简易精雕机设计

张国坤

摘 要：国内外同类精雕机产品的特点说明了精雕机的功能和使用范围。从系统的观点出发，依据机电一体化中机械部分的产品设计的基本原理、关键技术和设计原则，利用相关技术进行有机地组织和综合，制定了简易通用雕刻的总体方案，文章详细分析了精雕机的主动系统和进给系统。

关键词：精雕;主动系统;进给系统;工作基座;牵引

1    精雕机概述

20世纪60年代以来，高新技术已经向经济、军事和社会生活的各个领域渗透，并以空前的规模向现代生产力迅速转化。进入20世纪90年代，微电子技术和微型计算机技术同整个高新技术一起飞速发展，迅速转化为巨大的经济效益。至今，雕刻的使用无处不在。

1.1  精雕机可实现的功能

切—把硬质的板材切割成文字或图案，主要用于的立体字;刻—把文字和图案雕刻在材料表面，用于各种标牌（胸牌、门牌、桌牌、礼品牌、设备铭牌等）和礼品工艺品的制作;雕（Caring & Molding）—用于三维立体作品和模具的制作。

1.2  精雕机系列设计及参数要求

简易通用精雕机是典型的机电一体化设备，也是一种技术性强、管理较复杂、相关因素较多、跨学科的综合技术。根据目前我国精雕机市场的情况，笔者遵循机电一体化系统（产品）的设计原则进行设计。

2    设计简算

2.1  铣削力、扭矩和功率的计算

设计的简易通用精雕机的加工对象主要是塑料、橡胶等有机材料和铝、铜及其合金等有色金属材料，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（d=6 mm，z=2）和高速钢标准麻花钻（d=3 mm）在铝板（σb≤180 MPa）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。

经过查阅参考文献和有关公式，得到计算结果如下：

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

代入数值得：M=118 728铣削功率（kW）：Pm=3.14·10-7F2n

代入数值得：Pm=3.7，ap—铣削深度（mm），vf—进给速度（mm/min），n—铣刀转速（r/min），FZ—铣削力（N），M—铣削扭矩（Nm），Pm—铣削功率（kW）。

2.2  钻削力、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（加工铝合金）F=CFd0ZFf y FkF=450（vf /n）0.7;

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

钻削功率（kW）：=0.012Mvf /n代入数值得：Pm=1.7;（2）

注：进给速度vf=n·fz·z（mm/min），铣削速度v=пd0n/1 000（m/min）;n丝—丝杠转动，n丝=vf /Ph（r/min），预选丝杠導程Ph= 4（mm）。

2.3  钢丝传动的选择计算

按最大净拉力计算：，Fmax—钢丝绳最大工作净拉力（N）;c—选择因数;d—钢丝绳最小直径（mm）。因数c的选择，c值应按下式另行计c=[4Smin/（πkωσb）]0.5，F—钢丝绳最小破断拉力（N）。不同规格钢丝绳的最小破断拉力F。其中，d—钢丝绳直径（mm）;h—因数，h得取值：按本设计的要求只需要选择M1～M3即可，即h=14绳槽节距p（标准槽）（mm）：p=d+（2～4）

，其中：Hmax—最大起升高度;a—滑轮组倍率;Z1丝绳的安全圈数，不少于1.5圈，一般取1.5～2圈。 ，将前式取整：L0=11 mm，卷筒长度Ld（单层单联卷筒）（mm）：Ld=L0+2L1+L2，其中L1—无绳槽卷筒端部尺寸，由结构确定L2—固定钢丝绳所需长度，一般取L2≈3p。

Ld=L0+2L1+L2=11+40+18=69，卷筒壁厚，其中包括钢卷筒与铸铁卷筒钢卷筒：卷筒截W，式中：Dd—卷筒绳槽底直径（mm）;Dn—卷筒内径（mm）;σcp—卷筒材料许用应力（MPa），对铸铁取σcp=σbc/4.25，对铸钢取σcp=σs/1.5。σbc为抗压刚度，σs为屈服点;σp—卷筒材料许用拉应力（MPa），对铸铁，σc=47.625～31.75（MPa）丝杠部球轴承校核受命计算：附加轴向力，Fs1=875;，Fs2=340;

轴承轴向力：因Fa1=Fs1=875，Fa2=FS1+Fa=875+230=1 105;

当量静载荷P0r1=X0Fr1+Y0Fa1=0.5×2 800+0.9×875= 2 188，P0r1=2 800 N;

C'0r1=7 000 N（P0r1>P0r2，只计轴承1），轴承C'0r>C'0r1，f12=1。