CNC雕刻机机构设计简介
雕刻机毕业设计(一)
雕刻机毕业设计（一）引言概述该文档将介绍雕刻机毕业设计的相关内容。
雕刻机是一种广泛应用于制造业的工具，具有精确、高效的特点。
本毕业设计旨在设计和实现一台具有特定功能和性能的雕刻机。
本文将从设计概念、技术要点和性能参数等方面进行详细介绍。
正文一、设计概念1.1 确定需求：分析市场需求和应用场景，明确目标功能。
1.2 制定设计目标：确定设计的整体思路和目标，如性能指标、外观设计等。
1.3 确定设计流程：制定设计的具体步骤和流程，确保设计过程的顺利进行。
1.4 安全性考虑：考虑到使用过程中的安全性问题，并采取相应的措施。
二、技术要点2.1 雕刻机结构设计：设计雕刻机的整体结构和各个部件的布局。
2.2 电路设计：设计驱动电路、运动控制电路等，实现雕刻机的各项功能。
2.3 控制系统设计：设计雕刻机的控制软件和相应的用户界面，实现易用性和灵活性。
2.4 精度优化：通过优化结构和控制系统，提高雕刻机的加工精确度。
2.5 材料选择：选择适合雕刻机使用的材料，确保设计的稳定性和可靠性。
三、性能参数3.1 加工精度：确定雕刻机的加工精确度和重复性。
3.2 加工速度：评估雕刻机的加工速度和效率。
3.3 工作范围：确定雕刻机的工作范围，包括X、Y、Z轴的移动范围。
3.4 载重能力：评估雕刻机的最大载重能力，以适应不同工件的加工需求。
3.5 耐用性：评估雕刻机的使用寿命和稳定性。
四、小点1...五、小点2...六、小点3...七、小点4...八、小点5...总结通过本文的介绍，我们了解了雕刻机毕业设计的整体思路和步骤。
确定设计概念、关注技术要点、指定性能参数，这些都是成功完成雕刻机毕业设计的关键。
同时，我们也要注重安全性和优化设计，以确保雕刻机的性能和使用寿命。
希望这些内容能够对读者在雕刻机毕业设计中的决策和操作提供帮助。
小型数控雕刻机结构设计与实现
位精度为 ０ ５ ． ０ ｍｍ；重复定位精度为 ０ ２ Ｔ 主轴最 ．５ ｌ ０ ｍｌｌ
高转速 为 ２ ０ ／ ｎ ４０ ０ ｍｉ；最大进给速度 为 ３ ｒ ｍ／ ｉ， ａ ｒ ｎ
传动系统 、Ｚ 轴均采用步进 电机驱动。 、ｙ
求有 良好的回转精度 、结构 刚度 、抗振性 、热 稳定性 及 精度 的保持 性 。
雕刻机 的主轴组件部分 ，如 图 ５ 示，通过 Ｚ向 所 滑块固定在 Ｚ向丝杠 的支架上 ，采用上述交流 电机带 动主轴机构 。
ｚ向进给 电机 主 轴 电机
联轴器 定 位螺 母
１采 用 高速直 流 电机 ） 利用 换 向器来 自动 改变 线 圈中 的 电流 方 向 ，从
变速 电动 机 来承 担 。雕 刻机 主 传动 为主 轴 的旋转运 动 ，主轴承承 受的轴 向载荷较大 ，径 向载荷稍小 ，精 度 要求较 高 。针对 雕刻 机 的工作 需求 对于 主轴 电机
有 以下两 种选 择 。
等载荷 ，完成表 面的成形运动 。主轴组件 由主轴 电机 和支架及其安装在主轴上 的传动件、密封件等组成，要
要 。针对不 同的应用领域，介绍 了一种低价、高效和实用 的数控雕刻系统的设计方案。并对结构简 单、加 ： 精度
较 高 、成 本 低 廉 的小 型 数 控 雕 刻 机 进 行 了 分析 。系 统 地 介 绍 了小 型 数 控 雕 刻机 的 总体 布 局 、主 运 动 传动 系统 、主 轴 结 构 、进 给 运 动 系 统 等 主 要 机 械 结 构 设 计 。 与 当 前 国 内外 同 性 能 的 数 控 雕 刻 机 相 比 ，在 价 格 上 具 有 一定
五轴联动数控雕刻机结构设计
五轴联动数控雕刻机结构设计在数控雕刻机的设计中，五轴联动结构是目前较为常见的设计方案之一。
它可以实现对工件的多角度切削和精细加工，广泛应用于各种工业生产领域。
本文将主要介绍五轴联动数控雕刻机的结构设计和相关技术。
五轴联动数控雕刻机是一种高精度的加工设备，它可以在三维空间内沿着任意轴线进行加工，具有以下特点：1.高精度：五轴联动数控雕刻机具有较高的机床刚性和运动精度，可以保证加工精度和表面质量。
2.高效率：五轴联动数控雕刻机可以在一次装夹的情况下完成多个加工面，提高了生产效率。
3.广泛适用：五轴联动数控雕刻机可以加工各种难加工的工件，如曲面、复杂零件等。
4.易于操作：五轴联动数控雕刻机采用计算机控制和程序编写，具有灵活性和易操作性。
1.机床底座：机床底座是整个数控雕刻机的主要承重部分，它需要具有足够的刚性和稳定性，以保证加工精度和表面质量。
底座材料通常为优质铸铁、钢铁等。
2.主轴箱体：主轴箱体是数控雕刻机的核心部分，它包括主轴、伺服电机、减速器等部分。
主轴箱体需要具有较大的承载能力和刚性，以能够承受高速转动的主轴和高速切削力。
3.工作台：工作台是安装工件的平台，它需要具有足够的刚性和平整度，以保证工件的精确定位和加工精度。
在五轴联动数控雕刻机中，工作台可以沿着X、Y、Z三个方向移动，并且可以绕着A、C两个轴旋转。
4.五轴联动部分：五轴联动部分是数控雕刻机的核心部分，它由数控系统控制，可以实现对工件的多角度切削和精细加工。
五轴联动部分通常包括A轴、C轴、AB轴、BC轴等各个轴的伺服电机、减速器、轴承等部分。
5.数控系统：数控系统是五轴联动数控雕刻机的控制核心，它负责控制机床各个部分的运动和加工过程。
数控系统通常由计算机、控制卡、数控软件等部分组成，可以直接对加工程序进行编程和调整。
五轴联动数控雕刻机的工作原理是由数控系统对五个轴的运动进行控制，从而实现对工件的多角度切削和精细加工。
具体工作流程如下：1.准备工作：将工件固定在工作台上，并进行定位、检测等工作。
CNC控制面板的软硬件和结构设计
CNC控制面板的软硬件和结构设计CNC控制面板是由软件和硬件组成的，硬件为软件的运行提供了支持环境。
CNC控制面板中实时性要求较高的任务就是插补和位控，即在一个采样周期中必须完成控制策略的计算，而且还要留有一定的时间去做其他的事。
CNC控制面板的插补器既可面向软件也可面向硬件。
CNC控制面板系统的硬件结构从电路板结构来分，有大板式和模块化结构两种。
从而使用的微机及结构来分，有单微机和多微机结构。
为了实现机床的控制任务，还必须设置一些输入，输出装置，这些装置通常称为外部设备，它们通过相应的接口空与数控机床连接，实施信息交换与控制。
CNC控制面板结构设计
●独特的欧式风格设计、亚克力按钮材质，透明水晶式按键，具有防水、防油，使用寿命长等优点
●立体框架结构，操作区域清淅的色彩搭配方案，美观大方；按钮可从正面直接更换，可根据CNC机种进行自由排布，适用范围广
●高度集成化电路，模块化设计，输入、输出接口与系统接口配套，连接方便
●矩阵扫描电路，为客户节省大量I/O点，面板（含手轮）共使用输入18个点，输出16个点，加密采用随机码形式，操作方便快捷
●正面防水防油设计（防护等级IP65）
●进口数字式编码波段开关，性能可靠稳定，施耐德按钮开关，做工精细且性能稳定
●支持联机调试，便于查错
●提供标准接口方案和范列程序，面板更新换代方便。
CNC数控系统的基本结构
△Li=F△t (i=1，2，…)
则当t→0时，折线段之和接近曲线L,即
当F为常数时，由于△ t对于一个数控系统而言恒为常数， 故△Li的长度也为常数，只不过其斜率与在L上的位置有关。
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第一节 概述
2.插补运算 在计算出△Li后，必须将其分解为x轴及Y轴移动分量△xi
另一方面，CNC系统的硬件和软件大多是采用模块化的结 构，使系统的扩充、扩展变得较方便和灵活。不仅如此，按 模块化方法组成的CNC系统基本配置部分(软件和硬件)是通 用的，不同的数控机床(如车床、铣床、磨床、加工中心、 特殊机床)只要配置相应的功能模块(软件和硬件)，就可满足 这些机床的特定控制功能。这种通用性对数控机床的培训、 学习以及维护维修也是相当方便的。
LCD(液晶显示屏)，通过软件可实现字符和图形的显示，以 方便用户的操作和使用。在CNC系统中这类功能有:菜单结 构的操作界面;零件加工程序的编辑环境;系统和机床参数、 状态、故障信息的显示、查询或修改画面等。
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第一节 概述
四、CNC系统的主要优点
1.数控功能丰富 由于CNC系统中的计算机具有较强的计算能力，因此，使
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第一节 概述
9.主轴功能 数控系统的主轴的控制功能，主要有以下几种: ·切削速度(主轴转速):刀具切削点切削速度的控制功能，
单位为m/min (r/min); .恒线速度控制:刀具切削点的切削速度为恒速控制的功能，
如端面车削的恒速控制;
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第一节 概述
4.灵活性和通用性 与早期的硬线数控系统相比，CNC系统在功能的修改和扩
CNC雕刻机平面并联机构的运动学设计
Jo u rn a l o f H uaq i ao U n ive r s ity N a t u ra l Sc i en ce J u l 文章编号100025013 (2002) 0320293207雕刻机平面并联机构的运动学设计CNC郑亚青刘雄伟( 华侨大学机电与自动化学院, 泉州362011)摘要提出一种新型三坐标CN C 雕刻机的概念设计1 该雕刻机采取平面并联机构实现X, Y 方向进给运动, 而安装在该机构末端的串联主轴实现Z 向进给运动1 针对该平面并联机构, 研究基于总体灵活度的运动学设计方法, 指出运动学设计问题可归结为以全局运动性能指标最大为目标的单目标、有约束的优化设计问题. 同时, 利用随机方向法搜索到一个最优解, 通过实例分析进行验证. 结果表明, 提出的方法是可行的, 可用于样机的开发1关键词平面并联机构, 运动学, 雕刻机, 计算机数控中图分类号T H 112 ∶T G 659 ∶T H 113 文献标识码 A平面闭链五杆机构, 是最简单的双自由度平面并联机构1 对于它在混合机械系统中的应用, 文献〔1〕深入地分析了其全局运动性能, 文献〔2, 3〕利用其实现精确轨迹和函数的输出1 但在轻型数控机床中的应用, 上述研究并没有深入分析其运动性能1 在运动学设计方面, 文献〔4, 5〕研究了兼顾工作空间面积和可控灵活度的设计方法1 针对文献〔6〕CN C 双摇臂雕刻机的不足之处, 本文提出了基于平面并联五杆机构的三坐标C N C 雕刻机设计方案, 研究一种基于总体灵活度的运动学设计方法1 该方法将运动学设计问题归结为, 以全局运动性能指标最大为目标的单目标有约束的优化设计问题, 并利用随机方向法搜索到一个最优解.1总体设计图1 为基于平面并联机构C N C 雕刻机, 图2 为其三维C A D模型原理图1 驱动杆L 1 和图1基于平面并联机构的C N C 雕刻机图2 平面并联机构原理图收稿日期基金项目2002202217 作者简介郑亚青(19742) , 女, 助教福建省博士课题基金资助项目华 侨 大 学 学 报 (自 然 科 学 版) 294 2002 年 L 4 在固定端A 和 E , 分别由各自的伺服电机驱动, 并经谐波减速器减速. 另一端分别与连杆L 2 和 L 3 相连, L 2 和 L 3 的另一端铰合在 C 点, 并在 C 点安装 Z 轴. 驱动电机安装在顶部, 通过丝 杠带动主轴上下运动, 实现雕刻机的三坐标运动. 其结构特点是M 1 , M 2 两个驱动伺服电机固 定. 这不仅有利于设计减速系统, 而且雕刻机的刚度将比文献〔6〕的双摇臂结构的刚度大大提 5- 1) + 5×1= 2〔7〕.高 1 由图 2 可以看出, 该平面并联机构的自由度为 F = 3× (5- 2 运动学设计原理211 位置逆解模型位置逆解问题: 已知并联机构结构尺度参数 L 1 , L 2 , L 3 , L 4 , L 5 , 以及终端位置 ( 即刀具中心) C 的位置 (x , y ) , 求两个驱动杆 L 1 , L 4 的转角 Η1 和 Η2 1 求解位置逆解有 2 个目的 1(1) 已知 C AM 模型后, 通过粗插补为伺服控制提供输入. ( 2) 为基于全局运动性能指标的尺度综合提 供数学模型 1 下面对实现 X , Y 方向进给运动的平面并联机构进行运动学分析, 其机构简图如 图 2 所示 1 刀具中心 C 的位置 (x , y ) , 可表示为x = - L 5 + L 1 co s Η1 + L 2 co s Η3 = L 4 co s Η2 + L 3 co s Η4 ,(1)y = - L 1 s i n Η1 + L 2 s i n Η3 = L 4 s i n Η2 + L 3 s i n Η4.由式 (1) 可推导出(2) x + L 5 - L 1 co s Η1 = L 2 co s Η3 , y - L 1 s i n Η1 = L 2 s i n Η3. 由式 (2) , 可得L 2 2 2 2 1 + (x + L 5 ) + L 2 - 2L 1 (x + L 5 ) co s Η1 - 2yL 1 s i n Η1 = y - 0. 2yL 1 , C = L 2 + 1 (x + L 5 ) 2 + y 2 - L 2 , 则有令 A = - 2L 1 (x + L 5 ) , B = - 2 A co s Η1 + B s i n Η1 + (3) C = 0. 令 T = tg Η1 则 s i n Η= 2 2 2 2 2T 1- - B ± B + A - T . 代入式 ( 3) , 可得 T = C . 则 Η , co s Η= 1 1 1 1+ T 2 1+ T 2 2 C - A= 2a rc t g T 或 Η1 = Π+ 2a rc t g T , 所以 Η1 共有四组解 1 同理, 可求出 Η2 , Η3 和 Η4 1 因为并联机构的 位置逆解是唯一的, 取哪一组解取决于并联机构的安装模式和初始位置 1 对于图 1 所示的安 装模式, 经推导验证, 并联机构的初始位置发生改变时, 末端执行器 C 处于不同的区域, 这时 位置逆解也不一样 1 若仅考虑使末端执行器 C 处于 y > 0 区域的初始位置, 则可以分为 3 个区L 2 2 2 2 1 + (x + L 5 ) + y - y L 2 域. ( 1 ) 区 域 1 ( x ≥ 0 , y > 0 ) . Η1 = ar c s i n + a r cco s , (x + L 5 ) 2 + y 2 (x + L 5 ) 2 + y 2y 2L 1 L 2 2 2 2 4 + x + y - L 3 y Η2 = a r c s i n - a r cco s , Η3 = a r c s i n - x 2 + y 2 x 2 + y 2 2L 4 ) 2 2 ( x + L 5 + y L 2 2 + (x + L 2 ) + y - L 1 2 2 2 2 2 2 2 L 3 + x + y - L 4 y , Η4 = a r c s i n + . ( 2 ) 区 域 2 ( x ≤ a r cco s a r cco s 2 2 2 2 x + y 2L 3 x + y 2L 2 (x + L 5 ) 2 + y 2L 2 1 + (x + L 5 ) + y - 2 2 2 y L 2 - L 5 , > 0 ) . Η1 = a r c s i n + + Π , Η2 = y a r cco s (x + L 5 ) 2 + y 2 (x + L 5 ) 2 + y 22L 1 2 2 2 2 L 4 + x + y - y L 3 y a r c s i n - a r cco s + Π , Η = a r c s i n - 3 x 2 + y 2 x 2 + y 2 2L 4 ) 2 2 ( x + L 5 + y第 3 期 郑亚青等: C N C 雕刻机平面并联机构的运动学设计 295L 2 2 2 2 2 2 2 2 (x + L 5 ) + y - 2 + L 1 L 3 + x + y - L 4 y + Π. ( 3 ) 区 域 a r cco s + Π, Η4 = a r c s i n + a rcco s 2 2 2 2 x + y 2L 3 x + y (x + L 5 ) 2 + y 22L 2 L 2 2 2 2 1 + (x + L 5 ) + y - y L 2 3 ( - L 5 < x < 0 , y > 0 ) . Η1 = a r c s i n + a r cco s , Η2 =(x + L 5 ) 2 + y 2 (x + L 5 ) 2 + y 2y 2L 1 2 2 2 2 L 4 + x + y - L 3 y - + Π , Η 3 = - a r c s i n a r cco s a r c s i n x 2 + y 2 x 2 + y 2 2L 4 ( ) 2 2 x + L 5 + y L 2 2 2 2 2 + (x + L 5 ) + y - L 1 a r cco s , Η4 = a r (x + L 5 ) 2 + y 22L 2 2. 2 全局运动性能分析Go s se l i n 值除以工作空间的面积〔5〕1 假定 Γ 表示全局运动性能指标(4) (5)1 = ∫W B = W d W . k d W , A 上式中, k 为工作空间W 内给定位置时的雅可比条件数, d W 为工作空间的微面积, B 空间的面积 1 雅可比条件数定义为k = ‖J ‖‖J - 1 ‖. 为工作 (6)k 是并联机构的一种局部性能, 仅反映工作空间内某一特定位置的机构运动控制精度 1k 值越 (J N J T ) ] , N = I ƒn , I 为二阶 大, 表示精度越低 1 而 J 为并联机构的雅可比矩阵, ‖J ‖= t r 单位矩阵, n 为方阵 J 的维数 1Γ 反映了在整个工作空间内并联机构的总体运动控制精度 1 由 于 k ≥1, 故 0< 1ƒk ≤1, 0< Γ< 1. Γ 值越大, 表示并联机构越能实现精确的控制 1 图 2 的平面并Ηα x α j 1 j 2 j 3 j 41 联机构, J 由速度正解方程 = J 求出 1 令 J = , 则 tg Η3 l 4 ( t g Η4 co s Η2 - s i n Η2 ) y α Ηα 4 5x tg Η4 l 1 ( t g Η3 co s Η1 - s i n Η1 ) 5x j 1 = = , j 2 = = , 5Η1 tg Η4 + tg Η3 l 1 ( s i n Η1 - tg Η3 co s Η1 ) 5Η2 5y 5Η2 tg Η4 + tg Η3l 4 ( s i n Η2 - tg Η4 co s Η2 ) 5y j 3 = = , j 4 = = , 5Η1 tg Η4 + tg Η3 tg Η4 + tg Η31 | j 1 j 4 - j2 j3 | = 2| k 1 - k 2 | ( ) = (k 3 + k4 ) . 7k 2 × ( j 2 + j 2 + j 2 + j 2 ) 1 2 3 4 式 ( 7) 中, k 1 = tg Η4 ( tg Η3 co s Η1 - s i n Η1 ) ( s i n Η2 - tg Η4 co s Η2 ) , k2 = tg Η3 ( tg Η4 co s Η2 - s i n Η2 ) ( s i n Η1 - tg Η3 co s Η1 ) , k 3 = ( l 4 ƒl 1 ) ( 1 + tg 2 Η4 ) ( s i n Η1 - tg Η3 co s Η1 ) 2 , k 4 = ( l 4 ƒl 1 ) ( 1 + tg 2 Η3 ) ( s i n Η2 -tg Η4 co s Η2 ) 2. 由式(4) , (5) , (6) , 可以得到平面并联机构的全局运动性能指标 Γ1 由于式 (7) 是复 合函数, 故全局运动性能 Γ 的求解, 只能用离散的方法求得 1213 基于最优全局运动性能指标 Γ 的工作空间综合基于最优 Γ 的工作空间综合, 是基于平面并联机构的 CN C 雕刻机运动学设计的核心内 容. 其目的是以实现运动终端位置能力 (运动范围) , 确保全局最佳运动控制精度目标, 确定所 有杆 L 1 , L 2 , L 3 , L 4 , L 5 的长度, 以及工作台的位置 121311 工作空间面积W 的确定 若不考虑转角 Η3 和 Η4 的限制, 图 2 所示的平面并联机构运华 侨 大 学 学 报 (自 然 科 学 版) 296 2002 年 动终端 C 可达工作空间可视为支链 L 1 , L 2 和支链 L 3 , L 4 运动终端的工作空间W 1 和W 2 的交集W = W 1 ∩W 2 , 如图 3 所示. 这里,W = Q 1 ∪Q 2 1 各杆长发生变化时, 工作空间的形状也随之 变化. 由于铰链转角 Η3 和 Η4 受到 Η1 和 Η2 的限制, 工作空间的边界难以解析表达. 本文采用一种数值近似M o n t e 2C a r l o 方法〔8〕来确定工作空间的面积. 其工作空间计算有 5 个步骤. ( 1) 用边长 l l = 2×m a x (L 3+ L 1 + L 2 ) 的一个矩形 ( 其中心与平面并联机构的笛卡儿坐标系原点生重合) , 来定义全部可能的工作空间. ( 2) 从 矩 形 中 随 机 选 择 大 量 的 点 ( 点 的 数 量 为n t o ta l = l l 2 (个) ). (3) 测试所选的每个点是否落在工作空间内 1 这可通过用平面并联机构的位置逆解方程式 ( 1) 来实 现. 若 每 个 点 的 坐 标 值 ( x , y ) 代 入 式 ( 1) 图 3 平面并联机构的可达工作空间 后, 得出的转角 Η1 , Η2 , Η3 , Η4 都是实数, 则该点就落在工作空间内; 否则, 该点就落在其外. (4) 计算落在工作空间的内的点数 n i n . ( 5) 工程空间的面 n i n积为W = l l 2. n t o t a l 21312 工作空间综合 设计目标是对该构型的雕刻机, 进行基于最优 Γ 的工作空间综合. 它 能满足并联机构运动终端的工作范围 (mm ) , 为矩形 L x ×L y , 工作台相对于雕刻机的位置应关 于X = - L 5 ƒ2对称, 且在坐标系的第一、第二象限. 同时, 确定其底边与Y = (m a x ( |L 1 - L 2 | , |L 3 - L 4 | ) + 5) (mm ) 重合. 其设计思路是, 定义杆长系数 a , b , c , d , Α, 确定一个杆长初值 L 0 , 输 入 L x , L y , 并预选一组杆长系数 (a 0 , b 0 , c 0 , d 0 , Α0 ). 对该机构以全局运动性能指标 Γ 最大为目标, 进行优化设计, 得到一组优化的杆长系数 (a 3 , b 3 , c 3 , d 3 , Α3 ). 接着, 确定具有优化杆长的平面并联机构工作空间. 然后, 测试矩形 L x ×L y 是否落在工作空间内. 否则, 返回增大初值 L 0 , 重新计算工作空间及再次测试矩形 L x ×L y 是否落在工作空间内, 直至满足要求为止. 下面 详细分析该优化设计问题 1 其目标函数 Γ→m a x , 设计变量为 a , b , c , d , Α, 而约束函数有 2 个. ( 1) 要求驱动杆 L 1 , L 4 是无条件曲柄, 在整个工作空间内无奇异点存在 1 不妨假设 a = L 2 ƒL , b = L 3 ƒL , c = L 4 ƒL , d = l ƒL , L 1 ƒL 5 = Α, L 1 + L 5 = l , L = (L 1 + L 2 + L 3 + L 4 + L 5 ) ƒ4. 由文献〔1〕可 0. ( 2) 考虑 知, 各杆长须满足如下条件, 即 a + b + c + d = 4. 0, 0< a , b , c < 2. 0, 0< d < 1. 0, Α> 到实际的应用场合, 各杆长度应避免相差太大, 故 a , b , c , d , Α的值尽量接近 1 为了优化方便, 缩小 a , b , c , d , Α的取值范围即为 0. 5< d < 1. 0, 0. 6< a , b , c , d , Α< 1. 6. 该问题且有 5 个设计 变量 X = (a , b , c , d , Α) , 两个约束条件的单目标优化设计问题 1 该约束优化问题可表示为g 1 (X ) = g i (X ) = g 2 (X ) = g j (X ) = g 3 (X ) = a + b + c + d = 4. 0i - d - 1. 6 < 0 ( i = a , b , c ) m i n f (X ) = m i n ( 1 ) = n i n 1. 0 < 0 0 0Γn i n 1 2 ( j = a , b , c ) 0. 6 - j < 0. 5 - d < i = 1 k i 的最优解. 式中 k i 值见式 ( 5). 由于该目标函数是较复杂的复合函数, 故这里采用对目标函数 的性态无特殊要求的随机方向法来求解 1 它有原理简单、解法直接、程序设计简单、使用方便第3 期郑亚青等: C N C 雕刻机平面并联机构的运动学设计297 和算法的收敛速度较快等优点〔9〕1 用随机方向法进行工作空间综合的程序框图, 如图4 所示1图4 随机方向法进行工作空间综合的程序框图华侨大学学报(自然科学版)298 2002 年3设计实例设基于平面并联机构C N C 雕刻机主轴的运动范围(mm ) 为400×400, 工作台相对于雕刻机的位置应在坐标系的第一、第二象限1 要求以全局运动性能指标Γ最大为目标, 对平面并联机构进行优化设计, 确定各个杆的杆长L 1 , L 2 , L 3 , L 4 , L 5 及工作台相对于雕刻机的位置1 ( 1) 已知L x = 400 mm , L y = 400 mm. ( 2) 根据图4 所示的随机方向搜索优化算法程序, 取L 0 = 405 mm , X 0 = 1. 4, 1. 2, 0. 8, 0. 6, 1. 1 , n =k = 6, Ε= 0. 21, Α0 = 0. 02, f 0 = 2. 186 3 ( Γ= 0. 4547). 在计算机上用M a t l ab 优化工具箱编程运行, 共迭代100 次, 求得约束最优解. X 3 = 1. 011f (X 3 ) = 1. 289 0) , Γ3 = 0. 775 8. 那么, 则各个杆的2, 1. 000 0, 1. 000 0, 0. 988 8, 1. 500 0 ,杆长分别为L 1 = 240. 28 mm , L 2 = 409. 54 mm , L 3 = 405. 00 mm , L 4 = 409. 53 mm , L 5 = 160.18 mm.绘制出的平面并联机构的可达工作空间, 如图5 所示. 机构相对于工作台的极限位置, 如图6 所示. 通过位置逆解方程式(1) , 求出平面并联机构的四个极限位置(D ) , 计算结果如表1所示.图5 平面并联机构的可达工作空间图6 机构相对于工作台的极限位置表1 平面并联机构的极限位置表D ƒm mΗ1 ƒ( °) Η2 ƒ( °) Η3 ƒ( °) Η4 ƒ( °)(120, 170) (120, 570) (- 280, 570)122. 186 379. 809 5136. 875 8- 20. 331 634. 094 077. 792 0- 4. 671 354. 524 782. 203 1129. 896 4122. 128 7154. 531 1( - 280, 170) 257. 063 082. 590 0 99. 277 1 214. 882 54结束语基于平面并联机构的C N C 雕刻机, 具有可实现平动和转动的解耦控制工作空间大, 以及刚度较大等优点1 它同时可将运动学设计问题, 视为以全局运动性能指标最大为目标的单目标、有约束的优化设计问题. 用随机方向法搜索到一组杆长系数最优解, 即a=1. 011 2, b= 1. 0, c= 1. 0, d = 0. 988 8, Α= 1. 5, 其全局运动性能指标Γ可达0. 775 81 设计实验例证表明, 该第 3 期 郑亚青等: C N C 雕刻机平面并联机构的运动学设计 299 最优解是可行的, 可用于样机的开发 1参 考 文 献周双林, 邹慧君, 姚燕安等 1 混合输入五杆机构运动性能的分析 [J ] 1 机械设计与研究, 2001, 17 ( 1) : 31～ 33程光蕴, 贺慧农 1 两自由度连杆机械精确实现平面轨迹的研究 [J ] 1 东南大学学报 ( 自然科学版) , 1990, 20(3) : 7～ 11孔建益, F u n k W , 吴干城 1 具有一个受控原动件的五杆机构精确实现给定传动比的研究 [J ]1 武汉冶金科 技大学学报 (自然科学版) , 1997, 20 (2) : 189～ 193G r o sse l in C M , A n ge l s J . T h e op t i m u m k i n em a t i c de s ign o f a p lan a r 32DO F p a r a l le l m an i p u la t o r s [J .A S M E J . o f M ech a n ica l D e s ign , 1988, 110 (1) : 35～ 40 G r o sse l in C M , A n ge l s J . A g l o b a l p e r fo rm an ce in dex fo r th e k in em at i c op t i m iza t i o n o f ro b o t i c m an i p u la 2 1 2 3 4 5 to r s [J . A S M E J. o f M ech a n ica l D e s ign , 1991, 113 (3) : 220～ 226 刘雄伟, 谢明红, 庄有土等. CN C 双摇臂雕刻机直线插补运动的计算机仿真 [A ] 1 中国机械工程学会生产 工程分会主编. 全国生产工程第 8 届学术大会暨第 3 届青年学者学术会议论文集 [C . 威海: 机械工业出 版社, 1999. 599～ 6026 7 8 M c 2C a r t h y J M . Geom e t r i c de s ign o f lin k a ge s [M . N ew Yo rk : S p r i n ge r 2V e r l ag In c . , 2000. 5～ 6 A lc i a t o reD , N g C . D et e r m in in g m an i p u la t o r w o rk sp a ce bo u n da r i e s u sin g th e m o n t e ca r l o m e t ho d an d lea s t squa r e s seg m en ta t i o n [J . A S M E R o b o t i c s K in em a t i c s D yn a m ic s an d Co n t r o ls , 1994. 72: 141～ 146 叶元烈 1 机械优化理论与设计 [M ]1 北京: 中国计量出版社, 2000. 60～ 639 K in e m a t i c s of P lana r Pa r a lle l M an ipula tor f o r Com puterNu m er ica l Con tro l of En g ra v in g M a c h in eZh e n g Y a q i n g L iu X io n g w e i(Co llege o f E lec t r om ech. E ng. & A u to. , H uaq iao U n iv . , 362011, Q uanzho u )A bstra c t A co n cep tua l de sign is advan ced fo r th e u se o f a no ve l 32ax is CN C en g r av in g m ach in e , i n w h i c h th e feed m o t i o n s in th e x an d y d irec t i o n s a re rea lized by a f ive 2ba r p lan a r p a ra lle l m an i p u la t o r w h ile th a t i n th e z d irec t i o n is rea lized by a se r ie s m a in sh af t m o un t ed o n th e en d o f th e m an i p u la t o r . T h e au tho r s i n ve s t i 2 ga te th e k in e m a t ic s o f th e p lan a r p a ra lle l m an i p u la t o r ba sed o n th e g lo ba l dex te r ity . an d po i n t o u t th a t th e k i n em a t ic s can be rega r ded a s a co n st ra in ed op t i m a l de sign p ro b lem w ith a sin g le o b jec t ive , w h ich m a k e s th eg lo ba l k in e m a t ic s p e rfo rm an ce i n dex to be m ax i m a l. A n d m o reo ve r , an op t i m a l so lu t i o n is sea rch e d o u t by th e m e t ho d o f ran dom d irec t i o n s an d ve r if ied by a ca se study . T h e re su lt i n d ica te s th a t th e p rop o sed k i n e m a t 2 ic s is fea s ib le an d can be ap p lied to th e deve l opm en t o f sam p le m ach i n e .Keywords p lan a r p a r a l le l m an i p u la t o r , k in e m a t i c s , en g r av i n g m ach in e , com p u te r n u m e r i ca l co n t r o l。
雕刻机总体及电气控制部分设计
雕刻机总体及电气控制部分设计一、引言雕刻机是一种常见的数控设备，在工业制造、艺术创作等领域有着广泛的应用。
本文主要介绍雕刻机的总体设计和电气控制部分的设计。
二、总体设计雕刻机总体设计主要包括机架结构设计、传动系统设计和控制系统设计。
2.1 机架结构设计机架结构是雕刻机的主要支撑部分，需要具有足够的刚性和稳定性，以确保雕刻过程中的准确性和稳定性。
通常采用铝合金材料制作机架，具有重量轻、刚性好的特点。
机架采用模块化设计，便于安装和维修。
2.2 传动系统设计雕刻机的传动系统主要包括导轨、滑块和驱动装置。
导轨一般采用直线导轨，具有高准确性和高刚度。
滑块用于连接工作台和导轨，能够实现平滑的滑动。
驱动装置通常采用步进电机或伺服电机，能够根据程序要求进行精确的定位。
2.3 控制系统设计控制系统是雕刻机的关键部分，能够实现对雕刻机各部件的控制和协调。
常见的控制系统有PC控制、DSP控制和PLC控制。
PC控制方式是最常见的方式，通过PC上的软件控制雕刻机的运动。
DSP控制方式是一种嵌入式控制方式，具有实时性好、稳定性高的特点。
PLC控制方式适用于一些简单的控制任务。
三、电气控制部分设计电气控制部分是控制系统的核心，主要包括电气元件的选型和电路设计。
3.1 电气元件的选型常见的电气元件包括电机、电源、驱动器、传感器等。
在选择电气元件时需要考虑其适应雕刻机的需求，如电机要具有足够的功率和转速；电源要稳定可靠；驱动器要能够提供足够的电流和精确的控制信号。
传感器的选择需要考虑其测量精度和信号输出方式。
3.2 电路设计电路设计主要包括电气控制系统的硬件电路设计和控制信号的电路设计。
硬件电路设计包括电机驱动电路、传感器接口电路、电源电路等。
控制信号的电路设计包括控制信号的输入和输出电路设计，其目的是确保控制信号的稳定性和准确性。
四、结论本文介绍了雕刻机的总体设计和电气控制部分的设计。
机架结构设计、传动系统设计和控制系统设计是雕刻机总体设计的主要内容，其中电气控制部分设计包括电气元件的选型和电路设计。
移动龙门式小型数控雕刻机Z轴和X轴的机构设计
目录摘要 (1)关键词 (1)1前言 (2)1.1雕刻机概述 (2)1.1.1雕刻机起源 (2)1.2数控雕刻机及其发展现状 (3)1.2.1数控雕刻机 (3)1.2.2研制雕刻机的目的和意义 (4)1.2.3数控雕刻机的特点 (4)1.2.4数控雕刻机的应用领域 (5)1.2.5我国数控雕刻机的发展现状 (5)2雕刻机的机械结构 (6)2.1雕刻机的工作原理 (6)2.2整体结构 (7)2.2.1雕刻机总体布局的基本要求 (7)2.2.2 影响雕刻机布局的基本因素 (7)2.2.3 坐标系的确定 (8)2.2.4三维雕刻机的机械结构 (9)2.3进给系统 (9)2.4进给系统 (13)3三坐标数控雕刻机的机械系统的设计 (14)3.1 设计参数的确定 (14)3.2 切削力、切削扭矩和切削功率计算 (14)3.2.1铣削力、扭矩和功率的计算 (14)3.2.2钻削力、扭矩和功率的计算 (15)3.3 主运动系统的设计计算 (16)3.3.1主运动系统传动链的组成 (16)3.3.2 主轴电动机的设计计算 (17)3.4进给运动系统的设计计算 (18)3.4.1 进给系统传动链的组成 (19)3.4.2滚珠丝杠副的设计计算 (19)3.4.3工作台进给电动机的设计计算 (22)3.4.4 工作台直线导轨副的设计计算 (23)3.5插补法 (23)4结论 (25)4.1总结 (25)4.2数控雕刻机的发展展望 (26)参考文献 (26)致谢 (27)移动龙门式小型数控雕刻机Z轴和X轴的机结构设计摘要：随着微电子技术和微型计算机的飞速发展，数控雕刻机的应用越来越广泛。
机电一体化广泛地综合了机械、微电子、自动控制、信息、传感测试、电力电子、接口、信号变换和软件编程等技术，并将这些技术有机的结合成一体。
本文简要的介绍了雕刻机的起源和发展现状，分析了国内外雕刻机的特点说明雕刻机的功能和使用范围；详细的分析了雕刻机的总体布局和结构方案，以及主运动和进给运动系统的选择，以及“三维雕刻”插补法的选择，分析和实现过程，实现雕刻系统的初步优化。
四轴三联动数控雕刻机原理
四轴三联动数控雕刻机原理详解1. 引言数控雕刻机是一种利用计算机控制系统进行加工的机械设备，它能够根据预先输入的设计文件对材料进行自动雕刻。
四轴三联动数控雕刻机是一种常见的数控雕刻机型号，它由四个轴线构成，其中三个轴线是联动的，一个轴线是独立控制的。
本文将详细介绍四轴三联动数控雕刻机的基本原理，包括结构组成、工作原理以及控制系统。
2. 结构组成四轴三联动数控雕刻机主要由机身、数控系统、刀具和工作台组成。
•机身：数控雕刻机的机身通常由铝合金或铸铁等材料制成，具有稳定的结构和刚性。
•数控系统：数控系统是数控雕刻机的核心部分，负责控制整个加工过程。
数控系统由计算机、控制卡和驱动器组成。
计算机用于编写雕刻设计文件，并将其传输给控制卡。
控制卡负责解析设计文件，并将指令发送给驱动器。
驱动器控制电机的运动，并根据指令调整刀具的加工位置。
•刀具：刀具是进行雕刻加工的工具，通常由硬质合金制成。
刀具的种类和形状根据不同的加工需求进行选择。
•工作台：工作台是固定或可移动的平台，用于固定待加工的材料。
工作台的结构和材料也会根据加工需求进行选择。
3. 工作原理四轴三联动数控雕刻机的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：•步骤1：设计文件准备。
首先，使用CAD或CAM软件创建雕刻设计文件，包括图形、轮廓等。
设计文件需要保存为特定的格式，以便于后续的加工。
•步骤2：传输设计文件。
将设计文件传输到数控系统中，可以通过U盘、局域网或者其他通信方式完成。
•步骤3：数控系统解析。
数控系统接收到设计文件后，通过控制卡对设计文件进行解析，提取出加工路径和刀具路径等信息。
•步骤4：驱动控制。
根据解析后的加工路径信息，控制卡发送控制指令给驱动器，驱动器控制三个联动轴的运动，将刀具移动到正确的加工位置。
•步骤5：刀具调整。
根据解析后的刀具路径信息，驱动器调整刀具的高度和角度，确保刀具与工件的加工表面完全接触。
•步骤6：加工时间控制。
根据设计文件中设置的加工参数，如速度、进给量等，驱动器控制刀具以恰当的速度和力度进行雕刻加工。
五轴联动数控雕刻机结构设计
五轴联动数控雕刻机结构设计作者：解晨宁来源：《科技创新导报》2019年第33期摘; ;要：五轴联动数控雕刻机具有高效率、高精度的特点。
配上五轴联动的高级数控系统，就具备对造型复杂的曲面空间进行高精度加工，并且能够实现对机床零部件、飞机构件等现代磨具的加工。
五轴联动雕刻机总体上结构紧凑，容易操作，安全性能好，刚度大，方便保养及维修，创新性高。
关键词：数控; 五轴; 雕刻机; 结构中图分类号：TG659; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文献标识码：A; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 文章编号：1674-098X（2019）11（c）-0057-02Abstract： Five axis machining center with high efficiency， high accuracy. If with the five axis linkage CNC system， but also on the complex spatial curved surface for precision machining， can adapt the like machine parts， aircraft components and other modern abrasive processing.Five-axis linkage engraving machine generally meets the design requirements.On the whole， the five-axis linkage engraving machine has compact structure， easy operation， good safety performance， high stiffness， convenient maintenance and maintenance， and high innovation.Key Words：CNC;five-axis;Engraving machine;Structure1; 五轴联动数控雕刻机的整体设计方案1.1 五轴联动数控雕刻机的工作原理五轴联动数控雕刻机是一个三维数控系统，与普通数控机床相似，系统将数据通过USB 接口发送给单片机，刀具走刀刀位指令将传送到系统，系统会自动表达用户交互功能界面，系统将算出的刀具走位数据信息转化成数字信号，系统将这些信号转化为伺服电机的脉冲信号，使得雕刻机床沿X方向，Y方向，Z方向三根轴的刀具走位。
数控雕刻机主轴传动机构设计
２ ． ３ 皮带 张紧机构工作原理 １ ） 带轮 ２ 与带 轮 ３ 同轴 ， 当带轮 ２转动时带动 ３ 转动 ， 带轮 ３ 通 过圆皮带经过过渡轮 ４ 、 ５ 带动带轮 ６ 转动 ， 从而时使 主轴转动 。 ２ ） 皮带 张紧机构 主要作用是在主轴上下移动 ． 带轮 ３ 与带轮 ６的 距离改变时 ， 保 持圆皮带 的松紧 。 一般将主轴调至上下行程 中间位置 ，
科技信息
。规划 与设计Ｏ
Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ＆Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ Ｉ Ｎ Ｆ Ｏ Ｒ Ｍ Ａ Ｔ Ｉ Ｏ Ｎ
２ ０ １ ３年
第２ １ 期
数控雕刻机主轴传动机构设计
邝正 安 （ 佛 山市 三水 区工 业 中等 专业 学校 。 广东 佛 山 ５ ２ 母 带轮２
带轮３ 弹簧 带轮５
活动 支浆
调懿螺母 固定叟絮 带轮４
主轴 带轮６
吏撑扳
图２
１ 三相 电机与主轴之间的变速机构
１ ． １ 设计基本要求 １ ） 主轴转速最高要达到 １ ５ ０ ０ ０转， 分钟 ； ２ ） 主轴实现可调速 。 １ ． ２ 变速机构图
三相 电机
皮带
带轮 ５
孵托 １
带轮６
带艳 ２
调节两个调节螺母 ． 使 弹簧顶住活动 支座 。 固定在活动支座 上的直线 轴承沿着导 柱滑动 ． 活 动支 座带动带轮 ３ 移动 ， 这 样使主轴 与带轮 ３ 间的圆皮带保 持适 当的张紧度 。当主轴上移时 ． 圆皮带对带轮 ３ 拉力 减少 ， 弹簧向上顶起活动支座 ， 活动支座带动的带轮 ３ 往上移动 ， 使主 轴与带轮间 圆皮带保持适 当的张紧度 。当主轴 向下移动时 ， 在带轮 ６ 和带轮 ４ 、 ５ 通过 圆皮带 ， 对带轮 ３ 施 加向下的拉力 ， 使联 动轴和活动 支座一起 ． 沿滑柱 向下 滑动压紧弹簧 ， 令主轴与带轮 间圆皮带保持适 当的张紧度。 ３ ） 电动机 中心线位 置一般与 （ 将 主轴调至上下行程 中间位置时 ） 带轮 ２ 、 的３ 所 处位置 的轴心一致 。 当活动支 座带动带轮 ２ 、 ３ 上下滑
数控铣削机床机构设计
数控铣削机床机构设计随着科技的发展，机械加工领域的技术水平也在不断提高。
数控铣削机床机构设计是数控加工技术的核心，数控铣削机床机构设计的好坏直接影响到整个机床的性能及加工质量。
因此，在数控铣削机床制造过程中，机构设计是至关重要的环节。
一、数控铣削机床机构设计的基本原理数控铣削机床机构设计要考虑机床的准确性，快速性，稳定性和寿命。
在机构的设计上，需要根据机床的使用条件和加工要求，综合考虑力学原理，传动系统，控制系统等因素，确保机床结构紧凑，传动稳定，寿命长，精度高。
1. 动力系统动力系统是数控铣削机床的核心部分，它包括主轴驱动器和进给系统。
主轴驱动器接受机床控制系统的指令，实现主轴的高速旋转。
进给系统是实现工件加工的重要组成部分，包括进给电机、进给轴、丝杠、轴承等。
进给电机驱动进给轴转动，通过丝杠传递运动信号，使工件在加工过程中得到准确的进给运动。
2. 结构系统数控铣削机床机构设计中的结构系统包括主轴箱、工作台、床身、连接件、导轨等。
主轴箱是主轴位置的稳定支撑，需要具备较高的刚性和稳定性。
工作台是工件的定位和夹紧位置，需要有高精度的结构设计来保证工件定位准确。
床身是整个机床机构的支撑基础，需要具有高强度，刚性和耐用性，保证机床运行的稳定性和精度。
3. 测量系统测量系统是保证数控铣削机床精度和准确度的重要组成部分，包括位置测量系统和角度测量系统。
位置测量系统用于测量运动部件的位置，包括主轴箱、工作台的位置和位置误差等。
角度测量系统用于测量旋转部件的角度和位置，保证旋转部件的准确运动。
二、数控铣削机床机构设计的关键技术数控铣削机床机构设计的关键技术包括传动系统、控制系统和结构系统。
1. 传动系统传动系统主要包括传动链条、丝杠副、伺服电机和减速器等，它们的功效在传递静力、动力、转矩、扭矩、运动等方面。
传动系统应具备传动精度高、控制稳定、负荷强性好等特性。
2. 控制系统控制系统包括数控系统和运动控制系统，其主要功效是实现运动控制命令的转换和传导。
设计说明书
目录1.1雕刻机的发展历史..............................................1.1雕刻机的基本知识..............................................1.2数控雕刻机的简介...........................................1.2.数控雕刻技术的产生............................................1.2数控雕刻机的特点...........................................1.2国内研究状况及其发展趋势..................................第二章.微型数控雕刻机的总体结构设计2.1设计前的调查分析....................................2.1.1项目背景................................................2.1.2问题描述...............................................2.1.3功能需求分析..........................................2.1.4设计思想及其设计原则................................2.2雕刻机的机械结构..............................2.2.1雕刻机的工作原理.................................2.2.2雕刻机总体布局的基本要求........................2.2.3总体结构设计..................................第三章.微型数控雕刻机的传动系统设计计算与选型第一章.引言1.1雕刻机1.1.1雕刻机的发展历史在1938年，世界第一台手动雕刻机在法国诞生。
五轴联动数控雕刻机结构设计
五轴联动数控雕刻机结构设计五轴联动数控雕刻机是一种先进的机械设备，广泛应用于木工、石材、金属等材料的雕刻加工领域。
它的结构设计非常重要，直接影响到设备的使用效率和加工质量。
本文将介绍五轴联动数控雕刻机的结构设计，包括机床结构、导轨选型、主轴设计等方面，希望能够为相关行业提供一些参考和借鉴。
1. 机床结构设计五轴联动数控雕刻机的机床结构是其重要组成部分，直接影响到设备的稳定性和精度。
通常采用龙门式结构或移动台式结构。
龙门式结构适用于大型工件的加工，其X、Y、Z轴的移动分别由龙门樑和立柱完成，结构稳定，刚度高，适合高速、高精度的加工。
移动台式结构适用于小型工件的加工，其Z轴移动由主轴完成，X、Y轴移动由工作台完成，结构简单，适合高速、高效的加工。
在机床结构设计的过程中，需要考虑到工件的尺寸、加工精度和加工效率等因素，选择合适的结构类型。
2. 导轨选型在五轴联动数控雕刻机的结构设计中，导轨的选型是非常关键的一步。
导轨的质量直接影响到机床的稳定性和精度。
目前市面上常用的导轨有滚动导轨和滑动导轨两种。
滚动导轨具有刚度大、精度高、使用寿命长的优点，适用于高精度的加工；滑动导轨具有摩擦小、抗冲击性好的优点，适用于高速的加工。
在导轨选型的过程中，需要根据设备的使用环境和加工需求综合考虑，选择合适的导轨类型。
3. 主轴设计五轴联动数控雕刻机的主轴是其核心部件之一，直接影响到加工质量和效率。
主轴的设计需要考虑到转速范围、功率、扭矩、刚度等因素。
通常采用串联或并联多电机驱动的方式来实现主轴的多轴联动。
串联多电机可以有效提高主轴的转速和功率，适用于高速、高精度的加工；并联多电机可以提高主轴的扭矩和刚度，适用于重载、切削加工。
在主轴设计的过程中，需要充分考虑到加工材料、加工工艺和加工精度等因素，选择合适的主轴类型和驱动方式。
4. 运动控制系统设计五轴联动数控雕刻机的运动控制系统是其关键部件之一，用于控制机床的各个轴的运动。
定梁式数控雕铣机结构设计
摘要雕铣机的出现弥补了通用数控机床（铣床、钻床等）加工功能单一，加工中心加工小型产品成本过高的不足。
数控雕铣机既可以雕刻,也可铣削, 是一种高效高精的数控机床，为我国制造业的发展提供了一种性价比很高的新型机床产品，是我国机床工业中的新产品本文介绍数控雕铣机机械结构设计过程，包括机床总体方案设计、主传动系统设计，X向和Z向进给传动系统的机械结构设计。
在主传动系统设计中，主要分析了电主轴机械结构，电主轴的冷却和润滑的方式，3KW主轴安装座的机械机构。
Z向进给传动系统中主要分析了丝杠、轴承，导轨的安装。
计算主要有：主轴切削力计算，主轴系统重力计算对滚珠丝杠的选择计算和Z轴伺服电机的选择计算支承轴承的选择。
最后完成机床装配图、部装图、零件图等。
关键词：数控雕铣机；电主轴；伺服电机；滚珠丝杠；导轨AbstractThe Emergence of engraving and milling machine makes up for deficiencies of general CNC machine tools (milling machine, drilling machine , etc.) .The shortcomings are single processing function and high cost of machining center processing of small products . The CNC engraving and milling machine,a highly efficient high-precision CNC machine tools, can not only be used to sculpturing but also milling providing a highly valued new machine products for the development of China's manufacturing industry ,which is the new product of new-style high-end manufacturing industry in China's machine tool industry.This paper introduces the design process of the mechanical structure on the CNC engraving and milling machine , including the overall program design of the machine tool, the design of the main drive system in X and Z axis to the feed the transmission system of mechanical structure . In the design of the main transmission system, this paper mainly analysis the mechanical structure of electric spindle ,the way of cooling and lubrication of the electric spindle , a mechanical mechanism of 3 kW spindle soleplate , the feed drive system in the Z direction mainly analysis the installation of the screw, guide rail bearing, and the relevant fixing and supporting . There are calculation of spindle cutting force, calculation of spindle system of gravity ,calculation of the choice of ball screw , calculation of Z axis servo motor selection and calculation of the rolling bearing selection. Finally, complete machine assembly drawing, part assembly drawing, part drawing etc.Key words: CNC engraving and milling machine; spindle; servo motor; ball screw;Guide;目录摘要 (I)ABSTRACT (II)目录 (V)1 绪论 (1)1.1数控雕铣机的概述 (1)1.2数控雕铣机和数控铣床及加工中心的比较 (1)1.3雕铣机与雕刻机的比较 (2)1.4国内数控雕铣机的发展和现状 (3)1.5本章小结 (6)2 数控雕铣机总体方案设计 (7)2.1机床总体结构设计 (7)2.2主运动方案设计 (8)2.3进给运动方案设计 (9)2.3.1 数控机床进给传动系统的基本形式 (9)2.3.2 以上几种传动方案的简介和比较 (9)2.4本次设计主要技术参数 (10)2.5本章小结 (10)3 主轴部件设计 (11)3.1电主轴的基本结构 (11)3.2主轴系统的计算 (11)3.3主轴设计 (13)3.4轴承选用及寿命校验 (14)3.4.1 轴承受力分析 (14)3.4.2 轴承寿命检验 (14)3.4.3 轴承的寿命L (16)3.5电主轴的冷却与润滑及安装 (16)3.6本章小结 (17)4 Z向进给传动设计计算 (18)4.1滚珠丝杠副的选择 (18)4.2Z向进给伺服电机功率的计算及选择 (23)4.3滚珠丝杠的支承结构及制动装置 (27)4.4联轴器的类型和选择 (28)V4.5Z向导轨 (28)4.6本章小结 (29)5 X向进给运动计算 (30)5.1滚珠丝杠的选型与校核 (30)5.1.1 计算丝杠最大动载荷 (30)5.1.2滚珠丝杠螺母副的选型 (30)5.1.3传动效率计算 (30)5.1.4 刚度计算 (30)5.1.5 稳定性校核 (31)5.2电动机的计算与选型 (31)5.2.1 初选步进电动机 (31)5.2.2 校核步进电动机转矩 (32)5.3本章小结 (34)6 结论 (35)6.1课题研究的主要结论 (35)6.2展望 (35)致谢 (36)参考文献 (37)附录 (38)定梁式数控雕铣机结构设计1 绪论1.1 数控雕铣机的概述雕铣机的前身是雕刻机，雕刻机的优势在雕，不适合加工材料硬度比较大的材料，随着科学技术的不断发展，对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求，产品的更新换代也不断加快，因此采用雕铣机来加工应运而生。
定梁式数控雕刻机机械结构设计
毕业设计（论文）题目：定梁式数控雕刻机机械结构设计无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交地毕业设计（论文）定梁式数控雕刻机机械结构设计是本人在导师地指导下独立进行研究所取得地成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢地内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写地成果作品 .班级：机械 94学号： 0923164作者姓名：2013 年 5 月 25 日无锡太湖学院信机系机械工程及自动化专业毕业设计论文任务书一、题目及专题：1、题目定梁式数控雕刻机机械结构设计2、专题二、课题来源及选题依据数控雕刻机是一种具备雕刻功能地数控机床，被广泛地应用于模具工业、零件精密加工等行业 .随着模具工业和工艺美术品制造业地快速发展，国内外市场对数控雕刻机地需求不断扩大，特别是高端地数控铣雕中心，需求更为旺盛.本课题拟通过对数控机机械结构地设计，帮助学生加深对本专业地相关知识理解和提高综合运用专业知识能力 .三、本设计（论文或其他）应达到地要求：①了解数控雕刻机地工作原理，国内外地研究发展现状；②完成数控雕刻机机械结构地总体方案设计；③完成零部件地选型计算、结构强度校核；④熟练掌握有关计算机绘图软件，并绘制装配图和零件图纸折合 A0 不少于 3 张；⑤完成设计说明书地撰写，并翻译外文资料 1 篇；四、接受任务学生：机械 94 班姓名范俊五、开始及完成日期：自 2012年 11月12日至 2013年 5月25日六、设计（论文）指导（或顾问）：签名签名教研室主任〔学科组组长研究所所长〕 系主任 签名2012年 11 月12签名指导教师签名日摘要当今世界，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地质量、精度和效率等地要求也越来越高 .因此，对于加工零件所需要地机床地跟新换代也与日俱增 .在此趋势地推动下，数控机床地结构优化改造设计变得非常重大.大批地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地前景，并对数控雕刻机地结构做了研究和优化设计，主要包含了数控机床地总体布局方案设计、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）地结构设计、相关滚珠丝杠地计算选型及校核、轴承和电机地计算及选型，最后利用 CAD 绘图软件绘制了机床地总装配图、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；AbstractIn today's world, modern industrial technology are rapidly developing with each passing day. In the field of machinery manufacturing, people are increasingly high requirements for the quality, accuracy and efficiency of the machine parts. Therefore, for a machine with a new generation of machined parts is also increasing. In this trend, driven by CNC machine tools transform the structure optimization design becomes very significant. A large number of CNC machine tools just mushroomed into the machinery manufacturing industry. Such as CNC engraving machine plays an importantrole in the field of mold, PCB circuit board, and advertising signs.In this paper, surveys and studies have been done of the fixed beam CNC engraving machine CNC machine tools development at home and abroad as well as its outlook for manufacturing in the future, and the structure of the CNC machine to do the research and design optimization, the overall layout design machine main drive system design (the electric spindle or motor directly connected to the transmission structure), machine tool feed motion systems (rail and ball screw) structural design, the ball screw calculation of selection and check the bearing and motor the calculation and selection, and finally the use of CAD drawing software to draw the general assembly drawing of the machine, some parts diagram and structure diagram.Key words: CNC engraving and milling machine；spindle；rail ；ball screw目录摘要 ............................................................................IIIABSTRACT ....................................................................... I.V... 目录 (V)1绪论 (1)1.1数控雕刻技术地产生 (1)1.2本课题研究地内容及意义 (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地主要技术指标 (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数控雕刻机结构地改良对比 (7)2.4工作台地结构设计 (9)2.5本章小结 (10)3主传动系统地方案设计 (11)3.1主运动传动系统设计 (11)3.2电主轴 (12)3.2.1电主轴地介绍 (12)3.2.2电主轴地结构及其优点 (12)3.2.3电主轴地安装 (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进给传动系统地要求 (15)4.1.2进给传动系统地基本形式 (15)4.1.3以上几种传动方案地简介和比较 (15)4.2滚珠丝杠系统 (17)4.2.1滚珠丝杠副地选择 (17)4.2.2滚珠丝杠支承结构 (17)4.2.3支承轴承地选择 (19)4.2.4滚珠丝杠副地制动装置 (19)4.2.5步进电机与进给丝杠地联结结构 (19)4.3 滚动导轨地安装定位 (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主轴系统铣削力地计算 (21)5.1.3滚珠丝杠副参数地计算选择 (22)5.1.4滚珠丝杠副地强度校核 (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)5.2.1X 向丝杠地选型及校核 (28)5.2.2丝杠轴承地选择及计算 (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 绪论1.1数控雕刻技术地产生早在二十世纪中叶以前，人们对于零件打孔和铣削地加工手段主要是靠人工作坊式地手动和半自动地金属冲、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，就工业发达国家地许多 PCB （印刷电路板）加工设备设计而言，为了使产品具有强劲地市场竞争力以满足人们地要求，生产厂家纷纷投入了较大地人力、物力和财力，就PCB 加工设备地设计过程中存在地问题做了深入研究，最后在 60年代初获得了较大地成果 .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 机床地问世，是 1952 年在芝加哥机床展览会上出现地，而针对于PCB 工业加工地 CNC 机床大概晚于纯金属切削加工机床 10年左右，它是 60年代初期出现地，从此便开创了数控雕刻技术地新纪元 [1].1.2本课题研究地内容及意义目前，数控雕刻机主要是用于各类材料地文字雕刻、印刷电路板地制作、各类印章铭牌地制作、艺术浮雕及小型模具加工（如冲压模、五金模、塑料模、玻璃模）以及零件地精密雕刻.由于模具产业和美术品制造业地日益发展，纵观全球，市场上对于数控雕刻机地需求逐步扩大，首先是相对高端地数控雕刻中心，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地加工机床装备 .数控雕刻机地机械加工精度高、刚性强，它地数控系统还拥有抗干扰特性，是含有高新科学技术地一种加工设备，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地一类加工机床 .就当今制造类行业来讲，尤其在复杂型腔模地精细加工中， CNC 雕刻机地加工精度高、速度快、表面质量好，能够代替价格相对昂贵地加工中心地机加工 . 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地实现元件，它地数控系统功能全面，采用半闭环伺服电机驱动，其加工精度可达 0.001毫M，定位精度和重复定位精度都优于普通地数控机床地加工精度 .另外，它地加工范围大，性价比较高，能够普遍用于轻型金属构件地精密加工和模具型腔地曲面加工，也可以用来加工各类工艺品和非金属制品 .目前，虽然数控雕刻机地技术已经相对比较成熟，生产地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].本课题研究地数控雕刻机是一种小型三轴联动定梁式数控雕刻机床 .它可以完成一般地轻型零件及电子电路板地加工，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 .根据数控雕刻机地自身特点，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地选型计算、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、家具制造业地发展日趋扩大，尤其在模具行业中对零件表面地加工，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地发展 .CNC 雕刻机相对于一般加工机床有着技术上地优势，而且它地价格合理，现已成为了市场上电子零配件地制造、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 .由于数控雕刻机地应用领域日益拓展，它地市场规模也不断扩大•根据罗百辉地调查显示，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，是它导入市场地阶段 .随着数控雕刻机技术地不断成熟和价格趋于合理，其性价比逐渐得到业界地认可，市场快速扩大 .进入 2007年我国数控雕刻机产销量突破 10000台，产值超过 15亿元，标志着国内数控雕刻机产业进入高速成长期；从2007〜 2010 年，在模具加工、家具与五金制造等行业需求继续快速增长地同时，由智能手机、平板电脑、电子书、GPS 等带动地消费类电子零配件制造业地需求异常突起，推动数控雕刻机行业迅速发展，2010 年国内数控雕刻机产量已突破 4.5 万台.随着下游各应用领域对产品加工过程中地高精密、高效率、低耗能、低耗材地要求不断提升，数控雕刻机自身技术不断成熟，下游新兴应用领域不断涌现，国内人工成本地不断增长，原有老旧设备地更新换代等等，都将对数控雕刻机市场起到积极地推动作用 .未来数控雕刻机行业将持续高速增长 .结合各下游行业十二五规划制定地发展目标，罗百辉预计到 2015年全国数控雕刻机产销量将达到 12万台.在市场结构方面，消费类电子产品零配件制造、模具制造、五金制品及家具制造等四大行业仍将是数控雕刻机地主要应用领域.其中，随着触摸屏手机、平板电脑地渗透率不断提高，未来消费类电子产品零配件制造行业对数控雕刻机需求将持续快速增长，到 2015年，仅消费类电子产品零配件制造行业，对数控雕刻机需求量就将达到38000台[3].下面以 PCB 地加工为例，介绍数控雕刻机在印刷电路板领域地应用.现在印刷电路板和它地制造技术地发展已达到了一个较高水平 .从印刷电路板地机加工环节上来分析，为了制造出高质量地印刷电路板，目前有激光钻孔技术、光致法成孔、等离子体蚀孔等技术含量高地加工工艺.由于这些加工技术本身有着一定地局限性，所以一般 PCB 加工作业大多数得依靠数控雕刻机床来进行 .就我国而言，通过几十年地发展， PCB 制造行业地技术含量和设备支持都达到了一个较高地水平 .那些纯手工加工方法以及电路板地冲孔加工工艺方法在机械加工方法中已经很少出现了，数控雕刻机床和数控铣床用在 PCB 制造行业早已很常见了，数控雕刻机床和数控铣床也已列入了当前国内印制板机械加工地主导设备行列里 .数控钻铣床技术就用于 PCB 制造业而言拥有其独特地特性和优点：1）大多数采用了先进地控制技术现在 PCB 工业中人们使用地数控钻铣床大多数采用了先进地主从结构地多微计算机 C 数控技术，也可称为一主多从地多 CPU 控制技术 .由主 CPU 控制，从 CPU 再分别控制不同功能与特性地结构部件，确保它们于主 CPU 地控制步调一致 .2）数控钻铣地效率高，精度好，速度快，质量高一般来说数控钻铣床地各个电主轴都配置了 Z 轴进给深度控制感应系统 .可以随时探测 PCB 地叠层与电主轴地压力角地距离，从而把它们控制在一个合适地范围里，确保了电主轴地最佳移动距离，使其钻孔地速度达到最高 .Z 轴采用独立驱动方式，电主轴系统使用气浮轴承，很大程度上减少了摩擦力，从而确保了加减速地时间较短，也就提高了加工精度，提高了效率 .再加上采用了高动态伺服马达，仅仅只需几毫秒地时间电主轴地速度就能达到最高 .目前，当电主轴达最高运转速度时，其值为120000r/mi n对于加工钻孔直径为0.1mm小孔时 .一般铣床因工艺地需要，其速度会确保在55000r/min 以下，速度快反而不利于加工.就位置地反馈系统而言，配置了直线光栅或线性磁尺，将它们组成闭环式反馈回路，让钻孔地定位精度达 0.003mm 以下，重复定位精度在 0.002mm 以下.而且，加工出来地 PCB 板无毛刺，不会有斜度，表面光滑整齐 .3）具有自检自控功能数控钻铣床 ,大多数都具备自我检测，自我反馈，自我调整地功能.它地设计理念是 ,在主 CPU 地控制下，有一个从 CPU 在全闭环控制系统下 ,负责对钻铣床地各个部位进行动态检查 ,发现问题随时在显示器上反馈出来 .甚至有地同时显示和报警 .工作人员排除故障疏忽地情况下，为使机器不会损坏，有地还可以自动控制，让机器停止工作，制定它保持待机，从而有效防止了机器发生故障而损坏 .同时，每个主轴都安装激光测试径向跳动装置，保证每个主轴都保持在最佳工作状态 .钻头地折断在实际生产中经常发生，但若不能及时发现并采取更换措施，应该要钻地孔就有可能为钻.而且， PCB 电路板还可能被断地钻头划坏损伤，严重影响到电路板制作地质量问题 .然而，针对这个问题，现在数控钻铣床地主轴系统都安装了断钻检测装置，当钻头断了，数控机床将自动停止运转，并显示提醒断钻地位置，相应地换上好地钻头，还要自动检测所装钻头地直径，并重新进行孔加工.另一方面，机床具有了自检功能后，它还能自动控制钻孔地深度，确保钻头尖端和工作台面地距离.从而确保机床地工作台面不会被钻坏损伤 .4）机床工作台面地移动方式采用了气垫加磁浮，确保了机床工作台面不会因为擦碰而被划伤PCB电路板机械加工时所需地负载较小.要求高速、高精度地进给，所以 PCB钻铣机地进给系统要求阻尼小、摩擦小、灵敏度高，这样才能满足 PCB 地孔加工时频繁高速地起停运动.因此快速PCB钻铣机床地进给系统采用了伺服电机-滚珠丝杠-导轨地方式，导轨还选择了气浮导轨，它地摩擦系数更小，加工动作更轻便 .当空气轴承出现问题时，数控钻铣机床将处在一种不平衡地状态，这样工作台面很容易被划伤 .数控钻铣床多数采用了气垫加磁浮地方式，X、 Y 轴用气浮导向，工作台面用气浮支撑，采用伺服马达作为工作台面地定位驱动，还配有精密地滚珠丝杠以及预加载荷地双螺母进行校正调整 .这样机床工作台面移动起来轻盈，快捷，精准 .也使得运动加减速过程地时间远远缩短 .如若机器有不平衡现象出现，磁浮会吸住机床工作台面，让机器停下来，使得整个工作台面完好无损 .而且 X 轴和 Y 轴采用分离式布局，避免了传统地重叠现象 .布置 X 轴、 Y 轴在大理石结构地中央位置，工作台面始终保持在最佳平衡状态，相应得也就提高了孔加工地精度.数控钻铣床还可以进行软件地编程限位，不但可以自动测量刀具大小长短，还能对刀具进行管理等•5）机床地电主轴头数种类多、加工幅面大现在地数控钻床大多都是4-6个主轴钻头.这大大提高了生产效率，同时也满足了大规模地自动化生产需要•增加主轴以后，机床台面尺寸也要对应增加.X、丫轴地编程也将相应扩大，（一般在600mm x 600mm以上），轴地行程增加了，相应地钻孔面积也将增加.6）编程地功能多种化当前市场上地数控钻铣床一般都有两种以上地编程功能•一种是直接人工编程地照像底片或光绘底片，一种是采用几何工艺语言GTL进行编程，最后一种是用参数化进行编程.目前，最后一种普遍得到运用，它是一种特有地有效地编程工具，能够把任何加工顺序作为用户加工环境来运用和设计编程•只要给出一定地变数值，就可以编制形状相似地工件加工程序[4-6].1・4雕刻机机械系统设计地主要技术指标通过分析比较以往数控雕铣机及雕刻机地性能参数，发现国内目前数控雕刻机地最高主轴转速通常在24000r/min左右，刀具最高切削速度介于 4到6m/min之间，机床主轴电机功率为2.2千瓦上下.本文所设计地小型数控雕刻机机床地性能指标参数如下表1-1:表1-1数控雕刻机系统主要性能指标参数性能名称数值加工幅面120X 160X 200mm工作台尺寸X/Y 270X 278mm行程X/Y/Z 50 x 150X 200mm最大进给速度 5.0m/min加工刀具最大直径① 6.0mm主轴电机最高转速3000r/mi n主轴电机功率400kw换刀方式手动换刀X/Y/Z定位精度-0.1 〜+0.1mmX/Y/Z重复定位精度-0.05 〜+0.05mm总功率P 1000W轴联动数 4脉冲当量-0.001 〜+0.001mm/脉冲外观尺寸400 x 500 x 6002 雕刻机总体布局方案设计2.1数控雕刻机布局要求及影响因素数控雕刻机床主要是用于较小雕刻量或软金属材料地工件地加工.要求加工精度较高它主轴地转速甚至高达 30000r/min 左右 .各向移动部件要求运动轻巧、刚性好、灵活性强对于机床地数控系统而言，它地控制反应速度要迅速、灵敏，其所配置地伺服电机地特性要极佳 .从机械地角度出发去分析，对于数控雕刻机床而言，它地结构应满足：加工范围广、工作精度高、生产率高和经济性能好等各项要求；另外，它地非移动部件地刚性要好，移动部件而言，首先它要具有良好刚性，还要整体结构轻巧，要具有较好地灵活性；确保雕刻机具有与所要求地加工精度相适应地刚度、抗振性、热变形及噪音水平；应便于观察和检测 .在机床地加工过程中还要利于操作、位置地调整和进行维修.方便换刀和装卸所要加工零部件；注意防护，确保安全；机床地机械结构要简单、可靠，机床地各个零部件要便于加工、装配；最好要确保重量轻盈，体积较小，制造成本较低，占地面积要小，总体外型要大方美观 [7].在满足了机床总体布局基本要求地基础上，还应考虑到影响雕刻机布局地其它基本因素，如下：1.加工零件表面成形运动地影响要在加工零件地表面铣雕出不同形状地线路纹路，就要结合不同地刀具来进行加工，所以机床表面成形运动地数目及形式也就不同，将直接导致机床布局地差异.因此，在布局雕刻机时，必须根据加工地要求，首先对所要加工零件表面成形地方法及运动进行综合、全面合理地考虑 .加工零件地表面，要成形地加工运动主要可分为铣削、钻孔、切割三类.因此所设计地数控雕刻机必须满足下面几种运动才可以实现各种加工过程：(1)X、 Y 两个方向上相互垂直地直线移动 .从而实现了钻头在 X 、Y 平面内地定位自由，从而使得刀具在平面 X、Y 内按照不同地轨迹路径对零件进行铣雕加工 .(2)与 X、Y 平面相垂直地 Z 方向上直线移动 .使刀具地钻孔加工有个切入地过程 .(3)机床切削地主运动是刀具地高速转动 .2.数控雕刻机动静分配所产生是影响由于数控雕刻机地动静分配存在差异，所以机床对应地布局也会不同.而且，就同一种动静分配地布局而言，因为机床导轨地布局加上导轨结构安装结构不一样，雕刻机地布局也会不一样 .因此，对于雕刻机动静分配地规划，可依照下面地原则来考虑：(1)所选地动静分配将增强机床加工地精度 .(2)机床移动部分地零件地重量最好轻巧 .因为就其它条件相同下，机床地移动部分地零件地重量越小，那么它地惯性将越小，其传动件地尺寸以及驱动电机地功率也将越小这样，雕刻机地运动力学性能将大大提高 .(3)要有助于加强雕刻机结构地刚度，机床地占地面积要尽可能地小 .3.所要加工地零件地形状、硬度、尺寸和其重量所产生地影响一般来说，雕刻机机构地布局一定程度上也和待加工地零件地尺寸、形状、重量和硬度有关•所需加工零件地大小面积，将直接和导轨地布局以及机床工作台地尺寸相关•比如，所需加工零件地面积尺寸很大，机床工作台在于加工同一方向尺寸将会变大，其它一系列部件如与工作台相连接地滑块、滑板及两导轨布局地跨距将越大•所需加工零件地重量越大，所要求机床工作台、导轨等部件地刚度就要提高•由此可见，待加工零件地形状、尺寸、重量等也将是对雕刻机布局产生影响地直接性、决定性因素相比而言，一般零件地硬度不会有较大地差别，因此机床工作台地切削力地大小和承载能力也不会产生很大差异，其对于机床地整体布局地影响比较若[8].2.2数控雕刻机总体结构布局数控雕刻机总体结构布局如图2.1所示.图2.1数控雕刻机机床总体布置图本次设计地数控雕刻机机床主要由：1.立柱2.机床床身3.工作台4横梁5.X轴6.工控机7.电器柜8.Z轴9.主轴立钻头和10.Y轴等零部件所构成.机床龙门式结构具有刚性和对称性优良地特点，所以一向是设计高速切削机床结构地首选.本次设计地机床总体布局将采用龙门架式布置结构.机床龙门框架式地基本布局形式一般有如图 2.2所示A,B两种结构：图A工作台移动式图B龙门架移动式图2.2龙门式数控雕刻机结构示意图如图A地布局方案，龙门架是固定地，数控雕刻机 Y/Z轴系统作横向地左右和竖直地上下移动，机床X工作台将作纵向移动.由于机床工作台地移动，机床地承载能力将不如布局B地承载能力优良.如果所需承载加工零件比较轻，那么此类机床布局方式要求地电机功率及传动部件地尺寸就比较小，移动比较快捷、轻便 .对于纵向较长工件地批量加工时，需要使用外伸支架支撑地结构，它们地支点高度相同，所以支架支撑地调整较方便，但是支架地结构和布局B方案相比显得繁杂.由于机床移动部件地质量比较小，因此该种方案中地数控雕刻机Z轴系统刀具地运动、精度易于得到保障.在图B地布局方案中，机床工作台是固定地，数控雕刻机 Y/Z轴系统作横向地左右和竖直地上下移动，龙门架作纵向地移动.由于机床工作台是不动地，所以它地承载能力比较好，适合于对重型零件地工件.对于纵向较长工件地批量加工时，需要使用外伸支架支撑地结构，它们地支点高度相同.但机床Z轴系统刀具地运动精度难以得到保证，而且龙门架地移动相对笨重.且加工过程能耗较高，效率较底.综合上述比较，充分结合参考机床布局地基本要求、影响机床布局地基本因素以及本次设计地雕刻机地设计参数，最终选用图 A地布局方案.该机床地横梁和立柱还特意设计得较宽.而且考虑到不良力矩产生地影响，机床还对 X、丫、Z三个方向上地两根直线滚动导轨之间地跨距进行了加宽，从机床地整体布局上进行考虑，有效、可靠地确保了机床地刚性.2.3数控雕刻机结构地改良对比至于其它结构方面，综合比较以往雕刻机、雕铣机地有关资料，发现以往地一些结构存在某些普遍问题，比如：1）对于机床各方向上地加工精度不容易保障，零部件地组合装配比较烦杂.2）加工地切削力较大地情况下，机床 Z轴滑座与丫向横梁地垂直程度有偏移误差地现象。
数控激光雕刻机机架设计
1绪论1.1课题的背景及目的什么是数控机床？在介绍数控机床之前我们先了解一下普通机床。
车、铣、刨、磨、镗、钻、电火花、剪板、折弯、激光切割等等都是机械加工方法，所谓机械加工，就是把毛坯零件加工成所需要的形状，它包含尺寸精度和几何精度两个方面，能完成以上功能的设备都称为普通机床。
所谓数控机床就是在普通机床上发展过来的，数控的意思就是数字控制，它是一种装有计算机数字控制系统的机床，数控系统能够处理加工程序，控制机床自动完成各种加工运动和辅助运动[1]。
随着科学技术的发展，机械产品的结构越来越合理，其性能、精度和效率日益提高，更新换代频繁，生产类型由大批大量生产向多品种小批量生产转化。
因此，对机械产品的加工相应地提出了高精度、高柔性与高度自动化要求。
由于数控机床综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机械结构等方面的技术成果，具有高柔性、高精度与高度自动化的特点，因此采用数控加工手段，解决了机械制造业中常规技术难以解决，甚至无法解决的单件、小批量，特别是复杂造型面零件的加工。
应用数控加工技术是机械制造业的一次技术革命，特别是数控特种加工的发展，使机械制造业的发展进入了一个新的阶段，提高了机械制造业的制造水平，为社会提供了高质量、多品种及高可靠性的机械产品。
同时它可以帮助人类完成很多危险、繁重、重复的体力劳动。
人类文明的发展、科技的进步已和数控机床的研究、应用产生了密不可分的关系。
由于社会的需求，造就了一批从事设计、开发和使用数控加工机床的高级人才。
经过50多年的发展，现代数控技术在工业、农业、国防、航空航天、商业、交通运输、旅游、医药卫生、办公自动化及生活服务等众多领域获得了越来越普遍的应用，并已取得了巨大的经济利益。
数控技术，尤其是数控特种加工技术的不断进步与创新，使整个制造业乃至整个社会都发生了和正在发生着翻天覆地的变化。
数控技术可以从某个角度折射出一个国家的科学水平和综合国力[1][2]。
数控精雕技术
8/9/2015 10:24 PM
（1）高频模： ②上下模
②上下模（阴阳模）
目标 重点 内容 问题 作业
8/9/2015 10:24 PM
2、模具业
目标 重点 内容 问题 作业
（2）滴塑模：用于服装、箱包、鞋业、礼品业、 商标业和装饰业等行业。 鞋材
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（2）滴塑模
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第二节、精雕CNC雕刻系统简介
（2）JDXMS
目标 重点 内容 问题 作业
JDXMS是加工鞋 底模型的专用设 备，主要加工材 料为代木、ABS， 使用专业夹具， 一次装夹定位可 加工鞋底模型的 五个侧面，侧面 间的拼接精度可 达±0.1mm。
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第二节、精雕CNC雕刻系统简介
（2）JDLMS_FS
目标 重点 内容 问题 作业
JDLMS_FS是发 饰产品生产过程 中打孔、划线和 切边工序上的专 用批量加工设备。
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第二节、精雕CNC雕刻系统简介
5、辊雕系列：JDGMS60、 JDGMS80 、JDGMS120
Carver_45_600适合 于注塑模具的精加工、 紫铜电极、铝合金产 品以及非金属材料产 品的加工 。
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第二节、精雕CNC雕刻系统简介
2、麒雕系列
目标 重点 内容 问题 作业
（1）JDPMS_G
JDPMS_G：适 合于文字图案雕 刻，软金属如铜、 铝的小产品加工， 各类铜模加工和 小型冲模精加工。
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1、广告业
（1）胸牌和标牌