張國坤
摘 要:國內外同類精雕機產品的特點說明了精雕機的功能和使用范圍。從系統的觀點出發(fā),依據機電一體化中機械部分的產品設計的基本原理、關鍵技術和設計原則,利用相關技術進行有機地組織和綜合,制定了簡易通用雕刻的總體方案,文章詳細分析了精雕機的主動系統和進給系統。
關鍵詞:精雕;主動系統;進給系統;工作基座;牽引
1? ? 精雕機概述
20世紀60年代以來,高新技術已經向經濟、軍事和社會生活的各個領域滲透,并以空前的規(guī)模向現代生產力迅速轉化。進入20世紀90年代,微電子技術和微型計算機技術同整個高新技術一起飛速發(fā)展,迅速轉化為巨大的經濟效益。至今,雕刻的使用無處不在。
1.1? 精雕機可實現的功能
切—把硬質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,用于各種標牌(胸牌、門牌、桌牌、禮品牌、設備銘牌等)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? 精雕機系列設計及參數要求
簡易通用精雕機是典型的機電一體化設備,也是一種技術性強、管理較復雜、相關因素較多、跨學科的綜合技術。根據目前我國精雕機市場的情況,筆者遵循機電一體化系統(產品)的設計原則進行設計。
2? ? 設計簡算
2.1? 銑削力、扭矩和功率的計算
設計的簡易通用精雕機的加工對象主要是塑料、橡膠等有機材料和鋁、銅及其合金等有色金屬材料,這些材料具有較高的強度和良好的塑性。
用硬質合金直柄立銑刀(d=6 mm,z=2)和高速鋼標準麻花鉆(d=3 mm)在鋁板(σb≤180 MPa)上進行銑削和鉆削,分別進行切削力、切削扭矩和切削功率的計算。
經過查閱參考文獻和有關公式,得到計算結果如下:
銑削力(N):Fz=kFz;銑削扭矩(Nm):? =30×10-3Fz。(1)
代入數值得:M=118 728銑削功率(kW):Pm=3.14·10-7F2n
代入數值得:Pm=3.7,ap—銑削深度(mm),vf—進給速度(mm/min),n—銑刀轉速(r/min),FZ—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;
代入數值得:F=40.4,鉆削扭矩(Nm):M=CMd0ZMf yMkM ,0.686(vf /n)0.8代入數值得:M=0.44×103;
鉆削功率(kW):=0.012Mvf /n代入數值得:Pm=1.7;(2)
注:進給速度vf=n·fz·z(mm/min),銑削速度v=пd0n/1 000(m/min);n絲—絲杠轉動,n絲=vf /Ph(r/min),預選絲杠導程Ph= 4(mm)。
2.3? 鋼絲傳動的選擇計算
按最大凈拉力計算:,Fmax—鋼絲繩最大工作凈拉力(N);c—選擇因數;d—鋼絲繩最小直徑(mm)。因數c的選擇,c值應按下式另行計c=[4Smin/(πkωσb)]0.5,F—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,h得取值:按本設計的要求只需要選擇M1~M3即可,即h=14繩槽節(jié)距p(標準槽)(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,不少于1.5圈,一般取1.5~2圈。 ,將前式取整:L0=11 mm,卷筒長度Ld(單層單聯卷筒)(mm):Ld=L0+2L1+L2,其中L1—無繩槽卷筒端部尺寸,由結構確定L2—固定鋼絲繩所需長度,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—卷筒內徑(mm);σcp—卷筒材料許用應力(MPa),對鑄鐵取σcp=σbc/4.25,對鑄鋼取σcp=σs/1.5。σbc為抗壓剛度,σs為屈服點;σp—卷筒材料許用拉應力(MPa),對鑄鐵,σc=47.625~31.75(MPa)絲杠部球軸承校核受命計算:附加軸向力,Fs1=875;,Fs2=340;
軸承軸向力:因Fa1=Fs1=875,Fa2=FS1+Fa=875+230=1 105;
當量靜載荷P0r1=X0Fr1+Y0Fa1=0.5×2 800+0.9×875= 2 188,P0r1=2 800 N;
C'0r1=7 000 N(P0r1>P0r2,只計軸承1),軸承C'0r>C'0r1,f12=1。