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定梁式数控雕刻机机械结构设计【14张图纸】【优秀】

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摘要

　　　当今世界，现代化工业技术飞速发展，日新月异。在机械制造领域，人们对于机械零件加工的质量、精度和效率等的要求也越来越高。因此，对于加工零件所需要的机床的跟新换代也与日俱增。在此趋势的推动下，数控机床的结构优化改造设计变得非常重大。大批的数控机床正如雨后春笋般进军机械制造业。比如数控雕刻机在模具加工、PCB电路板以及广告招牌等领域发挥着重要作用。

　　　本文主要调查和研究了定梁式数控雕刻机在国内外发展状况以及其在未来制造业的前景，并对数控雕刻机的结构做了研究和优化设计，主要包含了数控机床的总体布局方案设计、机床主传动系统设计、（电主轴或电机直联传动结构）、机床进给运动系统（导轨及滚珠丝杠）的结构设计、相关滚珠丝杠的计算选型及校核、轴承和电机的计算及选型，最后利用CAD绘图软件绘制了机床的总装配图、部分零件图及相关结构示意图。

　　　关键词：数控雕刻机；电主轴；导轨；滚珠丝杠；

摘要III

ABSTRACTIV

目录V

1 绪论1

1.1 数控雕刻技术的产生1

1.2 本课题研究的内容及意义1

1.3 国内外研究状况及其发展趋势1

1.4 雕刻机机械系统设计的主要技术指标4

2 雕刻机总体布局方案设计5

2.1 数控雕刻机布局要求及影响因素5

2.2 数控雕刻机总体结构布局6

2.3 数控雕刻机结构的改良对比7

2.4 工作台的结构设计9

2.5 本章小结10

3 主传动系统的方案设计11

3.1 主运动传动系统设计11

3.2 电主轴12

3.2.1 电主轴的介绍12

3.2.2 电主轴的结构及其优点12

3.2.3 电主轴的安装14

3.3 本章小结14

4 机床进给系统方案设计15

4.1 进给传动系统选择15

4.1.1 进给传动系统的要求15

4.1.2 进给传动系统的基本形式15

4.1.3 以上几种传动方案的简介和比较15

4.2 滚珠丝杠系统17

4.2.1 滚珠丝杠副的选择17

4.2.2 滚珠丝杠支承结构17

4.2.3 支承轴承的选择19

4.2.4 滚珠丝杠副的制动装置19

4.2.5 步进电机与进给丝杠的联结结构19

4.3 滚动导轨的安装定位20

4.4 本章小结20

5 主传动及X向进给系统部分零件计算和校核21

5.1 主传动零部件计算及校核21

5.1.1 主轴参数设计21

5.1.2 主轴系统铣削力的计算21

5.1.3 滚珠丝杠副参数的计算选择22

5.1.4 滚珠丝杠副的强度校核25

5.1.5 伺服电机参数计算和型号选择26

5.2 X向进给系统零部件计算及校核28

5.2.1 X向丝杠的选型及校核28

5.2.2 丝杠轴承的选择及计算29

5.3 本章小结30

6 展望和结论31

致谢32

参考文献33

附录34

1.1 数控雕刻技术的产生

　　　早在二十世纪中叶以前，人们对于零件打孔和铣削的加工手段主要是靠人工作坊式的手动和半自动的金属冲、钻、压等机床设备。不但厚重、笨、大，而且性能差、速度慢、功能少、效率低。自从60年代初以来，就工业发达国家的许多PCB（印刷电路板）加工设备设计而言，为了使产品具有强劲的市场竞争力以满足人们的要求，生产厂家纷纷投入了较大的人力、物力和财力，就PCB加工设备的设计过程中存在的问题做了深入研究，最后在60年代初获得了较大的成果。

　　　随后雕刻机、雕铣机、加工中心等一系列数控机床便如雨后春笋般应运而生。跟据相关资料载述，世上首台CNC机床的问世，是1952年在芝加哥机床展览会上出现的，而针对于PCB工业加工的CNC机床大概晚于纯金属切削加工机床10年左右，它是60年代初期出现的，从此便开创了数控雕刻技术的新纪元[1]。

1.2 本课题研究的内容及意义

目前，数控雕刻机主要是用于各类材料的文字雕刻、印刷电路板的制作、各类印章铭牌的制作、艺术浮雕及小型模具加工(如冲压模、五金模、塑料模、玻璃模)以及零件的精密雕刻。

　　　由于模具产业和美术品制造业的日益发展，纵观全球，市场上对于数控雕刻机的需求逐步扩大，首先是相对高端的数控雕刻中心，其需求量最为庞大。数控雕刻机已成为模具制造行业必不可少的加工机床装备。

　　　数控雕刻机的机械加工精度高、刚性强，它的数控系统还拥有抗干扰特性，是含有高新科学技术的一种加工设备，其机电一体化水平先进。同时，它价格适宜，被认为是低投入高回报的一类加工机床。就当今制造类行业来讲，尤其在复杂型腔模的精细加工中，CNC雕刻机的加工精度高、速度快、表面质量好，能够代替价格相对昂贵的加工中心的机加工。 CNC雕刻机一般采用滚珠丝杠副和直线导轨来作为各向运动的实现元件，它的数控系统功能全面，采用半闭环伺服电机驱动，其加工精度可达0.001 毫米，定位精度和重复定位精度都优于普通的数控机床的加工精度。另外，它的加工范围大，性价比较高，能够普遍用于轻型金属构件的精密加工和模具型腔的曲面加工，也可以用来加工各类工艺品和非金属制品。

　　　目前，虽然数控雕刻机的技术已经相对比较成熟，生产的产品性能也日渐趋于稳定。但是一般都体积庞大，结构复杂，价格昂贵[2]。

　　　本课题研究的数控雕刻机是一种小型三轴联动定梁式数控雕刻机床。它可以完成一般的轻型零件及电子电路板的加工，也可以进行透刻轮廓等加工。该机床具有占地面积小，加工幅面较大等特点。根据数控雕刻机的自身特点，可以将其分为机械系统、数控系统和软件系统，本文着重研究机械系统设计过程。完成数控雕刻机机械结构总体方案设计及零部件的选型计算、结构强度校核，并绘制装配图和零件图纸。

1.3 国内外研究状况及其发展趋势

　　　伴随着模具业、广告招牌业、家具制造业的发展日趋扩大，尤其在模具行业中对零件表面的加工，要求不断提高。再加上电火花加工存在不足，近年来数控雕刻机在国内有了突破性的发展。

　　　CNC雕刻机相对于一般加工机床有着技术上的优势，而且它的价格合理，现已成为了市场上电子零配件的制造、五金产品、家具制造、小型精密模具制造等行业加工机床工具。另外，数控雕刻机也逐步被投入如：大功率LED铝基板、金属电极、美术工艺礼品、眼镜框架加工等领域。由于数控雕刻机的应用领域日益拓展，它的市场规模也不断扩大。根据罗百辉的调查显示，2002～2006年，数控雕刻机被用于模具加工、家具制造行业还是小批量，是它导入市场的阶段。

QQ截图20131116180253.gif

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内容简介：: 存档编码：无无锡锡太太湖湖学学院院 2013 届届毕毕业业作作业业周周次次进进度度计计划划、检检查查落落实实表表系别：信机系班级：机械94 学生姓名：范俊课题（设计）名称：定梁式数控雕刻机机械结构设计开始日期：2012年11月12日周次起止日期工作计划、进度每周主要完成内容存在问题、改进方法指导教师意见并签字备注1-32012年11月12日-2012年12月2日教师下达毕业设计任务，学生初步阅读资料，完成毕业设计开题报告。按照任务书要求查阅论文相关参考资料，其中与设计有关的参考资料不少于10篇，外文不少于5篇，填写毕业设计开题报告书。存在问题：对课题理解程度不够，对其难点分析不够，分析能力缺乏。资料库欠缺。改进方法：在指导老师的帮助下，对课题有较深的了解，并去江大图书馆查阅资料。4-102012年12月3日-2013年1月20日指导专业实训机械设计综合实训，机械关键部件设计校核。存在问题：机械部件设计不够完善，缺少经验。改进方法：了解机械设计的详细过程，翻阅相关例题练习。11-122013年1月21日-3月1日指导毕业实习相关机械制造厂实习，了解本专业的实践知识，锻炼车间装配实际操作能力。存在问题：没有实习实训的经验，无法将课本知融会贯通。改进方法：认真参与工作，虚心求教，多动手，多动脑。132013年3月4日-3月8日翻译外文资料翻译机械方面的外文资料存在问题：专业英文水平较低，翻译专业词汇存在困难。改进方法：借助一些翻译软件、专业字典帮助翻译提高翻译准确性性。142013年3月11日-3月15日定梁式数控雕刻机机械结构设计方案分析各种雕刻机、雕铣机的性能，查阅相关资料，根据实际选择总体布局方案，并构想机床总体结构框架。存在问题：缺乏设计经验，各种布局方式众多，较难选择。改进方法：根据实际情况，对比分析，确立合理的总体布局方案。152013年3月18日-3月22日主传动、进给系统结构设计和相关零件计算及校核对主要零部件结构和尺寸进行设计选型和计算存在问题：主要零部件结构设计不合理，无法承受载荷。改进方法：认真查阅各方面资料，获取数据，改进并校核计算。162013年3月25日-3月29日绘制装配图初步绘制装配图存在问题：零部件细节结构设计有误差，存在干涉现象，影响传动。改进方法：重新改进零件，检查尺寸，合理布局，校核并绘制相关草图。172013年4月1日-4月5日绘制装配图修改完成装配图存在问题：某些细节未能体现出来，不能完整展示总体装配关系。改进方法：绘制局部视图、剖视图，体现总体装配结构182013年4月8日-4月12日绘制零件图绘制轴承座、丝杠滑块等零部件图存在问题：某些配合尺寸不全。改进方法：查找相关标准件及外购件具体图样，参考，补全零件配合尺寸。周次起止日期工作计划、进度每周主要完成内容存在问题、改进方法指导教师意见并签字备注192013年4月15日-4月20日绘制零件图绘制端盖、衬套等零部件图存在问题：标注尺寸不全，无图纸标号，加工材料不了解。改进方法：检查标注，补全图号，查阅资料，选择材料。202013年4月22日-4月27日绘制零件图绘制导轨和X向滑板等零部件图存在问题：某些尺寸标注存在格式错误，视图表示不全面。改进方法：检查标注，绘制零件三视图及局部剖视图。212013年4月29日-5月3日准备设计说明书的编写整理所有资料，相互对照，排除细节误差，为任务书的编写做准备存在问题：有些资料不够完善，已完成的资料有些也够完整改进方法：认真检查、整顿已搜集及完成的材料。222013年5月6日-5月10日设计说明书（论文）、摘要和小结编写完成设计说明书（论文）、摘要和小结存在问题：说明书的格式不规范，摘要不合理要求等。改进方法：根据毕业设计的规范要求更改，重新按要求编写摘要。23-242013年5月13日-5月20日修改设计说明书（论文）格式上交资料、准备答辩修改设计说明书开题报告格式存在问题：附录格式不规范，英文摘要要求不合理等。改进方法：根据毕业设计的规范要求更改，并全面整

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