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1. 總體結構 現在市面上流行的小型雕刻機工作臺主要有兩種。第一種如圖1所示工作臺只作Y方向的移動，而刀具作X方向和Z方向的移動。第二種則如圖2所示工作臺作X,Y方向的移動，而刀具只作Z方向的移動。 結構1的優點是制作容易，結構穩定。但由于工件隨工作臺移動，所以不能加工太重的工件，而且雕刻機尺寸不能太大。結構2雖然制作也較容易，然而穩定性要比結構1差很多。由于本次設計對機械部件結構的要求就是要小而輕便，加工工件的質量也是比較輕，因此選用結構1。 在該結構中，機械本體部分是雕刻機的骨架，有底座、立柱、工作臺、機頭和主軸組件等部分。在保證整個系統的機械剛性的前提下，為了簡化設計的結構，減輕整機重量，縮短產品的設計和制造的周期，其主體框架采用鋁合金制造，防護件用塑料件制造，用標準的緊固件和定位銷連接。 圖1 圖2 2．進給運動方案 我們設計采用的雕刻方式是:雕刻刀具只做高速旋轉和Z方向的進刀、退刀運動，而X-Y工作臺帶動工件作X,Y方向的進給運動，這兩個方向的基本運動方式如下:由步進電機的轉動帶動絲杠的轉動，帶動了工作臺的移動，從而實現某個方向(X或Y方向)的進給運動。在X，Y方向上的導向件采用直線導軌，其導向精度可滿足對工作臺定位精度的要求。 3．雕刻機主運動方案 雕刻機主運動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帶動主軸機構。專用的雕刻頭的優點在這里不在復述，但必須配以與之配套的變頻調速裝置，價格相對昂貴。因此，從經濟性的角度出發，經濟型的雕刻機則不宜采用。由于直流電機具有以下特點: (l)調速范圍寬 其轉子轉速可在寬廣的范圍內連續調節并穩定運行。 (2)特性呈線性 不論機械特性還是調節特性都呈現良好的線性度。即在整個調節范圍內，轉速隨轉矩的變化關系或是轉速隨控制電壓的變化關系都是線性的。 (3)快速反應 在輸入控制信號的作用下，轉子能迅速地反應動作，時間常數小。 故優先選用直流電機帶動主軸機構的方案。直流電機通過彈性夾頭直接與刀具連接。 1．滾珠絲杠副的選擇 本設計采用深圳市賽瑞德精工機械技術有限公司提供的G系列滾珠絲杠副 （滾珠內循環 固定反向器 單螺母）。其具體性能指標如下表： X，Y,Z軸的絲杠精度等級為4，螺紋長度分別為為300mm，350mm，150mm。絲杠總長分別為：375mm,425mm,225mm。 滾珠絲杠副軸頭尺寸如下： 2．步進電機的選擇 （1）銑削力的計算 當進行一般切削時產生的銑削力最大，因此只需計算此時的銑削力進行校核即可。取一般切削時：銑削深度ap=1mm,進給速度Vf=1200mm/min,n=15000r/min。根據經驗公式計算銑削力： F=42.76apVf0.75 n-0.62=22.45N （2）啟動轉矩的計算 對于4級精度的絲杠，η=0.85。已知Ph=4mm,設絲杠上最大負載G為500N,靜摩擦µ為0.2,根據經驗公式計算啟動力矩： T=(F+µG) Ph/(2Лη)×10－3＝0.0918N·M （3）步進電機的選擇 根據所需轉矩,結合所查資料決定采用杭州日升電氣設備有限公司的57BYG250C步進電機作為本次設計所需的驅動電機。 該電機的外觀： 技術參數如下： 外形尺寸如下： 其中L=76mm。 3．圓柱直線導軌的選擇 選用浙江新億特軸承有限公司的圓柱直線導軌（光軸）系列，其外觀及結構如下圖: X,Y,Z三軸所需導軌長度分別為375mm,425mm,225mm。 4．聯軸器的選擇 選用廣州菱科自動化設備有限公司的LK6系列聯軸器YL1。外觀如下圖： 其結構如下圖 基本參數如下表（mm）： 5．主軸電機的選擇 主軸電機選用安陽萊必泰機械有限公司的雕刻機電主軸。 其外觀及結構圖如下： 其參數如下表： 主軸型號Spindle type | 轉速Speed
(r/min) | 電機 Motor | 外形尺寸 Dimensions(mm) | 變頻器Conv
Kw | 潤滑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．機械性能參數的計算 分辨率：4/200=0.02(mm/step) 最高進給速度：5000*4/200=100(mm/s) 機械精度：16/300=0.053（mm） 以下是各軸執行機構安裝效果圖： 以下是一些成品的照片，本設計的工作臺的最終形態基本上與這些成品相同。
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