### 小型雕刻机的机械部分设计知识点解析
#### 一、机构的传动原理及说明
**1. 总体结构**
小型雕刻机的工作台主要分为两种类型：一种是仅在Y轴方向移动，而刀具沿X轴和Z轴移动；另一种则是工作台在X轴和Y轴方向上移动，而刀具仅沿Z轴移动。
- **结构1（推荐）**：工作台只在Y轴方向移动，刀具在X轴和Z轴方向移动。这种结构的优势在于制作简单且结构稳定，但由于工件需随工作台移动，因此不适合加工过重的工件，且雕刻机尺寸受限。
- **结构2**：工作台在X轴和Y轴方向移动，而刀具仅沿Z轴移动。虽然制作相对容易，但稳定性较差于结构1。考虑到本次设计需求为小型轻便的机械部件，并且加工的工件较轻，因此选择结构1。
在选定的结构1中，机械本体部分包括底座、立柱、工作台、机头和主轴组件等。为了确保系统机械刚性的同时简化设计结构、减轻整机重量并缩短设计制造周期，主体框架采用铝合金材料，防护件使用塑料件，并使用标准的紧固件和定位销连接。
#### 二、进给运动方案
**2. 进给运动方案**
雕刻方式为：刀具仅进行高速旋转和Z轴方向的进刀、退刀运动，而X-Y工作台带动工件进行X轴和Y轴方向的进给运动。具体实现方式是由步进电机驱动丝杠旋转，进而带动工作台移动，实现X轴或Y轴方向的进给运动。为了满足工作台定位精度的要求，在X轴和Y轴方向采用了直线导轨。
#### 三、雕刻机主运动方案
**3. 雕刻机主运动方案**
雕刻机的主运动方案有两种：一种是直接采用专用的雕刻头，另一种是采用直流电机带动主轴机构。考虑到经济性，这里选择后者。
- **直流电机的特点**：
- 调速范围宽：可以在广泛的范围内连续调节转子转速并稳定运行。
- 特性呈线性：无论机械特性还是调节特性均表现出良好的线性度。
- 快速反应：能够迅速响应输入控制信号的动作，具有较小的时间常数。
因此，本设计选择采用直流电机通过弹性夹头直接与刀具连接的方式。
#### 四、元件的选择
**1. 滚珠丝杠副的选择**
选用深圳市赛瑞德精工机械技术有限公司提供的G系列滚珠丝杠副（滚珠内循环固定反向器单螺母），其性能指标包括：
- X、Y、Z轴丝杠精度等级为4，螺纹长度分别为300mm、350mm、150mm，总长度分别为375mm、425mm、225mm。
- 丝杠代号G2004-3，公称直径20mm，基本导程4mm，丝杠外径19.3mm，丝杠底径17.3mm，循环圈数3圈。
- 额定载荷5836N，刚度327N/um，螺母安装尺寸D=60mm，L=40mm，B=11mm，D1=36mm，D4=48mm，Φ1=5.8mm，Φ2=10mm，h=6mm，M=M6。
- 滚珠丝杠副轴头尺寸：丝杠公称直径20mm，固定端轴径尺寸15mm，支持端轴径尺寸12mm，d1=20mm，l1=41mm，l2=12mm，l3=15mm，d3=14.3mm，d4=14mm，l4=12.1mm，l5=1.15mm。
- 固定端轴承型号7202，支持端轴承型号6201。
**2. 步进电机的选择**
计算铣削力和启动转矩。在给定的切削条件下，铣削力为22.45N，启动转矩为0.0918N·m。根据所需转矩，选择了杭州日升电气设备有限公司的57BYG250C步进电机，其技术参数如下：
- 型号57BYG250C
- 相数2
- 相电流1.5A
- 步距角1.8°
- 保持转矩1.0N.M
- 空载起动频率2KPPS
- 空载运行频率2020KPPS
- 转动惯量0.23KG·CM²
- 重量1KG
**3. 圆柱直线导轨的选择**
选用了浙江新亿特轴承有限公司的圆柱直线导轨（光轴）系列，X、Y、Z轴所需导轨长度分别为375mm、425mm、225mm。
**4. 联轴器的选择**
选用了广州菱科自动化设备有限公司的LK6系列联轴器YL1，用于连接电机与丝杠。
本文详细介绍了小型雕刻机的机械部分设计的关键要素，包括总体结构设计、进给运动方案、主运动方案以及关键元件的选择，为雕刻机的设计提供了实用的参考。
