数控雕刻机毕业答辩
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3）刀具旋转可以更好的对超声空化部分材料促进去除及调节加工部 分的温度。
雕刻功能部件的介绍
2、旋转超声加工整体结构
雕刻功能部件的介绍
2、旋转超声加工细节部分介绍
Hale Waihona Puke Baidu1）超声换能器
超声换能器主要起一个振动产生的作用。利用的是压电陶瓷（碳酸钡、石 英晶体、锆钛酸铅等物质）的逆压电效应。本次设计采用的主要是夹心式压电 陶瓷换能器。
2）变幅杆
变幅杆主要起到一个超声聚能作用。变幅杆通常都是接近换能器一端截面 面积比较大，而连接加工工具一端截面面积比较小。这样，通过在面积比较大 的地方对质点的位移或者速度进行放大，然后在面积小的地方对能量进行集聚。 以此来实现超声聚能。本次设计主要使用的是圆锥形变幅杆
雕刻功能部件的介绍
2、旋转超声加工细节部分介绍
设计意图
在众多的结构中找寻一种能够适合木工广告类和金 属切削类的平面类数控雕刻机
背景：
1、目前广告类、木工类雕刻机主要是直接采用电机驱动刀具接触工件实 现 切削或钻孔，刀具要求一般不高。而金属类雕刻一般则会通过电机到减速器再 到工具的模式。当然，也有采用电机直接驱动，刀具一般要求较高 。
2、木工广告类工件尺寸一般变化较大，而金属类相对而言较小。
X、Z方向选择电主轴的连接方式，Y方向选择减速器 的连接方式
经计算：X方向和Z方向传动比分别为：0.6，0.83 Y方向的传动比为：2.2
Y方向轴承的选择介绍
目前，滚珠丝杠固定方式主要有：
1、止推轴承（推力球轴承）加深沟球轴承 2、双列角接触轴承背对背安装 3、专用的滚珠丝杠轴承
决定：采用双列角接触球轴承背对背安装的方式
解决措施
1、选用龙门移动式结构布局作为机床的整体架构； 2、使用超声加工系统作为雕刻功能实现部分； 3、细化机床零件的设计。
设计示意图展示
整体结构的选用
1、为什么选择龙门移动式的结构布局
1）、考虑到木工广告类一般尺寸较大，而金属类相对 较小。 2）、数控雕刻机的恒力要求 3）、装配简单、利于操作、便于维护
3）刀具
超声刀具主要承担着加工的最终实现功能。主要有固结磨粒和非固结磨粒 两种。前者在使用时只需配合冷却液作用即可，而后者需要为之配备复杂的磨 粒冷却液循环系统。
感悟
1、设计是一个十分复杂而细腻的过程 2、对基础知识的要求十分的高 3、设计结构的细小改变将引起整个结构的改变 4、通过本次设计，使自己充分了解了大学这几年的所学， 更加清晰地认识到了自己当初的无知
雕刻功能部件的介绍
1、超声振动加工的原理
超声振动加工主要是利用了超声的空化作用。超声波传播到 冷却液中时，会在界面上产生极强的冲击。这样的冲击对超声加工 会起到极大的促进作用。在流体动力学里，我们称这种现象为空化 现象。具体可以这样解释：波源产生振动通过介质传播到液体介质 时，游离于液体中的微小气泡受迫振动。当振动到一定程度后，气 泡迅速膨胀并立即闭合。闭合过程中即产生超声波。因此，我们将 这一系列过程（膨胀到闭合再震荡）称为超声空化。
主要进给方向联轴器的选择介绍
通过反复比较，最终确定为梅花形弹性联轴器，主 要选择依据如下：
1、梅花形联轴器具有良好的缓冲、减振和电绝缘等性能，工作安全 稳定； 2、结构简单，径向尺寸小，转动惯量小，重量轻，适用于中高速等 场合； 3、具有较大的径向、轴向等补偿能力； 4、高强度的聚氨酯弹性元件不仅耐磨耐油，而且还承载能力大，使 用寿命长，安全可靠； 5、联轴器不需要润滑，易维护且可以连续工作。
请各位老师批评指正
雕刻功能部件的介绍
2、为什么选择旋转超声加工
1）超声加工属于间接去除材料类加工，对于刀具的要求相对较低；同 时，也能达到更高精度和表面光洁度。在大多数超声加工中，可以获 得的平均工件表面粗糙度是 0.50μm。使用合适的办法，可以获得 0.25μm的表面粗糙度。
2）超声加工可以加工导电性和非导电性等各种硬脆性材料，如陶瓷、 宝石、硅、金刚石、大理石等非金属材料，也适用于加工低塑性和硬 度高于40HRC 的金属材料，如淬火钢、硬质合金、钛合金等。
传动机构部件选择的介绍
1、选用滚珠丝杠副作为主要传动部件 1、光滑导杆配合直线轴承作为主要
X方向受力部件 1、直线滚动导轨作为主要Y方向受力
部件
传动机构部件选择的介绍
例：滚珠丝杠选型计算步骤
估算导 程
确定当 量转速
计算预 期额定 载荷
确定允 许最小 螺纹底
径
选择滚 珠丝杠 型号
校核
传动机构连接部件选择的介绍
素； （3）为了让雕刻机有一个很好的加工精度，机床应同时做到
以下几点：①刚度要合适；②抗震性要好；③加工产生的热对 工具影响小和噪声够小； （4）加工过程要能可视化，对于维修和保养以及装卸工件都
能提供一个良好的视野。
（5）雕刻机结构应该控制在不复杂、不笨重、不浪费资源、
外观看着舒服、安全可靠、操作方便、装配简单等方面；
数控雕刻机总体设计
主要内容
1、设计过程任务分配 2、设计意图 3、整体结构的选用 4、传动机构部件的选择介绍 5、雕刻功能部件的介绍 5、总结与感悟
设计过程任务分配简述
任务分配（共十四周）:
第1周： 收集相关资料，准备开题报告 第2周： 查阅相关数控雕刻机机床设计资料，完成开题报告 第3周～4周： 查阅相关数控雕刻机机床设计资料，提出方案，并进行计 算 第5周～9周：绘制雕刻机的草图，总装图及相关零件图，及据具体情况 修改原方案 第10周： 检查总体方案，对问题进行修改 第11周～12周：编写设计说明书及检查全部设计资料，提交毕业设计 第13周： 指导老师、评阅老师审阅 第14周： 毕业答辩准备，答辩
那么，有没有一种结构能解决这两者的矛盾而实 现一机多用呢？
整体结构的确定
目前市面上主要有这几种结构：
数控雕刻机设计要求
（1）在保证加工精度、加工速度以及多功能加工的同时要充分
考虑雕刻机的经济性能；
（2）兼顾经济性能的同时，要保证刀具按照既定的工艺顺序
和方向实现相对运动。同时，还应在设计时充分考虑到传动链 的尽量短、传动效率的尽量高、传动过程振动的尽量少等因
雕刻功能部件的介绍
2、旋转超声加工整体结构
雕刻功能部件的介绍
2、旋转超声加工细节部分介绍
Hale Waihona Puke Baidu1）超声换能器
超声换能器主要起一个振动产生的作用。利用的是压电陶瓷（碳酸钡、石 英晶体、锆钛酸铅等物质）的逆压电效应。本次设计采用的主要是夹心式压电 陶瓷换能器。
2）变幅杆
变幅杆主要起到一个超声聚能作用。变幅杆通常都是接近换能器一端截面 面积比较大，而连接加工工具一端截面面积比较小。这样，通过在面积比较大 的地方对质点的位移或者速度进行放大，然后在面积小的地方对能量进行集聚。 以此来实现超声聚能。本次设计主要使用的是圆锥形变幅杆
雕刻功能部件的介绍
2、旋转超声加工细节部分介绍
设计意图
在众多的结构中找寻一种能够适合木工广告类和金 属切削类的平面类数控雕刻机
背景：
1、目前广告类、木工类雕刻机主要是直接采用电机驱动刀具接触工件实 现 切削或钻孔，刀具要求一般不高。而金属类雕刻一般则会通过电机到减速器再 到工具的模式。当然，也有采用电机直接驱动，刀具一般要求较高 。
2、木工广告类工件尺寸一般变化较大，而金属类相对而言较小。
X、Z方向选择电主轴的连接方式，Y方向选择减速器 的连接方式
经计算：X方向和Z方向传动比分别为：0.6，0.83 Y方向的传动比为：2.2
Y方向轴承的选择介绍
目前，滚珠丝杠固定方式主要有：
1、止推轴承（推力球轴承）加深沟球轴承 2、双列角接触轴承背对背安装 3、专用的滚珠丝杠轴承
决定：采用双列角接触球轴承背对背安装的方式
解决措施
1、选用龙门移动式结构布局作为机床的整体架构； 2、使用超声加工系统作为雕刻功能实现部分； 3、细化机床零件的设计。
设计示意图展示
整体结构的选用
1、为什么选择龙门移动式的结构布局
1）、考虑到木工广告类一般尺寸较大，而金属类相对 较小。 2）、数控雕刻机的恒力要求 3）、装配简单、利于操作、便于维护
3）刀具
超声刀具主要承担着加工的最终实现功能。主要有固结磨粒和非固结磨粒 两种。前者在使用时只需配合冷却液作用即可，而后者需要为之配备复杂的磨 粒冷却液循环系统。
感悟
1、设计是一个十分复杂而细腻的过程 2、对基础知识的要求十分的高 3、设计结构的细小改变将引起整个结构的改变 4、通过本次设计，使自己充分了解了大学这几年的所学， 更加清晰地认识到了自己当初的无知
雕刻功能部件的介绍
1、超声振动加工的原理
超声振动加工主要是利用了超声的空化作用。超声波传播到 冷却液中时，会在界面上产生极强的冲击。这样的冲击对超声加工 会起到极大的促进作用。在流体动力学里，我们称这种现象为空化 现象。具体可以这样解释：波源产生振动通过介质传播到液体介质 时，游离于液体中的微小气泡受迫振动。当振动到一定程度后，气 泡迅速膨胀并立即闭合。闭合过程中即产生超声波。因此，我们将 这一系列过程（膨胀到闭合再震荡）称为超声空化。
主要进给方向联轴器的选择介绍
通过反复比较，最终确定为梅花形弹性联轴器，主 要选择依据如下：
1、梅花形联轴器具有良好的缓冲、减振和电绝缘等性能，工作安全 稳定； 2、结构简单，径向尺寸小，转动惯量小，重量轻，适用于中高速等 场合； 3、具有较大的径向、轴向等补偿能力； 4、高强度的聚氨酯弹性元件不仅耐磨耐油，而且还承载能力大，使 用寿命长，安全可靠； 5、联轴器不需要润滑，易维护且可以连续工作。
请各位老师批评指正
雕刻功能部件的介绍
2、为什么选择旋转超声加工
1）超声加工属于间接去除材料类加工，对于刀具的要求相对较低；同 时，也能达到更高精度和表面光洁度。在大多数超声加工中，可以获 得的平均工件表面粗糙度是 0.50μm。使用合适的办法，可以获得 0.25μm的表面粗糙度。
2）超声加工可以加工导电性和非导电性等各种硬脆性材料，如陶瓷、 宝石、硅、金刚石、大理石等非金属材料，也适用于加工低塑性和硬 度高于40HRC 的金属材料，如淬火钢、硬质合金、钛合金等。
传动机构部件选择的介绍
1、选用滚珠丝杠副作为主要传动部件 1、光滑导杆配合直线轴承作为主要
X方向受力部件 1、直线滚动导轨作为主要Y方向受力
部件
传动机构部件选择的介绍
例：滚珠丝杠选型计算步骤
估算导 程
确定当 量转速
计算预 期额定 载荷
确定允 许最小 螺纹底
径
选择滚 珠丝杠 型号
校核
传动机构连接部件选择的介绍
素； （3）为了让雕刻机有一个很好的加工精度，机床应同时做到
以下几点：①刚度要合适；②抗震性要好；③加工产生的热对 工具影响小和噪声够小； （4）加工过程要能可视化，对于维修和保养以及装卸工件都
能提供一个良好的视野。
（5）雕刻机结构应该控制在不复杂、不笨重、不浪费资源、
外观看着舒服、安全可靠、操作方便、装配简单等方面；
数控雕刻机总体设计
主要内容
1、设计过程任务分配 2、设计意图 3、整体结构的选用 4、传动机构部件的选择介绍 5、雕刻功能部件的介绍 5、总结与感悟
设计过程任务分配简述
任务分配（共十四周）:
第1周： 收集相关资料，准备开题报告 第2周： 查阅相关数控雕刻机机床设计资料，完成开题报告 第3周～4周： 查阅相关数控雕刻机机床设计资料，提出方案，并进行计 算 第5周～9周：绘制雕刻机的草图，总装图及相关零件图，及据具体情况 修改原方案 第10周： 检查总体方案，对问题进行修改 第11周～12周：编写设计说明书及检查全部设计资料，提交毕业设计 第13周： 指导老师、评阅老师审阅 第14周： 毕业答辩准备，答辩
那么，有没有一种结构能解决这两者的矛盾而实 现一机多用呢？
整体结构的确定
目前市面上主要有这几种结构：
数控雕刻机设计要求
（1）在保证加工精度、加工速度以及多功能加工的同时要充分
考虑雕刻机的经济性能；
（2）兼顾经济性能的同时，要保证刀具按照既定的工艺顺序
和方向实现相对运动。同时，还应在设计时充分考虑到传动链 的尽量短、传动效率的尽量高、传动过程振动的尽量少等因