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说明书一份，共54页，约15000字
CAD版本图纸，共7张

摘  要
雕刻机制作工艺日渐成熟，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。但雕刻机的价格均比较高,为了提高其普及率,设计

开发一个经济、简练的机械运动系统是很具有重要的理论意义和实用价值的。
本文简要地介绍了雕刻机的起源和发展现状，分析了国内外同类雕刻机的特点，说明了雕刻机的功能和

使用范围。综合运用机械设计制造和加工工艺等知识，提出了简化雕刻机运动系统的设计思路。其次，

讨论和确定了本雕刻机的总体结构布局。本雕刻的运动系统包括了主运动系统和进给运动系统。其主运

动系统采用电机直接接刀具，省去中间传动，而进给运动系统是采用步进电机带动滚珠丝杠使部件在导

轨上平移来实现三轴联动。再次，对主电机的选用、滚珠丝杠、步进电机以及导轨等主要零部件进行了

详细的设计与计算。本雕刻机有着安装方便，结构简单、新颖，制造成本低等优点，可用于中小型雕刻

机，对雕刻机价格具有一点的影响。
关键词：雕刻机，运动系统，三维
 
 
目  录
第1章  绪论••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••1
1.1 雕刻机的概

述•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••1
1.2 设计研制的雕刻机特

点•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••1
1.3 研制的雕刻机的功能及使用范

围••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••2
第2章 系统分析与方案的订制••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••5
2.1 三维雕刻机的设计参

数••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••5
2.2 雕刻机总体方案选

择•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••5
2.2.1总体布局要

求••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••5
2.2.2总体方案确

定••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••6
2.3 雕刻机运动系统方案设

计••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••7
2.3.1坐标系统的确

定••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••7
2.3.2总体结

构••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••8
2.3.3进给运动方

案•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••9
第3章 主运动系统的设计及校

核•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••10
3.1铣削力、扭矩和功率的计

算••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••10
3.2钻削力、扭矩和功率的计

算••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••11
3.3主运动系统的设计••••••••••••••••••••••

•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••13
3.3.1主运动系统的方

案•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••13
3.3.2主轴电机的设计计

算•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••13
第4章 进给运动系统设计计算••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••15
4.1 Z方向进给运动系统设计••••••••••••••••••••••

•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••15
4.1.1 Z方向进给运动系统组

成•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••15
4.1.2滚珠丝杠副的设计计

算•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••15
4.1.3滚珠丝杠的校

核•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••20
4.1.4 Z方向进给电机的设计计

算•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••23
4.1.5联轴器的选

择•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••25
4.1.6 Z方向直线导轨副的设计计

算••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••25
4.2 X方向进给运动系统设

计••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••27
4.2.1 X方向进给运动系统组

成•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••27
4.2.2滚珠丝杠副的设计计

算•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••27
4.2.3滚珠丝杠的校

核•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••31
4.2.4 X方向进给电机的设计计

算•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••33
4.2.5联轴器的选

择•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••35
4.2.6 X方向直线导轨副的设计计

算••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••35
4.3 Y方向进给运动系统设

计••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••36
4.3.1 Y方向进给运动系统组

成•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••36
4.3.2滚珠丝杠副的设计计

算•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••36
4.3.3滚珠丝杠的校

核•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••40
4.3.4 Y方向进给电机的设计计

算•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••42
4.3.5联轴器的选

择•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••43
4.3.6 Y方向直线导轨副的设计计

算••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••43
4.4雕刻机设计参数的确

定••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••44
结论•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••45
参考文献••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••46
致谢•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••47
附录1设计图纸•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••48