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。
关键词：雕刻机；数控系统；机电一体化
The structure design of the Z and X of the small mobile gantry
CNC engraving plotter
Abstract:Along with the development of micro-electronics technology and microcomputer technology，engraving plotter will be widely used.These technologies are widely used in Mechatronics, including mechanism, microelectronics，autocontrol, information, sensor and test,power and electron, interface, signal transform, software program. On the other hand, Mechatronics makes these technologies integrated closely.The thesis in brief introduces the genesis and developmental status quote of Engraving Plotter,analyses characteristics of inland and overseas Plotters，and explains its function and use range. We analyze the overall arrangements and framework，the movement mode of numerical control system，the select of main movement system and feed movement system etc. As well as we select and analyze and realize the process of 3D-Engrave interpolation arithmetic.
Key words: Engraving plotter; Numerical control system; Mechatronics
1 前言
1.1 雕刻机概述
1. 1. 1 雕刻机起源
雕刻可以追溯到远古时期，母系氏族时期的半坡氏族的“人面网纹盆”便是雕刻的雏形。在我国北宋时期便发明了活字印刷，《梦溪笔谈》有记:“其法用胶泥刻字，薄为钱唇，每字为一印，火烧令坚··一”。这里的刻字应属于雕刻的范畴。随着时代的发展，我国的雕刻艺术日益精深，玉雕、象牙雕、红木雕、篆刻泥人雕等手工雕刻技术都可堪称一绝。
上世纪90年代至今，机械雕刻获得了前所未有的发展。从最初的刻字机，刻章机再到三维雕刻机，制作工艺也日渐成熟，应用范围也日渐广泛。大到楼房建筑的装饰，小到商店门前的招牌，乃至很多产品的标识铭牌，可谓雕刻的使用范围无处不在。
雕刻机(Engraving Plotter)，顾名思义就是用机器代替人工进行雕刻的设备。
1938年世界第一台手动雕刻机在法国“嘉宝”问世，1950年“嘉宝”生产出世界第一台真正意义的电动、可缩放比例的手动雕刻机。随后美国、日本和法
国等国也开始研制。20世纪90年代，随着微电子技术的突飞猛进，直接推动微型计算机的急剧发展。微电子技术和微型计算机技术带动整个高技术群体飞速发展，从而使雕刻机产生了质的飞跃。雕刻机完成了从2D-2.5D-3D加工的变革，功能完善、性能稳定、造型美观和价格合理成为雕刻机研制的基本要求。
1.2 数控雕刻机及其发展现状
1.2.1 数控雕刻机
传统雕刻加工业是一门技术性要求很高的手工技艺，雕刻品的质量完全取于雕刻师的技艺水平，所以生产的效率低、成本高，制品的随意性强、一致性差，严重制约了雕刻行业的发展。这使得雕刻机的产生成为必然。雕刻机的功能决定了其使用范围。从工艺上，雕刻可分为全自由度空间雕刻、三维立体雕刻和二维平面雕刻。其中，全自由度空间雕刻主要用于一些形状复杂的工艺品或大型艺术作品的雕刻工作，如玉雕、木雕工艺品以及冰雕与沙雕等作品。
此类制品往往注重艺术创作性，制品的构成形状复杂、随意性强、工艺性差。因此这类工艺迄今为止雕刻机尚无能为力，只能采用手工雕刻，制品的质量和艺术性完全依赖于雕刻师的技艺水平。相比之下，在三维立体雕刻和二维平面雕刻机则大有可为。三维立体雕刻类似于三维铣削加工，可以完成精密模具、艺术浮雕曲面等雕刻加工;而二维平面雕刻工艺主要用于标牌文字及平面几何图形的雕刻加工。目前，三维立体和二维平面雕刻大部分已采用雕刻机完成，克服了传统手工雕刻存在的缺陷。
根据控制原理的不同，雕刻机可分为仿形雕刻机和数控雕刻机 (采用 CNC 系统)两大类型。仿形雕刻机的工作原理类似于仿形铣削，在加工前必须制作仿形模型，这一过程通常需手工完成，周期长、效率低。
数控雕刻机是数控技术和雕刻工艺相结合的产物，是一种专用的数控机床。与通用数控机床类似，数控雕刻机通过数控系统根据程序代码控制雕刻机动作，实现雕刻加工的自动化。较传统的手工雕刻、仿形雕刻，数控雕刻具有生产效率高、加工精度高、成品率高、对零件的适应性强等显著优势;同时，借助于专用的雕刻 CAD/CAM软件系统，加工控制程序的生成快捷、修改方便。因此，数控雕刻机现已成为实现雕刻加工自动化、高效率、高精度的有效手段，也是当今雕刻机的发展主流，广泛应用于机械工业、广告传媒、日常消费以及建筑装演等众多领域。
对象和应用领域的不同，数控雕刻机可分为模具雕刻机、木工雕刻机、广告
雕刻机、激光雕刻机等多种类型。它们的加工性能要求出入很大，对机床和数控系统的要求也各不相同。如模具雕刻机的加工材料为金属，所以对机床本体的刚性要求较高，而且其加工对象是模具，所以对加工系统的精度要求高;而广告机加工的是一般是塑胶板或有机玻璃等非金属材料，所以对机床刚性和加工系统的精度都没有很高要求。但各类雕刻机都有一个共同的特点，也是数控雕刻机与普通数控机床的一个显著区别，就是由于雕刻刀的特殊性，每次切削的有效成形面积小，所以零件雕刻的刀具运动轨迹很长，加工时间往往也较长。因此，提高雕刻机的刀具运动速度对缩短零件雕刻时间、提高加工效率具有特别重要的意义。
数控雕刻机技术广泛应用于模具模型、工艺品、印刷电路板的制作和广告。本文介绍了研究了数控雕刻机的功能、结构和组成。在深入分析目前国内外数控雕刻机的现状，数控雕刻机的控制结构与原理的基础上提出了本数控雕刻机的总体设计方案，并进行了主传动系统的计算。
三维机械雕刻机总体上满足设计的要求，在机械本体部分结构紧凑、安全方便，各部分的零件通用性较好，易于保养或维修。切易于操作，具有很大的可行性。本文对三维雕刻机的插补算法进行了选择，屏除了过去传统的插补算法，采用了一种新型的插补算法，保证插补速度和插补精度，提高了雕刻机的效率和性能。
按照伺服驱动控制的类型不同，数控雕刻机又可以分为步进驱动雕刻机和伺服驱动雕刻机。步进驱动属于开环控制，控制精度较低，但价格便宜，适用于对加工要求不高的中低档雕刻机，如木工、广告业的雕刻加工。伺服驱动控制精度高，但价格较贵，主要用于模具加工等高精度雕刻机。由于对控制精度要求不高，所以在本设计中采用的步进驱动。
此外，还可根据运动坐标控制的联动轴数，将数控雕刻机分为三坐标数控雕刻机、五坐标数控雕刻机等。三坐标数控雕刻机可以控制三个坐标轴联动，完成浮雕等常规雕刻加工;五坐标数控雕刻机可以联动控制X，Y，2三个移动轴和两个旋转轴，用来完成复杂形状零件的雕刻加工。
1.2.2 研制雕刻机的目的和意义
建国五十年来，我国的机械工业虽然已经有了较大的发展，具备了一定的基础和规模，初步满足国民经济和人民生活的需要。但随着世界科学技术的迅速发展，我国机械工业的技术水平和生产能力与工业发达国家相比还存在相当大的差距。因此，在我国以新技术改造传统产业和开发高技术含量的新产品，已成为当
前机械工业以至各传统产业密切关注和改革的焦点。
机电一体化技术是机械技术和电子技术的有机结合，它包括机械、电子、计算机和自动控制技术。它从系统工程的观点出发，使产品或系统实现整体优化。近年来，世界上各发达国家竞相发展机电一体化技术，以提高制造技术水平，实现生产系统向柔性化、智能化发展。机电一体化技术给传统的机械工业带来了革命性的变革和惊人的效益，使产业结构、生产方式和管理体制发生深刻的变化。机电一体化是当今世界机械工业技术和产品发展的主要趋势，也是我国机械工业发展的必由之路。
1.2.3 数控雕刻机的特点
数控雕刻机的主要特点如下:
1）自动化程度高。具体的雕刻过程都是数控雕刻机自动完成的。
2）产品的尺寸精度高，一致性好。数控雕刻过程是由计算机控制完成，可以达到很高的精度和表面质量:批量加工时，产品的一致性好，这对于小模具行业是十分重要的。
3）拓展了雕刻领域。只需改变控制程序，数控雕刻机便可以雕刻浮雕、各种复杂的曲面，支持各种刀具，改善了雕刻表面质量，提高了雕刻效率。
4）数控雕刻机都有钻铣功能，可用于钻孔、切边、加工小模具，性价比高。
1.2.4 数控雕刻机的应用领域
数控雕刻机的应用领域广泛，举例如下:
1）广告及礼品制作业，用于雕刻各类双色板标牌、有机玻璃、三维广告牌、双色人物雕像、浮雕奖章、有机板浮雕、立体门头字等。
2）模型制作业，制作沙盘模型、房屋模型等。
3）模具制作业，雕刻纽扣浮雕模、印刷烫金模，注塑模、冲压模、鞋模等。
4）木器业，用于浮雕图案设计及制作。
5）印刷电路板(PCB)新产品开发中的电路制作，钻孔、铣槽等。
6）印章业，各类字体各类材料的印章雕刻。
7）电火花加工机床电极雕刻加工。
8）机械加工业，刻度盘字轮及标尺刻度。
9）汽车工业、轮胎模具，车灯模具及装饰品模具加工。
而且，随着各种新型装饰材料的不断出现，能用于雕刻的材料越来越多，使得计算机数控雕刻机有了更大的用武之地。因此，计算机数控雕刻机的应用范围还将不断扩大。
1.2.5 我国数控雕刻机的发展现状
随着近年来我国制造业的迅速发展，数控雕刻机产业也获得了良好的发机遇有效地促进了我国数控雕刻机的生产和推广应用。我国的数控雕刻机起步经济型数控机床，随着数控技术的进步，经过十多年的发展，己形成了多个国品牌的雕刻机，如上海洛克公司生产的啄木鸟数控雕刻机、北京糟雕公司生产精雕数控雕刻机和南京科能公司生产的威克数控雕刻机等。
上述各类型雕刻机机床本体结构较为简单，控制器大多借鉴国外新技术，采用基于高档的微控制或PC的数控系统，伺服部分以步进电机细分驱动为主，可获得中等控制精度，但价格比较便宜，因此整机的性价比较高，适用于精度要求不太高的普及应用场合对高精度的雕刻加工。
目前我国尚以进口数控雕刻机为主，如意大利的左日本的全量等品牌的数控雕刻机。这类数控雕刻机机床本体设计刚高度好、精度高，采用伺服电机驱动，加工精度高，控制系统功能全、可靠性，但价格昂贵往往倍于国产产品，因此主要应用于模具等高精度加工场合。
2 雕刻机的机械结构
2.1 雕刻机的工作原理
计算机数控雕刻机实际是一个三维数控系统，其工作原理如图1所示
图1 数控雕刻机工作原理
Fig.1 Working principle of CNC engraving
通用微型计算机内安装专用的设计排版软件进行图形、文字的设计、排版，自动生成加工路径信息，通过USB接口或其他数据传输接口将刀具路径数据传输给单片机，数控系统接收刀具路径数据，完成显示、和用户交互等一系列功能后，用特定的算法将输入的路径信息转化为数控信息，控制器把这些信息转化为驱动步进电机或伺服电机的信号(脉冲串)，控制雕刻机X，Y，2三轴的走刀。
同时，进行铣削，即可雕刻出在计算机上设计的各种平面或立体的图形文字，实现雕刻自动化加工。
2.2 整体结构
机械结构作为雕刻机的硬件部分，对雕刻机的加工过程、刻字效果等有着重要的影响。下面对数控雕刻机的机械结构作详细介绍。
2.2.1 雕刻机总体布局的基本要求
雕刻机总体布局的基本要求有以下几点:
1)首先必须满足如加工范围、工作精度、生产率和经济性等等各种要求;
2)确保实现既定工艺方法所要求的工件和刀具的相对位置与相对运动。在经济、合理的条件下，尽量采用较短的传动链，以简化机构，提高传动精度和传动效率;
3)确保雕刻机具有与所要求的加工精度相适应的刚度、抗振性、热变形及噪音水平；
4)应便于观察加工过程，便于操作、调整和维修，便于输送、装卸工件和清理，注意防护，确保安全；
5)结构简单，合理可靠，便于加工和装配。
2.2.2 影响雕刻机布局的基本因素
在满足总体布局的基本要求的基础上，还应当考虑影响雕刻机布局的基本因素:
(1)表面形成运动的影响
不同形状的加工表面往往采用不同的刀具来加工，从而表面形成运动的形式和数目就不同，并导致布局的差异。相同形状的加工表面，由于工件的技术要求和生产率要求等不同，也可以采用不同的刀具、不同的表面形成运动来加工，从而形成不同的布局。由此可知，工件表面形成运动直接决定了雕刻机布局的形式，是影响雕刻机布局的决定性因素。
因而，在布局雕刻机时，必须根据加工要求，全面、综合地考虑工件的表面形成方法及运动，以期作出具有较好技术经济效果的布局设计。
(2)雕刻机运动分配的影响
工件表面形成方法及运动相同，而雕刻机的运动分配不同，雕刻机的布局也会不同。对于同一种运动分配的布局，由于导轨的布置和其它结构形式的不同，也将使雕刻机的布局出现变化。在分配雕刻机运动时，一般应注意以下几点:
1) 移动部件的重量应尽量轻。在其它条件相同的情况下，移动部件的重量越小，所需电机功率和传动件的尺寸也越小
2) 应有利于提高加工精度
3）应有利于提高雕刻机刚度，缩小占地面积
4）工件的尺寸重量和形状的影响
工件的表面形成运动及雕刻机部件的运动分配基本相同，而工件尺寸、重量和形状不同，雕刻机的布局也会有很大差异。另外，还应考虑雕刻机性能要求的影响，如振动、噪声、热变形、刚度和抗振性，操纵方便形的影响，模块化设计法的影响等。通过查阅相关的文献资料，雕刻机基本布局形式通常有下图2所示的两种方案：
图2 雕刻机的布局形式
Fig.2 The layout of the engraving plotter
这两种布局都采用龙门式框架结构，雕刻机的刚度均较高。
布局(1)方案中，工作台固定，雕刻头作横向和上下移动，立柱作纵向移动。该方案便于变形为不同纵向长度的雕刻机。由于工作台不动，承载能力好，适合加工较重的工件。在使用外伸支架支撑纵向长工件进行批量加工时，支点高度相同，故支架支撑调整方便。但雕刻头运动精度较难保证且立柱移动较笨重。
布局(2)方案中，立柱固定，雕刻头作横向和上下移动，工作台作纵向移动。由于工作台移动，承载能力较布局(1)方案差。若设计所承载的工件较轻，这种布局方式所需电动机功率和传动件的尺寸较小，移动较轻便。在使用外伸支架支撑纵向长工件进行批量加工时，支点高度相同，故支架支撑调整方便，但支架结构较布局(1)方案略显复杂。该方案的最大优势在于雕刻头运动精度较易保证。
经以上比较，充分考虑到布局的基本要求、影响布局的基本因素及三坐标数控雕刻机的设计参数，采用布局(2)的方案。
2.2.3 坐标系的确定
雕刻机的坐标系采用右手法则，直角卡笛儿坐标系统。基本坐标轴为X 、Y 、Z 直角坐标，对相应每一个旋转运动符号为A 、B 、C ，如图3 所示。Z 轴为平行于雕刻机主轴的坐标轴，垂直于工件装夹面。
图3 右手坐标系统
Fig.3 The system of right coordinate
2.2.4 三维雕刻机的机械结构
该三维雕刻机的机械几何结构，由以下几部分组成:
1)底座部分
作为整机的基础，承担整个机体的重量，要求稳定坚固。底座由底下的四只支脚与地面接触;
2)工作台部分
工作台部分由工作台，y方向的丝杠和导轨，以及支架组成。工作台作为雕刻工作时承载雕刻物体的部件，表面有T形沟槽，由丝杠驱动，导轨导向:
3)横梁部分
横梁由x方向的丝杠和导轨，以及支架组成。横梁承载机头的重量，驱动机头动，容易弯曲变形，在结构仿真和运动仿真中是重要的分析对象:
4)机头部分
机头部分由主轴组件，2方向的丝杠和导轨，以及支架组成。丝杠驱动主轴组的上下运动，主轴组件在加工过程中直接带动雕刻头的高速旋转运动。
下面从雕刻机的功能角度，介绍一下各部分的结构及设计。
2.3 进给系统
进给系统由伺服驱动电路、伺服驱动装置、机械传动机构及执行部件组成。它的作用是接收数控系统发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动电路作转换和放大后，经伺服驱动装置和机械传动机构，驱动机床的工作台、主轴头架等执行部件实现工作进给和快速运动。数控系统的伺服进给系统与一般机床的进给系统有本质上的区别，它能根据指令信号精确的控制执行部件的运动速度和位置，以及几个执行部件按一定规律运动所合成的运动轨迹。
下面介绍一下雕刻机的进给系统的机械结构和电机驱动。雕刻机的进给运动方式如下:
工作台带动工件做y方向的进给运动，机头沿x方向横梁做进给运动，雕刻头在直流电机的带动下做高速旋转，并在Z方向做上下运动。刀具和工件的运动的合成就可以得到文字和图案的轮廓。
（1）机头沿x方向的丝杠左右运动，实现雕刻宽度;如下图4所示：
图4 雕刻机X方向进给图
Fig.4 X direction feeding figure of engraving plotter
（2）工作台沿y方向的丝杠前后运动，实现雕刻长度,如下图5所示：
图5 雕刻机Y方向的进给图
Fig.5 Y direction feeding figure of engraving plotter
（3）机头沿Z向的丝杠上下运动，实现雕刻深度。
各个传动链中均采用丝杠螺母传动副，保证了运动的传递平稳和结构的紧。丝杠一端通过联轴器与电机轴相联，由步进电机驱动丝杠，将旋转运动转化为直线运动。另一端采用轴承为支承。步进电机的旋转方向和转速，由指令脉冲决定。指令脉冲数就是电动机的转动步数，即角位移的大小。只要改变指令脉冲频率，就可以使步进电动机的旋转速度在很宽范围内连续调节。它具有以下特点: 1）位置控制功能
可预先发出具体的脉冲数量，从而得到需要输出的角度。
2）无极调速功能
可根据发送脉冲的速度，得到需要的电机的转速。
3）正/反，急停及锁定功能
通过对系统的高低电平控制，得到正/反旋转的效果，在电机锁定情况下（电机绕组中存在电流，外部没有要求旋转的电脉冲)，仍有静止力矩的输出。
4）低转速及高精度位置功能
通过对脉冲速度的控制，可直接得到极低的转速而不需要通过齿轮箱的过渡，从而避免了功率的损耗和角度位置的偏差。
5）长寿命
不需要像普通的直流电动机通过电刷和换相器换相，从而减少了摩擦，增长了寿命。如图6所示：
图6 丝杠与电机轴的连接
Fig.6 Connection of screw and motor shaft
刚性联轴器用于丝杆与电机的联接，可提高两轴头连接的固定精度，如图6所示。它的特点有:
1）可用于小型、瞬间惯量小和高速转动的场合;
2）安装后无反作用力，而且维护简单;
3）提高丝杠的强度时，跳动不会受到影响;
4）依靠锁紧螺栓施加的摩擦紧固，无需键;
5）在高速转动时可保持平稳。
导轨的主要功能是导向和承载作用。导轨使运动部件沿一定的轨迹运动，从而保证各部件的相对位置和相对位置精度。导轨承受运动部件及工件的重量及切削力，在很大程度上决定数控机床的刚度、精度与精度保持性。
雕刻机的x向和y向丝杠两侧各采用一对圆柱形导轨作为导向件，另外可以分担丝杠所承受的机头和工作台的重量。圆柱形导轨加工容易，导向精度高，可满足定位精度的要求。
Z丝杠不承受径向载荷，为保证精度，采用两根导轨导向。Z的固定依靠步进电机的自锁来实现。
圆形导轨两端通过螺钉固定在丝杠支架上，并与导轨套形成移动副。如下图7所示
图7 丝杠和圆导轨的支承方式
Fig.7 The bearing way of screw and circular
各个传动链上的丝杠螺母与不同零件以螺钉固定连接，通过与丝杠的相对运动实现传动:
1）与工作台固定连接，相对于y向丝杠运动向丝杠运动向支架固定连接，相对于
2）与机头向丝杠运动
3）与机头向支架固定连接，相对于Z向丝杠移动。
2.4 主轴组件
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2.5 机床的总体布局确定
考虑到降低雕刻机的制造成本，采用了结构简刚性单且较好的龙门移动式布局，如图8所示。外形尺寸（长×宽×高）约为 930mm×650mm×360mm，
主要结构有底座、工作台、龙门架、X向进给电动机、Y向进给电动机、Z向进给电动机、主轴电动机、雕刻机机身及电气系统部分组成。雕刻机在工作时，先将加工对象固定在工作台上，选择合适的刀具装夹在电主轴上，能够实现X、Y、Z 轴3个方向进给运动由可编程序控制器实现自动控制，来完成工件的自
动加工。Y向进给电动机Z向进给电动机
主
轴电动机机头
X向进给电动机立柱
龙门架
工作
底座
图8 雕刻机系统结构简图
Fig.8 The structure diagram of engraving plotter system
3 三坐标数控雕刻机的机械系统的设计
本章详细介绍了广告型三维机械雕刻机机械部分的主要零部件，如主轴电动机、步进电动机、传动部件和支承部件的详细设计计算及选型过程。
3.1 设计参数的确定
由课题所给的设计参数，结合广告型三维机械雕刻机的总体设计方案，初步确定该雕刻机机械部分的主要参数，如表1所示。
表1 机械设计参数表
Table 1 The parameter table of mechanical design
项目参数单位
主轴最高转速 n=20000 r/min
最大进给速度3500
v mm/min
f
工作台总行程(Y) 320 mm
主轴总行程(X) 280 mm
主轴总行程(Z) 120 mm
项目 参数 单位
定位精度 30 m μ
脉冲当量 0.01 mm
使用寿命 20000h L = hrs
3.2 切削力、切削扭矩和切削功率计算
三坐标数控机械雕刻机的加工对象主要是针对非金属材料和铝合金材料的
雕刻加工。这些材料具有较高的强度和良好的塑性。
用硬质合金直柄立铣刀（06,2d mm z ==）和高速钢标准麻花钻（03d mm =）
在铝板上进行铣削和钻削，分别进行切削力、切削扭矩和切削功率的计算。
根据三维机械雕刻机的加工范围和使用功能及在实际生产过程中不同的切
削方式所使用时间的分配，经过统计，大致可将切削方式分为强力切削（切）、一般切削（雕）、精细切削（刻）和快速进给四种方式。
3.2.1 铣削力、扭矩和功率的计算
选用的铣刀是整体硬质合金直柄立铣刀6×57 GB/T 16770.1-2008，通过查阅
孟少农主编的《机械加工工艺手册》，得到表3.2 左侧的经验公式，代入已知参数进行简化，可得到仅与切削深度p a 、进给速度f v 和铣刀转速n 有关的计算公式填入表2右侧。
表2 铣削力、扭矩和功率计算公式的简化 Table 2 Milling force, torque and power of simplified calculation formula
计 算 公 式 和 参 数 选 定 计 算 结 果
铣削力： 0.750.6242.76()z p f F a v n
N -=
铣削扭矩： z M 3.0F Nm -3 =?10（）
铣削功率： 7m Z p 3.1410F n kW -=? （）
其中：C 116,1,0.75,0.85,0.73,0.13,0.25 F F F F F F F X Y U q W K ======-=。
铣0F ()F F F Z F F x y u F p f w F q w C z z k N a a d n a =
z 0
m 2F d M 3= (N )?10
Z
m 4F v p kW 610= () ?
削宽度a ()w mm ，铣削深度a ()p mm ,进给速度(/m i n )f f v a zn mm =，铣削速度0/1000(/min)v d n m =π，0d —— 铣刀外径((mm),f a —— 每齿进给量(mm/z)， z —— 铣刀齿数，n ——铣刀转速(r /min) 。
将切削深度p a 、进给速度f v 和铣刀转速n 的变量代入分别计算，得到计算结
果，如下表3所示。
表3 铣削力、扭矩和功率的计算 Table 3 The calculation of milling force, torque and power
切削方式 工作时间 参 数 计 算 结 果
百分比t%
强力切削 10% 2.5 120 9000 20 13.70 0.041 0.039 一般切削 30% 1 1200 15000 300 22.45 0.043 0.106 精细切削 50% 0.5 2400 20000 600 15.80 0.0475 0.0992 快速进给 10% - 3600 - 900 0 0 0
其中：n 丝—丝杠转速，f /(/min)h n v P r =丝，预选丝杠导程4()h P mm =
p a —铣削深度（mm ），f V —进给速度（mm/min ），n —铣刀转速（r/min ），
z F —铣削力（N ），M —铣削扭矩（Nm ），m P —铣削功率（kW ）。
3.2.2 钻削力、扭矩和功率的计算
通过查阅参考文献，按上节的简化过程，可得到仅与进给速度f v 和钻头转
速n 有关的计算公式，如下表4所示。
表4 钻削力、扭矩和功率的计算公式的简化
Table 4 Cutting force, torque and power of the simplified calculation formula
计 算 公 式 和 参 数 选 定 计 算 结 果
钻削力：F F y z 0F d f ()z F F C k N = 0.7f 450/()z F v n N = （）
钻削扭矩： M M
y M M C d f k m z M 0= (N ) 钻削功率： 其中：600, 1.0,0.7,0.305, 2.0,0.8,0.25
F F F M M M F M C z y C z y k k ========（加工铝合金）。进给速度(/min)f n v f mm =,钻削速度0/1000(/min)v d n m =π，0
d p a f v n n 丝Z F M m P 0.8M 0.686(/)Nm f v n = （）()kw d Mv P m
30=m p 0.012n kW f Mv = / （）
—钻头外径（mm ），f —进给量（mm/r ），n —钻头转速（r/min ）。
将进给速度f v 和钻头转速n 的变量代入分别计算，将得到的计算结果填入表5，由于钻削功率的计算结果较小，忽略不计。
表5 钻削力、扭矩和功率的计算
Table 5 The calculation of cutting force, torque and power
切削方式 工作时间 参 数 计 算 结 果
百分比t%
强力切削 10% 300 9000 75 41.61 0.045 - 一般切削 30% 480 15000 120 49.44 0.044 - 精细切削 50% 600 20000 150 38.65 0.042 - 快速进给 10% 900 - 225 0 0 0
其中：n 丝—丝杠转速，f /(/min)h n v P r =丝，预选丝杠导程4()h P mm =，f v —进给速度(mm/min),n —钻削转速(r/min),z F —钻削力(N), M —钻削扭矩(Nm),m P —钻削功率(kW)。
3.3 主运动系统的设计计算
本节主要设计主运动系统中的电主轴，以确定它们的型号和参数。
数控机床的主传动系统除应满足普通机床主传动的要求外，还提出以下要求：
1）具有更大的调速范围，并实现无级变速。数控机床就要为了保证加工时能选用合理的切削用量，并充分发挥刀具的切削性能，从而获得最高的生产率、加工精度和表面质量，必须具有更高的转速和更大的调速范围。对于自动换刀的数控机床，工序集中，共建一次装夹，可完成许多工序，所以，为了适应各种国内工序和各种加工材质的要求，住运动的调速范围还应进一步扩大。
2）具有较高的精度和刚度，传动平稳，噪声低。数控机床加工精度的提高，与主运动系统的刚度密切相关。
为此，应提高传动件的制造精度与刚度，齿轮齿面进行高频感应加热淬火增加耐磨性；最后一集采用斜齿轮传动，使传动平稳；采用高精度轴承及合理的支撑跨距等，以提高主轴组件的刚性。
3）良好的抗振性和热稳定性 数控机床上一般既要进行粗加工又要进行精加工；加工时可能由于断续切削、加工余量不均匀、运动部件不平衡以及切削过f v n n 丝Z F M m P
程中的自激振动等原因引起的冲击力或交变力的干扰，使主轴产生振动，影响加工精度和表面粗燥度，严重时甚至破坏刀具或零件，是加工无法顺利进行.
因此在主传动系统中的各主要零部件不但要具有一定的静刚度，而且具有足够的抑制各种干扰力引起的动的能力——抗振性。抗振性用动刚度或动柔性度来衡量。例如主轴组件的动刚度取决于主轴的当量静刚度、阻尼比及固有频率等参数。
机床在切削加工中主传动系统的发热使其中所有零部件产生热变形，破坏了零部件之间的相对位置精度和运动精度造成的加工误差，且热变形限制了切削用量的提高，降低了传动效率，影响到生产率。
为此要求主轴不见具有较高的热稳定性，通过保持合适的配合间隙，并进行循环润滑保持热平衡等措施来实现。
3.3.1 主运动系统传动链的组成
电机直接驱动主轴是精密机床、高速加工中心和数控车床常用的一种驱动形式。如平面磨床的砂轮主轴，高速内圆磨床的磨头。转速小于3000r ／min 的主轴，采用异步电动机轴通过联合器直接驱动主轴，机床可通过改变电动机磁极对数来实现变速；转速小于8000r ／min 的主轴，可采用变频调速电动机直接驱动；高速主轴，可将电动机与主轴做成一体，即内装电动机主轴，转子轴就是主轴.
所以本雕刻机应选用电主轴。
3.3.2 主轴电动机的设计计算
根据前面两节的计算结果，取一定的安全系数，忽略传动效率，主轴电动机所需的扭矩、功率和转速计算过程如表6所示。
表6 主轴电动机设计计算
Table 6 Design and calculation of spindle motor
序号 计算项目 符号 单位 计算公式和参数选定 计算结果
{}0i M iMAX M ≥ 额定转矩 1 转矩计算 查表3.3和表3.5 0.11e
M = 0M Nm
序号 计算项目 符号 单位 计算公式和参数选定 计算结果 取i=2取较大值得到：
M0≥0.095取整
2 功率计算 {}
0i P MAX P ≥ 额定功率 查表3.3和表3.5 0.12e P =
取大值得到00.106P ≥ 取整
根据上述所算功率可选择安阳华安通用主轴科技有限公司生产的型号为DD58Z24/0.8的电主轴。如图9所示：
主轴型
号
转
速 电机 外型尺寸 润滑 轴承型
号 Speed
Motor Dimensdions(mm) BearingSD type SDping
dle type (r/min) KW V A H2 D D1 轴端连接
L L1 L2 Lub DD58Z2
4/0.8
24000
0.8 220 2.3 400 58 44 ER11 197 23 18 油脂 前
B7002C/P4
后
6001C/P5
图9 主轴电动机型号
Fig.9 Model of spindle 3.4 进给运动系统的设计计算
雕刻机的进给运动分为三个部分：主轴的上下移动，主轴的左右移动和工作台的前后移动。它们的设计没有什么很大的区别，因此可以通过对其中一个方向上的设计来勾勒出我们在移动部分的设计方案，现在以工作台部件为例，着重设计计算进给运动传动链中进给电动机，同步带和带轮，滚珠丝杠和直线导轨，以确定它们的规格型号及参数，来满足在机械加工过程中的各种切削加工要求。
3.4.1 进给系统传动链的组成
从前面所述，我们知道步进电动机通过联轴器和滚珠丝杠连接，将电动机的旋转运动转化为部件的移动.
3.4.2 滚珠丝杠副的设计计算
参阅徐灏主编的《机械设计手册》第四册和李鹤轩主编的《机电一体化技术0P kW
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/0d2280900.html, 5G移动通信系统分析与研究 作者：周颖 来源：《科学与信息化》2019年第19期 摘要随着我国通信技术不断发展，4G技术的到来给人们生活提供了极大的便利，在“十三五”时期下，我国4G网络实现了全面覆盖，并逐渐朝向5G通信技术方向延伸，进一步提高移动通信服务质量。各大通信运营商近些年纷纷建立5G通信试点城市，在2020年实现部分地区普及。5G通信技术不仅能够提升信息传输效率，还可以提升移动网络的服务体验。基于此，本文提出5G移动通信含义，分析5G移动通信系统的核心技术，并探究其发展趋势。 关键词 5G移动通信系统；数据传输；核心技术；发展趋势 引言 在移动通信不断发展背景下，移动网络使用费用逐渐降低，提升了人们对移动通信的依赖性。在2012年移动终端数量首次超过PC端，截止到2018年12月末，我国智能手机普及率已经达到了90%以上。智能手机的快速发展势必会带动移动通信发展，同时也加剧了市场竞争[1]。在4G网络全方位普及背景下，加强5G通信技术的研究是必然趋势，我国华为集团首次研发出5G移动通信技术，并在2020年逐渐推广使用（当即还处于试点阶段），实现移动通信技术的再次突破。由此可见，未来几年移动通信主要是朝向5G方向发展，加强5G通信系统研究有着重要意义。 1 5G通信技术阐述 5G通信技术是指第五代移动通信网络，理论上其传输速度能够达到1Gb/s，比4G网络传输速度高出百倍。如一部2G电影可以在8s之内完成下载。相比2G、GPRS（2.5G）、3G、 4G技术，5G技术有着巨大的差异。以上四种通信网络系统都是采用单一技术框架，而5G通信技术是上述四代技术结合，从而提升了通信网络的峰值速率，让5G移动通信网络在使用中更加稳定、安全。作为4G移动通信网络的升级，5G网络弥补了前代通信技术的漏洞与弊端，可以满足绝大部分人群对移动网络的追求，在未来“十四五”规划期间，5G网络势必会实现全面普及。 2 5G移动通信系统中的关键技术分析 2.1 大规模MIMO 在发射机和接收机端MIMO系统使用多个天线，首先可以有效提升无线链路频谱效率。MIMO系统提出了多用户理念，通过增加基站天线数量（比基站同时服务于相同时频块用户天线数量更多），用几百个天线同时为千万用户提供服务时，频谱效率理论上可以提升5～10倍，小区边缘用户也可以享受到理想的吞吐量[2]。再次，每个用户信号通过预编码处理降低
雕刻机常见问题及解决方法 关于雕刻机维修方面的技术资料以供维修参考：一：雕刻机一轴或三轴不走动或走动不正常 1：控制卡松动或故障。 2：相对应的轴的驱动器故障。 3：相对应的轴步进电机故障。 4：相对应的连轴器断列或松动。 5：相对应的丝杆断裂或丝杆螺母出现故障。6：相对应的轴的滑快出现故障。 7：驱动器细分数、电流、与软件中设置不一样。 二：雕刻机z轴失控 1：控制卡松动或故障。 2：静电干扰。 3：z轴马达线故障 4：文件路径有误 5：变频器干扰 6：电脑系统有问题或有病毒 7：操作失误 三：错误 1：控制卡松动或故障 2：驱动器故障 3：步进电机故障 4：静电干扰 5：马达线故障 6：数据线故障 7：路径有误 8：连轴器断裂或松动 9：加工速度太快 0：电脑系统问题或病毒 四：雕刻深浅不一 1：控制卡松动或故障 2：步近电机故障 3：驱动器故障或电流细分与软件设置不一致4；z轴马达线故障 5：主轴电机故障 6：变频器干扰或数据设置有误 7：静电干扰 8：电脑病毒或系统问题 五：乱刻 1：控制卡故障
2：变频器干扰 3：文件路径有误 4：静电干扰 5：软件设置有问题 6：驱动器故障或电流细分设置有误 7：数据线故障 8：电脑有病毒或系统问题 六：雕刻机洗底不平 1：主轴与台面不垂直。需校正 2：刀具有问题 3：控制卡有问题 七：雕刻机不能正常回机械原点 1：方向相反 2：控制卡故障或松动 3：限位开关或数据线故障 4：驱动器故障 5：步近电机故障 八：打开维宏软件出现乱码，如： （不知道什么语言，且打不开） 1：PCI 卡有没有拔过或者松了 2：有没有换过电脑或重装系统 3：硬件错误，更新硬件 九：圆柱雕刻机参数设计 工件周长（π*D直径）除以细分1600再乘以减速比1/10
辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第Ⅰ页 Φ380H平辊轧机设计 摘要 Φ380H平辊轧机是轧制生产线上的主要设备之一,其主要由传动系统与压下系统两部分构成，其作用主要是用来轧制不同规格的钢坯。本文通过对Φ380H平辊轧机的设计，将所学理论知识与实践相结合，培养了我们独立思考能力和分析问题、解决问题的能力，并提高了对创新意识的培养。设计的主要内容包括Φ380H平辊轧机设计方案的确定与论证，使设计方案能够达到使用要求，并且合理可行，然后进行轧制力能参数的计算，并根据算出的结果来选择电动机并进行校核、计算，同时对其中的主要零部件，如轧辊、机架、连接轴、传动轴、压下螺丝等进行强度计算，并对压下螺丝的自锁、牙强度、和耐磨性的校核，保证了使用的安全性与可靠性，最后对润滑方式进行了简单分析。 关键词：轧机；轧辊；机架；轧制力
The Design Of Φ380H Mill Abstract The level of Φ380H mill is one of the main equipments in a rolling mill production line.The main pressure system from the drive system with two components, its role is primarily used for rolling billets of different specifications. In this paper, the level of Φ380H mill design theory will be the combination of knowledge and practice to cultivate our capacity for independent thinking and analysis of issues, problem-solving skills, and increased awareness of the culture of innovation. The key elements of the design level of Φ380H mill design and feasibility studies to determine, so that the use of design to meet requirements and is reasonably practicable, and then rolling force can be calculated parameters,And in accordance with the results calculated to select the motor and check the calculation, while the main components, such as roller, rack, connecting shaft, transmission shaft, screws and so on down to the strength calculation of pressure from the screw lock, tooth strength and wear resistance of the check to ensure that the use of the safety and reliability, the last of the Lubrication Analysis of a simple manner. Keywords: rolling mill; roll; rack; rolling force
1.对高度的定义 2.应根据不同的材质、雕刻内容、选择不同的刀具、主轴转速、进刀量等加工用量。 3.对雕刻编辑生成文件的要求： [1]雕刻文件为G代码，是本石材雕刻机的指令代码。 [2]为使雕刻自动识别文件，要求在文件的第一行有起始符“%”、在文件的最后有结束符“！”，作为工作开始和结束的命令。 [3]工作数据（加工精度）保留小数点后两位，即0.01mm。 [4]G代码含义：本石材雕刻机执行G代码中的G00、G01两种指令，即快速移动和移动指令。 [5]通讯、采用标准RS232串行通讯方式，波特率为19.2K。8位数据位，1位停止位，与主计算机的握手方式为DSR/DTR。 [6]石材雕刻机坐标原点与编辑软件原点的对照关系。 编辑软件中的0点，是雕刻机加工的原点。制作加工文件时，0点的位置直接影响工件的加工起始位置，应根据工件的形状确定便于定刀的位置作为加工文件的“0”点来完成编辑工作。 ◆石材雕刻刀 1.本设备可使用刀柄为直径为3.175mm到6mm的各种切割、雕刻、钻孔刀具。随机提供 3.175mm、6mm的两种弹簧夹头。 2.随机提供的刀具有：刀柄直径为 3.175mm、和6mm的刀具共10把，主要适合于硬木和塑料的雕刻、切割。雕刻切割金属、大理石、铜板材料的刀具需另外订货。 3.装刀：雕刻刀通过弹簧夹头安装在主轴下端。装刀时先在主轴锥孔中放入大小合适的弹簧夹头，再把刀具放入夹头的中孔，用随机的小扳手卡住主轴颈部的扁槽，使之不能转动，再用大扳手反时针方向旋转紧主轴螺丝母，把刀具上牢。 ◆材料和工件装夹 本设备加工的材料有：有机玻璃、双色板、大理石、硬橡胶、黄铜、紫 铜、硬铝、不锈钢等。加工双色板、有机玻璃等软质薄弱板材可用双面胶 带粘在随机所附的有机玻璃台面上。有机玻璃台面用螺丝固定在铝合金工作台面上。有机玻璃台面的表面可用大直径铣刀自行铣平。加工金属、大理石等硬质材料时，因切割力较大，为防止工件移动，工件应用T形螺丝和压板直接固定在铝合金工作台面上，加工图章之类高而窄的工件时，应在工作台上安装一个夹具，将工件夹紧在夹具中进行加工。 ◆设置
附录1外文翻译-原文部分 DXF File Identification with C# for CNC Engraving Machine System Huibin Yang, Juan Yan Abstract This paper researches the main technology of open CNC engraving machine,the DXF identification technology. Agraphic information extraction method is proposed. By this method,the graphic information in DXF file can be identified and transformed into bottom motion controller’s code. So the engraving machine can achieve trajectory tracking. Then the open CNC engraving machine system is developed with C#. At last, the method is validated on a three axes motion experiment platform. The result shows that this method can efficiently identify the graphic information including line, circle, arc etc. in DXF file and the CNC engraving machine can be controlled well. Keywords DXF, CNC Engraving Machine , GALIL,C# 1.Introduction With the development of pattern recognition techniques, modern CNC engraving machine needn’t be programmed manually. By importing graphics file, the corresponding shape will be engraved by the machine immediately. The operating process of the machine is simplified enormously, and the rich programming knowledge is no longer need for operators. Among them, DXF identification is a key technology of CNC engraving machine. By reading and recognition of the DXF file, the machining track can be directly generated, so the motion control of the CNC engraving machine can be achieved. 2. Research Status Researchers have done a lot of researches on how to contact CAD software to NC code. Omirou and Barouniproposed a series of machine codes, with which the advanced programming ability is integrated into the control of modern CNC milling machine system [1]. Kovacic and Brezocnik proposed the concept of which using the genetic algorithm to program the CNC machine based on the CAD model under manufacturing environment [2].But some problems are still existed in this kind of CNC programming (such as the artificial participation degree is higher and the efficiency is lower). The research direction of Chinese researchers mainly includes two aspects. One is the theoretical study of DXF file and NC machining, the other is the application of DXF file reading. ZhaiRui and Zhang Liang proposed a program structure, which is used to read data information of DXF file and do some preprocess based on the cross platform open source library DXF Lib by the analysis of DXF file structure characteristic [3]. Huang Jieqiong and Yuan Qun wrote the interface program to read the stored parts graphic information in DXF file by use of the object-oriented secondary development tools, Object ARX and C++, in the research of stamping parts machining. The stamping parts geometric model is automatically created by the automatic generation algorithm of closed contour [4]. 3. DXF File and Graphic Information Extraction
本科学生毕业设计 中小型线材压轧机的设计 系部名称： 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 职称：
The Graduation Thesis for Bachelor's Degree Design of Presses Rolling Mill to Machine the Middle and Small Scale Line Material Candidate：Dong Xuetang Specialty：Machine Design Manufacture and Automation Class：B02-26 Supervisor：Assistant Wang Jin Heilongjiang Institute of Technology 2006-06·HarBin 毕业设计（论文）任务书
摘要 本设计主要分析了热轧机的工作原理、工作环境和工作特点，并结合实际，对热轧机的整体结构进行设计，对组成的各元件进行了选型、计算和校核。 本轧机为双辊定间隙热轧机，其结构主要有主电机、主连轴节、人字齿轮机座、梅花接轴、工作机座等部分组成，主要用于加工材质为普碳钢、低合金钢、不锈钢及有色金属带材，常做开坯机使用。也可根据实际需要，将多个轧机组成连轧机组，以适应不同的需求。 本轧机结构简单、维修方便、性能安全可靠、操作性好、对操作人员素质要求较低、且生产效率较高。 关键字：轧辊；工作机架；轴承；轧机
ABSTRACT The whole structure of hot rolling-mill is designed that base on combining with practice by analyzing the working principle, the working environment, working character. The selection, calculation and checkout of all components are accomplished. The distance of two roller of hot rolling-mill can’t be adjusted. The hot rolling-mill is composed of electrical motor, the joint between two shaft, herringbone gear, the shaft with joint of plum flower shape, rolling-mill housing. The machine often is used to roll blank, the materials of hot rolling include: common carbon steel, lower alloy steel, stainless steel and non-ferrous metal. In practice, many rolling-mill can be join to a assembling set to meet different requirement. The character of the rolling-mills is follows: the structure is simple to maintain easily, the capacity is safe and reliable, the operation is easy to operator, the productivity is high. Key words: Roller; Mill Housing; Bearing; Rolling Mill
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，它是当今世界机械工业技术和产品发展的主要趋势。三维机械雕刻机是一种典型的机电一体化产品，在广告制作行业具有较大的市场前景。 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。 本课题是在参考现有雕刻机的基础上，设计一种机构尺寸比较大的数控雕刻机，适应比较大的工艺品的雕刻加工。 关键字：雕刻机，数控系统，机电一体化，三维，插补法
Abstract Along with the development of micro-electronics technology and microcomputer technology，NC carer will be widely used.These technologies are widely used in Mechatronics, including mechanism, microelectronics，autocontrol, information, sensor and test,power and electron, interface, signal transform, software program. On the other hand, Mechatronics makes these technologies integrated closely. It is the primary trend of the development of mechanical industrial technology and products in the world nowadays. 3D- mechanical engraving plotter is a typical mechatronic product. It has a larger market prospect in the advertising industry. The thesis in brief introduces the genesis and developmental status quote of Engraving Plotter,analyses characteristics of inland and overseas Plotters，and explains its function and use range. We analyze the overall arrangements and framework，the movement mode of numerical control system，the select of main movement system and feed movement system etc. As well as we select and analyze and realize the process of 3D-Engrave interpolation arithmetic. optimized 3D-mechanical engraving system is realized. This topic is based on the existing engraving machine to design a CNC engraving machines with a large body size, which adapted to the relatively large carving handicraft processing. Keywords: Engraving plotter, numerical control system, mechatronics, 3D，and interpolation arithmetic.
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的质量、精度和效率等的要求也越来越高。因此，对于加工零件所需要的机床的跟新换代也与日俱增。在此趋势的推动下，数控机床的结构优化改造设计变得非常重大。大批的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的前景，并对数控雕刻机的结构做了研究和优化设计，主要包含了数控机床的总体布局方案设计、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）的结构设计、相关滚珠丝杠的计算选型及校核、轴承和电机的计算及选型，最后利用CAD绘图软件绘制了机床的总装配图、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；
Abstract In 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 important role 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
小型轧钢机的设计 1 绪论 1.1轧钢机的定义 轧钢机也称为轧钢机械，一般把将被加工的材料在旋转的轧辊间受压力产生的塑性变形即轧制加工机器称为轧钢机，这是简单定义。大多数情况下，轧制生产过程要经过几个轧制过成，还要完成一系列的的辅助工序，如将原材料由仓库运出加热，轧件送往轧辊，轧制、翻转、剪切、打印，轧件收集、卷取成卷等。 一个轧件的全过程由多种机械按工艺顺序而成机组来完成，这种机组或机器体系叫轧钢机械或称轧钢机。第一种情况轧钢机由一个或几个工作机座（执行机构）传动机构（齿轮传动、连轴器）和使轧辊转动的电动机组，后一情况轧钢机是由若干台工做机组成，这些机组数目与加工轧材工艺过成生产率相适应，因此，轧钢机按顺序排列并且用辊道或其他运输装置连成一条工艺流水线机器组成机组。 轧钢机是机械中使金属在旋转的轧辊中产生变形的那部分设备。主要使设备排列成一定形式的工作线称为轧钢机的主机列。用以完成其他工序的机械设备称为辅助机械。 1.2轧钢机的标称 轧钢机的类别与规格与轧钢机的断面尺寸有关，因此轧钢机的初轧和型钢的类是以轧钢的名义直径。也就是说轧钢机的大小是常用与轧件有关的尺寸参数来标称。 初轧机和型钢轧机的主要性能参数是轧辊名义直径，因为轧辊的名义直径的大小与其能够轧制的最大断面有关，因此，初轧机和型钢轧机是以轧辊的名义直径标称的。 小型轧钢机的名义直径为：180——450mm. 1.3轧钢机的用途 轧钢机形式有两种：冷轧与热轧，热轧主要用于开坯，兼生产一部形钢，这这种轧机的型号有630-650型轧机，500-550型轧机、650中型轧机与2300中板轧机等，冷轧主要用于
终级轧制，轧带钢的产品很多，具有代表性的冷轧板带钢产品金属镀层薄板（包括镀锡板、镀锌板等）、深冲板（以汽车钢板最多）、电工硅钢板、不锈钢和涂层钢板。现也促使冷轧机的装备技术和控制技术向更高的方向发展。型号有1400mmNKW、1250mmHC单辊可逆式轧机. 1150mm二十辊冷轧机,。 设计的轧钢机为300×3轧钢机，轧辊的直径为300 mm.，轧钢机主要用来为轧制小型线材。25—50毫米的圆钢，20—40毫米的方钢；螺纹钢等。 其结构的特点为： (1)采用三辊式工作机座，主电机不可逆转，中上辊与中下辊交替过钢，实现多道次的轧制。 (2)由于轧辊的转向和转速不可逆转，可采用造价较底的高速交流主电机在传动装置中装有减速机和齿轮机座。考虑到第一机座轧件较短，轧制次数较多，负荷很不均匀，为了均衡电机负荷，减少电机的容量，在减速机和电动机之间加有飞轮。 (3)多数300型钢轧机要求既开坯又轧件，具有一机多能的特性，因此，轧机急需要较强的能力，又需要较强的刚度，而且由于经常需要更换品种，在轧机结构上需考虑换辊方便。 (4)为了便于换辊，三个机座的轧辊都采用梅花接轴连接。 1.4小型轧钢机的主机列 轧钢机的主要设备是由一个或数个主机列组成的。轧钢机的主机列是由原动机，传动装置和执行机构三个基本部分组成的。 (1)工作机座：工作机座为轧钢机的执行机构，它由轧辊及其轴承轧辊的调整机构和上轧辊的平衡机构，引导轧件的轧件进入轧辊用的导装置，工座机座的机架及支撑机座并把机座固定在地基上用的轨零、部件的和机构组成。 (2)传动装置：联轴器：联轴器包括电机联轴器和主联轴器，电机联轴器用来连接电动机与减速器的主动齿轮轴；而主联轴器则用来连接减速器与机轮机座的传动轴，既自减速器将
中国第一个卫星移动通信系统：天通一号详细透析 导读：多年以来，卫星通信以其覆盖范围广、组网灵活、不受地理环境限制等优势，在野外勘探、边境巡逻、抗争救灾等活动中发挥了巨大作用。但是，由于小型终端数量不足、设备种类多、无法互连互通等原因，依然未能满足救援队伍快速机动的通讯需求。因此，天通一号卫星移动系统开始应运而生。那么，天通一号卫星移动系统从诞生到发射，是如何一步一步走来的？ 一、什么是卫星移动系统 移动通信卫星就是可以为移动和便携式终端提供通信的卫星。优势是可以为车辆、飞机、船舶和个人等移动用户提供语音、数据等通信服务，并可以实现用户终端的小型化、手机化。相对于地面移动通信系统，地面移动通信系统由于受到地面基站覆盖区域的限制，一般在边远山区、沙漠戈戈壁、森林、边境等地区不能实现通信的全覆盖。而移动通信卫星系统就不存在这样的限制，可以自上而下实现区域的全覆盖，不受地形等因素的影响。 有人统计全国地面移动通信覆盖率不足国土陆地面积的10%，即使是像北京这样的大型城市，地面移动通信覆盖率也不足20%，像中国南海这样广阔的区域地面移动通信就更难以实现全覆盖。而我工作在的频段信号传输损耗小，雨衰小，可以实现地面终端设备的小型化，便于携带，同时保证通信质量。 二、天通一号开通运行背景 2008年汶川大地震发生后，震区地面通信网络全面瘫痪，当时中国没有自己的移动通信卫星系统，只能租用国外的卫星电话抗震救灾。 而国际上的移动卫星系统已经形成了多个覆盖全球或区域性的移动通信系统，包括铱星系统（Iridium）、欧星系统（Thuraya）和国际移动通信卫星系统（Inmarsat，international
2010-2011学年第2 学期 考试科目移动通信系统 姓名 年级 专业 学号 2011年6 月12日
移动通信系统中基于自适应调制和编码的资源分配的控制消息传输 摘要：总的说来，链路自适应方案，如自适应调制和编码（AMC）以及混合自动重复请求（HARQ），加强了时变无线信道的系统容量。为了应用这些链路自适应方案，必须对资源的每一帧进行自适应和动态的分配。因此，系统需要控制消息来发送关于动态资源分配的信息给用户。这些信息包括用户ID，资源位置，调制等级，以及编码和自动重复请求（ARQ）信息。然而，这些资源分配信息的传输，造成了控制开销。在这篇文献中，我们介绍了一种利用AMC来传输资源分配信息的方案，并分析了它在支持截断ARQ，如链路层ARQ和HARQ的系统中的性能。除此之外，我们还证明了使用AMC来传输控制消息是减少控制开销的一种好方法。特别是当每帧的用户数较大，如对于互联网语音服务协议(V oIP)，这种方法非常有效。 关键字：自适应调制和编码（AMC）；控制消息；控制开销；资源分配Adaptive-Modulation-and-Coding-Based Transmission of Control Messages for Resource Allocation in Mobile Communication Systems Liu Zhihu S100131051 Keywords—Adaptive modulation and coding (AMC), control messages, control overhead, resource allocation. 1.引言 最近的以分组为导向的系统，如移动WiMAX和高速数据分组接入（HSDPA），通过使用链路自适应技术提高了数据吞吐量。这些技术有自适应调制和编码（AMC），混合自动重复请求（HARQ），以及快速信道感知调度。AMC 方案能够通过选择信号星座图以及适合它的时变信道的信道编码来提高系统容量。自动重复请求（ARQ）有效地减轻了由于信道衰落造成的分组错误。除此之外，截短的ARQ通过限制在应用AMC时的最大重传次数以及在物理层只使用固定的调制和编码，改进了系统吞吐量。重传机制，特别是基于HARQ的机制，提供了一种改进由于信道测量和反馈延时错误造成的链路自适应误差的健壮性的好方法。为了应用这些链路自适应方案，系统必须对每帧资源进行自适应的和动态的分配。并且，目前开发的大多数业务都是基于分组的。所以，资源的有效利用要求无线资源能够在移动站之间得到有效共享。最后，自适应和动态资源分配要求逐帧链路自适应和资源的有效利用。因此，对于动态资源分配的控制消息的设计非常重要。资源的链路自适应分配的控制消息应该与数据一块传输，以告
目录 1 绪论 (1) 1.1 课题的研究意义 (1) 1.2 雕刻机的应用及发展 (1) 1.2.1 雕刻机的应用 (1) 1.2.2 国内外发展与现状 (2) 1.3 课题研究的主要内容 (3) 1.3.1 实验平台简介 (3) 2方案选择 (4) 2.1三轴驱动方案选择 (4) 2.1.1直流驱动 (4) 2.1.2 交流伺服驱动 (5) 2.1.3 步进驱动 (5) 2.2 控制器的选择 (6) 2.3限位开关 (7) 3硬件电路设计 (9) 3.1主电路设计 (9) 3.1.1步进电机及步进驱动器 (9) 3.1.2 主轴及变频驱动 (9) 3.2控制电路设计 (11) 3.2.1控制要求 (11) 3.2.2 步进电机驱动器 (12) 3.2.3 PLC选型 (14) 3.2.4 I/O配置及PLC外部接线图 (16) 4软件设计 (18) 4.1 PTO/POS配置 (18) 4.1.1 PTO配置 (18) 4.1.2 PTO/PWM组件 (31) 4.2主程序 (32) 5总结 (35) 致谢 (35)
基于PLC的雕刻机控制系统设计 摘要自从有了人类的社会活动以后，就有了雕刻这一行业，伴随着人类社会的发展，如今人们对雕刻有了全新的认识，随着人们对雕刻机的认识和掌握逐步加深，应用范围会得到不断扩大，应用水平也会逐步提高，雕刻加工必定会有更广阔的前景。 本文论述了雕刻机的控制要求及驱动方式，设计了基于PLC控制的三维雕刻机的电气控制线路，并编制了实现轨迹运行的控制程序。三维雕刻机为滚珠丝杠设计，X、Y、Z三轴采用步进系统，分别通过CPU的高速脉冲输出PTO及定位模块EM253实现三根轴的位置控制，主轴采用交流变频驱动，系统中设置了限位开关和位置感应器以防止运动超程。调试结果表明，系统可以实现一定精度的雕刻轨迹控制，达到了设计指标的要求。 关键词：雕刻机；PLC；位置控制；滚珠丝杠 ABSTRACT Ever since human social activity later, there is a sculpture of the industry, along with the development of human society, and now people have a new understanding of sculpture ,engraving machines as people gradually deepening understanding and grasp the scope of application will been expanding the application level will gradually increase ,engraving process must be more broad prospects. This paper discusses the requirements and drive mode control engraving machine, the design of PLC-based electrical control circuit controls the three-dimensional engraving machine and prepared to achieve trajectory control program running. Three-dimensional engraving machine for the ball screw design, X, Y, Z-axis stepper system ,respectively, to achieve three-axis position control with high-speed pulse output PTO and the positioning module EM253 CPU, the spindle AC variable frequency drive, the system set up limit switches and position sensors to prevent over travel movement Debugging results show that the system can achieve a certain precision engraving trajectory control, met the requirements of the design specifications. Keywords：Engraving machine; Position Control; ball screw shaft
本科毕业设计(论文)开题报告 课题名称: 数控雕刻机设计 学院(系): 年级专业: 08级机电3班 学生姓名: 指导教师: 完成日期: 数控雕刻机设计 一、数控雕刻机概述 数控雕刻机就是数控技术与雕刻工艺相结合的产物,就是一种专用的数控机床。与通用的数控机床类似,数控雕刻机通过数控系统根据程序代码控制雕刻机动作,实现雕刻加工的自动化。较传统的手工雕刻、仿形雕刻,数控雕刻具有生产效率高、加工精度高、成品率高、对零件的适应性强等显著优势;同时,借助于专用的雕刻CAD/CAM软件系统,加工控制程序的生成快捷、修改方便。因此,数控雕刻机现已成为实现雕刻加工自动化、高效率、高精度的有效率手段,也就是当今雕刻机的发展主流,广泛应用于机械工业、广告传媒、日常消费以及建筑装演等众多领域。 根据研究对象与应用领域的不同,数控雕刻机可以分为模具雕刻机、木工雕刻机、广告雕刻机、激光雕刻机等多种类型。她们的加工性能要求出入很大,对机床与数控系统的要求也各不相同。如模具雕刻机的加工材料为金属,所以对机床本体的刚体要求较高,而且其加工对象就是模具,所以对加工系统的精度要求高;而广告机加工的就是一般塑胶板或有机玻璃等费金属材
料,所以对机床刚性与加工系统的精度都没有很高要求。但各类雕刻机都有一个共同特点,也就是数控雕刻机与普通数控机床的一个显著区别,就就是由于雕刻刀的特殊性,每次切削的有效成形面积小,所以雕刻的刀具运动轨迹很长,加工时间往往也较长。因此,提高雕刻机的刀具运动速度对缩短零件雕刻时间、提高加工效率具有特别重要的意义。 按照伺服驱动控制的类型不同,数控雕刻机又可以分为步进驱动雕刻机与伺服驱动雕刻机。步进驱动属于开环控制,控制精度较低,但价格便宜,适用于对加工要求不高的中低档雕刻机,如木工,广告业的雕刻加工。伺服驱动控制精度高,但价格较贵,主要用于模具加工等高精度雕刻机。 此外,还可以根据运动坐标控制的联动轴数,将数控雕刻机分为三坐标数控雕刻机、五坐标雕刻机等。三坐标数控雕刻机可以控制三个坐标联动,完成浮雕等常规雕刻加工;五坐标数控雕刻机可以联动控制X,Y,Z三个移动轴与两个旋转轴,用来完成复杂形状零 件的雕刻加工。 二、我国数控雕刻机发展现状与发展趋势 雕刻机就是由数控龙门铣床转型而来的,但近几年来在在我国发展非常迅速,相对于手工雕刻来说它就是科技发展的一次质变,它的出现给人们带来了巨大的方便,也给我们在工业上的的发展带来了很大的变化。它的运用,大量节省了企业在产品制作上的时间,提高了雕刻工艺及工作效率,并且现在很多行业都受益于雕刻机。2003年就是雕刻机在国内受到广泛关注的一年,那时候才陆续的有厂家转身雕刻机行业。而如今,经过不足10年的发展,雕刻机已经被广泛运用于各行各业之中。 随着近年来我国制造业的迅速发展,数控雕刻机产业也获得了良好的发展机遇,有效地促进了我国数控雕刻机的生产与推广应用。我国数控雕刻机起步经济型数控机床,随着数控技术的进步,进过十多年的发展,已形成了多个国品牌的雕刻机,如上海洛克公司生产的啄木鸟数控雕刻机、北京槽雕公司生产精雕数控雕刻机与南京科能公司生产的威克数控雕刻机等。上述各类雕刻机机床本体结构比较简单,控制器大多借鉴国外新技术,采用基于高档的微控制或PC的数控系统,伺服部分以步进电机细分驱动为主,可获得中等控制精度,但价格比较便宜,因此整机的性价比高,适用于精度不太高的普及应用场合。对高精度雕刻加工,目前我国尚以进口数控雕刻机为主,如意大利