刻线机机构设计
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。
圆盘刻线机机械原理课程设计说明书
河北工业大学机械原理课程设计设计说明书作者：刘昭学号：140566学院：机械工程学院班级：机电142 题目：圆盘刻线机同组人：赵洪飞指导教师：张换高2016年 6 月 25 日摘要目录目录 (1)1设计任务 (2)2国内外研究现状 (2)3执行装置方案设计 (2)3.1功能分析 (3)3.2总功能实现的原理 (3)3.3执行构件工艺动作设计分解 (4)3.4机构型综合 (5)3.5工作循环图设计 (7)3.6执行机构尺度综合 (7)4原动机选择 (8)4.1原动机类型选择 (8)4.2原动机功率和转速确定 (8)5传动系统设计 (8)5.1总传动比计算 (9)5.2传动比分配与传动装置设计（各传动传动比） (9)6总体设计方案 (10)6.1总体布局方案 (10)6.2总体设计方案 (11)7机构运动分析 (12)8结论 (13)参考文献 (14)设计感言 (14)1设计任务1.圆盘刻线机主要用来实现自动刻线，刻线要求为每隔１秒刻一条线，平尺上相邻两条刻线之间的圆弧所对应的中心角度为一度，刻线长度有18毫米、13毫米、10毫米三种类型。
第一次刻线长度为18毫米，后四次刻线长度为10毫米，第六次刻线长度为13毫米，第七至第十次刻线长度为10毫米，以后依此类推，圆盘毛坯的直径为300mm，相邻两条刻线之间圆弧所对应的中心角为一度。
2.刻线深度为0.5mm，深度要均匀，为防止刀具磨损，要求反行程要有抬刀运动。
3.为扩大刻线机的应用范围，要求线条长度可调（中，短长三种长度的比例可不变）。
4. 每秒钟刻一条线。
5：要求刻线机在工作过程中主动轴的角速度不均匀系数δ<=1/40。
刻线时的切削力F=1000N。
2国内外研究现状刻线机国内研究现状：科学技术的发展，有的刻线机上采用了激光刻线机由光刻代替机械刻划，可在工作台移动的情况下完成动态刻线，刻线精度大为提高，国内比较成熟的激光刻线机厂家例如北京博奥嘉华激光科技有限公司生产的BVD50系列激光刻线机。
平尺刻线机运动设计方案.doc
平尺刻线机运动设计方案一、工作原理及工艺动作过程在很多具有定量要求的相对移动和相对转动的零件上，需要有指示相对移动或转动量的刻度线。
平尺刻线机主要用于有相对移动零件的刻线工作。
刻度线长度按十进制规律分为三种，分别指示图1 钢板尺一、五和十，并依次重复出现。
图 1 所示的钢板尺就是用平尺刻线机加工的。
显然在加工时，平尺每送进 1 mm，刻刀刻线一次，且能自动改变刻线长度。
因此，平尺刻线机主体工作机构是刻线机构（主运动）和平尺送进机构（辅助运动）。
二、原始数据及设计要求(1)平尺毛坯的轮廓尺寸 ( 图 1) 为： 1040×30mm(长×宽 ) 。
(2)要求在平尺毛坯上按一定规律刻出不同长度的线条：短线10mm；中线 13mm；长线 18mm。
相邻两条刻线之间的距离为1mm。
从零起隔四条短线刻一条中线，隔九条刻线刻一条长线，然后依次重复。
(3)刻线深度为 0.5mm，深度要均匀，为防止刀具磨损，要求反行程有抬刀运动 .(4)行程速度变化系数 K≥1.2 。
(5)刻线机构为了保证刻线质量，应尽可能使刻刀在刻线行程内匀速运动。
抬刀机构必须与刻线机构运动协调，即在刻线完成点抬刀，在刻线起始点落刀。
为保证落刀时刀尖不碰到平尺坯上，刻刀在刻入尺坯前应有一定距离的空程，在设计时主运动的行程应考虑这段距离（可取为 3～4mm）。
（6）自动改变行程长度的附加机构必须与进给运动联系起来，即每进给四次，第五次行程由短程变为中程，再进给四次短程，第五次时变为长程，完成一次循环。
显然在进给机构和行程控制机构之间，需要一个计数机构来实现循环的控制。
这一计数机构要求简单实用，灵活可靠，且必须是一种纯机械式的设计方案。
三运动分析1.运动要求：实现“抬刀—刻线－抬刀－刻线”的运动。
2.功能分析：刻线机主要由抬刀机构、刻线机构以及进给机构三部分组成。
抬刀机构用于刻线时将刀具压下；刻线机构用于刻线，刻线机构要有急回特性。
雕刻机的机构和工作原理
改进图，主要增加了沉孔，去掉了攻丝，改了主轴夹具本人是学电子的，3个星期前我对雕刻机几乎还一无所知，但是经一个星期的恶补终于弄清了雕刻机的机构和工作原理花了两个星期，我设计了一个用铝型材作为框架的雕刻机，反反复复的修改，现在感觉应该是可行了但我毕竟不是学机械的，不知道这样的设计合不合理，所以把它放上来希望能得到大家的宝贵建议SolidWorks 我只学了最基本的，很多模型我简化了，高手不要笑！整体图，与我的15寸本本的对比：总体尺寸466*436*485mm （包括露出的步进电机）行程XYZ：221*187*95mmZ轴至工作面板100mm（Z轴可降）说说我的设计想法吧，在开始设计雕刻机前我看了很多大神的帖子，从什么不懂的菜鸟，变成了一只稍懂了点皮毛的菜鸟。
因为我不是学机械的，不太会设计机械结构，上面的这些结构都是我凭经验还有借鉴了各位大神的结构，当然也加入了我的一些小创新。
最初的版本是打算全部用铝型材来做的，为什么采用铝型材呢？因为用它加工量最少，几乎不需要打孔，全部靠连接件和螺栓螺母连接，精度有保障，我手上有的唯一一个工具就是一把小电磨，很难用，而且宿舍的环境不适合买大家伙。
用铝型材来做雕刻机我搜集的比较不错的帖子：/thread-3696-1-1.html[url=[原创] 制作一台简易的微型雕刻机]/forum.php?mod=viewthread&tid=21023&extra=page%3D1%26filter%3Dtypeid%26typeid%3D19&page=1[/url]/thread-26537-1-5.html/forum.php?mod=viewthread&tid=3853170&extra=page%3D6%26filter%3Ddigest%26digest%3D1%26digest%3D1最开始我打算全部用铝型材拼出一台雕刻机，固定龙门，移动龙门都试过，谭利民的版本也试过，但我感觉他的做法需要打很多孔，而且有的还需要扩孔，所以他的版本我也放弃了。
刻线机课程设计
刻线机课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解刻线机的基本结构、工作原理及其在工程中的应用。
2. 学生能够掌握刻线机的操作步骤、使用规范及日常维护方法。
3. 学生能够了解与刻线机相关的安全技术，确保操作安全。
技能目标：1. 学生能够独立操作刻线机，完成直线、曲线等基本线条的刻画。
2. 学生能够根据实际需求调整刻线机的参数，保证刻画质量。
3. 学生能够解决刻线过程中遇到的一般性问题，具备一定的故障排除能力。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对工程技术的兴趣和热情，树立正确的工程观念。
2. 学生在团队合作中发挥个人优势，培养沟通协调能力和团队精神。
3. 学生养成严谨、细致的工作态度，遵循工艺规范，提高自身职业素养。
课程性质：本课程为实践性较强的课程，旨在培养学生的动手操作能力和工程实践能力。
学生特点：学生处于中等职业学校或技工学校相关年级，具备一定的理论基础，对实践操作有较高的兴趣。
教学要求：教师应注重理论与实践相结合，充分调动学生的积极性，关注学生的个体差异，提高教学质量。
通过本课程的学习，使学生能够达到上述具体的学习成果，为今后的工作奠定基础。
二、教学内容1. 刻线机基础知识- 刻线机的结构组成与工作原理- 刻线机在工程中的应用领域2. 刻线机操作技能- 操作步骤与使用规范- 参数调整与刻画技巧- 故障排除与日常维护3. 刻线机安全与维护- 安全操作规程与注意事项- 常见故障分析与处理方法- 日常维护与保养措施4. 实践操作与案例分析- 实操练习：直线、曲线等基本线条刻画- 案例分析：实际工程中的应用案例解析- 综合训练：根据图纸进行整体刻画练习教学内容安排与进度：第一课时：刻线机基础知识学习第二课时：刻线机操作步骤与规范第三课时：刻线机参数调整与刻画技巧第四课时：刻线机故障排除与日常维护第五课时：实践操作与案例分析教材章节关联：本教学内容与教材第三章“刻线机的使用与维护”相关，涵盖了该章节的主要知识点，结合实践操作，使学生更好地掌握刻线机的使用和维护。
小型简易雕刻机设计说明
浮雕装饰品建筑模型
印章工艺品模具
图1-2几种雕刻机加工的产品
1.
建国以来，我国一直努力发展制造业，也取得了一些进步，但是仍存在一些制造工艺还达不到相应的标准的问题，所以许多设备或核心部件常常需要进口，另外我国的技术创新能力还不够强，常常是仿造多过创造。在雕刻领域，我国与一些发达国家相比要逊色很多，许多雕刻产品还不能达到精度的标准，因此还需要进一步提高自身的雕刻加工工艺水平。这些年来，我国的数控雕刻技术取得了一定的进步，生产出了一系列的自主研发的数控雕刻机，这些数控雕刻机也被广泛应用各个行业和领域，但是总体来说我国的数控雕刻机的制造水平还不够强，许多数控雕刻机的加工精度还达不到标准，因此我国需要大力提高数控雕刻机的制造水平，同时我们还应该投入更多的资金用于数控雕刻机的设计研发，把更多的精神用到数控雕刻机的机械结构的自主创新和数控系统的自主研发中去，努力提高我们自己生产的雕刻机的质量。
《平尺刻线机》设计说明书
机械原理课程设计说明书设计题目: 平尺刻线机学院：机械运载与工程学院专业：机械设计制造及其自动化设计者 (组长)指导老师: 2011年5月24日目录一．设计题目及功能 (2)二．设计要求 (2)三．机构运动方案拟定 (3)1.执行机构选定 (3)2.传动方案设计 (5)3.执行机构的运动尺寸设计 (7)4.绘制总的方案图和运动循环图 (8)四.总结 (8)（1）自我方案评价 (8)（2）体会与收获 (8)（3）建议 (9)五.参考资料 (9)一．设计题目及功能（1）题目：平尺刻线机(2)功能：平尺刻线机主要用来实现自动刻线，刻线要求为每隔１毫米刻一条线，刻线长度有8毫米、5毫米、3毫米三种类型。
第一次刻线长度为8毫米，后四次刻线长度为3毫米，第五次刻线长度为5毫米，第六至第九次刻线长度为3毫米，第十次刻线长度为8毫米，以后依此类推。
二．设计要求运动要求：实现“落刀—刻线－抬刀－回刀”的运动。
功能分析：刻线机主要由抬刀机构、刻线机构以及进给机构三部分组成。
抬刀机构用于刻线时将刀具压下，刻线完成之后，通过弹簧使刀具自动抬起，避免磨损；刻线机构用于控制刻线及刻线长度；进给机构用于控制刻线间隔。
且要求刀具具有急回特性。
数据要求：60线/分行程速比K=1.2 刻线功率0.15KW落、抬刀功率：0.05KW 进给攻率：0.1KW三．机构运动方案拟定1.执行机构选定（1）刻线机构：通过顶尖凸轮，根据凸轮三种不同的推程，实现刻线长短的控制，同时，将凸轮推程与回程角度的不同来满足行程速比K=1.2（2）落、抬刀机构：设计一顶尖凸轮，通过凸轮将推杆抬高与回落，实现刀具落、抬刀的动作（3）进给机构：现工作台的间歇进给，控制槽轮转速就可实现没分进给量为1mm机构选用：2.传动方案设计（1）传动方案：采用V带+齿轮传动，将电动机转速减小了需要的转速。
（2）传动总功率的计算：查阅相关资料得：凸轮效率：0.95-0.97 槽轮效率：0.95-0.97铰链效率：0.97-0.99 V带传动效率：0.94-0.969级精度齿轮效率：0.96 螺旋机构效率：0.85-0.95刻线机构：P1=0.15/ (0.95—0.97)/0.96/0.96=0.168—0.171KW抬刀机构：P2=0.05/(0.97—0.99)/(0.95—0.97)=0.052—0.054KW进给机构：P3=0.1/(0.85—0.95)/(0.95—0.97)/0.96/0.96=0.118—0.134KWP（电机）=（P1+P2+P3）/0.96/(0.94—0.96)=0.367—0.398KW (3)电动机的选择根据总功率选择电机，查表得，型号Y90S-6电动机，额定功率为0.75KW，转速为910r/分，效率为72.5%。
机械原理课程设计刻线机
机械原理课程设计刻线机一、课程目标知识目标：1. 理解并掌握刻线机的基本工作原理，包括传动系统、刻线装置的构成及其功能。
2. 学习并运用机械制图知识，准确绘制刻线机的部件图和装配图。
3. 掌握相关机械零件的设计规范和材料选择原则。
技能目标：1. 能够运用所学的机械原理知识，对刻线机进行简单的拆卸和组装。
2. 通过小组合作，设计并制作一个简化版的刻线机模型，展示其工作原理。
3. 学会使用适当的技术工具和测量工具，对刻线机模型进行调试和优化。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对机械设计及制造的兴趣，激发其创新意识和实践探索精神。
2. 增强学生团队协作意识，提高沟通和解决问题的能力。
3. 引导学生关注机械工程在实际生产中的应用，理解技术发展对工业进步的重要性。
课程性质：本课程为实践性强的设计制作课程，结合理论知识和动手操作，旨在加深学生对机械原理的理解，并通过实际操作培养其解决实际问题的能力。
学生特点：考虑到学生处于年级中段，具备一定的机械基础知识和动手能力，但需进一步培养创新设计和团队协作的能力。
教学要求：教学过程中应注重理论与实践相结合，鼓励学生主动探索，同时提供必要的指导和支持，确保学生在完成课程目标的同时，能够达到预期学习成果。
二、教学内容1. 理论知识学习：- 机械原理基础：复习并巩固课本中关于机械传动、摩擦、力矩等基本概念。
- 刻线机原理：学习刻线机的工作原理，分析其传动系统、刻线装置等关键部分的结构与功能。
- 机械设计基础：了解机械零件设计原则，材料选择和应用。
2. 实践操作部分：- 制图实践：结合课本知识，绘制刻线机的部件图和装配图。
- 模型制作：分组进行刻线机模型的制作，包括选购材料、加工零件、组装调试等过程。
- 创新设计：鼓励学生在模型制作过程中进行创新设计，优化刻线机性能。
3. 教学进度安排：- 理论学习：占总课时1/3，重点复习机械原理及刻线机原理。
- 制图实践：占总课时1/3，指导学生完成制图作业。
平尺刻线机课程设计说明书终极版样本
课程设计( 课程实习 )机械设计与制造主体实践(一)院( 系、部) : 机械工程学院姓名: 周天宇同组成员: 沈戊坤梁磊李东金明旭班级: 机电132指导教师签名: 徐林林7 月 10 日·北京目录1.1 机器的功能和设计要求 (3)1.2 工作原理和工艺动作 (4)1.3 拟定运动循环图 (5)1.4 执行机构选型和评定 (6)1.5 机械运动方案示意图 (10)1.6 执行机构的运动尺度设计 (11)1.7 机械传动系统设计 (24)1.8 运动仿真 (26)1.9 飞轮设计 (27)2.0 设计结果得分析…………………………………………………292.1 参考文献 (29)2.2 设计体会 (29)1.1 机器的功能和设计要求在很多具有定量要求的相对移动和相对转动的零件上, 于是需要有指示相对移动或转动量的刻度线。
平尺刻线机主要用于有相对移动零件的刻线工作。
本课题设计经过机械化刻线, 能够达到准确度高、精确度高。
减少了劳动力, 提高了生产效率, 降低成本, 而且在研究时遇到的一些技术问题, 经过认真分析以解决, 在今后的设计类的工作中也有一定的经验可循。
1．机器的功能:平尺刻线机刻出的刻度线长度按十进制规律分为三种, 分别指示一、五和十,并依次重复出现( 如图1.1所示) 。
显然在加工时, 平尺每送进 1 mm, 刻刀刻线一次, 且能自动改变刻线长度。
为了实现以上功能, 平尺刻线机整体工作应分为三种: (1) 刀具刻线工作( 主工作) (2) 刀架升降工作( 辅助工作)(3) 平尺送进工作( 辅助工作)2． 原始数据及设计要求:(1) 平尺毛坯的轮廓尺寸为: 1040×30mm (长×宽)。
(2) 要求在平尺毛坯上按一定规律刻出不同长度的线条: 短线10mm; 中线13mm; 长线18mm 。
相邻两条刻线之间的距离为1mm 。
从零起隔四条短线刻一条中线, 隔九条刻线刻一条长线, 然后依次重复。
简单工业刻线器
设计题目平尺刻线机学院：学院：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化（英语强化）专业：机械设计制造及其自动化（英语强化）班级：班级：0613 班设计者项飞指导老师王恒高媛2010 年1 月1 日目录1.设计题目及机器功能············· 1.设计题目及机器功能············ 3 及机器功能设计要求················· 3 2．设计要求·················要求执行机构方案选型设计··········· 4 3．执行机构方案选型设计···········机构设计················· 8 · 4．机构设计· ················5.三维动画模拟仿真及机构运动线图······5.三维动画模拟仿真及机构运动线图······14 三维动画模拟仿真传动系统方案设计············ 17 ··· ··· ··· ··· 6．运动分析................. 7．运动分析. (19)运动循环图................ 8．运动循环图. (25)结果分析总结..............总结. 9．结果分析总结 (26)10．主要参考资料............... 10．主要参考资料.. (27). 11.工作分工. ............... 11.工作分工.. (27)平尺刻线机运动方案设计平尺刻线机运动方案设计1.功能要求：1.功能要求：功能要求平尺刻线机主要用来实现自动刻线，刻线要求为每隔１毫米刻一条线，刻线长度有8 毫米、6 毫米、3 毫米三种类型。
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12刻线机机构设计
一、设计题目
在很多机械设备和测量仪器中，在一些有定量要求的相对移动和相对转动的零件上，需要标有指示相对移动(或转动)量的刻度线，刻度线的长度和密度往往根据零件的大小和读数精确的不同而异。
多数情况下，刻度线长度按十进制规律分为三种，分别指示一、五和十，并依次重复出现。
测量长度用酌钢板尺(图2．67)就是这样的。
这种刻度线一般采用机械加工的方法来实现，即采用能自动改变刻线长度的自动机——刻线机进行加工。
刻线机有平尺刻线机和圆盘刻线机两种，学生只需对其中的一种刻线机进行机构方案设计，并对所选机构和传动系统进行运动设计、运动分析和力分析。
二、平只刻线机机构设计
1．原始数据和工艺要求
(1)平尺毛坯的轮廓尺寸(图2.67)为：1040×30mm(长×宽)。
图2.67 钢板尺
(2)要求在平尺毛坯上按一定规律刻出不同长度的线条：短线10mm ；中线13mm ；长线18mm 。
相邻两条刻线之间的距离为1mm 。
从零起隔四条短线刻一条中线，隔九条刻线刻一条长线，然后依次重复。
(3)刻线深度为0.5mm ，深度要均匀，为防止刀具磨损，要求反行程有抬刀运动。
(4)刻线速度：每秒钟刻一条线。
(5)推动刀具进行刻线运动的机构，其运动要求应从保证刻线质量和提高刻线机生产效率的角度提出。
可由下列两种要求中任选一种进行设计：
1)刻线行程中刀具作等速运动，反行程时刀具快速退回；
2)只要求刀具在反行程时有急回运动，行程速度变化系数K ≥1.2。
(6)为扩大刻线机的应用范围，要求线条长度可调(短、中、长三种长度的比例可不变)。
(7)要求刻线机在工作过程中主动轴的角速度不均匀系数401
≤δ。
刻线时的切削
力N F 1000=。
2．设计内容和设计步骤
(1)根据给定的原始数据和工艺要求选择机构，即设计刻线机的总体传动方案，其中包括主运动(刻线运动)、送进运动(从当前位置进到刻下一条线位置的运动)、抬刀运动以及自动改变线条长度的机构和其它一些必要的调节机构等。
(2)根据原始数据进行传动计算，可初选电动机的额定转速n ＝1450 r/min 。
通过传动比计算确定主运动和送进运动系统中各级传动比的分配。
(3)根据工艺要求设计主运动(刻线运动)机构的尺寸。
设计方法可以采用图解法，也可以采用解析法或优比设计方法，但必须满足给定的行程速度变化系数，并保证有合理的传动角。
如采用优化设计方法设计刻线机构，其设计变量由指导教师根据每个学生选用的具体机构方案临时指定，设计变量一般不超过三个。
(4)对主运动(刻线)机构进行运动分析。
分析方法采用解析法。
(5)根据对刻线机工作循环的载荷变化规律和各构件的估计质量以及各传动系统的估算阻力，对整个机械传动系统进行力分析，求出机械系统全循环的等效阻力矩变化规律，并近似以其平均值计算所需电动机功率，选择合适的电动机。
(6)计算刻线机主轴角速度的不均匀系数，如果实际不均匀系数超过给定值，则应计算所需的飞轮转动惯量，确定飞轮的基本尺寸和在传动系统中的安装位置。
(7)画图
绘制刻线机总体机构运动简图(2号图纸一张)和一种传动机构图(由教师指定)(3号图纸)。
图纸要求按一定比例尺画出，并标注主要运动尺寸和轮廓尺寸。
(8)完成设计计算说明书一份。
说明书要求内容全面，文字简练、通顺，有对所选方案的分析和论证，附有必要的计算过程、计算程序和计算结果。
还要求字体端正，幅面整洁。
三、圆盘刻线机机构设计
1．原始数据和工艺要求
(1)圆盘毛坯的轮廓尺寸如图2．68所示。
(2)三种刻线长度同平尺刻度机。
要求圆盘上相邻两条刻线之间圆弧所对应的中心角为一度，每秒钟刻一条线。
2．其它工艺要求和设计指示均与平尺刻线机类同。
图2.68 圆盘度盘
四、设计进度(参考)
布置设计任务和辅导讲课 0.5 天
方案设计、机构选择 2天
传动计算 0.5天
机构设计 3天
运动分析和动力分析 4天
绘制机构运动简图 1天
说明书 1天
05 2 0，5 ： d l 25。