激光雕刻机机械运动平台的设计 3页

　　激光雕刻机机械运动平台的设计激光雕刻机机械运动平台的设计　　激光雕刻机机械传动平台是利用计算机控制、电气传动、伺服驱动和传感器等技术实现制造装备的自动化，完成先进制造工艺和流程的信息化，采用标记方法激光雕刻出各种文字，符号和图案等，它对产品的质量跟踪及防伪有特殊的意义。　　机器传动方案设计实验台是基于机器的组成原理设计的，为方便布置各种机构和零部件，选择两个相互垂直的装配平面。水平装配面主要用来拼装传动部分，垂直装配面用来拼装执行构件，对运动形式复杂的机器，可以在水平平台配置两个或多个垂直平面，各平面之间通过传动轴连接，在水平平台上，可以进行传动部分的设计和拼装，实验台提供常用的各种零件、部件，如平带、V带、滚子链、直齿轮、斜齿轮、锥齿轮、蜗杆传动等，还提供了牙嵌离合器、圆盘摩擦离合器、常用各种连轴器和带式制动器等，以及用来固定的螺纹连接件[1]。　　在机器执行机构的运动为连续转动时，可直接在水平平台上进行机器传动方案的设计和拼装，在执行机构的运动是回转运动、直线运动或曲线运动等多种运动形式时，可以在垂直平面拼接出各种执行机构，通过锥齿轮实现两个平面的运动传递。　　1激光雕刻机水平运动平台的参数选择　　1.1基本参数加工时间：8min；加工区尺寸：轴向长100mm，直径50mm；圆柱侧面面积：1.5708*104mm2；加工方式：螺旋线加工；加工速度：激光光斑直径0.1mm，烧蚀点直径设为0.25mm，旋转平台每转1圈轴向移动0.25mm，那么旋转平台转速应为：N=100mm/（0.25mm*8　　min）=50r/min。　　轴向进给速度Vf=（0.25mm/r）*（50r/min）=12.5mm/min　　=0.2083mm/s；加工精度：轴向精度（代表了线性精度）：<0.1mm；旋转精度：<0.2度；承载质量：水平运动平台为主要承重机构，承载了工件、自动夹具、电控旋转平台、电控旋转平台用伺服电机和立柱的总重量，设计为8kg。　　1.2运动平台基本组成和结构由机构设计可知，水平运动平台由1根丝杠、2根导轨、1个运动平台、相应箱体和其他相关零件组成，考虑到驱动的电机和联轴器[2]。　　2电机的选择　　2.1转速选择\n取丝杠导程Ph=4mm，则与丝杠相连的电机转速为：N=12.5/4=3.125r/min。由此可见，与丝杠相连的电机转速很低，为保证电机的低速性能，选用伺服电机驱动水平运动平台，而不能使用步进电机驱动水平运动平台运动。要求伺服电机的额定转速应大于4r/min，一般的伺服电机都满足要求[3]。　　2.2转矩选择最大负载力矩应小于电机额定转矩，即：　　其中，最大进给力Fmax包括切削力、摩擦力和产生工作加速度的外力。激光雕刻过程中的切削力可忽略不计，考虑机床稳定工作时工作加速度为零，因而产生工作加速度的外力亦为零，只需考虑摩擦力。水平工作台承载重量在8kg左右，其与滑动导轨和滚珠丝杠的摩擦系数可取为？滋=0.1，Fmax=7.84N，丝杠导程Ph=4mm，滚珠丝杠效率？浊=0.9，所以：　　2.3转动惯量匹配根据电机转动惯量匹配原则，负载转动惯量主要包括丝杠、轴承和联轴器折算到电机轴上的转动惯量以及水平工作台和负载水平运动时折算到电机轴上的转动惯量。在选择计算过程时，可预取适当放大的各量参数，以保证安全，计算得0.005*10-3kgm2≤JM≤0.020*10-3kgm2。　　伺服系统是以机械运动的驱动设备-电动机为控对象，在自动控制理论的指导下组成的电气传动自动控制系统[4]，综上所述知伺服电机在额定转速、导程、额定转矩和转动惯量满足上述条件范围内选型。　　3其他部件选择　　3.1丝杠种类选择机床用丝杠主要有滑动丝杠、静压丝杠和滚动丝杠三种。基于数控机床进给伺服机构对高进给速度、高定位精度、高平稳性和快速响应的要求以及经济成本的考虑，选择滚珠丝杠作为水平运动平台用丝杠。　　丝杠螺纹长度应大于最大行程加螺母长的一半，最大行程为150mm，螺母长35mm，则丝杠螺纹长度应大于167.5mm，可取丝杠螺纹长为170mm。　　由于丝杠长200mm，属于短轴，支点跨距较小，水平运动平台为低速轻载运动，温升低，膨胀小，选用滚动轴承两端单向固定方式对丝杠进行轴向定位，承担单向轴向力和双向径向力的滚动轴承主要有角接触球轴承和圆锥滚子轴承两类，而常见的圆锥滚子轴承内径都最小为15mm，因此选用角接触球轴承支撑丝杠，又考虑到工作台在支撑端中间，为减小支点跨距，提高支撑刚度，采用正安装方式安装滚动轴承。　　3.2联轴器确定由于波纹管联轴器具有高疲劳强度，传递扭矩不大而质轻，低惯量，大量用于伺服控制电机的输出。针对所构造系统的具体情况，选用波纹管联轴器。　　3.3导轨的选择\n本系统所设计的是低速轻载，对导轨的强度、刚度和耐磨性要求都不高，但对运动精度有一定要求。因此，在选择本文由.L.收集整理导轨时应主要考虑导轨的结构简单和良好的加工工艺性，尽可能花最小的成本解决机床的承载问题。基于这些原因，选用双圆柱形组合导轨，导轨直径取10mm。对选取的双圆柱形组合滑动导轨进行校核。　　4水平运动平台主要工作部件设计　　设计的激光雕刻机承载平台由平板和滑块两部分组成，其外还重点研究了水平承载平台的设计、立柱的设计、箱体的设计以及运动平台总装，绘制了承载平台滑块零件图、承载平台装配图、承载平台平板零件图、立柱装配图、水平运动平台装配图、底座零件图、箱体零件图和总装配图等[5]。　　5总结　　设计的激光雕刻机机械运动平台参考借鉴了很多的参考资料，也是现在较为广泛的一种技术，设计的系统满足了激光雕刻机机械运动平台的使用，验证了设计方案的可行性，在实际的工作中发现问题，我们在以后的设计中将进一步完善，以提高其使用性能和使用价值。