机械创新设计大赛 模板

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1、便携式教学用微型数控铣床设计说明书作品名称：便携式教学用微型数控铣床设计者：陈科百、乔鹏飞、张杰、严东、贾咏明指导老师：安治国参赛单位：重庆交通大学便携式教学用微型数控铣床设计说明书设计者：陈科百、乔鹏飞、张杰、严东、贾咏明指导老师：安治国联系人：杨钢电话：13617680211摘要：以重量轻，体积小，模块化，易携带为特点，着重帮助课堂教学。提出将数控铣床微型化，模块化，使其可拆分和组装，拆分后能装入工具箱中，仅需一人便可携带。采用透明结构，将机械传动结构凸显出来，便于教学理解。该设备性能稳定，操作简单，是效果较好的教学用具。关键词：便携式、微型、可拆分、数

2、控铣床、教学用具1、研究背景及意义本次创新大赛的主题为“梦幻教室”，通过机械创新设计对教室环境进行改善，使老师和学生在一个更加轻松的环境内更好的交流。在课堂教学中，由于教学用具有限，学生不能直观地看到机床的结构及加工工作状态，对机床的组成及工作原理的理解难度较大。本作品根据本届机械创新大赛的主旨要求而设计，用于教师的课堂教学演示及学生的实际操作。将数控铣床微型化，模块化。将其体积缩小到能作为教具放置在讲桌上，在课堂上现场演示加工过程。将其结构拆分成独立模块，便于拆卸，可装入工具箱中一人携带。对于教师使用，既可用于讲解铣床的组成、基本结构以及铣削加工的特点，亦

3、可用于讲解和演示数控程序的编写以及实际操作等。对于学生使用，既可在课堂上和教师同步练习编程和操作，亦可用于科技作品小型零件加工。本作品作为教学用具，对机械设计、机电传动、金属工艺学、数控机床与编程等课程的教学有很好的辅助作用。2、设计方案2.1总体设计构想工业机床主要由机床本体、数控系统、伺服系统、润滑系统、冷却系统以及机电接口等部分组成。为了更好地达到教学使用目的，同时尽量与企业中的机床相似，我们向工业机床靠拢，只是少了润滑冷却系统，极大地减小了和真实机床的差别。本作品主要由机床本体、数控系统、伺服系统及以及机电接口等部分组成。为了实现机床的易拆卸和易携带

4、的功能，我们缩小了平时常见的数控铣床的尺寸。这样就能满足老师携带其到课堂上演示讲解相关的专业类知识，加深相关专业知识的理解，增强教学质量的要求。另外，机床结构采用模块化设计，将X、Y、Z、主轴及控制箱设计成独立模块，便于拆装，可以放于工具箱中。同时考虑到用电安全及用电方便快捷，我们接入的电压是220伏特的家用电压即市电供电，电机工作额定电压为低电压，安全可靠。此外，机床的功率不大，损耗低，实用性强。2.2设计过程我们初步的的构想尺寸是长宽高：350mm*250mm*200mm重量设计是12kg-18kg如下图所示，是我们的初步构想的一个小模板。板材为12mm

5、铝板。但是后来考虑到机床过小，加工工作量也相应减小，同时某些结构会使加工难度提升，所以我们又改变了设计图纸，在保证强度硬度要求下，尽量控制机床的重量在最初的设计范围之内。图一初始结构图后来经过商讨和计算，成形后的机床总重量接近25kg，拆卸后的长宽高450mm*380mm*300mm，这样就不能满足一个人方便携带。后来经过进一步的改进、计算，我们最终确定了比较精确的图纸尺寸。如图下：图二最终确定模型图图三二维侧视图安装好的长宽高是452mm*280mm*450mm，拆卸后的工具箱的长宽高是491mm*448mm*235mm。图4装箱图1、理论设计计算轴平均压

6、强计算B为轴承工作宽度为轴瓦材料的许用压强3.1强度校核最大挠度为：E：材料弹性模量I：危险截面惯性矩：两端面支持跨距：许用最大挠度切应力为轴的最小直径3.2刚度校核每米转矩角：G：材料剪切弹性模量轴截面极惯性矩：每米许用转矩角3.3电机力矩计算1)将负载惯量转换到电机输出轴上的惯量W:可动部分总重量[kg]BP:丝杆螺距[mm]GL;减速比W=15kgBP=0.5mm=0.003752)加速度3)电机力矩计算u:摩擦系数s:丝杆螺距：传动系统效率1、工作原理及性能分析4.1工作原理本作品是用数字信息进行控制的机床。用代码化的数字信息将刀具移动轨迹信息记录在

7、程序介质上，然后送入数控系统经过译码和运算，控制机床刀具与工件的相对运动，加工出所需工件。采用Mach3数控系统，该系统为开放源码，支持winXP/win7/win8系统，可支持G、M等数控代码。X、Y、Z三轴采用混合同步电机及相应驱动器驱动。在加工演示前，要分析零件图，拟定零件加工工艺方案，明确加工工艺参数，然后设计出零件图并在计算机上自动生成加工程序代码。当加工零件的几何信息和工艺信息转换为数字化信息后，输入到mach3控制系统中，经检查无误即可启动机床，运行数控加工程序数控装置自动完成数控加工程序发出的各种控制指令。铣床持续正常运转，直到加工程序运行结

8、束，零件加工完毕为止。图5为mastercam9.0