雕铣机开发设计--毕业论文

1、.摘 要截止目前，中国机械工业发展已走过五十余个年头，机械工业发展成就显著，规模、基础初具，能把国民经济、人民生活的需要基本满足。不过，雕铣机价格普遍比较高,基于雕铣机的普及率提升,课题论文意在完成简练、经济的机械运动系统开发设计，以此满足现实需要。在论文对雕铣机起源以及发展的现状进行简介基础上，对各国同类雕铣机具备的优势、特征加以分析，阐述了雕铣机的使用范围及基本功能。对加工工艺等方面的知识进行了概括，将雕铣机运动系统设计的简化思路提出。完成了本次设计的雕铣机总体结构的布局分析讨论与确定。本次毕业课题设计的的雕铣运动系统主要由以下几大部分构成，即主运动系统、进给运动系统。主运动系统中省略了中

2、间传动，并且采用的是电机直接刀具，但在进给运动系统方面，本文所选择步进电机来把滚珠丝杠带动，以此于导轨上平移部件，把四轴联动操作需求实现。详细设计与计算了主电机的选用及主要零部件（比如、滚珠丝杠、步进电机、导轨）。而且，本次毕业课题所设计的雕铣机的基本优势包括制造成本较低、构造新颖、结构简单、安装方便等，能在中小型雕铣机应用，不过，某程度来看，会影响到雕铣机的价格。关键词：总体布局；运动系统；雕铣机结构 第1章 绪 论1.1 雕铣机概述北宋时期发明的活字印刷，实质就是雕铣技术的雏形。“其法用胶泥刻雕铣可追溯到远古时期，薄为钱唇，火烧坚（梦溪笔谈）”。此处所记载的刻字可以归入雕铣技术范畴。伴随着

3、时代变迁，雕铣艺术在中国发展速度持续加快，中国手工雕铣技术（篆刻泥人雕、红木雕、象牙雕等）堪称一绝，世为惊奇。机械雕铣发展速度最快的时代当数20世纪90年代后。本阶段内，机械雕铣技术由传统的刻字机发展成为刻章机，随后，三维雕铣机正式问世，这也标志着制作工艺发展进入完善时期。由于技术的完善，其应用范围同样获得了空前拓展。大至楼堂管所装饰，小至商家门店招牌、产品的铭牌、标识，雕铣技术的痕迹与踪影几乎已遍及生活的每个角落。Engraving Plotter（雕铣机）是指用机器将人工替代，完成雕铣的装置。全球首台手动雕铣机诞生于法国的“嘉宝”（1938）。随后，全球首台可缩放比例的、电动的、真正意义上

4、的手动雕铣机于1950年被“嘉宝”研制成功并正式推出。法国、日本和美国等国随后同步跟进，将此项技术攻关提上议事日程。微电子技术在90年代一路狂飙突进，微型计算机在此前提下也急剧向前发展。在微型计算机技术、微电子技术促进下，高技术群体整体进入快速发展阶段，雕铣机也迎来了质的飞跃时代，由2D2.5D3D这一发展变革顺利完成。对于雕铣机研制来说，最基本的标准主要体现在价格合理、造型美观、性能稳定和功能完善这几个方面。我国数控雕铣机行业在国内制造业快速发展的前提下，发展同样比较迅速，数控雕铣机研发与推广应用齐头并进，进程加速。历经10余年赶超，已由当初的经济型数控雕铣机数控机床，发展出了多个具有自主知

5、识产权的国产品牌雕铣机，中高级型数控雕铣机在竞争中不断取得突破。不过，与现实需要相比，现有技术依然存在较大的提升空间。因为国内制作加工等行业原因，低端机械需求总量不断降低，对高级机械的需求量则与日俱增。客观来看，国产数控雕铣机的缺陷具有一定的客观性，比如，在高级数控体系、功用部件上，对进口的依赖性比较突出；现有数控雕铣机公司的深度开发技术不足。因此，国产高级数控雕铣机的“质低价高”窘境也自然形成，无法满足国内现实生产需求。雕铣机产品竞争力提升的基本途径主要在于：持续加大研发投入，尤其注重数控体系、主要部件设计开发，由深度、广度等层面入手，完成软件开发技术的深度探索。具有现实意义的是，需要相关行

6、业加强横向联系，以此实现工业化技能发展，展开深层次技能开发设计。啄木鸟数控雕铣机是上海洛克公司研发制造的电脑雕铣机，首批“啄木鸟”牌电脑雕铣机于1993年正式诞生，中国广告和模具业以此为标准，翻开了崭新篇章。“啄木鸟”牌电脑雕铣机甫一问世，立即收获市场的热烈反应，吸引了诸多学者、行业的关注目光。洛克人面对国内市场的普遍称赞与强大支持，没有沉迷，而是更进一步，着眼于模具、广告等众多专业市场需要，持续研发制造出了诸多引领行业发展的系列雕铣机。公司以全面的市场调研为依据，将大笔资金投入新产品、新项目开发设计，新型电脑雕铣机年均研制速度多达4款，以此对专业市场、专业客户持续提升的产品需求加以满足。洛克

7、人始终禀呈“创新、求实、勤奋、忠诚”理念,将“洛克产品，品质典范”当做自己唯一的奋斗方向。只用短短数年时间，更实现了持续超越，先后把4大系列共46款不同性能、规格的专业雕铣机陆续提供给国内市场，涵盖行业广泛，从广告、礼品制作到鞋模加工，印刷行业、皮革行业、印章雕铣、模具加工等，洛克牌电脑三维雕铣机已浮获更多的亲睐与支持，其中，最受客户、学者支持认可的是ME-系列三维电脑雕铣机，这个产品系列也因此成为高新技术成果转换项目（2003），公司的“上海市高新技术企业”地位因此也更加牢固。“啄木鸟”用户几乎遍及全国所有省份，且出口至孟加拉国、中东、越南、泰国、俄罗斯、缅甸、韩国、日本、美国、澳大利亚等国

8、家，国外市场反应同样比较积极。南京科能公司出品的威克数控雕铣机（CNC）、北京糟雕公司研制生产的精雕数控雕铣机：具有8把刀具的全自动换刀系统，进一步促进了加工快捷化； 全自动吸附系统让工件手工装夹成为历史，获得了更高的工作效率；5.5KW进口主轴从意大利进口，获得了更大的切削力；全电脑控制，所见即所得；集中式除尘系统可以保证加工工件更加光洁。家具雕花、实木（玻璃）门雕铣等是其主要适用范围。分析国产品牌雕铣机可发发现，机床本体的结构通常比较简单，国外技术在控制器方面的应用多较多，主要选择的是基于高档的PC或微控制器数控系统, 步进电机细分驱动是伺服部分的主体，能把中等控制精度获得。广告雕铣这类对

9、精度要求不太高的行业是此类产品应用的主体行业，国产雕铣设备与进口雕铣设备相比，有良好的性价比,这也是市场占有量比较好的一个基本原因。不过，总体来看，国产雕铣设备的价格同样比较高。国外产品中,美国研发生产的“雕霸”牌雕铣切割机，不但型号齐全，而且极为适用，在木材加工、广告店行业内有着广泛的用途，世纪雕霸雕铣机单人操作，使用方便、快捷，经济实惠。采用台湾直线支承导轨的1325机床丫轴，能把机床精度全面提升，其在加工实践方面，和TYl290相比，加工精度与速度基本相同。1325机床能在标牌制作、大型浮雕和幅面较大的面板切割等诸多行业中适用，传统的大型雕铣机仅可用于切割的历史由此得到改变，大型机床雕铣

10、大幅面浮雕、胸牌等逐步拓展了这类设备的应用空间，同时，其对大型木器CNC雕铣也比较适用。日本的御牧、全量，意大利的左拉以及法国的嘉宝等，均属品牌雕铣机,也是雕铣机领域内的佼佼者。这些公司研发的雕铣机的质量特征表现在：有功能全面控制系统，产品精度高、刚度好，运行与加工可靠性高等,因此，在高精度加工场合（模具等），前述外国产品居于垄断地位。由这些著名公司研发的设备，价格大多是国产产品的数倍，普遍来说，均极其昂贵。国产木工机械明显落后于意大利、德国等欧洲强国。国内雕铣机行业中，上海“啄木鸟”、北京“精雕”逐步占居国内市场的更多份额。不过，雕铣机价格过高对其普及应用形成了一定的约束。基于此类产品的普及

11、率提升，进行简练、经济的机械运动系统开发设计，实用价值与理论意义同在。1.2 雕铣机开发设计的基本特征本质来看，雕铣机是一种机电一体化设备，在同类产品中极具代表性。以下即为其制造、设计、产品等不同方面体现出来的特征：（1）机械机构简化，精度提高机械系统选择调速电机做为动力驱动，机械传动链因此得以缩短，在把机械机构简化基础上，将来自间隙、磨损、机械摩擦等的传动误差降低。（2）柔性自动化与多功能极易实现现代雕铣机采用计算机控制系统，在把其它信息处理与控制设备取代的同时，自行诊断、自动保护、自动调控、数据处理、自动检测等的实现更简单、更方便，同时能把记录、打印等可以自动现实。而在计算机软、硬件结合基

12、础上，能把柔性自动化实现，灵活性极为突出。本次设计的雕铣机仅设计了机械部分，本设计的柔性自动化与多功能极易实现。重点选择的是电机直接接刀具，在此基础上把滚珠丝杠直接连接步进电机、主运动系统实现。 1.3 雕铣机的功能及其应用雕（Carving & Molding）、刻（Engraving）、切（Cutting）均能在雕铣机中完成，比如：（1）建筑模型：主要是指制作军事、城市规划、房地产开发等方面的模型；（2）工业应用：主要是指仪器仪表操作面板、机器铭牌、部件打标、刻度盘等；（3）模具行业：主要是指小型模具加工；（4）礼品行业：如钥匙链、启瓶器、奖牌、钢笔、打火机等个性化礼品；（5）导向

13、牌、指示牌、桌牌、胸牌和大型标示牌等标志标牌；（6）雕铣印章等其它商业应用。1.4 龙门式数控雕铣机设计的目标 在机电与微电子技术深度结合基础上，雕铣机开发设计必须要全面遵守下列各项总目标：（1）柔性化产品功能的灵活性得到全面提升，和用户多样化使用需求更相契合。（2）自动化产品操作使用复杂程度、操作工作的劳动强度降低，操作人员的操作任务量、辅助运行时间全部减少，生产过程平稳，实现了生产效率提升。（3）模块化基于软硬件结构，能把产品功能划分成为不同的组成模块。与此同时，独立分析所有功能模块，利用标准接口将不同的模块连成一体，系统由此形成。（4）整体优化在简化结构、强化功能等目标函数基础上，全面优

14、化设备的参数选择与结构设计，将整体优化目标实现。（5）高速化将数控系统插补控制与运算速度全面提升，向速度要效率，让高效率与高速度紧密关联。第2章 系统分析与方案的订制2.1 设计龙门雕铣机的基本参数2.2 雕铣机设计的总体方案2.2.1 方案布局以下各点即为雕铣机的总体布局标准：(1)基本标准：经济性、生产率、工作精度和加工范围等必须获得有效满足；(2)为既定技术的工件和刀具位置、相对运动需求满足提供保障。在合理、经济前提下，将较短的传动链尽可能采用，以此实现机构简化，传动的效率、精度提升目标；(3)对雕铣机能把标准加工精度实现所需要的热变形、抗振性、刚度以及噪音水平提供保障；(4)加强维护，

15、保障安全；便于清理、工件装卸和输送；便于维修、调整和操作；便于观察加工过程； (5)结构简单，合理可靠，便于加工和装配。(6) 外型美观大方，占地面积小，降低制造成本，节约原材料，重量轻，体积小；总体布局基本标准获得满足的条件下，下列对雕铣机布局存在干扰的主体因素同样必须全面顾及：1）表面运动的影响往往选择各种刀具加工制作形状不同的加工表面，因此，表面形成的运动形式和数目也存在差别，布局差异也由此形成。对于形状相同的加工表面而言，因为有不同的工件的生产率要求、技术要求等，所以同样能选择不同刀具，表面不同形成运动完成实际制作，让不同布局由此形成。这表明，雕铣机布局的形式主要取决于工件表面形成运。

16、所以，在雕铣机布局过程中，加工标准是一种基本依据，对工件表面形成方法与运动进行综合性的、全面性的考虑，这样才能把经济效应、技术效应良好的布局设计完成。2）雕铣机运动分配影响如果雕铣机运动分配存在区别，那么，即便工件表面的形成方法与运动一样，雕铣机布局同样会存在区别。对同一种运动分配布局来说，因为导轨布置不同，其它结构型式差异，所以，雕铣机布局同样会因此而有所不同。在雕铣机运动分配过程中，下列几点必需高度关注：A必需要尽可以的轻量化移动部件。其它条件一样时，移动部件规格、重量与电机功率需求、传动件尺寸之间成正比。B必须对加工精度提升有利。C必须对雕铣机的刚度提升、占地面积缩减有利。3）工件形状、

17、重量及尺寸影响工件的表面形成运动大体类似于雕铣机部件运动分配，但是，工件的形状、质量以及尺寸之间存在区别，所以，雕铣机布局的差异同样会比较明显。同时，模块化设计法影响；操纵方便性影响；抗振性、刚度、热变形、噪声和振动等雕铣机性能要求影响也要考虑在内。2.2.2 方案的具体确定对有关资料的具体查阅结果表明，现有雕铣机的基本布局方式一般有2种，具体如图2.1。图 2.1 雕铣机布局简图尽管是两种不同的布局方案，不过二者均有较高的雕铣机刚度要求，且全部选择了龙门框架结构。 第（1）种布局方案：在立柱纵向移动，雕铣头上下移动、横向移动的同时，工作台保持固定。本方案对向纵向长度不同的各类雕铣机转化有利。

18、因为工作台保持固定不动状态，因为具有更突出的承载能力，对较重工件加工制作比较适用。在选择外伸支架对批量加工纵向长工件提供支撑过程中，因为支点的高度一样，所以可以方便的调整支架支撑。不过立柱移动通常比较笨重，而且无法有效保障雕铣头运动精度。第（2）种布局方案：工作台纵向移动，雕铣头上下移动、横向移动的同时，立柱保持固定。因为移动的是工作台，所以，和第一种方案相比，本方案的承载能力较差。承载工件如果设计的并不重，此类布局策略所需传动件尺寸、电机功率不大，移动同样比较容易完成。在选择外伸支架对批量加工纵向长工件提供支撑过程中，因为支点的高度一样，所以可以方便的调整支架支撑。不过，和第一种方案相比，本

19、方案中的支架结构更复杂一些。雕铣头运动精度较易保证，这是本方案的最突出优势。在对比两种方案基础上，经过对三维雕铣机的设计参数、影响布局的基本因素、布局的基本要求等充分考虑，第一种布局方案为本文采用。2.3 雕铣机运动系统设计方案在总体布局型式确定基础上选择雕铣机的不同构成部分方案是本部分探索的重点。即转速范围、主运动和进给运动传递方式、步进电机的结构型式和参数、主电机的结构型式和参数、直线导轨的结构型式和参数、滚珠丝杠的结构型式和参数、有效雕铣区域等。2.3.1 坐标系统确定直角卡笛儿坐标系统、右手法则为雕铣机坐标系统选择应用。如图2.2所示，直角坐标系中的基本坐标轴是X、Y、Z，和各旋转运动

20、符号A、B、C保持对应关系。和工件装卡面垂直但与雕铣机主轴处于平行状态的坐标轴为Z轴。图 2.2 右手坐标系统2.3.2 总体结构作为雕铣机主体架构的机械本体部分，主要由主轴组件、机头、工作台和底座、立柱等构成。在系统整体机械刚性保障基础上，基于整机重量减轻、设计结构简化、产品设计与生产时间缩短，本文选择铝合金拉延型材、轧制铝板来制造其主体框架，用饭金件、塑料件制造防护件，定位销连接采用的是标准紧固件。制订总体方案时必须将编辑输出平台部分、智能电子控制部分和机械部分同时考虑在内。机械部分是本设计的基本内容，重点对转速范围、主运动和进给运动传递方式、步进电机的结构型式和参数、主电机的结构型式和参

21、数、直线导轨的结构型式和参数、滚珠丝杠的结构型式和参数、有效雕铣区域总体布局的型式等做出分析、确定。以下各点即为雕铣机的总体布局标准：(1)基本标准：经济性、生产率、工作精度和加工范围等必须获得有效满足；(2)为既定技术的工件和刀具位置、相对运动需求满足提供保障。在合理、经济前提下，将较短的传动链尽可能采用，以此实现机构简化，传动的效率、精度提升目标；(3)对雕铣机能把标准加工精度实现所需要的热变形、抗振性、刚度以及噪音水平提供保障；(4)加强维护，保障安全；便于清理、工件装卸和输送；便于维修、调整和操作；便于观察加工过程； (5)结构简单，合理可靠，便于加工和装配。(6) 外型美观大方，占地

22、面积小，降低制造成本，节约原材料，重量轻，体积小；2.3.3 主运动设计方案一般来说，雕铣机主运动方案有以下2种：采用直流电机带动主轴机构、直接采用专用的雕铣头。带轮与直流电机组合尽管同样能把主轴速度要求满足，价格也不算贵，不过，机械结构复杂度将会因此增大。专用的雕铣头优势不再赘述，将和其保持匹配的变频调速装置设置其中，不但实用，更为简单，所以，专用雕铣机电机为本设计采用。2.3.4 进给运动设计方案综上所述，在立柱纵向移动，雕铣头上下移动、横向移动的同时，工作台保持固定方案为本文采用。在横梁上X向移动机头，A轴旋转运动，以此方式把雕铣宽度实现；底座上Y向移动工作台，把雕铣长度实现；Z向上下移

23、动主轴组件，把雕铣深度实现；工件在A轴带动下360度旋转，把外圆周雕铣实现。因为滚珠丝杠副的优势比,所以，所有运动链传动件全面选择滚珠丝杠副。滚珠丝杠副直接连接步进电机。导轨方面，所有运动链内的支承件全部选择滑动直线导轨副。2.3.5加工刀具设计方案与标准刀相比，加工非金属的刀具参数明显不一样，所以必须自制或外购。通常来看，按刀尖角可将雕铣刀划分成直柄球面铣刀、直柄立铣刀、成型刀、45°刀、30°刀、20°刀、15°刀。按材质可把刀具划分成金刚石刀具、硬质合金刀具和高速钢刀具，这样能把材质不同工件加要需要满足。标准刀具为本文采用。选择在主轴前端的弹性夹头

24、夹持法安装刀具，实现扭矩传输，刀具夹持直径如果不一样，宜把配套弹性夹头更换。2.3.6系统设计评价机电一体化产品开发与设计可行性方面，由于开发、设计水平存在区别，通常由下列各点做出衡量。1.结构工艺性。设计的系统结构必须能把维修便利、安装便利、加工生产便利、制造便利等技术标准满足。2.人机安全性。3.操作宜人性。4.运行稳定性。5.系统可靠性：指给定运行条件以及预定时间内，系统可以正常运行的机率。6.工效实用性：通常采用精度，质量，产量等系统总体技术指标衡量；2.4 本章小结总体来看，设计龙门雕铣雕铣机的特征主要表现在：和系统设计评价的所有相符，与市场需求相适应；选择机电一体化核心技术将产品智

25、能化标准实现；采用专业厂家出品的部件为核心部件，对产品质量提供保障；框架式主体结构，设计过程简化；选择机电互补策略，产品结构简化；艺术化造型，方便实用，简洁明快。第3章 主运动系统的设计与校核木材、有色金属材料（铜及其合金、铝等）、有机材料（橡胶等）及塑料等均为机械雕铣机的加工对象，良好的塑性、较高的强度是此类材料的特征。铣削和钻削全部采用高速钢标准麻花钻(d0=3mm)、硬质合金直柄立铣刀(d0=8mm，z=2)，并于铝板(180MPa)上展开，切削功率、切削扭矩和切削力分别计算出来。 以机械雕铣机的使用功能、加工范围、实际生产时切削方式的区别为依据来分配使用时间。统计表明，切削方式大体能进

26、行以下四类划分，即快速进给、精细切削(刻)、一般切削(雕)和强力切削(切)，10%，50%，30%，10%则是使用时间的具体分配。3.1 铣削力、扭矩与功率计算下列铣削功率、铣削扭矩和铣削力经验公式可以通过资料查阅获得。式内，()为扭矩M（Kgm）铣削功率，为铣削条件改变时铣削力修正参数，(N)为 圆周铣削力。铣刀转速，铣刀齿数,每齿进给量，铣刀外径=8,铣削速度，进给速度，铣削深度，铣削宽度(mm)=均由资料查询获得。对应于硬质合金钢立铣刀的下列参数可由查询机械加工工艺手册1卷中表9.4-10获得：-0.13,，, (45#钢)在(3.1)式、(3.2)式、(3.3)内代入已知参数并简化，只

27、和铣刀转速n、进给速度vf和切削深度ap相关的算式即能获得。同时，丝杠转速初选丝杠导程(mm)代入铣刀转速n、进给速度vf和切削深度ap的变量（四种切削方式），把计算分别展开。1)强力切削在（3.4）式（3.5）式（3.6）式（3.7）式内代入参数=9000，=120，=2.5，得到下式1)强力切削在（3.4）式（3.5）式（3.6）式（3.7）式内代入=2.5，=120，=9000等参数，获得2)一般切削在（3.4）式（3.5）式（3.6）式（3.7）式内代入=1，=1200，=15000参数可以获得=0.702 3)精细切削在（3.4）式（3.5）式（3.6）式（3.7）式内代入=0.5，

28、=2400，=20000等参数，可以获得4)快速进给在（3.4）式（3.5）式（3.6）式（3.7）式内代入=0，=3600，=0等参数，可以获得，=0， =0，=03.2钻削力、扭矩及功率计算对应于高速钢标准麻花钻的下列参数可通过机械加工工艺手册二卷表10.4-11获得：,（加工45#钢），在(3.8)式、(3.9)式、(3.10)式代入前述所查出来的各项参数,只和钻头转速、进给速度有关的算式即可获得。=同时，丝杠转速初选丝杠导程代入4种切削方式内的钻头转速、进给速度变量，完成下列各项计算1)强力切削在式内代入=300，=9000代入等参数可以获得2)一般切削在式内代入=480，=15000

29、等参数可以获得=0.303)精细切削在式内代入=600，=20000等参数可以获得4)快速进给在（3.11）式（3.12）式（3.13）式（3.14）式内代入=900，=0等参数可以获得=900/4=225，=0， =0，=03.3主运动系统设计主运动系统中主轴电机结构形式是这一节设计与计算的重点，通过设计反中轴的参数、型号等确定。基于主运动系空间占用比例的缩减，选择从主轴电机直接接上刀夹，将传动机构在中间环节省略。3.3.1主运动系统设计方案基于机械结构简化，主轴电机直接接上刀夹策略为本文采用，并由此将传动链省略，空间占用全面减小，损耗也因此得以降低。3.3.2主轴电机设计计算基于前文结果，

30、选择相应的安全系数，将传动效率忽略，以下即为主轴电机所需转速、功率和扭矩计算步骤：1）转矩电机的扭矩来自机电一体化系统设计手册。基于3.1、3.2两个小节中的计算结果，转矩=0.44(Nm)，这是最大扭矩值所以，当，标准即可得到满足本文将确定为额定转矩2）功率电机功率来自机电一体化系统设计手册。基于3.1、3.2两个小节中的计算结果，最大功率功率=0.72 。所以让本文将确定为额定功率所以，电机设备中的雕铣机用电机主轴由安阳莱必泰机械有限公司提供,表3-1即为这种设备的基本参数：3.4 本章小结编辑输出平台、智能电子控制部分和机械部分部分是制订总体方案必须顾及的基本内容。机械部分是本设计的基本

31、内容，重点对转速范围、主运动和进给运动传递方式、步进电机的结构型式和参数、主电机的结构型式和参数、直线导轨的结构型式和参数、滚珠丝杠的结构型式和参数、有效雕铣区域总体布局的型式等做出分析、确定。第4章 进给运动系统设计计算A轴的旋转运动、横梁的前后移动、小车左右移动、主轴的上下移动是雕铣机进给运动的基本构成部分。Y轴部件，X 轴部件，Z主轴部件的设计基本一样。X 轴进给运动传动链中直线导轨、滚珠丝杠、进给电机设计是本章重点，由此把参数、型号及规格确定。4.1 Z方向进给运动系统设计4.1.1Z系统组成滚珠丝杠和步进电机直接连接在上文已有分析，其能把电机旋转运动向部件移动转化。如图4.1所示即为

32、其结构示意图4.1.2滚珠丝杠副与支撑轴承选择选择轴承类型的依据由于丝杠承受的是极小的轴向力,同时，丝杠两端分别游动、和电机固定,预拉伸力并不存在。同时，选择直线运动球轴承的好处主要有：(1)因为流动接触因素，动磨擦阻力、起动磨擦阻力因此很小，所以，能实现能源节约，较高运动速度容易获得；(2)增加负荷时，磨擦系数变化不敏感，所以，重负荷条件下的磨擦系数很小，精度可以长期保持稳定状态，能长期保持机械寿命。(3)直线运动轴承具有良好的互换性，可以让安装使用更加省时、便利，且让机械具备了重量轻、小型化、结构新颖等基本特征。(4)给油手续简化，能实润滑保养维护简便目标；(5)异物侵入频繁或者灰尘较多条

33、件下，同样适合采用双侧附加油封轴承；综合考虑后，Z轴轴承采用直线轴承（LMF-10型）。4.1.3电机选择FL86S7H156-4204A型步进电机为本设计所采用。4.1.4联轴器选择4.2 X,Y向进给运动系统设计因为X、Y轴之间的相似度极高，因此同时阐述XY轴。4.2.1 系统构成如前所述，滚珠丝杠和步进电机直接连接，能把电机旋转运动向部件移动完成转化。如图4.4所示为结构示意图。4.2.2滚珠丝杠副与支撑轴承选择和Z轴相比，丝杠外形没有区别，选择直线轴承为本设计所用轴承。4.2.3电机选择步进电机被本设计选用。4.2.4联轴器选择SDWA31联轴器（与Z方向一样规格）为本文采用。4.3

34、本章小结进给系统主要包括以下几个：卡盘旋转机构Y向带动实现雕铣宽度；上工作台在下工作台上Z向移动实现雕铣深度；下工作台在底座上X向移动实现雕铣长度。以上工作台部件为分析例证，对进给运动传动链中直线导轨副、丝杠螺母副和进给电机进行了重点设计，并且完成了参数、型号及规格确定。第5章 A轴结构设计A轴总共包括五个部分，即底座、卡盘、轴、减速齿轮箱及电机。5.1轴的计算5.1.1轴材料选择基于上文所分析的各种传动装置参数，能获得=7000r/min; =0.8(kw)；=115是查表取值结果；=9.83mm取10mm5.1.2轴的机构设计（1）轴上零件装配方案拟定从右至工分别是带轮、轴承、轴承、三爪掐

35、盘。（2）基于轴向定位标准，完成轴的各段长度与直径确定1.轴的最小直径很明显装配了带轮处的直径，选择=10 mm，基于轴端挡圈不压在端面上只压在带轮上保障，所以，段长度必需略宽于带轮宽度，为调试提供方便，将带轮宽度取25毫米（本文选择的=30）。通过轴肩定位带轮右端,如果轴肩高度，并且选择=1 mm、=8.5，那么则有=12 mm。2.采用滚动轴承。由于径向力是轴的所承受的主要作用力，轴向力作用通常无影响，所以选择深沟球滚动轴承，因为轴=12mm，所以选择6202型轴承，它的具体尺寸分别是15mm，35mm, mm.因此有下列参数=15mm，=10mm；因为轴=12 mm，所以选择6202型轴

36、承，它的具体尺寸分别是=15mm，35mm, mm.因此有以下参数=15mm。3.轴肩。基于轴座外形规模、电动机外形尺寸，因此打算采用轴肩=19mm，=21mm。4. 轴向定位轴上零件采用螺丝夹紧链接轴与带轮的轴向定位策略。5.轴上圆角、倒角尺寸规格确定采用0.5×45°轴端倒角，所以轴肩部位圆角半径选择的是R=1mm 5.1.3计算过程1.如图所示，在轴的结构图基础上把轴的计算简图绘制成功，6152型深沟球滚轴承来说，选择，并且采用L=-2a=102-29=84mm为简支梁轴支承跨距。2.以弯扭合成应力为依据完成轴硬度校核校核过程中，一般仅进行轴上承受危险截面C（扭距截面

37、）、最大弯距的强度校核。以查表取值，并将脉动循环变应力采用扭转切应力为基本依据，选择0.6，以下即为轴的计算应力。 许用弯应力上文查获值为=60Mpa,而且由于存在条件，所以安全。3.轴疲劳强度校核1)扭矩是影响截面A，B的唯一载荷，由过渡配合、轴肩所导致的应力集中尽管全部会把轴的疲劳强度削弱，不过，因为是以扭转强度相对宽裕确定轴的最小直径，因此不必校核截面A，B。分析轴的疲劳强度受到应力集中的影响表明，V、VI处与截面过盈配合导致了最明显的应力集中；分析受载情况表明，截面C上形成了最高应力。和截面V相比，截面VI的应力集中干扰并无过大区别，不过，扭距不会影响到截面VI，所以，强度校核无需进行

38、。尽管截面C有最高应力，不过应力集中较小（两端承担了过盈配合、槽所导致的全部应力集中),同时，此处的轴有最大直径，所以仅需进行截面V左侧校核，无需校核截面C。由于V右侧有较大的轴环直径，所以无需校核。2)截面VI左侧W0.1d30.1×4539112.5mm3为抗弯截面系数；WT0.2d30.2×45318225mm3为抗扭截面系数；截面V左侧弯矩：截面V上扭矩：=195300截面上弯曲应力为：截面上扭转切应力：=640 MPa, =155 MPa, 查表获得。选择45#钢为轴材料，调质处理。选择插入法计算过盈配合部位值，而且选择 则磨削加工轴， （表面质量系数查表区復）所以有以下综合系数值： 同时，将炭钢特征系数从表中查获0.10.2 ，取 0.050.1 ，取 因此，以下即为截面VI左侧的轴安全系数=由于材料均匀度不够，未获得较高的计算精度，所以，采用s1.6。所以，截面VI左侧中的该轴强度同样比较充足。由于瞬时过载、明显的应力循环不对称性并不存在，所以静强度校核不必进行。5.2电机选择上文所计算出来的减速齿轮结果中，三个齿轮的传动比i分别是15=z3/z1=14/100=0.14；且