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1、摘 要截止目前，中國機械工業(yè)發(fā)展已走過五十余個年頭，機械工業(yè)發(fā)展成就顯著，規(guī)模、基礎初具，能把國民經濟、人民生活的需要基本滿足。不過，雕銑機價格普遍比較高,基于雕銑機的普及率提升,課題論文意在完成簡練、經濟的機械運動系統(tǒng)開發(fā)設計，以此滿足現實需要。在論文對雕銑機起源以及發(fā)展的現狀進行簡介基礎上，對各國同類雕銑機具備的優(yōu)勢、特征加以分析，闡述了雕銑機的使用范圍及基本功能。對加工工藝等方面的知識進行了概括，將雕銑機運動系統(tǒng)設計的簡化思路提出。完成了本次設計的雕銑機總體結構的布局分析討論與確定。本次畢業(yè)課題設計的的雕銑運動系統(tǒng)主要由以下幾大部分構成，即主運動系統(tǒng)、進給運動系統(tǒng)。主運動系統(tǒng)中省略了中間
2、傳動，并且采用的是電機直接刀具，但在進給運動系統(tǒng)方面，本文所選擇步進電機來把滾珠絲杠帶動，以此于導軌上平移部件，把四軸聯動操作需求實現。詳細設計與計算了主電機的選用及主要零部件（比如、滾珠絲杠、步進電機、導軌）。而且，本次畢業(yè)課題所設計的雕銑機的基本優(yōu)勢包括制造成本較低、構造新穎、結構簡單、安裝方便等，能在中小型雕銑機應用，不過，某程度來看，會影響到雕銑機的價格。關鍵詞：總體布局；運動系統(tǒng)；雕銑機結構 第1章 緒 論1.1 雕銑機概述北宋時期發(fā)明的活字印刷，實質就是雕銑技術的雛形?！捌浞ㄓ媚z泥刻雕銑可追溯到遠古時期，薄為錢唇，火燒堅（夢溪筆談）”。此處所記載的刻字可以歸入雕銑技術范疇。伴隨著時
3、代變遷，雕銑藝術在中國發(fā)展速度持續(xù)加快，中國手工雕銑技術（篆刻泥人雕、紅木雕、象牙雕等）堪稱一絕，世為驚奇。機械雕銑發(fā)展速度最快的時代當數20世紀90年代后。本階段內，機械雕銑技術由傳統(tǒng)的刻字機發(fā)展成為刻章機，隨后，三維雕銑機正式問世，這也標志著制作工藝發(fā)展進入完善時期。由于技術的完善，其應用范圍同樣獲得了空前拓展。大至樓堂管所裝飾，小至商家門店招牌、產品的銘牌、標識，雕銑技術的痕跡與蹤影幾乎已遍及生活的每個角落。Engraving Plotter（雕銑機）是指用機器將人工替代，完成雕銑的裝置。全球首臺手動雕銑機誕生于法國的“嘉寶”（1938）。隨后，全球首臺可縮放比例的、電動的、真正意義上的
4、手動雕銑機于1950年被“嘉寶”研制成功并正式推出。法國、日本和美國等國隨后同步跟進，將此項技術攻關提上議事日程。微電子技術在90年代一路狂飆突進，微型計算機在此前提下也急劇向前發(fā)展。在微型計算機技術、微電子技術促進下，高技術群體整體進入快速發(fā)展階段，雕銑機也迎來了質的飛躍時代，由2D2.5D3D這一發(fā)展變革順利完成。對于雕銑機研制來說，最基本的標準主要體現在價格合理、造型美觀、性能穩(wěn)定和功能完善這幾個方面。我國數控雕銑機行業(yè)在國內制造業(yè)快速發(fā)展的前提下，發(fā)展同樣比較迅速，數控雕銑機研發(fā)與推廣應用齊頭并進，進程加速。歷經10余年趕超，已由當初的經濟型數控雕銑機數控機床，發(fā)展出了多個具有自主知識
5、產權的國產品牌雕銑機，中高級型數控雕銑機在競爭中不斷取得突破。不過，與現實需要相比，現有技術依然存在較大的提升空間。因為國內制作加工等行業(yè)原因，低端機械需求總量不斷降低，對高級機械的需求量則與日俱增?？陀^來看，國產數控雕銑機的缺陷具有一定的客觀性，比如，在高級數控體系、功用部件上，對進口的依賴性比較突出；現有數控雕銑機公司的深度開發(fā)技術不足。因此，國產高級數控雕銑機的“質低價高”窘境也自然形成，無法滿足國內現實生產需求。雕銑機產品競爭力提升的基本途徑主要在于：持續(xù)加大研發(fā)投入，尤其注重數控體系、主要部件設計開發(fā)，由深度、廣度等層面入手，完成軟件開發(fā)技術的深度探索。具有現實意義的是，需要相關行業(yè)
6、加強橫向聯系，以此實現工業(yè)化技能發(fā)展，展開深層次技能開發(fā)設計。啄木鳥數控雕銑機是上海洛克公司研發(fā)制造的電腦雕銑機，首批“啄木鳥”牌電腦雕銑機于1993年正式誕生，中國廣告和模具業(yè)以此為標準，翻開了嶄新篇章?！白哪绝B”牌電腦雕銑機甫一問世，立即收獲市場的熱烈反應，吸引了諸多學者、行業(yè)的關注目光。洛克人面對國內市場的普遍稱贊與強大支持，沒有沉迷，而是更進一步，著眼于模具、廣告等眾多專業(yè)市場需要，持續(xù)研發(fā)制造出了諸多引領行業(yè)發(fā)展的系列雕銑機。公司以全面的市場調研為依據，將大筆資金投入新產品、新項目開發(fā)設計，新型電腦雕銑機年均研制速度多達4款，以此對專業(yè)市場、專業(yè)客戶持續(xù)提升的產品需求加以滿足。洛克人
7、始終稟呈“創(chuàng)新、求實、勤奮、忠誠”理念,將“洛克產品，品質典范”當做自己唯一的奮斗方向。只用短短數年時間，更實現了持續(xù)超越，先后把4大系列共46款不同性能、規(guī)格的專業(yè)雕銑機陸續(xù)提供給國內市場，涵蓋行業(yè)廣泛，從廣告、禮品制作到鞋模加工，印刷行業(yè)、皮革行業(yè)、印章雕銑、模具加工等，洛克牌電腦三維雕銑機已浮獲更多的親睞與支持，其中，最受客戶、學者支持認可的是ME-系列三維電腦雕銑機，這個產品系列也因此成為高新技術成果轉換項目（2003），公司的“上海市高新技術企業(yè)”地位因此也更加牢固?！白哪绝B”用戶幾乎遍及全國所有省份，且出口至孟加拉國、中東、越南、泰國、俄羅斯、緬甸、韓國、日本、美國、澳大利亞等國家
8、，國外市場反應同樣比較積極。南京科能公司出品的威克數控雕銑機（CNC）、北京糟雕公司研制生產的精雕數控雕銑機：具有8把刀具的全自動換刀系統(tǒng)，進一步促進了加工快捷化； 全自動吸附系統(tǒng)讓工件手工裝夾成為歷史，獲得了更高的工作效率；5.5KW進口主軸從意大利進口，獲得了更大的切削力；全電腦控制，所見即所得；集中式除塵系統(tǒng)可以保證加工工件更加光潔。家具雕花、實木（玻璃）門雕銑等是其主要適用范圍。分析國產品牌雕銑機可發(fā)發(fā)現，機床本體的結構通常比較簡單，國外技術在控制器方面的應用多較多，主要選擇的是基于高檔的PC或微控制器數控系統(tǒng), 步進電機細分驅動是伺服部分的主體，能把中等控制精度獲得。廣告雕銑這類對精
9、度要求不太高的行業(yè)是此類產品應用的主體行業(yè)，國產雕銑設備與進口雕銑設備相比，有良好的性價比,這也是市場占有量比較好的一個基本原因。不過，總體來看，國產雕銑設備的價格同樣比較高。國外產品中,美國研發(fā)生產的“雕霸”牌雕銑切割機，不但型號齊全，而且極為適用，在木材加工、廣告店行業(yè)內有著廣泛的用途，世紀雕霸雕銑機單人操作，使用方便、快捷，經濟實惠。采用臺灣直線支承導軌的1325機床丫軸，能把機床精度全面提升，其在加工實踐方面，和TYl290相比，加工精度與速度基本相同。1325機床能在標牌制作、大型浮雕和幅面較大的面板切割等諸多行業(yè)中適用，傳統(tǒng)的大型雕銑機僅可用于切割的歷史由此得到改變，大型機床雕銑大
10、幅面浮雕、胸牌等逐步拓展了這類設備的應用空間，同時，其對大型木器CNC雕銑也比較適用。日本的御牧、全量，意大利的左拉以及法國的嘉寶等，均屬品牌雕銑機,也是雕銑機領域內的佼佼者。這些公司研發(fā)的雕銑機的質量特征表現在：有功能全面控制系統(tǒng)，產品精度高、剛度好，運行與加工可靠性高等,因此，在高精度加工場合（模具等），前述外國產品居于壟斷地位。由這些著名公司研發(fā)的設備，價格大多是國產產品的數倍，普遍來說，均極其昂貴。國產木工機械明顯落后于意大利、德國等歐洲強國。國內雕銑機行業(yè)中，上?！白哪绝B”、北京“精雕”逐步占居國內市場的更多份額。不過，雕銑機價格過高對其普及應用形成了一定的約束?；诖祟惍a品的普及率
11、提升，進行簡練、經濟的機械運動系統(tǒng)開發(fā)設計，實用價值與理論意義同在。1.2 雕銑機開發(fā)設計的基本特征本質來看，雕銑機是一種機電一體化設備，在同類產品中極具代表性。以下即為其制造、設計、產品等不同方面體現出來的特征：（1）機械機構簡化，精度提高機械系統(tǒng)選擇調速電機做為動力驅動，機械傳動鏈因此得以縮短，在把機械機構簡化基礎上，將來自間隙、磨損、機械摩擦等的傳動誤差降低。（2）柔性自動化與多功能極易實現現代雕銑機采用計算機控制系統(tǒng)，在把其它信息處理與控制設備取代的同時，自行診斷、自動保護、自動調控、數據處理、自動檢測等的實現更簡單、更方便，同時能把記錄、打印等可以自動現實。而在計算機軟、硬件結合基礎
12、上，能把柔性自動化實現，靈活性極為突出。本次設計的雕銑機僅設計了機械部分，本設計的柔性自動化與多功能極易實現。重點選擇的是電機直接接刀具，在此基礎上把滾珠絲杠直接連接步進電機、主運動系統(tǒng)實現。 1.3 雕銑機的功能及其應用雕（Carving & Molding）、刻（Engraving）、切（Cutting）均能在雕銑機中完成，比如：（1）建筑模型：主要是指制作軍事、城市規(guī)劃、房地產開發(fā)等方面的模型；（2）工業(yè)應用：主要是指儀器儀表操作面板、機器銘牌、部件打標、刻度盤等；（3）模具行業(yè)：主要是指小型模具加工；（4）禮品行業(yè)：如鑰匙鏈、啟瓶器、獎牌、鋼筆、打火機等個性化禮品；（5）導向牌、指示牌
13、、桌牌、胸牌和大型標示牌等標志標牌；（6）雕銑印章等其它商業(yè)應用。1.4 龍門式數控雕銑機設計的目標 在機電與微電子技術深度結合基礎上，雕銑機開發(fā)設計必須要全面遵守下列各項總目標：（1）柔性化產品功能的靈活性得到全面提升，和用戶多樣化使用需求更相契合。（2）自動化產品操作使用復雜程度、操作工作的勞動強度降低，操作人員的操作任務量、輔助運行時間全部減少，生產過程平穩(wěn)，實現了生產效率提升。（3）模塊化基于軟硬件結構，能把產品功能劃分成為不同的組成模塊。與此同時，獨立分析所有功能模塊，利用標準接口將不同的模塊連成一體，系統(tǒng)由此形成。（4）整體優(yōu)化在簡化結構、強化功能等目標函數基礎上，全面優(yōu)化設備的參
14、數選擇與結構設計，將整體優(yōu)化目標實現。（5）高速化將數控系統(tǒng)插補控制與運算速度全面提升，向速度要效率，讓高效率與高速度緊密關聯。第2章 系統(tǒng)分析與方案的訂制2.1 設計龍門雕銑機的基本參數2.2 雕銑機設計的總體方案2.2.1 方案布局以下各點即為雕銑機的總體布局標準：(1)基本標準：經濟性、生產率、工作精度和加工范圍等必須獲得有效滿足；(2)為既定技術的工件和刀具位置、相對運動需求滿足提供保障。在合理、經濟前提下，將較短的傳動鏈盡可能采用，以此實現機構簡化，傳動的效率、精度提升目標；(3)對雕銑機能把標準加工精度實現所需要的熱變形、抗振性、剛度以及噪音水平提供保障；(4)加強維護，保障安全；
15、便于清理、工件裝卸和輸送；便于維修、調整和操作；便于觀察加工過程； (5)結構簡單，合理可靠，便于加工和裝配。(6) 外型美觀大方，占地面積小，降低制造成本，節(jié)約原材料，重量輕，體積?。豢傮w布局基本標準獲得滿足的條件下，下列對雕銑機布局存在干擾的主體因素同樣必須全面顧及：1）表面運動的影響往往選擇各種刀具加工制作形狀不同的加工表面，因此，表面形成的運動形式和數目也存在差別，布局差異也由此形成。對于形狀相同的加工表面而言，因為有不同的工件的生產率要求、技術要求等，所以同樣能選擇不同刀具，表面不同形成運動完成實際制作，讓不同布局由此形成。這表明，雕銑機布局的形式主要取決于工件表面形成運。所以，在雕
16、銑機布局過程中，加工標準是一種基本依據，對工件表面形成方法與運動進行綜合性的、全面性的考慮，這樣才能把經濟效應、技術效應良好的布局設計完成。2）雕銑機運動分配影響如果雕銑機運動分配存在區(qū)別，那么，即便工件表面的形成方法與運動一樣，雕銑機布局同樣會存在區(qū)別。對同一種運動分配布局來說，因為導軌布置不同，其它結構型式差異，所以，雕銑機布局同樣會因此而有所不同。在雕銑機運動分配過程中，下列幾點必需高度關注：A必需要盡可以的輕量化移動部件。其它條件一樣時，移動部件規(guī)格、重量與電機功率需求、傳動件尺寸之間成正比。B必須對加工精度提升有利。C必須對雕銑機的剛度提升、占地面積縮減有利。3）工件形狀、重量及尺寸
17、影響工件的表面形成運動大體類似于雕銑機部件運動分配，但是，工件的形狀、質量以及尺寸之間存在區(qū)別，所以，雕銑機布局的差異同樣會比較明顯。同時，模塊化設計法影響；操縱方便性影響；抗振性、剛度、熱變形、噪聲和振動等雕銑機性能要求影響也要考慮在內。2.2.2 方案的具體確定對有關資料的具體查閱結果表明，現有雕銑機的基本布局方式一般有2種，具體如圖2.1。圖 2.1 雕銑機布局簡圖盡管是兩種不同的布局方案，不過二者均有較高的雕銑機剛度要求，且全部選擇了龍門框架結構。 第（1）種布局方案：在立柱縱向移動，雕銑頭上下移動、橫向移動的同時，工作臺保持固定。本方案對向縱向長度不同的各類雕銑機轉化有利。因為工作臺
18、保持固定不動狀態(tài)，因為具有更突出的承載能力，對較重工件加工制作比較適用。在選擇外伸支架對批量加工縱向長工件提供支撐過程中，因為支點的高度一樣，所以可以方便的調整支架支撐。不過立柱移動通常比較笨重，而且無法有效保障雕銑頭運動精度。第（2）種布局方案：工作臺縱向移動，雕銑頭上下移動、橫向移動的同時，立柱保持固定。因為移動的是工作臺，所以，和第一種方案相比，本方案的承載能力較差。承載工件如果設計的并不重，此類布局策略所需傳動件尺寸、電機功率不大，移動同樣比較容易完成。在選擇外伸支架對批量加工縱向長工件提供支撐過程中，因為支點的高度一樣，所以可以方便的調整支架支撐。不過，和第一種方案相比，本方案中的支
19、架結構更復雜一些。雕銑頭運動精度較易保證，這是本方案的最突出優(yōu)勢。在對比兩種方案基礎上，經過對三維雕銑機的設計參數、影響布局的基本因素、布局的基本要求等充分考慮，第一種布局方案為本文采用。2.3 雕銑機運動系統(tǒng)設計方案在總體布局型式確定基礎上選擇雕銑機的不同構成部分方案是本部分探索的重點。即轉速范圍、主運動和進給運動傳遞方式、步進電機的結構型式和參數、主電機的結構型式和參數、直線導軌的結構型式和參數、滾珠絲杠的結構型式和參數、有效雕銑區(qū)域等。2.3.1 坐標系統(tǒng)確定直角卡笛兒坐標系統(tǒng)、右手法則為雕銑機坐標系統(tǒng)選擇應用。如圖2.2所示，直角坐標系中的基本坐標軸是X、Y、Z，和各旋轉運動符號A、B
20、、C保持對應關系。和工件裝卡面垂直但與雕銑機主軸處于平行狀態(tài)的坐標軸為Z軸。圖 2.2 右手坐標系統(tǒng)2.3.2 總體結構作為雕銑機主體架構的機械本體部分，主要由主軸組件、機頭、工作臺和底座、立柱等構成。在系統(tǒng)整體機械剛性保障基礎上，基于整機重量減輕、設計結構簡化、產品設計與生產時間縮短，本文選擇鋁合金拉延型材、軋制鋁板來制造其主體框架，用飯金件、塑料件制造防護件，定位銷連接采用的是標準緊固件。制訂總體方案時必須將編輯輸出平臺部分、智能電子控制部分和機械部分同時考慮在內。機械部分是本設計的基本內容，重點對轉速范圍、主運動和進給運動傳遞方式、步進電機的結構型式和參數、主電機的結構型式和參數、直線導
21、軌的結構型式和參數、滾珠絲杠的結構型式和參數、有效雕銑區(qū)域總體布局的型式等做出分析、確定。以下各點即為雕銑機的總體布局標準：(1)基本標準：經濟性、生產率、工作精度和加工范圍等必須獲得有效滿足；(2)為既定技術的工件和刀具位置、相對運動需求滿足提供保障。在合理、經濟前提下，將較短的傳動鏈盡可能采用，以此實現機構簡化，傳動的效率、精度提升目標；(3)對雕銑機能把標準加工精度實現所需要的熱變形、抗振性、剛度以及噪音水平提供保障；(4)加強維護，保障安全；便于清理、工件裝卸和輸送；便于維修、調整和操作；便于觀察加工過程； (5)結構簡單，合理可靠，便于加工和裝配。(6) 外型美觀大方，占地面積小，降
22、低制造成本，節(jié)約原材料，重量輕，體積?。?.3.3 主運動設計方案一般來說，雕銑機主運動方案有以下2種：采用直流電機帶動主軸機構、直接采用專用的雕銑頭。帶輪與直流電機組合盡管同樣能把主軸速度要求滿足，價格也不算貴，不過，機械結構復雜度將會因此增大。專用的雕銑頭優(yōu)勢不再贅述，將和其保持匹配的變頻調速裝置設置其中，不但實用，更為簡單，所以，專用雕銑機電機為本設計采用。2.3.4 進給運動設計方案綜上所述，在立柱縱向移動，雕銑頭上下移動、橫向移動的同時，工作臺保持固定方案為本文采用。在橫梁上X向移動機頭，A軸旋轉運動，以此方式把雕銑寬度實現；底座上Y向移動工作臺，把雕銑長度實現；Z向上下移動主軸組件
23、，把雕銑深度實現；工件在A軸帶動下360度旋轉，把外圓周雕銑實現。因為滾珠絲杠副的優(yōu)勢比,所以，所有運動鏈傳動件全面選擇滾珠絲杠副。滾珠絲杠副直接連接步進電機。導軌方面，所有運動鏈內的支承件全部選擇滑動直線導軌副。2.3.5加工刀具設計方案與標準刀相比，加工非金屬的刀具參數明顯不一樣，所以必須自制或外購。通常來看，按刀尖角可將雕銑刀劃分成直柄球面銑刀、直柄立銑刀、成型刀、45刀、30刀、20刀、15刀。按材質可把刀具劃分成金剛石刀具、硬質合金刀具和高速鋼刀具，這樣能把材質不同工件加要需要滿足。標準刀具為本文采用。選擇在主軸前端的彈性夾頭夾持法安裝刀具，實現扭矩傳輸，刀具夾持直徑如果不一樣，宜把
24、配套彈性夾頭更換。2.3.6系統(tǒng)設計評價機電一體化產品開發(fā)與設計可行性方面，由于開發(fā)、設計水平存在區(qū)別，通常由下列各點做出衡量。1.結構工藝性。設計的系統(tǒng)結構必須能把維修便利、安裝便利、加工生產便利、制造便利等技術標準滿足。2.人機安全性。3.操作宜人性。4.運行穩(wěn)定性。5.系統(tǒng)可靠性：指給定運行條件以及預定時間內，系統(tǒng)可以正常運行的機率。6.工效實用性：通常采用精度，質量，產量等系統(tǒng)總體技術指標衡量；2.4 本章小結總體來看，設計龍門雕銑雕銑機的特征主要表現在：和系統(tǒng)設計評價的所有相符，與市場需求相適應；選擇機電一體化核心技術將產品智能化標準實現；采用專業(yè)廠家出品的部件為核心部件，對產品質量
25、提供保障；框架式主體結構，設計過程簡化；選擇機電互補策略，產品結構簡化；藝術化造型，方便實用，簡潔明快。第3章 主運動系統(tǒng)的設計與校核木材、有色金屬材料（銅及其合金、鋁等）、有機材料（橡膠等）及塑料等均為機械雕銑機的加工對象，良好的塑性、較高的強度是此類材料的特征。銑削和鉆削全部采用高速鋼標準麻花鉆(d0=3mm)、硬質合金直柄立銑刀(d0=8mm，z=2)，并于鋁板(180MPa)上展開，切削功率、切削扭矩和切削力分別計算出來。 以機械雕銑機的使用功能、加工范圍、實際生產時切削方式的區(qū)別為依據來分配使用時間。統(tǒng)計表明，切削方式大體能進行以下四類劃分，即快速進給、精細切削(刻)、一般切削(雕)
26、和強力切削(切)，10%，50%，30%，10%則是使用時間的具體分配。3.1 銑削力、扭矩與功率計算下列銑削功率、銑削扭矩和銑削力經驗公式可以通過資料查閱獲得。式內，()為扭矩M（Kgm）銑削功率，為銑削條件改變時銑削力修正參數，(N)為 圓周銑削力。銑刀轉速，銑刀齒數,每齒進給量，銑刀外徑=8,銑削速度，進給速度，銑削深度，銑削寬度(mm)=均由資料查詢獲得。對應于硬質合金鋼立銑刀的下列參數可由查詢機械加工工藝手冊1卷中表9.4-10獲得：-0.13,，, (45#鋼)在(3.1)式、(3.2)式、(3.3)內代入已知參數并簡化，只和銑刀轉速n、進給速度vf和切削深度ap相關的算式即能獲得
27、。同時，絲杠轉速初選絲杠導程(mm)代入銑刀轉速n、進給速度vf和切削深度ap的變量（四種切削方式），把計算分別展開。1)強力切削在（3.4）式（3.5）式（3.6）式（3.7）式內代入參數=9000，=120，=2.5，得到下式1)強力切削在（3.4）式（3.5）式（3.6）式（3.7）式內代入=2.5，=120，=9000等參數，獲得2)一般切削在（3.4）式（3.5）式（3.6）式（3.7）式內代入=1，=1200，=15000參數可以獲得=0.702 3)精細切削在（3.4）式（3.5）式（3.6）式（3.7）式內代入=0.5，=2400，=20000等參數，可以獲得4)快速進給在（3
28、.4）式（3.5）式（3.6）式（3.7）式內代入=0，=3600，=0等參數，可以獲得，=0， =0，=03.2鉆削力、扭矩及功率計算對應于高速鋼標準麻花鉆的下列參數可通過機械加工工藝手冊二卷表10.4-11獲得：,（加工45#鋼），在(3.8)式、(3.9)式、(3.10)式代入前述所查出來的各項參數,只和鉆頭轉速、進給速度有關的算式即可獲得。=同時，絲杠轉速初選絲杠導程代入4種切削方式內的鉆頭轉速、進給速度變量，完成下列各項計算1)強力切削在式內代入=300，=9000代入等參數可以獲得2)一般切削在式內代入=480，=15000等參數可以獲得=0.303)精細切削在式內代入=600，=
29、20000等參數可以獲得4)快速進給在（3.11）式（3.12）式（3.13）式（3.14）式內代入=900，=0等參數可以獲得=900/4=225，=0， =0，=03.3主運動系統(tǒng)設計主運動系統(tǒng)中主軸電機結構形式是這一節(jié)設計與計算的重點，通過設計反中軸的參數、型號等確定?；谥鬟\動系空間占用比例的縮減，選擇從主軸電機直接接上刀夾，將傳動機構在中間環(huán)節(jié)省略。3.3.1主運動系統(tǒng)設計方案基于機械結構簡化，主軸電機直接接上刀夾策略為本文采用，并由此將傳動鏈省略，空間占用全面減小，損耗也因此得以降低。3.3.2主軸電機設計計算基于前文結果，選擇相應的安全系數，將傳動效率忽略，以下即為主軸電機所需轉
30、速、功率和扭矩計算步驟：1）轉矩電機的扭矩來自機電一體化系統(tǒng)設計手冊?；?.1、3.2兩個小節(jié)中的計算結果，轉矩=0.44(Nm)，這是最大扭矩值所以，當，標準即可得到滿足本文將確定為額定轉矩2）功率電機功率來自機電一體化系統(tǒng)設計手冊。基于3.1、3.2兩個小節(jié)中的計算結果，最大功率功率=0.72 。所以讓本文將確定為額定功率所以，電機設備中的雕銑機用電機主軸由安陽萊必泰機械有限公司提供,表3-1即為這種設備的基本參數：3.4 本章小結編輯輸出平臺、智能電子控制部分和機械部分部分是制訂總體方案必須顧及的基本內容。機械部分是本設計的基本內容，重點對轉速范圍、主運動和進給運動傳遞方式、步進電機的
31、結構型式和參數、主電機的結構型式和參數、直線導軌的結構型式和參數、滾珠絲杠的結構型式和參數、有效雕銑區(qū)域總體布局的型式等做出分析、確定。第4章 進給運動系統(tǒng)設計計算A軸的旋轉運動、橫梁的前后移動、小車左右移動、主軸的上下移動是雕銑機進給運動的基本構成部分。Y軸部件，X 軸部件，Z主軸部件的設計基本一樣。X 軸進給運動傳動鏈中直線導軌、滾珠絲杠、進給電機設計是本章重點，由此把參數、型號及規(guī)格確定。4.1 Z方向進給運動系統(tǒng)設計4.1.1Z系統(tǒng)組成滾珠絲杠和步進電機直接連接在上文已有分析，其能把電機旋轉運動向部件移動轉化。如圖4.1所示即為其結構示意圖4.1.2滾珠絲杠副與支撐軸承選擇選擇軸承類型
32、的依據由于絲杠承受的是極小的軸向力,同時，絲杠兩端分別游動、和電機固定,預拉伸力并不存在。同時，選擇直線運動球軸承的好處主要有：(1)因為流動接觸因素，動磨擦阻力、起動磨擦阻力因此很小，所以，能實現能源節(jié)約，較高運動速度容易獲得；(2)增加負荷時，磨擦系數變化不敏感，所以，重負荷條件下的磨擦系數很小，精度可以長期保持穩(wěn)定狀態(tài)，能長期保持機械壽命。(3)直線運動軸承具有良好的互換性，可以讓安裝使用更加省時、便利，且讓機械具備了重量輕、小型化、結構新穎等基本特征。(4)給油手續(xù)簡化，能實潤滑保養(yǎng)維護簡便目標；(5)異物侵入頻繁或者灰塵較多條件下，同樣適合采用雙側附加油封軸承；綜合考慮后，Z軸軸承采
33、用直線軸承（LMF-10型）。4.1.3電機選擇FL86S7H156-4204A型步進電機為本設計所采用。4.1.4聯軸器選擇4.2 X,Y向進給運動系統(tǒng)設計因為X、Y軸之間的相似度極高，因此同時闡述XY軸。4.2.1 系統(tǒng)構成如前所述，滾珠絲杠和步進電機直接連接，能把電機旋轉運動向部件移動完成轉化。如圖4.4所示為結構示意圖。4.2.2滾珠絲杠副與支撐軸承選擇和Z軸相比，絲杠外形沒有區(qū)別，選擇直線軸承為本設計所用軸承。4.2.3電機選擇步進電機被本設計選用。4.2.4聯軸器選擇SDWA31聯軸器（與Z方向一樣規(guī)格）為本文采用。4.3 本章小結進給系統(tǒng)主要包括以下幾個：卡盤旋轉機構Y向帶動實現
34、雕銑寬度；上工作臺在下工作臺上Z向移動實現雕銑深度；下工作臺在底座上X向移動實現雕銑長度。以上工作臺部件為分析例證，對進給運動傳動鏈中直線導軌副、絲杠螺母副和進給電機進行了重點設計，并且完成了參數、型號及規(guī)格確定。第5章 A軸結構設計A軸總共包括五個部分，即底座、卡盤、軸、減速齒輪箱及電機。5.1軸的計算5.1.1軸材料選擇基于上文所分析的各種傳動裝置參數，能獲得=7000r/min; =0.8(kw)；=115是查表取值結果；=9.83mm取10mm5.1.2軸的機構設計（1）軸上零件裝配方案擬定從右至工分別是帶輪、軸承、軸承、三爪掐盤。（2）基于軸向定位標準，完成軸的各段長度與直徑確定1.
35、軸的最小直徑很明顯裝配了帶輪處的直徑，選擇=10 mm，基于軸端擋圈不壓在端面上只壓在帶輪上保障，所以，段長度必需略寬于帶輪寬度，為調試提供方便，將帶輪寬度取25毫米（本文選擇的=30）。通過軸肩定位帶輪右端,如果軸肩高度，并且選擇=1 mm、=8.5，那么則有=12 mm。2.采用滾動軸承。由于徑向力是軸的所承受的主要作用力，軸向力作用通常無影響，所以選擇深溝球滾動軸承，因為軸=12mm，所以選擇6202型軸承，它的具體尺寸分別是15mm，35mm, mm.因此有下列參數=15mm，=10mm；因為軸=12 mm，所以選擇6202型軸承，它的具體尺寸分別是=15mm，35mm, mm.因此有
36、以下參數=15mm。3.軸肩。基于軸座外形規(guī)模、電動機外形尺寸，因此打算采用軸肩=19mm，=21mm。4. 軸向定位軸上零件采用螺絲夾緊鏈接軸與帶輪的軸向定位策略。5.軸上圓角、倒角尺寸規(guī)格確定采用0.545軸端倒角，所以軸肩部位圓角半徑選擇的是R=1mm 5.1.3計算過程1.如圖所示，在軸的結構圖基礎上把軸的計算簡圖繪制成功，6152型深溝球滾軸承來說，選擇，并且采用L=-2a=102-29=84mm為簡支梁軸支承跨距。2.以彎扭合成應力為依據完成軸硬度校核校核過程中，一般僅進行軸上承受危險截面C（扭距截面）、最大彎距的強度校核。以查表取值，并將脈動循環(huán)變應力采用扭轉切應力為基本依據，選
37、擇0.6，以下即為軸的計算應力。 許用彎應力上文查獲值為=60Mpa,而且由于存在條件，所以安全。3.軸疲勞強度校核1)扭矩是影響截面A，B的唯一載荷，由過渡配合、軸肩所導致的應力集中盡管全部會把軸的疲勞強度削弱，不過，因為是以扭轉強度相對寬裕確定軸的最小直徑，因此不必校核截面A，B。分析軸的疲勞強度受到應力集中的影響表明，V、VI處與截面過盈配合導致了最明顯的應力集中；分析受載情況表明，截面C上形成了最高應力。和截面V相比，截面VI的應力集中干擾并無過大區(qū)別，不過，扭距不會影響到截面VI，所以，強度校核無需進行。盡管截面C有最高應力，不過應力集中較?。▋啥顺袚诉^盈配合、槽所導致的全部應力集
38、中),同時，此處的軸有最大直徑，所以僅需進行截面V左側校核，無需校核截面C。由于V右側有較大的軸環(huán)直徑，所以無需校核。2)截面VI左側W0.1d30.14539112.5mm3為抗彎截面系數；WT0.2d30.245318225mm3為抗扭截面系數；截面V左側彎矩：截面V上扭矩：=195300截面上彎曲應力為：截面上扭轉切應力：=640 MPa, =155 MPa, 查表獲得。選擇45#鋼為軸材料，調質處理。選擇插入法計算過盈配合部位值，而且選擇 則磨削加工軸， （表面質量系數查表區(qū)復）所以有以下綜合系數值： 同時，將炭鋼特征系數從表中查獲0.10.2 ，取 0.050.1 ，取 因此，以下即
39、為截面VI左側的軸安全系數=由于材料均勻度不夠，未獲得較高的計算精度，所以，采用s1.6。所以，截面VI左側中的該軸強度同樣比較充足。由于瞬時過載、明顯的應力循環(huán)不對稱性并不存在，所以靜強度校核不必進行。5.2電機選擇上文所計算出來的減速齒輪結果中，三個齒輪的傳動比i分別是15=z3/z1=14/100=0.14；且主軸計算方面，除了相關安全系數外，傳動效率忽略。因此，本節(jié)計算的主軸電機所需要的轉速、扭矩功率兩個參數為：轉矩M0：電機扭矩從機電一體化系統(tǒng)設計手冊中查詢獲得以上文中3.1、3.2節(jié)的計算結果為依據，計算出來的最大扭矩值是0.44Nm。所以當=0.44時，標準即可滿足額定轉矩選擇數
40、值是=2.5Nm功率計算電機功率由機電一體化系統(tǒng)設計手冊提供。從3.1、3.2節(jié)中的相關計算結果來看，可以將最大功率計算出來 ，即最大功率是0.72Kw。所以，設P=0.72。且將額定功率確定為Pe=0.8kw。5.3卡盤設計完成調質處理的45#鋼綜合機械性能良好，可以在類型不同的各主要構件中應用，尤其能在交變載荷影響下運行，比如軸類、齒輪、螺栓及連桿等，因此，45#鋼最適合用做卡盤材料。5.4頂針選擇作為搭配卡盤的頂針，是一種標準件，可以完成雕銑物品部件固定，因此，對于雕銑機來說，頂針同樣是一種必備部件。因此，僅需將其高度設定，并直線對齊卡盤與針尖就可以，45#鋼同樣適合做頂針的材料。5.5
41、本章小結閉環(huán)控制常用于精密雕銑機，通過反饋控制系統(tǒng)18完成數據采集，在輸進系統(tǒng)中完成數據信號處理，并把調節(jié)指令輸出，把準確的指令信號提供給執(zhí)行器，反饋調節(jié)由此能得以實現，可以把極高的控制精度、加工質量獲得。從小型雕銑機功能與用途來看，這種設備在一般性精度加工標準方面有較多應用，同時，顧及成本因素。開環(huán)控制的基本優(yōu)勢表現在維修調試全部相對便利、易實現、結構簡單，而且，它的精度標準能把通常標準基本滿足，價格也比較合理、經濟。第六章 工程影響分析通常認為，環(huán)境因素、氣候因素、地基因素、機具因素、技術因素、人為因素等均會影響到工程項目質量與進度等。但是，各國學者則認為，對于工程項目來說，最主要的影響因
42、素實質上是人為因素，由人導致的影響一般表現在： 1.沒有認識到項目特征及其完成的條件。例如，對項目技術困難估計不足，設計與施工可能會發(fā)生的各種問題沒有考慮到，因為有科研與試驗開展需要，因此有時間與資金需求；工程建設參與單位眾多導致的工作難協(xié)調因素未充分估計；沒有事先弄清楚建設條件以及項目的供電、供水與交通；沒有弄清施工物資供應計劃與安排。 2.參加者責任心不強，導致工作失誤。比如，項目業(yè)主的決策滯后；設計拖拉，不能按時完成設計；總包施工承包單位沒有準確選擇分包單位；質檢、建委審批時間延誤。 3.發(fā)生了不可預見的情況。比如：企業(yè)倒閉、工程事故、洪水、地震、戰(zhàn)爭、騷亂等。工程建設管理方面，管控工程的影響因素極為關鍵，工程建設的所有環(huán)節(jié)、步驟均需要將管控措施貫穿其中。項目建設時，工程造價如果存在問題，則會顯著干擾工程整體進展；因此，對工程造價進行有效的控制管理，同樣具有核心功能。想要實現此類管控目標，不但需要計算與計價憑據合理、科學，而且極有必要發(fā)現對工程造價存在影響的所有因素，隨之采用相應策略進行改進、完善，以此實現對工程造價的有效管控。本文全面闡述了展開工程造價管理與控制的必要性，全面分析了工程造價的干擾因素，且把相關應對策略提出，意在將合理、科學的控制與管理工程造價目標實現。24
雕銑機開發(fā)設計--畢業(yè)論文.doc
