簡(jiǎn)易精雕機(jī)設(shè)計(jì)

張國(guó)坤

摘 要：國(guó)內(nèi)外同類精雕機(jī)產(chǎn)品的特點(diǎn)說(shuō)明了精雕機(jī)的功能和使用范圍。從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，依據(jù)機(jī)電一體化中機(jī)械部分的產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本原理、關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)計(jì)原則，利用相關(guān)技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地組織和綜合，制定了簡(jiǎn)易通用雕刻的總體方案，文章詳細(xì)分析了精雕機(jī)的主動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：精雕;主動(dòng)系統(tǒng);進(jìn)給系統(tǒng);工作基座;牽引

1? ? 精雕機(jī)概述

20世紀(jì)60年代以來(lái)，高新技術(shù)已經(jīng)向經(jīng)濟(jì)、軍事和社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域滲透，并以空前的規(guī)模向現(xiàn)代生產(chǎn)力迅速轉(zhuǎn)化。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，微電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)同整個(gè)高新技術(shù)一起飛速發(fā)展，迅速轉(zhuǎn)化為巨大的經(jīng)濟(jì)效益。至今，雕刻的使用無(wú)處不在。

1.1? 精雕機(jī)可實(shí)現(xiàn)的功能

切—把硬質(zhì)的板材切割成文字或圖案，主要用于的立體字;刻—把文字和圖案雕刻在材料表面，用于各種標(biāo)牌（胸牌、門牌、桌牌、禮品牌、設(shè)備銘牌等）和禮品工藝品的制作;雕（Caring & Molding）—用于三維立體作品和模具的制作。

1.2? 精雕機(jī)系列設(shè)計(jì)及參數(shù)要求

簡(jiǎn)易通用精雕機(jī)是典型的機(jī)電一體化設(shè)備，也是一種技術(shù)性強(qiáng)、管理較復(fù)雜、相關(guān)因素較多、跨學(xué)科的綜合技術(shù)。根據(jù)目前我國(guó)精雕機(jī)市場(chǎng)的情況，筆者遵循機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2? ? 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)算

2.1? 銑削力、扭矩和功率的計(jì)算

設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易通用精雕機(jī)的加工對(duì)象主要是塑料、橡膠等有機(jī)材料和鋁、銅及其合金等有色金屬材料，這些材料具有較高的強(qiáng)度和良好的塑性。

用硬質(zhì)合金直柄立銑刀（d=6 mm，z=2）和高速鋼標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆（d=3 mm）在鋁板（σb≤180 MPa）上進(jìn)行銑削和鉆削，分別進(jìn)行切削力、切削扭矩和切削功率的計(jì)算。

經(jīng)過(guò)查閱參考文獻(xiàn)和有關(guān)公式，得到計(jì)算結(jié)果如下：

銑削力（N）：Fz=kFz;銑削扭矩（Nm）：? =30×10-3Fz。（1）

代入數(shù)值得：M=118 728銑削功率（kW）：Pm=3.14·10-7F2n

代入數(shù)值得：Pm=3.7，ap—銑削深度（mm），vf—進(jìn)給速度（mm/min），n—銑刀轉(zhuǎn)速（r/min），F(xiàn)Z—銑削力（N），M—銑削扭矩（Nm），Pm—銑削功率（kW）。

2.2? 鉆削力、扭矩和功率

F=CF d0ZFf y FkF CF=600，ZF=1，yF=0.7，CM=0.305，ZM=2.0，yM=0.8;kF=kM=0.25（加工鋁合金）F=CFd0ZFf y FkF=450（vf /n）0.7;

代入數(shù)值得：F=40.4，鉆削扭矩（Nm）：M=CMd0ZMf yMkM ，0.686（vf /n）0.8代入數(shù)值得：M=0.44×103;

鉆削功率（kW）：=0.012Mvf /n代入數(shù)值得：Pm=1.7;（2）

注：進(jìn)給速度vf=n·fz·z（mm/min），銑削速度v=пd0n/1 000（m/min）;n絲—絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，n絲=vf /Ph（r/min），預(yù)選絲杠導(dǎo)程Ph= 4（mm）。

2.3? 鋼絲傳動(dòng)的選擇計(jì)算

按最大凈拉力計(jì)算：，F(xiàn)max—鋼絲繩最大工作凈拉力（N）;c—選擇因數(shù);d—鋼絲繩最小直徑（mm）。因數(shù)c的選擇，c值應(yīng)按下式另行計(jì)c=[4Smin/（πkωσb）]0.5，F(xiàn)—鋼絲繩最小破斷拉力（N）。不同規(guī)格鋼絲繩的最小破斷拉力F。其中，d—鋼絲繩直徑（mm）;h—因數(shù)，h得取值：按本設(shè)計(jì)的要求只需要選擇M1～M3即可，即h=14繩槽節(jié)距p（標(biāo)準(zhǔn)槽）（mm）：p=d+（2～4）

，其中：Hmax—最大起升高度;a—滑輪組倍率;Z1絲繩的安全圈數(shù)，不少于1.5圈，一般取1.5～2圈。 ，將前式取整：L0=11 mm，卷筒長(zhǎng)度Ld（單層單聯(lián)卷筒）（mm）：Ld=L0+2L1+L2，其中L1—無(wú)繩槽卷筒端部尺寸，由結(jié)構(gòu)確定L2—固定鋼絲繩所需長(zhǎng)度，一般取L2≈3p。

Ld=L0+2L1+L2=11+40+18=69，卷筒壁厚，其中包括鋼卷筒與鑄鐵卷筒鋼卷筒：卷筒截W，式中：Dd—卷筒繩槽底直徑（mm）;Dn—卷筒內(nèi)徑（mm）;σcp—卷筒材料許用應(yīng)力（MPa），對(duì)鑄鐵取σcp=σbc/4.25，對(duì)鑄鋼取σcp=σs/1.5。σbc為抗壓剛度，σs為屈服點(diǎn);σp—卷筒材料許用拉應(yīng)力（MPa），對(duì)鑄鐵，σc=47.625～31.75（MPa）絲杠部球軸承校核受命計(jì)算：附加軸向力，F(xiàn)s1=875;，F(xiàn)s2=340;

軸承軸向力：因Fa1=Fs1=875，F(xiàn)a2=FS1+Fa=875+230=1 105;

當(dāng)量靜載荷P0r1=X0Fr1+Y0Fa1=0.5×2 800+0.9×875= 2 188，P0r1=2 800 N;

C'0r1=7 000 N（P0r1>P0r2，只計(jì)軸承1），軸承C'0r>C'0r1，f12=1。