【正文】 目 錄 摘要 ...........................................................1 關(guān)鍵詞 .........................................................1 1前言 ..........................................................2 雕刻機概述 ..................................................2 雕刻機起源 ................................................2 數(shù)控雕刻機及其發(fā)展現(xiàn)狀 ......................................3 數(shù)控雕刻機 ................................................3 研制雕刻機的目的和意義 ....................................4 數(shù)控雕刻機的特點 ..........................................4 數(shù)控雕刻機 的應(yīng)用領(lǐng)域 ......................................5 我國數(shù)控雕刻機的發(fā)展現(xiàn)狀 ..................................5 2雕刻機的機械結(jié)構(gòu) ..............................................6 雕刻機的工作原理 ............................................6 整體結(jié)構(gòu) ....................................................7 雕刻 機總體布局的基本要求 ..................................7 影響雕刻機布局的基本因素 .................................7 坐標系的確定 .............................................8 三維雕刻機的機械結(jié)構(gòu) ......................................9 進給系統(tǒng) ....................................................9 進給系統(tǒng) ...................................................13 3 三坐標數(shù)控雕刻機的機械系統(tǒng)的設(shè)計 ............................14 設(shè)計參數(shù)的確定 ............................................14 切削力、切削扭矩和切削功率計算 ............................14 銑削力、扭矩和功率的計算 .................................14 鉆削力、扭矩和功率的計算 .................................15 主運動系統(tǒng)的設(shè)計計算 ......................................16 主運動系統(tǒng)傳動鏈的組成 ...................................16 主軸電動機的設(shè)計計算 ....................................17 進給運動系統(tǒng)的設(shè)計計算 .....................................18 進給系統(tǒng)傳動鏈的組成 ....................................19 滾珠絲杠副的設(shè)計計算 .....................................19 工作臺進給電動機的設(shè)計計算 ...............................22 工作臺直線導軌副的設(shè)計計算 ..............................23 插補法 .....................................................23 4結(jié)論 .........................................................25 總結(jié) .......................................................25 數(shù)控雕刻機的發(fā)展展望 .......................................26 參考文獻 ......................................................26 致謝 ..........................................................27 移動龍門式小型數(shù)控雕刻機 Z 軸和 X 軸的機結(jié)構(gòu)設(shè)計 摘 要 ： 隨著微電子技術(shù)和微型計算機的飛速發(fā)展，數(shù)控雕刻機的應(yīng)用越來越廣泛。 機電一體化廣泛地綜合了機械、微電子、自動控制、信息、傳感測試、電力電子、接口、信號變換和軟件編程等技術(shù)，并將這些技術(shù)有機的結(jié)合成一體。 本文簡要的介紹了雕刻機的起源和發(fā)展現(xiàn)狀，分析了國內(nèi)外雕刻機的特點說明雕刻機的功能和使用范圍；詳細的分析了雕刻機的總體布局和結(jié)構(gòu)方案，以及主運動和進給運動系統(tǒng)的選擇，以及“三維雕刻”插補法的選擇，分析和 實現(xiàn)過程，實現(xiàn)雕刻系統(tǒng)的初步優(yōu)化。 關(guān)鍵詞 ： 雕刻機 ； 數(shù)控系統(tǒng) ； 機電一體化 The structure design of the Z and X of the small mobile gantry CNC engraving plotter Abstract:Along with the development of microelectronics technology and microputer technology， engraving plotter will be widely technologies are widely used in Mechatronics, including mechanism, microelectronics， autocontrol, information, sensor and test,power and electron, interface, signal transform, software program. On the other hand, Mechatronics makes these technologies integrated thesis in brief introduces the genesis and developmental status quote of Engraving Plotter,analyses characteristics of inland and overseas Plotters， and explains its function and use range. We analyze the overall arrangements and framework， the movement mode of numerical control system，the select of main movement system and feed movement system etc. As well as we select and analyze and realize the process of 3DEngrave interpolation arithmetic. Key words: Engraving plotter。 Numerical control system。 Mechatronics 1 前言 雕刻機概述 1. 1. 1 雕刻機起源 雕刻可以追溯到遠古時期，母系氏族時期的半坡氏族的“人面網(wǎng)紋盆”便是雕刻的雛形。在我國北宋時期便發(fā)明了活字印刷，《夢溪筆談》有記 :“其法用膠泥刻字，薄為錢唇，每字為一印，火燒令堅一”。這里的刻字應(yīng)屬于雕刻的范疇。隨著時代的發(fā)展，我國的雕刻藝術(shù)日益精深，玉雕、象牙雕、紅木雕、篆刻泥人雕等手工雕刻技術(shù)都可堪稱一絕。 上世紀 90 年代至今，機械雕刻獲得了 前所未有的發(fā)展。從最初的刻字機，刻章機再到三維雕刻機，制作工藝也日漸成熟，應(yīng)用范圍也日漸廣泛。大到樓房建筑的裝飾，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。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，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。 根據(jù)控制原理的不同，雕刻機可分為仿形雕刻機和數(shù)控雕刻機 (采用 CNC 系統(tǒng) )兩大類型。仿形雕刻機的工作原理類似于仿形銑削，在加工前必須制作仿形模型，這一過程通常需手工完成，周期長、效率低。 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(yīng)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(yīng)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(yīng)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。 數(shù)控雕刻機技術(shù)廣泛應(yīng)用于模具模型、工藝品、印刷電路板的制作和廣告。本文介紹了研究了數(shù)控雕刻機的功能、結(jié)構(gòu)和組成。在深入分析目前國內(nèi)外數(shù)控雕刻機 的現(xiàn)狀，數(shù)控雕刻機的控制結(jié)構(gòu)與原理的基礎(chǔ)上提出了本數(shù)控雕刻機的總體設(shè)計方案，并進行了主傳動系統(tǒng)的計算。 三維機械雕刻機總體上滿足設(shè)計的要求，在機械本體部分結(jié)構(gòu)緊湊、安全方便，各部分的零件通用性較好，易于保養(yǎng)或維修。切易于操作，具有很大的可行性。本文對三維雕刻機的插補算法進行了選擇，屏除了過去傳統(tǒng)的插補算法，采用了一種新型的插補算法，保證插補速度和插補精度，提高了雕刻機的效率和性能。 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