【正文】 2σp333p ??????????????? 可見連接的擠壓強(qiáng)度滿足要求。 激光器的運(yùn)動(dòng)愈多，底座的結(jié)構(gòu)和受力愈復(fù)雜。 底座的三維模型如圖 31 所示： 圖 31 底座 支架模塊 1)設(shè)計(jì)要求： 多用途 支架 同樣 是 雕刻機(jī) 的關(guān)鍵 支撐 部件。 激光汽化切割多用于極薄金屬材料和非金屬材料（如紙、布、木材、塑料和橡皮等）的切割。激光氧氣切割主要用于碳鋼、鈦鋼以及熱處理鋼等易氧化的金屬材料。 ⑷ 非接觸式切割 激光切割時(shí)割炬與工件無接觸，不存在工具的磨損。 2)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 舵機(jī) 的設(shè)計(jì)思想和底座大致相同，用 42BYGH47 帶動(dòng) 同步帶沿 X、 Y 軸方向運(yùn)動(dòng)。 鉆削車間 搖臂鉆床 50 攻螺紋 對(duì) 8 個(gè)Ф 10 的孔，進(jìn)行攻螺紋。 銑削車間 數(shù)控銑床 30 鉆孔 鉆 8 個(gè)Ф 10 的孔。它的作用是支承 轉(zhuǎn)軸 和 同步帶輪 ，并 使同步帶來回轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)激光器的 運(yùn)動(dòng)，主要運(yùn)動(dòng) 包括 激光器 的沿 X 軸方向的水平移動(dòng)以及 激光器 Y 軸方向的 水平 移動(dòng)， 舵機(jī) 上還要安裝一些傳動(dòng)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。 ⑶ 切割速度快 用功率為 1200W 的激光切割 2mm 厚的低碳鋼板，切割速度可達(dá) 600cm/min；切割 5mm厚的聚丙烯樹脂板，切割速度可達(dá) 1200cm/min。 ⑴ 切割質(zhì)量好 由于激光光斑小、能量密度高、切割速度快，因此激光切割能夠獲得較好的切割質(zhì)量。噴吹出的氣體一方面與切割金屬作用，發(fā)生氧化反應(yīng)，放出大量的氧化熱；另一方面把熔融的氧化物和熔化物從反應(yīng)區(qū)吹出，在金屬中形成切口。這些蒸氣的噴出速度很大，在蒸氣噴出的同時(shí)，在材料上形成切口。按照第 2 章總體設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)方案， 激光器 水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)采用直流 步進(jìn)電 機(jī)驅(qū)動(dòng)經(jīng) 套筒式聯(lián)軸器與傳動(dòng)軸相連接 ，采用 同步齒形帶 傳動(dòng)。 江西理工大學(xué)（ 2021屆 ）本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 第三章 激光雕刻機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 底座模塊 1．結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (1)設(shè)計(jì)要求：底座是直接連接、支承 其它 機(jī)構(gòu)部件。 ②鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查表 33查得許用擠壓應(yīng)力[ pσ ]= aMP120~100 ，取其平均值， [ pσ ]=110MPa。查《機(jī)械設(shè)計(jì)》知，平鍵連接傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，連接中各零件的情況如右圖。 鍵的選擇 (1)鍵的選擇 鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩個(gè)方面。 根據(jù) 激光器移動(dòng) 的速度 /v m s? ，速度從靜止加速到工作速度的增量為 /ms ，所用時(shí)間 ? ，所以口 20 .0 5 0 .5 /0 .1va m st? ? ?。 江西理工大學(xué)（ 2021屆 ）本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 22 X方向的 傳動(dòng)方案 2. 雕刻機(jī) Y 方向移動(dòng)方案 雕刻機(jī) Y方向的 水平移動(dòng)，跟 雕刻機(jī) X方向 的傳動(dòng)方案一樣，通過使用 同步齒形帶 ，將步進(jìn) 電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)?激光器 的水平移動(dòng)，這里就不再贅述。 (3)氣壓傳動(dòng)比起其他傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)精度較差，但由于容易達(dá)到高速，所以多數(shù)用在完成簡(jiǎn)易作業(yè)的搬運(yùn) 雕刻機(jī) 上。鏈傳動(dòng)的種類較多，在 雕刻機(jī) 中主要使用精密套筒滾子鏈傳動(dòng)。 江西理工大學(xué)（ 2021屆 ）本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 表 22齒輪傳動(dòng)的分類 2．絲杠螺母?jìng)鲃?dòng) 絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)分為靜壓式、滑動(dòng)式和滾珠式等。因此， 雕刻機(jī)激光器的 X、Y向的 移動(dòng)都采用直流電動(dòng)機(jī)。因此，氣壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手，常用于臂力小于 30公斤、運(yùn)動(dòng)速度較快以及高溫、低溫、高粉塵等工作條件較惡劣的場(chǎng)合。 (1)激光器 的左右移動(dòng) X； (2)激光器的前后移動(dòng) Y； 圖 21雕刻機(jī) 的自由度示意圖 該 激光雕刻機(jī) 的 雕 刻 對(duì)象是 木板，鋼板等 主要 材料 ，其中 2個(gè)移動(dòng)自由度 使雕刻機(jī) 本身能夠保證 激光器 到達(dá) 加工區(qū)域 任意點(diǎn)位置。隨著市場(chǎng)需求的不斷提高， PLC的發(fā)展體現(xiàn)以下趨勢(shì)： ① 向小型化、微型化和大型化、多功能兩個(gè)方向發(fā)展： ② 過程控制功能不斷增強(qiáng)； ③大力開發(fā)智能型 I／ o模塊； ④ 與個(gè)人計(jì)算機(jī)日益緊密結(jié)合； ⑤ 編程 語言趨向標(biāo)準(zhǔn)化； ⑥ 通信與聯(lián)網(wǎng)能力不斷增強(qiáng)。 (2)運(yùn)動(dòng)控制 PLC使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊，可對(duì)直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的位置、速度和加速度進(jìn)行江西理工大學(xué)（ 2021屆 ）本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 控制，實(shí)現(xiàn)單軸、雙軸和多軸位置控制，并使運(yùn)動(dòng)控制和順序控制功能有機(jī)結(jié)合在一起。早期的可編程控制器主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制，隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代可編程控制器的功能已經(jīng)超過了邏輯控制的范圍。在各種 工作 中， 雕刻機(jī) 的運(yùn)動(dòng)主要表現(xiàn)為末端操作器沿著預(yù)定的路徑移動(dòng)并保持預(yù)定的姿勢(shì)，在運(yùn)動(dòng)中或在預(yù)定的某些位置上完成 工作 規(guī)定的操作。激光雕刻機(jī)不僅精度高、加工效率高和切縫窄且光滑 [11]，激光光筆更是與工件無接觸、不會(huì)劃傷江西理工大學(xué)（ 2021屆 ）本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 工件表面 ,保證了工件的加工質(zhì)量。相信三維雕刻會(huì)是激光雕刻的一個(gè)很重要的發(fā)展方向 [7]。例如，德國(guó)奧迪汽車的底板所需的鋼板寬度超過市場(chǎng)供應(yīng)的最大寬度，采用其它方法焊接會(huì)破壞鍍鋅層，導(dǎo)致防銹性能和沖擊性能惡化，而采用激光焊接不降低鋼板韌性，可在焊接后沖壓成型 [5]；德國(guó)奔馳汽車廠用激光焊接車門，與過去傳統(tǒng)方法相比，變形明顯減小、焊縫平整，節(jié)約大量的打磨和整型時(shí)間，每輛汽車節(jié)約工時(shí) 70 min，成本降低 70 馬克。僅幾年時(shí)間，日本激光加工技術(shù)就進(jìn)入世界先進(jìn)行列。這也正是目前小型雕刻機(jī)迅速在中小型企業(yè)和個(gè)人之間得以發(fā)展的原因之一。在激光雕刻模具方面，則有桂林星辰激光，其主要是利用功率較強(qiáng)的激光打標(biāo)機(jī)銷往模具制造行業(yè)，目前銷售態(tài)勢(shì)良好。競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈。 雕刻機(jī) 應(yīng)用水平是一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。 總結(jié)：本文設(shè)計(jì)的激光雕刻機(jī)可以對(duì)木材，紙張，鋼材等材料進(jìn)行精密雕刻，大大縮短了雕刻時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率， 因而數(shù)控激光切割在我國(guó)制造業(yè)中正發(fā)揮出巨大的優(yōu)越性。幾種雕刻機(jī)常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)比較，然后再根據(jù)激光雕刻機(jī)的具體要求確定各個(gè)模塊的傳動(dòng)方案。s manufacturing industry is playing a huge advantage. Keywords:PLC。從某種意義上來說， 雕刻機(jī) 是機(jī)器進(jìn)化過程的產(chǎn)物，是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備。但是機(jī)雕和手雕都有極大的弱點(diǎn)和局限，制約了一些精細(xì)工藝的發(fā)展。激光三維精雕模具是指通過高能量激光束在模具材料上或者銅電極上雕刻出您需要的二維或三維形狀。 二、國(guó)外研究研究現(xiàn)狀： 國(guó) 際上工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都把激光加工技術(shù)作為提高生產(chǎn)效率和競(jìng)爭(zhēng)能力的手段之一，將激光加工技術(shù)列為重點(diǎn)發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，希望能在光技術(shù)全盛時(shí)代的 21 世紀(jì)初期處于領(lǐng)先地位。 德國(guó)大量投 資于商品化激光加工機(jī)的生產(chǎn)線。 美國(guó)激光應(yīng)用已達(dá)到很高的水平，對(duì)激光應(yīng)用方面的投資也在逐年增加， 1992～ 1997年預(yù)算增長(zhǎng)幅度約為 14%，其中 70%用于材料加工。傳統(tǒng)激光行業(yè)中的大部分主要廠商都在 2021年宣布進(jìn)軍光纖激光器市場(chǎng)，有的甚至推出了具體產(chǎn)品，這是行業(yè)內(nèi)發(fā)生的一個(gè)重大事件 [8]。他發(fā)明的用于雕刻人體塑像、佛像、仿古雕刻、夾具、石頭等的大型旋轉(zhuǎn)立體雕刻機(jī)、多 頭旋轉(zhuǎn)雕刻機(jī)、小型 112頭旋轉(zhuǎn)數(shù)控雕刻機(jī)，解決了高難度產(chǎn)品建模、工藝品加工行業(yè)的難題。作為 雕刻機(jī) 系統(tǒng)不可分割的一部分， 雕刻機(jī) 控制系統(tǒng)的工作原理、結(jié)構(gòu)和 雕刻機(jī) 的功能、精度要求都有密切關(guān)系。 PLC 系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) PLC是微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物，它按照用戶程序存儲(chǔ)器中預(yù)先江西理工大學(xué)（ 2021屆 ）本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 編制的控制程序，通過輸入接口采集現(xiàn)場(chǎng) 信息，執(zhí)行邏輯或數(shù)值運(yùn)算，進(jìn)而通過輸出接口控制各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。 (4)數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代 PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表等功能， 可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理等操作。 江西理工大學(xué)（ 2021屆 ）本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第二章 激光雕刻機(jī)總體設(shè)計(jì) 雕刻機(jī) 的任務(wù)要求和基本結(jié)構(gòu) 首先必須滿足如加工范圍、工作精度、生產(chǎn)率和 經(jīng)濟(jì)性等等各種要求； 確保實(shí)現(xiàn)既定工藝方法所要求的工件和刀具的相對(duì)位置與相對(duì)運(yùn)動(dòng)。下面對(duì)這些驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)進(jìn)行比較，從中選出適合 激光雕刻機(jī) 的驅(qū)動(dòng)方式。在這里，不對(duì)這些電機(jī)系統(tǒng)作一一介紹。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的種類很多，按性能可分為固定速比式和無級(jí)變速式；按運(yùn)動(dòng)方式又可分為回轉(zhuǎn)一回轉(zhuǎn)、回轉(zhuǎn)一直線、直線 —— 回轉(zhuǎn)、直線 —一直線。滾珠絲杠傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是：摩擦小、效率高、壽命長(zhǎng)，一般情況下，其機(jī)械效率在 90％以上；由于是滾動(dòng)摩擦，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)相差很小，無論是在低速還是高速時(shí)，摩擦扭矩幾乎不變，因此靈敏度高，傳動(dòng)平穩(wěn)；可通過預(yù)緊完全消除間隙。 4．齒形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 齒形帶傳動(dòng)中把帶和帶輪的接觸面都制成相應(yīng)的齒形，靠齒的嚙合傳遞功率 [19]，這種傳動(dòng)的特點(diǎn)是：傳動(dòng)時(shí)無滑動(dòng)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，傳動(dòng)平穩(wěn)；速比范圍大可達(dá) i=10；初始拉力小，軸及軸承不易過載；制造及安裝要求嚴(yán)格，成本較高。 (5)鋼帶傳動(dòng)適合于有限行程的傳動(dòng)，其特點(diǎn)是傳動(dòng)比精確、傳動(dòng)件的質(zhì)量小、慣性小、傳動(dòng)參數(shù)穩(wěn)定、柔性好、不需潤(rùn)滑、強(qiáng)度高。 已知 支撐軸質(zhì)量 1kg， 激光器 質(zhì)量 2kg， 法蘭 質(zhì)量 ， 支撐板 ，那么 總質(zhì)量就為 7kg。 所以 底座步進(jìn) 電機(jī)的功率是： WFVP ???? ? 根據(jù)計(jì)算出的功率， 步進(jìn) 電機(jī)選 用 42BYGH47 型 電機(jī) ,該電機(jī)技術(shù)參數(shù)如下： 額定電壓 12V 扭矩 減速比 51 電流 引線 4 線 軸徑 8MM 機(jī)身長(zhǎng)度 47MM 減速箱機(jī)身長(zhǎng)度 L1:43MM 軸的校核 查《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》知 ，軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為 ]τ[ 5 5 0 0 0 0τ T3T ??? d nPWTT （ 33） Tτ — 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力， aMP ； T — 軸所受的扭轉(zhuǎn)， mmN? ； TW — 軸的抗扭截面系數(shù)， 3mm ； 江西理工大學(xué)（ 2021屆 ）本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 n — 軸的轉(zhuǎn)速， r/min； P — 軸傳遞的功率， kW； d — 計(jì)算截面處軸的直徑， mm； ]τ[T — 許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力， aMP ，見表 23。鍵的截面尺寸按軸的直徑 d 由標(biāo)準(zhǔn)中選定。因此，通常只按工作面的擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。鍵的標(biāo)記為：鍵 44? GB/T 10962021。底座既可以是固定式的，也可 以是行走式的，即在它的下部裝有能行走的機(jī)構(gòu)，可沿地面或架空軌道運(yùn)行。它的作用是支承 傳動(dòng)軸 和 同步帶輪 ，并 使同步帶來回轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)激光器的 運(yùn)動(dòng)，主要運(yùn)動(dòng)包括 激光器 的沿 X 軸方向的水平 移動(dòng)以及 激光器 Y 軸方向的 水平 移動(dòng)， 支架 上還要安裝一些傳動(dòng)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。 2）激光熔化切割 激光熔化切割時(shí)，用激光加熱使金屬材料熔化，然后通過與光束同軸的噴嘴噴吹非氧化性氣體（ Ar、 He、 N 等），依靠氣體的強(qiáng)大壓力使液態(tài)金屬排出，形成切口。 4）激光劃片與控制斷 裂 激光劃片是利用高能量密度的激光在脆性材料的表面進(jìn)行掃描 [21]，使材料受熱蒸發(fā)出一條小槽，然后施加一定的壓力，脆性材料就會(huì)沿小槽處裂開。 ② 切割表面光潔美觀，表面粗糙度只有幾十微米，甚至激光切割可以作為最后一道工序，無需機(jī)械加工，零部件可直接使用。加工不同形狀的零件，不需要更換“刀具”，只需改變激光器的輸出參數(shù)。 三維模型如圖 33 所示： 圖 33舵機(jī) 江西理工大學(xué)（ 2021屆 ）本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 雕刻機(jī)總體結(jié)構(gòu) 激光雕刻機(jī)的 主要零部件包括： 底 座、 舵機(jī) 、 支架 和 帶輪等 。 鉆削車間 搖臂鉆床 60 粗銑四周 粗銑至 141mmX51mmX10mm 銑削車間 數(shù)控 銑床 70 精銑四周 精銑至 140mmX50mmX10mm 銑削車間 數(shù)控銑床 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號(hào) 簽 字 日 期 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號(hào) 簽 字 設(shè) 計(jì)（日 期） 校 對(duì)（日期） 審 核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會(huì) 簽（日期） 江 西理工大 學(xué) 機(jī)械加工工序卡片 共 張 第 1 張 產(chǎn)品代號(hào)： 零（部）件代號(hào)： JW04 零（部）件名稱： 2 號(hào)墊板 工序號(hào)： 20