【正文】 算機數控雕刻機有了更大的用武之地。因此，計算機數控雕刻機的應用范圍還將不斷擴大。 我國數控雕刻機的發(fā)展現(xiàn)狀 隨著近年來我國制造業(yè)的迅速發(fā)展，數控雕刻機產業(yè)也獲得了良好的發(fā)機遇有效地促進了我國數控雕刻機的生產和推廣應用。我國的數控雕刻機起步經濟型數控機床，隨著數控技術的進步，經過十多年的發(fā)展，己形成了多個國品牌的雕刻機，如上海洛克公司生產的啄木鳥數控雕刻機、北京糟雕公司生產精雕數控雕刻機和南京科能公司生產的威克數控雕刻機等。上述各類型雕刻機機床本體結構較為簡單，控制器大多借鑒國外新技術，采用基于高檔的微控制或PC的數控系統(tǒng)，伺服部分以步進電機細分驅動為主，可獲得中等控制精度，但價格比較便宜，因此整機的性價比較高，適用于精度要求不太高的普及應用場合對高精度的雕刻加工。目前我國尚以進口數控雕刻機為主，如意大利的左日本的全量等品牌的數控雕刻機。這類數控雕刻機機床本體設計剛高度好、精度高，采用伺服電機驅動，加工精度高，控制系統(tǒng)功能全、可靠性，但價格昂貴往往倍于國產產品，因此主要應用于模具等高精度加工場合。2 雕刻機的機械結構 雕刻機的工作原理計算機數控雕刻機實際是一個三維數控系統(tǒng)，其工作原理如圖1所示圖1 數控雕刻機工作原理 Working principle of CNC engraving通用微型計算機內安裝專用的設計排版軟件進行圖形、文字的設計、排版，自動生成加工路徑信息，通過USB接口或其他數據傳輸接口將刀具路徑數據傳輸給單片機，數控系統(tǒng)接收刀具路徑數據，完成顯示、和用戶交互等一系列功能后，用特定的算法將輸入的路徑信息轉化為數控信息，控制器把這些信息轉化為驅動步進電機或伺服電機的信號(脈沖串)，控制雕刻機X，Y，2三軸的走刀。同時，進行銑削，即可雕刻出在計算機上設計的各種平面或立體的圖形文字，實現(xiàn)雕刻自動化加工。 整體結構機械結構作為雕刻機的硬件部分，對雕刻機的加工過程、刻字效果等有著重要的影響。下面對數控雕刻機的機械結構作詳細介紹。 雕刻機總體布局的基本要求雕刻機總體布局的基本要求有以下幾點:1)首先必須滿足如加工范圍、工作精度、生產率和經濟性等等各種要求。2)確保實現(xiàn)既定工藝方法所要求的工件和刀具的相對位置與相對運動。在經濟、合理的條件下，盡量采用較短的傳動鏈，以簡化機構，提高傳動精度和傳動效率。3)確保雕刻機具有與所要求的加工精度相適應的剛度、抗振性、熱變形及噪音水平；4)應便于觀察加工過程，便于操作、調整和維修，便于輸送、裝卸工件和清理，注意防護，確保安全；5)結構簡單，合理可靠，便于加工和裝配。 影響雕刻機布局的基本因素在滿足總體布局的基本要求的基礎上，還應當考慮影響雕刻機布局的基本因素: (1)表面形成運動的影響不同形狀的加工表面往往采用不同的刀具來加工，從而表面形成運動的形式和數目就不同，并導致布局的差異。相同形狀的加工表面，由于工件的技術要求和生產率要求等不同，也可以采用不同的刀具、不同的表面形成運動來加工，從而形成不同的布局。由此可知，工件表面形成運動直接決定了雕刻機布局的形式，是影響雕刻機布局的決定性因素。因而，在布局雕刻機時，必須根據加工要求，全面、綜合地考慮工件的表面形成方法及運動，以期作出具有較好技術經濟效果的布局設計。(2)雕刻機運動分配的影響 工件表面形成方法及運動相同，而雕刻機的運動分配不同，雕刻機的布局也會不同。對于同一種運動分配的布局，由于導軌的布置和其它結構形式的不同，也將使雕刻機的布局出現(xiàn)變化。在分配雕刻機運動時，一般應注意以下幾點:1) 移動部件的重量應盡量輕。在其它條件相同的情況下，移動部件的重量越小，所需電機功率和傳動件的尺寸也越小2) 應有利于提高加工精度3）應有利于提高雕刻機剛度，縮小占地面積4）工件的尺寸重量和形狀的影響工件的表面形成運動及雕刻機部件的運動分配基本相同，而工件尺寸、重量和形狀不同，雕刻機的布局也會有很大差異。另外，還應考慮雕刻機性能要求的影響，如振動、噪聲、熱變形、剛度和抗振性，操縱方便形的影響，模塊化設計法的影響等。通過查閱相關的文獻資料，雕刻機基本布局形式通常有下圖2所示的兩種方案： 圖2 雕刻機的布局形式 The layout of the engraving plotter 這兩種布局都采用龍門式框架結構，雕刻機的剛度均較高。布局(1)方案中，工作臺固定，雕刻頭作橫向和上下移動，立柱作縱向移動。該方案便于變形為不同縱向長度的雕刻機。由于工作臺不動，承載能力好，適合加工較重的工件。在使用外伸支架支撐縱向長工件進行批量加工時，支點高度相同，故支架支撐調整方便。但雕刻頭運動精度較難保證且立柱移動較笨重。布局(2)方案中，立柱固定，雕刻頭作橫向和上下移動，工作臺作縱向移動。由于工作臺移動，承載能力較布局(1)方案差。若設計所承載的工件較輕，這種布局方式所需電動機功率和傳動件的尺寸較小，移動較輕便。在使用外伸支架支撐縱向長工件進行批量加工時，支點高度相同，故支架支撐調整方便，但支架結構較布局(1)方案略顯復雜。該方案的最大優(yōu)勢在于雕刻頭運動精度較易保證。經以上比較，充分考慮到布局的基本要求、影響布局的基本因素及三坐標數控雕刻機的設計參數，采用布局(2)的方案。 坐標系的確定雕刻機的坐標系采用右手法則，直角卡笛兒坐標系統(tǒng)。基本坐標軸為X 、Y 、Z 直角坐標，對相應每一個旋轉運動符號為A 、B 、C ，如圖 3 所示。Z 軸為平行于雕刻機主軸的坐標軸，垂直于工件裝夾面。 圖3 右手坐標系統(tǒng) The system of right coordinate 三維雕刻機的機械結構該三維雕刻機的機械幾何結構，由以下幾部分組成:1)底座部分作為整機的基礎，承擔整個機體的重量，要求穩(wěn)定堅固。底座由底下的四只支腳與地面接觸。2)工作臺部分工作臺部分由工作臺，y方向的絲杠和導軌，以及支架組成。工作臺作為雕刻工作時承載雕刻物體的部件，表面有T形溝槽，由絲杠驅動，導軌導向:3)橫梁部分橫梁由x方向的絲杠和導軌，以及支架組成。橫梁承載機頭的重量，驅動機頭動，容易彎曲變形，在結構仿真和運動仿真中是重要的分析對象:4)機頭部分機頭部分由主軸組件，2方向的絲杠和導軌，以及支架組成。絲杠驅動主軸組的上下運動，主軸組件在加工過程中直接帶動雕刻頭的高速旋轉運動。下面從雕刻機的功能角度，介紹一下各部分的結構及設計。 進給系統(tǒng)進給系統(tǒng)由伺服驅動電路、伺服驅動裝置、機械傳動機構及執(zhí)行部件組成。它的作用是接收數控系統(tǒng)發(fā)出的進給速度和位移指令信號，由伺服驅動電路作轉換和放大后，經伺服驅動裝置和機械傳動機構，驅動機床的工作臺、主軸頭架等執(zhí)行部件實現(xiàn)工作進給和快速運動。數控系統(tǒng)的伺服進給系統(tǒng)與一般機床的進給系統(tǒng)有本質上的區(qū)別，它能根據指令信號精確的控制執(zhí)行部件的運動速度和位置，以及幾個執(zhí)行部件按一定規(guī)律運動所合成的運動軌跡。下面介紹一下雕刻機的進給系統(tǒng)的機械結構和電機驅動。雕刻機的進給運動方式如下:工作臺帶動工件做y方向的進給運動，機頭沿x方向橫梁做進給運動，雕刻頭在直流電機的帶動下做高速旋轉，并在Z方向做上下運動。刀具和工件的運動的合成就可以得到文字和圖案的輪廓。（1）機頭沿x方向的絲杠左右運動，實現(xiàn)雕刻寬度。如下圖4所示： 圖4 雕刻機X方向進給圖 X direction feeding figure of engraving plotter（2）工作臺沿y方向的絲杠前后運動，實現(xiàn)雕刻長度,如下圖5所示：圖5 雕刻機Y方向的進給圖 Y direction feeding figure of engraving plotter（3）機頭沿Z向的絲杠上下運動，實現(xiàn)雕刻深度。各個傳動鏈中均采用絲杠螺母傳動副，保證了運動的傳遞平穩(wěn)和結構的緊。絲杠一端通過聯(lián)軸器與電機軸相聯(lián)，由步進電機驅動絲杠，將旋轉運動轉化為直線運動。另一端采用軸承為支承。步進電機的旋轉方向和轉速，由指令脈沖決定。指令脈沖數就是電動機的轉動步數，即角位移的大小。只要改變指令脈沖頻率，就可以使步進電動機的旋轉速度在很寬范圍內連續(xù)調節(jié)。它具有以下特點:1）位置控制功能可預先發(fā)出具體的脈沖數量，從而得到需要輸出的角度。2）無極調速功能可根據發(fā)送脈沖的速度，得到需要的電機的轉速。3）正/反，急停及鎖定功能通過對系統(tǒng)的高低電平控制，得到正/反旋轉的效果，在電機鎖定情況下 （電機繞組中存在電流，外部沒有要求旋轉的電脈沖)，仍有靜止力矩的輸出。4）低轉速及高精度位置功能通過對脈沖速度的控制，可直接得到極低的轉速而不需要通過齒輪箱的過渡，從而避免了功率的損耗和角度位置的偏差。5）長壽命不需要像普通的直流電動機通過電刷和換相器換相，從而減少了摩擦，增長了壽命。如圖6所示：圖6 絲杠與電機軸的連接 Connection of screw and motor shaft剛性聯(lián)軸器用于絲桿與電機的聯(lián)接，可提高兩軸頭連接的固定精度，如圖6所示。它的特點有:1）可用于小型、瞬間慣量小和高速轉動的場合。2）安裝后無反作用力，而且維護簡單。3）提高絲杠的強度時，跳動不會受到影響。4）依靠鎖緊螺栓施加的摩擦緊固，無需鍵。5）在高速轉動時可保持平穩(wěn)。導軌的主要功能是導向和承載作用。導軌使運動部件沿一定的軌跡運動，從而保證各部件的相對位置和相對位置精度。導軌承受運動部件及工件的重量及切削力，在很大程度上決定數控機床的剛度、精度與精度保持性。雕刻機的x向和y向絲杠兩側各采用一對圓柱形導軌作為導向件，另外可以分擔絲杠所承受的機頭和工作臺的重量。圓柱形導軌加工容易，導向精度高，可滿足定位精度的要求。Z絲杠不承受徑向載荷，為保證精度，采用兩根導軌導向。Z的固定依靠步進電機的自鎖來實現(xiàn)。圓形導軌兩端通過螺釘固定在絲杠支架上，并與導軌套形成移動副。如下圖7所示圖7 絲杠和圓導軌的支承方式 The bearing way of screw and circular各個傳動鏈上的絲杠螺母與不同零件以螺釘固定連接，通過與絲杠的相對運動實現(xiàn)傳動:1）與工作臺固定連接，相對于y向絲杠運動向絲杠運動向支架固定連接，相對于2）與機頭向絲杠運動3）與機頭 向支架固定連接，相對于Z向絲杠移動。 主軸組件 此處省略NNNNNNNNNNNN字。扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套機械畢業(yè)設計下載！該論文已經通過答辯 機床的總體布局確定考慮到降低雕刻機的制造成本，采用了結構簡剛性單且較好的龍門移動式布局，如圖8所示。外形尺寸（長寬高）約為 930mm650mm360mm，主要結構有底座、工作臺、龍門架、X向進給電動機、Y向進給電動機、Z向進給電動機、主軸電動機、雕刻機機身及電氣系統(tǒng)部分組成。雕刻機在工作時，先將加工對象固定在工作臺上，選擇合適的刀具裝夾在電主軸上，能夠實現(xiàn)X、Y、Z 軸3個方向進給運動由可編程序控制器實現(xiàn)自動控制，來完成工件的自動加工。 Y向進給電動機 Z向進給電動機