1、小型雕刻机的机械部分设计一 机构的传动原理圈及说明1. 总体结构现在市面上流行的小型雕刻机工作台主要有两种。第一种如图 1 所示工作台只作 Y 方向的移动，而刀具作 X 方向和 Z 方向的移动。第二种则如图 2 所示工作台作 X,Y 方向的移动，而刀具只作 Z 方向的移动。结构 1 的优点是制作容易，结构稳定。但由于工件随工作台移动，所以不能加工太重的工件，而且雕刻机尺寸不能太大。结构 2 虽然制作也较容易，然而稳定性要比结构 1 差很多。由于本次设计对机械部件结构的要求就是要小而轻便，加工工件的质量也是比较轻，因此选用结构 1。在该结构中，机械本体部分是雕刻机的骨架，有底座、立柱、工作台、机
2、头和主轴组件等部分。在保证整个系统的机械刚性的前提下，为了简化设计的结构，减轻整机重量，缩短产品的设计和制造的周期，其主体框架采用铝合金制造，防护件用塑料件制造，用标准的紧固件和定位销连接。图 1图 22进给运动方案我们设计采用的雕刻方式是:雕刻刀具只做高速旋转和 Z 方向的进刀、退刀运动，而X-Y 工作台带动工件作 X,Y 方向的进给运动，这两个方向的基本运动方式如下:由步进电机的转动带动丝杠的转动，带动了工作台的移动，从而实现某个方向(X 或 Y 方向)的进给运动。在 X，Y 方向上的导向件采用直线导轨，其导向精度可满足对工作台定位精度的要求。3雕刻机主运动方案雕刻机主运动方案通常有两种方
3、案:直接采用专用的雕刻头或采用直流电机带动主轴机构。专用的雕刻头的优点在这里不在复述，但必须配以与之配套的变频调速装置，价格相对昂贵。因此，从经济性的角度出发，经济型的雕刻机则不宜采用。由于直流电机具有以下特点:(l)调速范围宽其转子转速可在宽广的范围内连续调节并稳定运行。(2)特性呈线性不论机械特性还是调节特性都呈现良好的线性度。即在整个调节范围内，转速随转矩的变化关系或是转速随控制电压的变化关系都是线性的。(3)快速反应在输入控制信号的作用下，转子能迅速地反应动作，时间常数小。故优先选用直流电机带动主轴机构的方案。直流电机通过弹性夹头直接与刀具连接。二 元件的选择1滚珠丝杠副的选择本设计采
4、用深圳市赛瑞德精工机械技术有限公司提供的G系列滚珠丝杠副 （滚珠内循环 固定反向器 单螺母）。其具体性能指标如下表：公称直径 基本导程 丝杠外径 丝杠底径 循环圈数丝杠代号d0 Ph d1 d3 nG2004-3 20 4 19.3 17.3 3额定载荷N 刚度N/um 螺母安装尺寸 油杯口动载荷C 0 静载荷C0aKc D L B D1 D4 1 2 h M5836 16127 327 60 40 11 36 48 5.8 10 6 M6X，Y,Z轴的丝杠精度等级为4，螺纹长度分别为为300mm，350mm，150mm。丝杠总长分别为：375mm,425mm,225mm。滚珠丝杠副轴头尺寸如
5、下：固定端轴径尺寸 支持端轴径尺寸丝杠公称直径d0 d1 M d2 l1 l2 l3 d3 d4 l4 l5 l620 15 M15X1 12 20 41 12 15 14.3 14 12.1 1.15固定端轴承型号 支持端轴承型号7202 62012步进电机的选择（1）铣削力的计算当进行一般切削时产生的铣削力最大，因此只需计算此时的铣削力进行校核即可。取一般切削时：铣削深度 ap=1mm,进给速度 Vf =1200mm/min,n=15000r/min。根据经验公式计算铣削力：F=42.76apVf0.75 n-0.62=22.45N（2）启动转矩的计算对于 4 级精度的丝杠，=0.85。已
6、知 Ph=4mm,设丝杠上最大负载 G 为 500N,静摩擦 为 0.2,根据经验公式计算启动力矩：T=(F+G) Ph/(2)10 3 0.0918NM（3）步进电机的选择根据所需转矩,结合所查资料决定采用杭州日升电气设备有限公司的57BYG250C步进电机作为本次设计所需的驱动电机。该电机的外观：技术参数如下：型号 相数相电流步距角保持转矩空载起动频率空载运行频率转动惯量 重量57BYG250C 2 1.5A 1.81.0N.M 2KPPS 2020KPPS 0.23KGCM 1KG外形尺寸如下：其中 L=76mm。3圆柱直线导轨的选择选用浙江新亿特轴承有限公司的圆柱直线导轨（光轴）系列，
7、其外观及结构如下图:X,Y,Z 三轴所需导轨长度分别为 375mm,425mm,225mm。4联轴器的选择选用广州菱科自动化设备有限公司的 LK6 系列联轴器 YL1。外观如下图：其结构如下图基本参数如下表（mm）：性能参数规格 d1,d2轴径D L L1 F E扭矩 偏心角度最高转速螺丝（M）材料LK625 6.351225 34 12.3 4.5 15 1.7NM2 6000r/minM4 进口专用材料5主轴电机的选择主轴电机选用安阳莱必泰机械有限公司的雕刻机电主轴。其外观及结构图如下：其参数如下表：电机 Motor 外形尺寸 Dimensions(mm)主轴型号Spindle type转
8、速Speed(r/min) KW V AHz D D1 D2Joint of noseL L1 L2变频器Conv Kw润滑Lub冷却CoolBearings typeADX60-24Z/0.25 24000 0.25 220 1.2 400 60 55 - ER11 162 6 23 0.5 grease water 17002C/P417000C/P46机械性能参数的计算分辨率：4/200=0.02(mm/step)最高进给速度：5000*4/200=100(mm/s)机械精度：16/300=0.053（mm）三 总体效果图以下是各轴执行机构安装效果图：以下是一些成品的照片，本设计的工作台的最终形态基本上与这些成品相同。
