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標(biāo)題: 小型雕刻機(jī)的機(jī)械部分設(shè)計(jì) [打印本頁(yè)]
作者: 15028330287    時(shí)間: 2017-8-11 21:41
標(biāo)題: 小型雕刻機(jī)的機(jī)械部分設(shè)計(jì)
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(xiāo)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(xiàn)導(dǎo)軌，其導(dǎo)向精度可滿(mǎn)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(zhuān)用的雕刻頭或采用直流電機(jī)帶動(dòng)主軸機(jī)構(gòu)。專(zhuān)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(xiàn)性
不論機(jī)械特性還是調(diào)節(jié)特性都呈現(xiàn)良好的線(xiàn)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(xiàn)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：
絲杠代號(hào)
公稱(chēng)直徑
基本導(dǎo)程
絲杠外徑
絲杠底徑
循環(huán)圈數(shù)
d0
Ph
d1
d3
n
G2004-3
20
4
19.3
17.3
3
額定載荷N
剛度N/um
螺母安裝尺寸
油杯口
動(dòng)載荷C0
靜載荷C0a
Kc
D
L
B
D1
D4
Φ1
Φ2
h
M
5836
16127
327
60
40
11
36
48
5.8
10
6
M6
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：
絲杠公稱(chēng)直徑d0
固定端軸徑尺寸
支持端軸徑尺寸
d1
M
d2
l1
l2
l3
d3
d4
l4
l5
l6
20
15
M15X1
12
20
41
12
15
14.3
14
12.1
1.15
固定端軸承型號(hào)
支持端軸承型號(hào)
7202
6201
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(guān)：
技術(shù)參數(shù)如下：
型號(hào)
相數(shù)
相電流
步距角
保持轉(zhuǎn)矩
空載起動(dòng)頻率
空載運(yùn)行頻率
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
重量
57BYG250C
2
1.5A
1.8°
1.0N.M
2KPPS
2020KPPS
0.23KG·CM²
1KG
外形尺寸如下：
其中L=76mm。
3．圓柱直線(xiàn)導(dǎo)軌的選擇
選用浙江新億特軸承有限公司的圓柱直線(xiàn)導(dǎo)軌（光軸）系列，其外觀(guān)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(guān)如下圖：
其結(jié)構(gòu)如下圖
基本參數(shù)如下表（mm）：
規(guī)格
Ød1,Ød2
軸徑
ØD
L
L1
F
E
性能參數(shù)
扭矩
偏心角度
最高轉(zhuǎn)速
螺絲（M）
材料
LK6－25
6.35
12
25
34
12.3
4.5
15
1.7
N·M
2º
6000
r/min
M4
進(jìn)口
專(zhuān)用
材料
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(guān)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。



全部資料下載地址：
小型雕刻機(jī)的機(jī)械部分設(shè)計(jì).doc (1.09 MB, 下載次數(shù): 65)



作者: 1965501205    時(shí)間: 2017-8-13 11:02
ug建的模嗎？
作者: moon84523    時(shí)間: 2017-8-18 08:06
能再詳細(xì)點(diǎn)嗎
作者: lzptt    時(shí)間: 2017-8-18 18:34
看到都想DIY一臺(tái)了
作者: qw12345    時(shí)間: 2018-4-9 19:16
厲害了
作者: yzhkpli    時(shí)間: 2018-4-15 07:12
感謝樓主無(wú)私奉獻(xiàn)。
作者: lizhukuai    時(shí)間: 2020-2-24 03:47
樓主的機(jī)器設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)
作者: vvv64    時(shí)間: 2020-3-12 08:13
樓主辛苦啊，謝謝分享！



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