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2 2.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。 1.滚珠丝杠副的选择 本设计采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: X,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下: 2.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,η=0.85。已知Ph=4mm,设丝杠上最大负载G为500N,静摩擦µ为0.2,根据经验公式计算启动力矩: T=(F+µG) Ph/(2Лη)×10-3=0.0918N·M (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: 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,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): 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: 主轴型号Spindle type | 转速Speed
(r/min) | 电机 Motor | 外形尺寸 Dimensions(mm) | 变频器Conv
Kw | 润滑Lub | 冷却Cool | Bearings type | KW | V | A Hz | D | D1 | D2 | Joint of nose | L | L1 | L2 | ADX60-24Z/0.25 | 24000 | 0.25 | 220 | 1.2 | 400 | 60 | 55 | - | ER11 | 162 | 6 | 23 | 0.5 | grease | water | 1×7002C/P4
1×7000C/P4 |
6.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) 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。
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