械刚性的前提下，为了简化设计的结构，减轻整机重量，缩短产品的设计和制造的周期，其主体框架采用铝合金制造，防护件用塑料件制造，用标准的紧固件和定位销连接。
2．进给运动方案
我们设计采用的雕刻方式是:雕刻刀具只做高速旋转和Z方向的进刀、退刀运动，而X-Y工作台带动工件作X,Y方向的进给运动，这两个方向的基本运动方式如下:由步进电机的转动带动丝杠的转动，带动了工作台的移动，从而实现某个方向(X或Y方向)的进给运动。在X，Y方向上的导向件采用直线导轨，其导向精度可满足对工作台定位精度的要求。
3．雕刻机主运动方案
雕刻机主运动方案通常有两种方案:直接采用专用的雕刻头或采用直流电机带动主轴机构。专用的雕刻头的优点在这里不在复述，但必须配以与之配套的变频调速装置，价格相对昂贵。因此，从经济性的角度出发，经济型的雕刻机则不宜采用。由于直流电机具有以下特点:
(l)调速范围宽
其转子转速可在宽广的范围内连续调节并稳定运行。
(2)特性呈线性
不论机械特性还是调节特性都呈现良好的线性度。即在整个调节范围内，转速随转矩的变化关系或是转速随控制电压的变化关系都是线性的。
(3)快速反应
在输入控制信号的作用下，转子能迅速地反应动作，时间常数小。
故优先选用直流电机带动主轴机构的方案。直流电机通过弹性夹头直接与刀具连接。
二．??? 元件的选择
1．滚珠丝杠副的选择
本设计采用深圳市赛瑞德精工机械技术有限公司提供的G系列滚珠丝杠副 （滚珠内循环 固定反向器 单螺母）。其具体性能指标如下表：
X，Y,Z轴的丝杠精度等级为4，螺纹长度分别为为300mm，350mm，150mm。丝杠总长分别为：375mm,425mm,225mm。
滚珠丝杠副轴头尺寸如下：
?2．步进电机的选择
（1）铣削力的计算
当进行一般切削时产生的铣削力最大，因此只需计算此时的铣削力进行校核即可。取一般切削时：铣削深度ap=1mm,进给速度Vf =1200mm/min,n=15000r/min。根据经验公式计算铣削力：
F=42.76apVf0.75 n-0.62=22.45N
（2）启动转矩的计算
对于4级精度的丝杠，η=0.85。已知Ph=4mm,设丝杠上最大负载G为500N,静摩擦μ为0.2,根据经验公式计算启动力矩：
T=(F+μG) Ph/(2Лη)×10－3＝0.0918N·M
（3）步进电机的选择
根据所需转矩,结合所查资料决定采用杭州日升电气设备有限公司的57BYG250C步进电机作为本次设计所需的驱动电机。
该电机的外观：
技术参数如下：
外形尺寸如下：
其中L=76mm。
3．圆柱直线导轨的选择
选用浙江新亿特轴承有限公司的圆柱直线导轨（光轴）系列，其外观及结构如下图:
X,Y,Z三轴所需导轨长度分别为375mm,425mm,225mm。
4．联轴器的选择
选用广州菱科自动化设备有限公司的LK6系列联轴器YL1。外观如下图：
其结构如下图
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基本参数如下表（mm）：
5．主轴电机的选择
主轴电机选用安阳莱必泰机械有限公司的雕刻机电主轴。
其外观及结构图如下：
其参数如下表：
6．机械性能参数的计算
分辨率：4/200=0.02(mm/step)
最高进给速度：5000*4/200=100(mm/s)
机械精度：16/300=0.053（mm）
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