【正文】 房建筑的裝飾，小到商店門前的招牌，乃至很多產(chǎn)品的標識銘牌，可謂雕刻的使用范圍無處不在。 雕刻機 (Engraving Plotter)，顧名思義就是用機器代替人工進行雕刻的設(shè)備。 1938 年世界第一臺手動雕刻機在法國“嘉寶”問世， 1950 年“嘉寶”生產(chǎn)出世界第一臺真正意義的電動、可縮放比例的手動雕刻機。小型 CNC 雕刻機控制系統(tǒng)設(shè)計 4 隨后美國、日本和法國等國也開始研制。 20 世紀 90 年代，隨著微電子技術(shù)的突飛猛進，直接推動微型計算機的急劇發(fā)展。微電子技術(shù)和微型計算機技術(shù)帶動整個高技術(shù)群體飛速發(fā)展，從而使雕刻機產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。雕刻機完成了從 加工的變革，功能完善、性能穩(wěn)定、造型美觀和價格合理成為雕刻機研制的基本要求。 數(shù)控雕刻機及其發(fā)展現(xiàn)狀 數(shù)控雕刻機 傳統(tǒng)雕刻加工業(yè)是一門技術(shù)性要求 很高的手工技藝，雕刻品的質(zhì)量完全取于雕刻師的技藝水平，所以生產(chǎn)的效率低、成本高，制品的隨意性強、一致性 差，嚴重制約了雕刻行業(yè)的發(fā)展。這使得雕刻機的產(chǎn)生成為必然。雕刻機的功能決定了其使用范圍。從工藝上，雕刻可分為全自由度空間雕刻、三維立體雕刻和二維平面雕刻。其中，全自由度空間雕刻主要用于一些形狀復雜的工藝品或大型藝術(shù)作品的雕刻工作，如玉雕、木雕工藝品以及冰雕與沙雕等作品。 此類制品往往注重藝術(shù)創(chuàng)作性，制品的構(gòu)成形狀復雜、隨意性強、工藝性差。因此這類工藝迄今為止雕刻機尚無能為力，只能采用手工雕刻，制品的質(zhì)量和藝 術(shù)性完全依賴于雕刻師的技藝水平。相比之下，小型 CNC 雕刻機控制系統(tǒng)設(shè)計 5 在三維立體雕刻和二維平面雕刻機則大有可為。三維立體雕刻類似于三維銑削加工，可以完成精密模具、藝術(shù)浮雕曲面等雕刻加工 。而二維平面雕刻工藝主要用于標牌文字及平面幾何圖形的雕刻加工。目前，三維立體和二維平面雕刻大部分已采用雕刻機完成，克服了傳統(tǒng)手工雕刻存在的缺陷。 數(shù)控雕刻機是數(shù)控技術(shù)和雕刻工藝相結(jié)合的產(chǎn)物，是一種專用的數(shù)控機床。與通用數(shù)控機床類似，數(shù)控雕刻機通過數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)程序代碼控制雕刻機動作，實現(xiàn)雕刻加工的自動化。較傳統(tǒng)的手工雕刻、仿形雕刻，數(shù)控雕刻具有生產(chǎn)效率高 、加工精度高、成品率高、對零件的適應性強等顯著優(yōu)勢 。同時，借助于專用的雕刻 CAD/CAM 軟件系統(tǒng)，加工控制程序的生成快捷、修改方便。因此，數(shù)控雕刻機現(xiàn)已成為實現(xiàn)雕刻加工自動化、高效率、高精度的有效手段，也是當今雕刻機的發(fā)展主流，廣泛應用于機械工業(yè)、廣告?zhèn)髅健⑷粘ＯM以及建筑裝演等眾多領(lǐng)域。 對象和應用領(lǐng)域的不同，數(shù)控雕刻機可分為模具雕刻機、木工雕刻機、廣告雕刻機、激光雕刻機等多種類型。它們的加工性能要求出入很大，對機床和數(shù)控系統(tǒng)的要求也各不相同。如模具雕刻機的加工材料為金屬，所以對機床本體的剛性要求較高， 而且其加工對象是模具，所以對加工系統(tǒng)的精度要求高 。而廣告機加工的是一般是塑膠板或有機玻璃等非金屬材料，所以對機床剛性和加工系統(tǒng)的精度都沒有很高要求。但各類雕刻機都有一個共同的特點，也是數(shù)控雕刻機與普通數(shù)控機床的一個顯著區(qū)別，就是由于雕刻刀的特殊性，每次切削的有效成形面積小，所以零件雕刻的刀具運動軌跡很長，加工時間往往小型 CNC 雕刻機控制系統(tǒng)設(shè)計 6 也較長。因此，提高雕刻機的刀具運動速度對縮短零件雕刻時間、提高加工效率具有特別重要的意義。 按照伺服驅(qū)動控制的類型不同，數(shù)控雕刻機又可以分為步進驅(qū)動雕刻機和伺服驅(qū)動雕刻機。步進驅(qū)動屬于開環(huán)控制， 控制精度較低，但價格便宜，適用于對加工要求不高的中低檔雕刻機，如木工、廣告業(yè)的雕刻加工。伺服驅(qū)動控制精度高，但價格較貴，主要用于模具加工等高精度雕刻機。 此外，還可根據(jù)運動坐標控制的聯(lián)動軸數(shù)，將數(shù)控雕刻機分為三坐標數(shù)控雕刻機、五坐標數(shù)控雕刻機等。三坐標數(shù)控雕刻機可以控制三個坐標軸聯(lián)動，完成浮雕等常規(guī)雕刻加工 。五坐標數(shù)控雕刻機可以聯(lián)動控制 X， Y， Z 三個移動軸和兩個旋轉(zhuǎn)軸，用來完成復雜形狀零件的雕刻加工。 研制雕刻機的目的和意義 建國五十年來，我國的機械工業(yè)雖然已經(jīng)有了較大的發(fā)展，具備了一定的基礎(chǔ)和規(guī) 模，初步滿足國民經(jīng)濟和人民生活的需要。但隨著世界科學技術(shù)的迅速發(fā)展，我國機械工業(yè)的技術(shù)水平和生產(chǎn)能力與工業(yè)發(fā)達國家相比還存在相當大的差距。因此，在我國以新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和開發(fā)高技術(shù)含量的新產(chǎn)品，已成為當前機械工業(yè)以至各傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)密切關(guān)注和改革的焦點。 機電一體化技術(shù)是機械技術(shù)和電子技術(shù)的有機結(jié)合，它包括機械、電子、計算機和自動控制技術(shù)。它從系統(tǒng)工程的觀點出發(fā)，使產(chǎn)品或系統(tǒng)實現(xiàn)整體優(yōu)化。近年來，世界上各發(fā)達國家競相發(fā)展機電一小型 CNC 雕刻機控制系統(tǒng)設(shè)計 7 體化技術(shù)，以提高制造技術(shù)水平，實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)向柔性化、智能化發(fā)展。機電一體化技術(shù)給傳統(tǒng)的 機械工業(yè)帶來了革命性的變革和驚人的效益，使產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式和管理體制發(fā)生深刻的變化。機電一體化是當今世界機械工業(yè)技術(shù)和產(chǎn)品發(fā)展的主要趨勢，也是我國機械工業(yè)發(fā)展的必由之路。 數(shù)控雕刻機的特點 數(shù)控雕刻機的主要特點如下 : 自動化程度高。具體的雕刻過程都是數(shù)控雕刻機自動完成的。 產(chǎn)品的尺寸精度高，一致性好。數(shù)控雕刻過程是由計算機控制完成，可以達到很高的精度和表面質(zhì)量 :批量加工時，產(chǎn)品的一致性好，這對于小模具行業(yè)十分重要。 拓展了雕刻領(lǐng)域。只需改變控制程序，數(shù)控雕刻機便可以雕刻浮雕、各種復雜 的曲面，支持各種刀具，改善了雕刻表面質(zhì)量，提高了雕刻效率。 數(shù)控雕刻機都有鉆銑功能，可用于鉆孔、切邊、加工小模具，性價比高。 數(shù)控雕刻機的應用領(lǐng)域 數(shù)控雕刻機的應用領(lǐng)域廣泛，舉例如下 : 廣告及禮品制作業(yè)，用于雕刻各類雙色板標牌、有機玻璃、三維廣告牌、雙色人物雕像、浮雕獎章、有機板浮雕、立體門頭字等。 模型制作業(yè)，制作沙盤模型、房屋模型等。 小型 CNC 雕刻機控制系統(tǒng)設(shè)計 8 模具制作業(yè)，雕刻紐扣浮雕模、印刷燙金模，注塑模、沖壓模、鞋模等。 木器業(yè)，用于浮雕圖案設(shè)計及制作。 印刷電路板 (PCB)新產(chǎn)品開發(fā)中的電 路制作，鉆孔、銑槽等。 印章業(yè)，各類字體各類材料的印章雕刻。 電火花加工機床電極雕刻加工。 機械加工業(yè)，刻度盤字輪及標尺刻度。 汽車工業(yè)、輪胎模具，車燈模具及裝飾品模具加工。 而且，隨著各種新型裝飾材料的不斷出現(xiàn)，能用于雕刻的材料越來越多，使得計算機數(shù)控雕刻機有了更大的用武之地。因此，計算機數(shù)控雕刻機的應用范圍還將不斷擴大。 我國數(shù)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(shù)控雕刻機產(chǎn)業(yè)也獲得了良好的發(fā)機遇有效地促進了我國數(shù)控雕刻機的生產(chǎn)和推廣應用。我國的數(shù)控雕刻機起步經(jīng) 濟型數(shù)控機床，隨著數(shù)控技術(shù)的進步，經(jīng)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(chǎn)的啄木鳥數(shù)控雕刻機、北京糟雕公司生產(chǎn)精雕數(shù)控雕刻機和南京科能公司生產(chǎn)的威克數(shù)控雕刻機等。上述各類型雕刻機機床本體結(jié)構(gòu)較為簡單，控制器大多借鑒國外新技術(shù)，采用基于高檔的微控制或 PC 的數(shù)控系統(tǒng)，伺服部分以步進電機細分驅(qū)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(shù)控雕刻機為主，小型 CNC 雕刻機控制系統(tǒng)設(shè)計 9 如意大利的左日本的全量等品牌的數(shù)控雕刻機。這類數(shù) 控雕刻機機床本體設(shè)計剛高度好、精度高，采用伺服電機驅(qū)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(chǎn)產(chǎn)品，因此主要應用于模具等高精度加工場合 。 主要任務 設(shè)計一臺微型雕刻機，用于工程應用，雕刻機具有三個自由度方向的運動。其主要內(nèi)容有： 1. 設(shè)計微型雕刻機的總體方案。根據(jù)雕刻機的設(shè)計要求設(shè)計主軸結(jié)構(gòu)，主要包括雕刻機主軸的傳動和執(zhí)行機構(gòu)； 2. 雕刻機零件的工藝分析； 3. 繪制雕刻機的零件圖； 4. 數(shù)控系統(tǒng)選用及控制設(shè)計。 本設(shè)計的設(shè)計依據(jù)有一下幾方面： 1. 課題來源：工程實踐； 2. 產(chǎn)品名 稱：微型雕刻機； 3. 批量：一臺； 4. 雕刻機的設(shè)計定位精度177。 ； 5．工作環(huán)境 10 oC~50 oC； 6. 電氣控制部分的設(shè)計按相關(guān)國家標準進行設(shè)計； 7. 數(shù)控系統(tǒng)推薦選用市場上比較成熟的產(chǎn)品，能與設(shè)計的雕刻機巧妙結(jié)合。小型 CNC 雕刻機控制系統(tǒng)設(shè)計 10 2 雕刻機的機械結(jié)構(gòu) . 雕刻機的設(shè)計參數(shù) 表 雕刻機參數(shù)表 規(guī)格型號 X,Y 軸 雕刻范圍 600 800 進給速度 (mm/s) 工作 1,2,3,5,8,10,15,20,30,40,50,60 快速 20,40,60 機械精度 (mm) Z 軸 最大行程 90 進給速度 (mm/s) 工作 ,1,2,3,5,8,10 快速 5,10,15,20,25,30 機械精度 (mm) A 軸 雕刻角度 360o 雕刻長度（ mm） 1500 機械精度 指令精度 (mm) 主軸轉(zhuǎn)速 (rpm) 6000~20210 最大工件重量 (kg) 20 水平精度 (mm) 直線精度 (mm) 小型 CNC 雕刻機控制系統(tǒng)設(shè)計 11 垂直精度 (mm) 177。 原點精度 (mm) 177。 定位精度 (mm) 重復定位精度 (mm) 工作臺面的平面度 (mm) 橫梁移動的垂直度 (mm) 主軸錐孔中心線的徑向跳動 (mm) 主軸的軸向竄動 (mm) 主軸回轉(zhuǎn)中心線對工作臺面的垂直度(mm) 刀具上下移動對工作臺面垂直度 (mm