小型广告雕刻机的设计

--[12]雕刻机的多个轴能够同时、协调地进行运动，从而完成更为复杂的雕刻任务。对于小型广告雕刻机而言，多轴联动技术可以使其在加工过程中实现更多的自由度，进而提升雕刻的精细度和复杂度。在实际应用中，小型广告雕刻机的多轴联动技术可以用于制作各种复杂的广告标识、字牌、图案等。例如，通过多轴联动技术，雕刻机可以实现在不同角度和深度上进行切割和雕刻，从而制作出具有立体感和层次感的广告作品多轴联动化REF_Ref15329\r\h[13]。本次设计的主要内容（1）对本次的课题提出两种结构方案，包括总体结构方案，并绘制出了它们的结构简图，然后分析它们的不同点。（2）对雕刻加工头主轴（激光雕刻头）的升降、移动以及工作台的移动机构进行设计、计算，主要包括对这些移动机构中的动力就是伺服电机进行设计、选型，可以通过运行速度、驱动力的大小来进行设计计算。在对滚珠丝杠的尺寸进行计算过程中，通过长行程的运行速度、负载、转矩等，然后通过查询《机械设计手册》中的有关滚珠丝杠的基本规格来选择合适的规格尺寸，确定好滚珠丝杠的规格尺寸之后，利用在行程过程中的极限两个位置，结合负载、运行速度的情况来校核滚珠丝杠的刚度校核验算。对滚珠丝杠的设计中还需要对安装在滚珠丝杠上的轴承进行选型，并可以对轴承进行使用寿命的校核计算，另外结合滚珠丝杠螺母副的传动方式，还有负载的参数，对导向装置这里是设计选型精密直线导轨副的设计、选型计算，并对直线导轨副进行使用寿命的校核计算。（3）按照已知参数中的X、Y、Z三轴行程来确定三个方向上的滚珠丝杠的基本长度、导向装置的长度尺寸计算。

整体方案结构设计方案提出现在的广告牌上有很多的图案、文字，有些还是比较复杂的多样曲线图案锁组成，所谓的在广告牌上的雕刻也是类似于人工利用雕刻刀在广告牌上刻印图案。通过人工雕刻的动作情况来看，就相对于人们使用雕刻刀对雕刻刀实现横向方向和纵向方向的运动，这样雕刻出来的是二维几何图形，如果需要雕刻出具备有一定的三维图案的话，那就需要雕刻刀能够升降运动即可。这样理解来看，这里研究设计的广告牌雕刻机可以认为就是按三个方向上的复合运动即可，并通过已知的参数可以得知，雕刻刀部分按照主轴来理解，它能够实现升降运动，这里把它认为是Z轴方向；它可以横向移动把它认为是Y轴方向；工作台也就是安装广告牌被雕刻的物品，这里按照的是X轴方向。那么本次设计的方案思路就是要实现一个是雕刻刀的升降与横向移动的复合运动，还有一个是工作台的纵向移动。这里直线往复移动的结构实现有多种方式，那么如果按照动力来驱动的话，有气动、液压、电动等三种常见的方式，气动和液压的这里不考虑，这里气动驱动要考虑使用空气压缩机、气动阀等配件，液压也是一样需要配备油箱、油路阀门、电磁阀等配件，这些都是需要很大的成本和精力、物力，所以这里采用的驱动方式选择电动。电动驱动的直线往复运动的结构也是有多种多样，本次中的螺旋传动副选择的是精度更高的滚珠丝杠螺母副，为了能够驱动滚珠丝杠螺母副的传动，驱动的电机有步进电机、伺服电机、普通的电机，这里普通的电机首先不考虑，比较普通的电机的转速是一定的，这里选择精度更好的伺服电机。对这里的方案思路了解之后就可以进行后续的设计工作了。方案的比较分析按照本次的已知条件得知，本次设计研究的小型广告雕刻机需要满足雕刻主轴的升降移动、雕刻主轴的进给运动、工作台的进给运动，总共包括有三个方向上的复合进给运动，这里按照本次的条件提出两种的结果方案，并进行分析和论证，从而选择最合适的一种结构方案。图2-1第一种方案结构简图雕刻的加工主轴可以进行升降，工作台安置在可以横向移动的机构中。雕刻的加工升降机构通过伺服电机驱动，滚珠丝杠螺母副传动方式进行升降。工作台横向移动通过伺服电机驱动，滚珠丝杠螺母副传动方式。图2-2第二种总体结构方案简图雕刻加工头可以进行升降，工作台安置在可以纵向移动的机构中。雕刻加工头升降机构通过伺服电机驱动，滚珠丝杠螺母副传动方式进行升降。另外雕刻加工头还可以进行横向移动，横向移动同样通过伺服电机驱动，滚珠丝杠螺母副传动方式。工作台纵向移动通过伺服电机驱动，滚珠丝杠螺母副传动方式。满足可以加工超长件的行程范围。总体结构方案一雕刻加工头、加工头升降装置采用单臂设计，方案二中雕刻加工头、升降装置采用龙门式安装方式。实践证明龙门式的安装稳定性和强度都优于单臂安装，所以选择方案二。本章小结本章节就是对这里提出的小型广告雕刻机进行方案设计，主要是提出两个结构方案，从驱动方式、结构方式、升降方式上进行分别比较，最终选择合适的结构方案为最后自己设计的方案。

雕刻头的选型与升降机构设计此处的雕刻头也就是雕刻主轴，按照实际广告牌雕刻机中的调查结果来看，雕刻头一般是一种激光雕刻头，它是一个标准配件，无需自行设计，所以本次的设计当中也是采用这种激光雕刻头，所以要对这种激光雕刻头进行选型即可。雕刻头的选型这里选择的激光雕刻头的基本参数如下：有效的输出功率：80W；材料：铝合金+塑料；波长：450nm；点状：点状，固定焦点；输入电压：12V3.2A/24V1.7A；输入端口：XH2.54-3P插座；接口参数：支持TTL信号控制电源；激光模块净重：300克；它的主要特点和用途主要如下：1、可以通过空气喷嘴来吹气，并提高切割性能从而减少烧伤痕迹；2、可以达到很高的雕刻速度；3、切割能力可以达到1.5mm/s的速度；4、采用定焦的激光头，适合应用在激光雕刻机上；5、使用原装的二极管，高品质，使用寿命达到20000小时；6、兼容性很好，可以适用于激光切割机与雕刻机上。该激光雕刻头的外形如图3-1所示。图3-1激光雕刻头的外形按照此激光雕刻头的基本尺寸是150×45×45mm，它的重量是1公斤。雕刻头升降运动滚珠丝杠选型这里滚珠丝杠的选型计算公式和表格均参照《机械设计手册》第六版第三卷，下面简称《手册》第13篇中的内容。(1)确定导程参照下式Pℎ≥Vmaxinmax式中——滚珠丝杠螺母副最大速度取值；——驱动电机最大转速；——滚珠丝杠是和电机直联，传动比按照1，那么丝杠导程就是查询参考《手册》表13-1-14，这里取值按照满足条件的最小导程2.0mm。(2)确定当量载荷和当量转速.最大的载荷按下式计算 (3-2)式中——驱动运动物体的总质量，这里取值（激光雕刻头的质量是1Kg，考虑还有一些连接件，不过也是两三公斤，这里取一个大值），所以。——是驱动运动物体滚珠丝杠螺母副中的导向部位的摩擦系数数值，这里按照滑动的摩擦系数取值为0.1，所以。最小载荷按照下式 (3-3)——这里是导向部位的静摩擦系数，取值0.2，所以。当量载荷计算结果为当量的转动速度按照下面计算结果，这里的最小转速按照0。(3)额定动载荷的计算滚珠丝杠的使用寿命参照《手册》表13-1-46，由于是按照平稳的载荷，那么对应系数大小是，可靠度的系数查询表13-1-45中对应的95%的数值系数就是；计算额定动载荷 (3-4)式中——预期的工作寿命查询表13-1-48，取值为；所以；查询表13-1-44，按照轻负载取值，预加载荷得出，由于，这里取值较大的；(4)估算滚珠丝杠的底径先估算一下最大的轴向变形量大小——重复定位精度，这里选择滚珠丝杠的精度是第五等级，查询表13-1-21为（按照原始参数得知）；——定位精度，取值为（按照原始参数得知）那么选择较小的数字那么就是，计算结果如下 (3-5)；式中——滚珠丝杠安装的时候两个轴承安装支点之间的距离，取值公式为，此处行程也就是升降行程也就是按照原始参数得知的主轴升降的行程是100mm，，那么；——滚珠丝杠的支承系数，此处按照一端固定一端自由运行的支承方式，查询表13-1-43为，就是，计算出滚珠丝杠的底径大小(5)确定滚珠丝杠螺母副规格代号通过按照《手册》表13-1-33来选择滚珠丝杠的规格型号，另外通过前面计算出来的、、值然后按照从表13-1-33中来选择合适的规格代号，要求的是，。这里选择的滚珠丝杠螺母副的规格型号为FFZD1204-3，选择的是内循环的滚珠丝杠副，它的基本参数如下表所示。表3-1FFZD1204-3内循环滚珠丝杠副参数规格代号钢球直径导程丝杠底径基本额定动载荷基本额定精载荷螺母长度LFFZD1204-32.381mm4mm9.5mm4KN6.7KN63mm由于，丝杠的底径，选择的滚珠丝杠合适。(6)行程补偿值（3-6）式中——这里取值；——滚珠丝杠副的有效行程，按照，行程是100mm，，所以，此处取值150mm，求出。(7)预拉伸力（式中，）(8)滚珠丝杠副中的安装轴承型号由于选择的是一端固定一端自由支承的方式，查询《自动机与自动线》图13-13，图3-1滚珠丝杠安装方式图3-1其中固定端部位是采用了两个背靠背的角接触球轴承，这样滚珠丝杠在轴向、径向上都会受到约束，对轴承的内圈和外圈都需要进行固定，然后其另一端完全就是自由状态，不需要施加任何的支承，丝杠螺母就安装在这样的滚珠丝杠上面。这种方式中轴承的最大轴向载荷计算为FBMax=F——轴承的平均轴向载荷数值。这里的轴承按照角接触球轴承选择型号708AC/DB，查询该轴承的，轴承的预加的负荷大小就是，轴承选择合适。升降伺服电机选型计算此处伺服电机选型的计算公式均按照《机械制造装备设计课程设计指导书》第五章第五节的滚珠丝杠副传动部分。(1)驱动部分的转动惯量1)计算丝杠的转动惯量大小式中——按照FFZD1204-3滚珠丝杠底径大小为9.5mm；——滚珠丝杠副有效长度150mm。2)驱动部分折算到滚珠丝杠上所计算出来的转动惯量：3)总的转动惯量(2)转矩的计算1)空载启动时，电机轴上的加速转矩大小式中——电机最大转速3000r/min；——加速时间取值是2。2)换算到电机轴上计算的摩擦转矩大小式中——6N;——滚珠丝杠传动效率取值为0.9。3)预紧状态下滚珠丝杠折算到电机轴上产生的附加摩擦转矩大小结果为式中——473N；4)总转矩:伺服电机的规格参数如下表3-2表3-2伺服电机参数表规格型号额定功率（KW）额定转矩（）额定转速（r/min）相电流（A）转子惯量(）重量（Kg）ACK04005D0.050.15930001.20.0210.4由于0.159Nm大于0.076Nm，电机选择合适。升降联轴器的选型图3-2LYCA联轴器外形联轴器的选型时候要考虑一个载荷系数，然后计算出联轴器的许用转矩，此处的载荷系数取值，计算出的许用转矩为（按照T就是电机的输出转矩计算的许用转矩）；规格参照表3-3表3-3联轴器规格参数表规格型号额定扭矩（）最大扭矩（）最高转速（r/min）重量（Kg）LYCA30406.513120000.6导向装置的设计滚珠丝杠螺母副结构中，此处的滚珠丝杠螺母是固定的，运动的是滚珠丝杠，由于滚珠丝杠所连接的一端手爪部位有一定的重量，而且滚珠丝杠的长度有一定的长度，为了保证其运动平稳性，要考虑设置导向装置，这里的导向装置就在滚珠丝杠的两侧设置两个直线导杆，然后在直线导杆上安装两个直线轴承，这里在对导向装置设计当中要考虑选型直线轴承，通过直线轴承的尺寸来设计出导向杆的尺寸。选型直线轴承的时候要按照它的寿命进行验算（下面公式均按照《ZHOSEN直线轴承选型手册》中查得）（3-8）式中L──直线轴承寿命（KM）；──基本额定动载荷（N）；──直线轴承工作状态下的负载，按照驱动物体的负载大小为100N；ftfℎ──负荷系数，整个直线轴承运行的速度是在小于15m/min，并且没有一定的冲击力，此系数取值为1.1。直线轴承的寿命L依据下式（3-9）式中──滚珠丝杠的寿命时间取值15000h；──滚珠丝杠的运行速率是3.6m/min；所以由于得出按照所以计算得出：查询《ZHOSEN直线轴承选型手册》，选择的直线轴承为LMLUU系列。表3-4直线轴承的规格参数规格型号内孔直径（mm）外圆直径（mm）长度（mm）基本额定动载荷（N）基本额定静载荷（N）LM12LUU1221576571200图3-3直线轴承LM12LUU外形激光雕刻头与升降装置组合设计升降机构的驱动电机、滚珠丝杠选型完成后，需要将此激光头安装于此机构上，按照前面的分析可知，这里的滚珠丝杠是可以进行升降运动的，这里的丝杠螺母是固定不动的，将滚珠丝杠的两侧分布的是两个导向杆，导向杆下方可以设置一个安装板，此安装板可以和激光雕刻头的上端连接，因为雕刻头的上端是固定孔，将此安装板与雕刻头组合即可，得出的激光雕刻头和升降机构的组合如下图3-4所示。图3-4雕刻头与升降机构组合图形本章小结本章是对激光雕刻头进行选型，并对雕刻头升降机构进行设计，包括滚珠丝杠的选型、伺服电机的选型、联轴器的选型、直线轴承的选型等。

雕刻头横向移动机构设计这里是对雕刻头横向移动设计中也是伺服电机驱动，滚珠丝杠螺母副的结构形式,如图4-1。图4-1雕刻头横向移动装置的固定横向移动滚珠丝杠设计这里滚珠丝杠的选型计算公式和表格均参照《机械设计手册》第六版第三卷，下面简称《手册》第13篇中的内容。(1)确定导程参考《手册》表13-1-14，这里取值按照满足条件的最小导程是2.0mm。(2)确定当量载荷和当量转速.最大的载荷公式参照3-2式中──驱动运动物体的总质量，这里取值（按照这里横向移动是带动整个雕刻头升降机构的，考虑的重量也是整个雕刻头升降部分的装置），所以；──同理得出；最小载荷参照3-3这里同理得出；当量载荷计算结果为当量的转动速度按照下面计算结果，这里的最小转速就按照0(3)额定动载荷的计算滚珠丝杠的使用寿命参照《手册》表13-1-46，由于是按照平稳的载荷，那么对应系数大小是，可靠度的系数查询表13-1-45中对应的95%的数值系数就是；计算额定动载荷参照3-4式中──预期的工作寿命查询表13-1-48，取值为；所以；查询表13-1-44，按照轻负载取值，预加载荷得出，由于，这里取值较大的；(4)估算滚珠丝杠的底径先估算一下最大的轴向变形量大小──重复定位精度，这里滚珠丝杠的精度是第五等级，查询表13-1-21；──定位精度，取值为那么选择较小的数字那么就是，计算结果如下；式中──滚珠丝杠安装的时候两个轴承安装支点之间的距离，取值公式为，此处行程也就是雕刻头主轴横向移动的最大行程，按照已知条件得知为800mm，，那么；──查询《手册》13-1-43为，就是，计算出滚珠丝杠的底径大小(5)确定滚珠丝杠螺母副规格代号通过按照《手册》表13-1-33来选择滚珠丝杠的规格型号，另外通过前面计算出来的、、值然后按照从表13-1-33中来选择合适的规格代号，要求的是，。这里选择的内循环的滚珠丝杠副，规格代号及它的基本参数如表4-1所示。表4-1FFZD1604-3内循环滚珠丝杠副参数规格代号钢球直径D导程P丝杠底径d基本额定动载荷C基本额定精载荷C螺母长度LFFZD1604-32.381mm4mm13.5mm4800N9700N65mm由于，丝杠的底径，选择的滚珠丝杠合适。图4-2滚珠丝杠外形这里选择的FFZD1604-3中的，丝杠的底径，所以选择的符合要求。(6)行程补偿值参照3-6式中──这里取值；──滚珠丝杠副的有效行程，按照，行程是800mm，，所以，此处取值850mm，求出。(7)预拉伸力（式中，）。(8)滚珠丝杠副中的安装轴承型号由于选择的是两端固定支承的方式，查询《自动机与自动线》图13-13，图4-3滚珠丝杠安装方式这样的滚珠丝杠两端固定支承都采用的是两个背靠背安装的角接触球轴承，滚珠丝杠在轴向、径向上也都受到了约束，这样的轴承的内圈和外圈都需要固定。这种方式中轴承的最大轴向载荷计算为:数值就是。这里的轴承按照角接触球轴承选择型号7201AC/DB，查询该轴承的，轴承的预加的负荷大小就是，轴承选择合适。伺服电机的选型(1)驱动部分的转动惯量1)计算丝杠的转动惯量大小式中──按照FFZD1604-3滚珠丝杠底径大小为13.5mm；──滚珠丝杠副有效长度850mm；2)驱动部分折算到滚珠丝杠上所计算出来的转动惯量；3)总的转动惯量(2)转矩的计算1)空载启动时，电机轴上的加速转矩大小式中──电机最大转速3000r/min；──加速时间取值是2。2)换算到电机轴上计算的摩擦转矩大小式中──40N;──滚珠丝杠传动效率取值为0.9。3)预紧状态下滚珠丝杠折算到电机轴上产生的附加摩擦转矩大小结果为式中──1108.5N;──电机的效率也是0.9。4)总转矩伺服电机的规格参数如下表4-2表4-2伺服电机参数表规格型号额定功率（KW）额定转矩（）额定转速（r/min）重量（Kg）DM1M-01A40L8S_A00.20.6430001.1由于0.64Nm大于0.36Nm，电机选择合适。联轴器的选型计算联轴器的选型时候要考虑一个载荷系数，然后计算出联轴器的许用转矩，此处的载荷系数取值，计算出的许用转矩为（按照T就是电机的输出转矩计算许用转矩）；这里选择的联轴器采用LYCA系列弹性联轴器，基本规格参数表4-3所示。表4-3联轴器规格参数表规格型号额定扭矩（）最大扭矩（）最高转速（r/min）重量（Kg）LYCA35501632110000.1导向装置的设计滚珠丝杠螺母副结构中，此处的滚珠丝杠是固定的，滚珠丝杠螺母相对于滚珠丝杠上下运动，由于滚珠丝杠的长度有一定的长度，为了保证其运动平稳性，要考虑设置导向装置，这里的导向装置就在滚珠丝杠的两侧设置两个直线导轨滑块副，所以这里要对这里的直线导轨滑块副进行选型，此处的直线导轨滑块副选择HWIN也就是台湾上银品牌，查询《上银直线导轨选型手册》，先对滚动直线导轨的寿命进行验算参考3-8式中──直线导轨工作状态下的负载，按照驱动物体的负载大小为200N；直线轴承的寿命L依据公式参考3-9；由于得出（4-1）按照所以计算得出：查询《上银直线导轨选型手册》，选择的直线导轨型号为HGH15CA。表4-4直线导轨的规格参数规格型号基本动额定负荷（KN）基本静额定负荷（KN）直线导轨副宽度W（mm）直线导轨副高度H（mm）直线导轨的宽度WRHGH15CA11.3825.31342815图4-4直线导轨副HGH15CA规格尺寸本章小结本章是对激光雕刻头横向移动机构进行设计，包括滚珠丝杠的选型、伺服电机的选型、联轴器的选型、直线导轨副的选型等。

工作台的移动装置设计这里的工作台移动是对工作台进行纵向移动的装置，工作台就是来安装广告牌的，这里的工作台考虑使用铝合金的材料来制造成为类似于机床上的工作台，此是一个矩形的方形物体，上有很多的T型槽，就是方便使用螺栓压板来压紧住广告牌的。这里的工作台按照的尺寸是800×800mm，厚度是27mm，整个工作台的质量是27.5Kg，考虑上面要放上广告牌，这里取值45Kg，也就是工作台的负载质量即可。滚珠丝杠设计选型计算这里滚珠丝杠的选型计算公式和表格均参照《机械设计手册》第六版第三卷，下面简称《手册》第13篇中的内容。(1)确定导程参照3-1、3-2式中──是驱动运动物体的总质量，这里取值（前面分析为45Kg），所以；──驱动导向部位的摩擦系数，按照滑动的摩擦系数取值为0.1，所以；最小载荷公式参照3-3这里这里是导向部位的静摩擦系数，取值0.2，所以；当量载荷计算结果为当量的转动速度按照下面计算结果，这里的最小转速就按照0。(2)额定动载荷的计算参照《手册》由于是按照平稳的载荷，那么对应系数大小是，可靠度的系数查询表13-1-45中对应的95%的数值系数就是；计算额定动载荷公式参照3-4所以；参照公式3-5所以；──滚珠丝杠安装的时候两个轴承安装支点之间的距离，取值公式为，此处行程也就是纵向移动的行程按照已知参数就是800mm，，那么；──滚珠丝杠的支承系数，此处按照两端固定的支承方式，查询表13-1-43为，就是，计算出滚珠丝杠的底径大小(3)确定滚珠丝杠螺母副规格代号通过《手册》表13-1-33来选择规格型号，另外通过前面计算出来的、、值然后按照从表13-1-33中来选择合适的规格代号，要求的是，。这里选择的规格型号为FFZD2505-3，它的基本参数如下表5-1所示。表5-1FFZD2505-3内循环滚珠丝杠副参数规格代号钢球直径D导程P丝杠底径d基本额定动载荷C基本额定精载荷C螺母长度LFFZD2505-33.5mm5mm16.9mm10.KN23.6KN84mm由于，丝杠的底径，选择的滚珠丝杠合适。(4)计算预紧力（5-1）上式中所以。(5)行程补偿值参照3-6式中──这里取值；──滚珠丝杠副的有效行程，按照，行程是800mm，，所以，此处取值850mm，求出。(6)预拉伸力（式中，）。驱动伺服电机的选型此处伺服电机选型的计算公式均按照《机械制造装备设计课程设计指导书》第五章第五节的滚珠丝杠副传动部分。(1)驱动部分的转动惯量1)计算丝杠的转动惯量大小式中──按照FFZD2505-3滚珠丝杠底径大小为16.9mm；──滚珠丝杠副有效长度850mm；2)驱动部分折算的转动惯量。3)总的转动惯量(2)转矩的计算1)空载启动时，电机轴上的加速转矩大小式中──电机最大转速3000r/min；──加速时间取值是2。2)换算到电机轴上计算的摩擦转矩大小式中────90N;────传动效率取值为0.9。3)预紧转矩大小结果为式中──1887.3N;──电机的效率也是0.9。4)总转矩伺服电机的规格参数如下表5-2伺服电机参数表规格型号额定功率（KW）额定转矩（）额定转速（r/min）重量（Kg）80ST-M013300.41.2730001.78由于1.27Nm大于0.46Nm，电机选择合适。联轴器的选型（按照T就是电机的输出转矩计算许用转矩）；规格参数参照表5-3。表5-3联轴器规格参数表规格型号额定扭矩（）最大扭矩（）最高转速（r/min）重量（Kg）LYCA40781632100000.2导向装置设计滚珠丝杠螺母副结构中，此处的滚珠丝杠是固定的，滚珠丝杠螺母相对于滚珠丝杠上下运动，由于滚珠丝杠的长度有一定的长度，为了保证其运动平稳性，要考虑设置导向装置，这里的导向装置就在滚珠丝杠的两侧设置两个直线导轨滑块副，所以这里要对这里的直线导轨滑块副进行选型，此处的直线导轨滑块副选择HWIN也就是台湾上银品牌，查询《上银直线导轨选型手册》，先对滚动直线导轨的寿命进行验算参照公式3-8式中Pc──直线导轨工作状态下的负载，按照驱动物体的负载大小为450N直线轴承的寿命L依据参照3-9按照所以计算得出：查询《上银直线导轨选型手册》，选择的直线导轨型号为HGH15CA。表5-4直线导轨的规格参数规格型号基本动额定负荷（KN）基本静额定负荷（KN）直线导轨副宽度W（mm）直线导轨副高度H（mm）直线导轨的宽度WRHGH25CA26.4856.19484023本章小结本章是对工作台移动部分机构进行设计，同样也是包括滚珠丝杠的选型、伺服电机的选型、联轴器的选型、直线导轨副的选型等。

强度校核计算滚珠丝杠的强度校核滚珠丝杠长度的确定(1)丝杠的螺纹长度按照式子，式中是余程距离取值20mm，是前面计算出来的850mm（丝杠螺纹的有效长度），所以得出。(2)两固定支撑距离此处设计的滚珠丝杠是两端固定，采用的都是两端安装轴承的型号是一对背靠背安装的角接触球轴承型号是7202AC/DB，支承的距离按照下面6-1示意图。图6-1滚珠丝杆示意图(3)运行过程的起点位置到支承的距离运行过程的起点的时候到达轴承安装支承的距离是98mm，那么运行到终点的时候到达它最近的轴承支承距离也是98mm，离着最远轴承安装位置的距离就可以求出，所以得知滚珠丝杠的总长就是996mm。滚珠丝杠的强度校核(1)值校验这里滚珠丝杠的制造方式是轧制的，那么校验的时候按照下式 (6-1)式中──节圆直径就是，这里是滚珠丝杠的底径是16.9mm，是钢球的直径为3.5mm，所以──滚珠丝杠副的最大转速所以校验合格。(2)滚珠丝杠副的临界转速 (6-2)式中──支承系数，查询《手册》表12-1-47，这里取值（滚珠丝杠的支承方式是两端固定）──临界转速的计算长度，查询《手册》表12-1-47，按照左侧的安装轴承的中间位置到丝杠螺母移动到靠近右侧安装轴承的中间位置，这两者的距离按照滚珠丝杠的安装距离确定为，那么计算出临界转速结果就是(3)滚珠丝杠压杆稳定性验算式中──临界压缩载荷；──安全系数，这里的滚珠丝杠是水平安装所以选择的是；──支承系数，查询表12-1-47为；──丝杠的最大受压的长度，查询表12-1-47，按照右侧的安装轴承的中间位置到丝杠螺母移动到靠近左侧安装轴承的中间位置；──滚珠丝杠副所承受的最大的轴向压缩载荷按照下式所以验算合格。(4)额定静载荷验算按照下式的条件来验算 (6-3)式中──额定静载荷，这里选择FFZD2505-3，对应的；──静态的安全系数，一般选取为1∼2，这里选择为1.5；──滚珠丝杠副最大轴向载荷，本次为；由于，所以验算合格。(5)丝杠轴拉压的强度验算验算公式如下 (6-4)式中──丝杠轴的许用拉压应力，材质是40Cr，范围在165∼265MPa，这里选取所以验算合格。滚珠丝杠刚度校核计算(1)抗压刚度校核计算:1)最小的抗压刚度计算按照下式Ksmin=6.6式中──就是最小的抗压刚度代码；──滚珠丝杠底径大小是16.9mm；──。所以2)计算最大抗压的刚度按照下式

K所以得出K(2)一对安装的轴承的合成刚度计算1)按照安装好的一对预紧状态下的轴承的合成刚度计算按照下式 (6-6)式中──角接触球轴承7202AC/DB中滚动体直径大小是；──角接触球轴承7202AC/DB中滚珠的个数是11个；──角接触球轴承7202AC/DB的接触角，查询后得知；──前面计算结果2)一对支承的轴承所计算出来的刚度大小这里是两端固定的轴承，所以3)滚珠丝杠螺母副中内侧的滚珠和相应的滚道所产生接触刚度大小按照下式 (6-7)式中──滚珠丝杠螺母副中内侧的滚珠和相应的滚道所产生的接触刚度；──滚珠丝杠螺母副中轴向接触的刚度大小，按照这里的规格型号是FFZD2505-3，：：FFZD2505-3为所以计算为(3)刚度和精度的校核计算1)2)(4)传动系统中的刚度校核计算由于，重复定位精度按照，所以因为，所以符合要求。(5)变化的误差校核(6)精度的校核是任意在300mm中行程的变化精度这里的滚珠丝杠副对应的精度等级变动量大小是，计算数值小于这个数所以刚度校核符合要求。(7)确定滚珠丝杆副的规格代号型号为FFZD型，公称直径是25mm，导程5mm，螺纹的长度是898mm，丝杆全长是998mm，选择P类五级精度，型号选择FFZD2505-3-P5/898×998。(8)临界状态下的压缩部分的载荷验算这里情况下是滚珠丝杠中的最大轴向载荷是小于它的预紧拉深力大小的，这里就无需进行验算。轴承的校核滚珠丝杠副采用的是两端固定安装方式，安装方式的示意图如下图所示。图6-2两端固定安装查询《手册》，轴承的基本额定载荷：7204AC：,角接触球轴承当量动载荷就是最大的轴向载荷，（这里的Y取值为1.23）额定动载荷这里的Lℎ，所以选择的轴承校核强度合格。

本章小结本章是对这里的主要部分进行强度校核，此处的强度选择的是运动以及受到的驱动力最大的滚珠丝杠部分的校核，对滚珠丝杠的强度和刚度进行校核，还对其安装在滚珠丝杠两端上的角接触球轴承进行了校核。

产品经济分析和社会的影响分析经济分析所谓的经济分析就对广告雕刻机中的各个零件按照成本价将它们汇总出来，得出的成本汇总表格如下所示。表8-1总体结构的经济分析表格部件分类主要零部件名称件数单件价格总数价格雕刻头升降机构激光雕刻头1100100驱动电机1400400联轴器15050滚珠丝杠1200200导向杆22550安装板250100滑动板1100100雕刻头横向移动机构伺服电机1500500直线导轨副2200400滚珠丝杠1600600滚珠丝杠螺母1150150基座1600600轴承41560套筒、套筒盖、锁紧螺母250100工作台移动伺服电机1700700直线导轨副2300600滚珠丝杠1800800滚珠丝杠螺母1200200轴承座2150300轴承42080套筒、套筒盖、锁紧螺母2100100人工安装成本2000运输费用成本2000现场调试、售后服务成本2000合计12190通过对该设备的上面的经济分析来看，该装置的制造成本和人工安装、人工的售后服务和现场调试这些初步估计就需要总共12190元，由于这些都是属于非标的设备，非标的设备都需要考虑一个不确定的因素分析，一般可以按照10%到25%的设备总价格来进行估算，这里的范围是不可确定因素所产生的费用，加上最多可能产生的费用是3000元，那么设备总价格就在15190元左右即可。社会影响分析设计该雕刻机的产品，应对应社会影响分析，可以从对生产社会、人身安全、环境三个方面上来分析。环境方面上，此装置雕刻过程中会产生一定的废屑，这些废屑会影响环境卫生，所以在考虑使用的过程中要及时清理雕刻后产生的废屑，以免影响环境卫生，通过优化设计降低机器运行时的噪声，减少对周围环境的干扰。在人身安全方面上，高速运转的部件可能导致切割、挤压等伤害，所以一般整机外侧都会有保护罩，避免对人身安全产生影响。降低因机械故障或操作不当导致的人身伤害风险。从生产社会上来看，促进就业、带动相关产业、在广告行业提供先进的生产工具，并且它体现了自动化的快速产品，促进整个社会发展的进步，它在这方面上的影响是优越性的。

结论本文对目前雕刻机方面的产品展开调研，主要是结合国内外的研究现状进行阐述，与其理论方面的分析，也有从实际的成果过程来进行分析。完成机械部分、动力部分、传动部分的设计、计算、校核，确定好伺服电机、滚珠丝杠、联轴器等的基本规格参数和尺寸，确定滚珠丝杠的规格尺寸，并对滚珠丝杠进行强度、刚度的校核，还有安装方式的确定，对支承的两个轴承进行了强度校核计算。结合本次课题设计的任务，提出了两种结构方案，并且绘制出了两个结构方案的简图，然后分别进行分析，主要是两者相互进行比较，从各方面上进行比较分析，得出最终的结构方案。最终的结构方案是采用三轴坐标的方式，雕刻头被安装在一个龙门立柱架上，可以实现横向移动和垂直移动。工作台是单独可以纵向移动。所有的运动