【正文】 器模塊 ......................................... 21 舵機(jī)模塊 ........................................... 23 雕刻機(jī)總體結(jié)構(gòu) .................................... 24 本章小結(jié) ............................................... 25 第四章 激光 雕刻機(jī)主要零件工藝制定 ........................26 雕刻機(jī)墊板工藝 ........................................ 26 雕刻機(jī)光滑軸塊工藝 .................................... 31 雕刻機(jī)短軸工藝 ........................................ 39 本章小結(jié) ................................................ 43 第五章 激光雕刻機(jī) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ........................44 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 .................................... 44 PLC 機(jī)型的選擇 .......................................... 44 PLC 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) .................................... 45 江西理工大學(xué)（ 2021屆 ）本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 硬件設(shè)計(jì)總體方案 .................................. 45 PLC 輸入輸出設(shè)備確定 ............................... 47 本章小結(jié) .............................................. 487 第六章 總結(jié) ............................................498 全文工作總結(jié) ........................................... 49 進(jìn)一步設(shè)想 ............................................. 49 附錄 ....................................................49 參考文獻(xiàn) ................................................50 致 謝 ..................................................53 江西理工大學(xué)（ 2021屆 ）本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第一章 緒論 激光雕刻及相關(guān)技術(shù)概述 激光雕刻 技術(shù) 雕刻機(jī) 技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué) 、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多門(mén)學(xué)科而形成的高新技術(shù)，其本質(zhì)是感知、決策、行動(dòng)和交互四大技術(shù)的綜合，是當(dāng)代研究十分活躍、應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。 （ 5）了解 PLC 控制系統(tǒng)的類型及功能，以及 PLC 機(jī)型的選擇 、 對(duì)被控對(duì)象激光器的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析，明確激光器的移動(dòng)要求，制定電氣控制 系統(tǒng) 方案。 （ 2）對(duì)常見(jiàn)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)、鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，齒形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等進(jìn)行比較，結(jié)合各自的優(yōu)缺點(diǎn)確定雕刻機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括雕刻機(jī)激光器 X方向移動(dòng)方案， Y 方向移動(dòng)方案。Laser engraving machine。工業(yè) 雕刻機(jī) 由機(jī)械本體、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在二維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)設(shè)備，適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)已有幾家激光科研機(jī)構(gòu)在對(duì)激光三維精雕機(jī)進(jìn) 行研究。同時(shí)它與目前水晶內(nèi)雕機(jī)有本質(zhì)的區(qū)別，水晶內(nèi)雕機(jī)的三維概念是一定密度的點(diǎn)云造成感覺(jué)上的立體圖像，而且只能應(yīng)用在水晶工藝品上。 2021 年，激光在工業(yè)應(yīng)用方面飛速前進(jìn)，激光系統(tǒng)設(shè)備市場(chǎng)銷售額突破 30億美元，其中工業(yè)激光超過(guò) 10 億美元，比上年增加 23%，激光在金屬加工市場(chǎng)應(yīng)用領(lǐng)域比上年增長(zhǎng) 10%[2,3]。德國(guó)激光加工業(yè)成功的發(fā)展戰(zhàn)略是，先從研究開(kāi)發(fā)激光加工技術(shù)和工藝入手，而不是從開(kāi)發(fā)硬件入手。美國(guó)激光加工應(yīng)用最多的工業(yè)部門(mén)有：航空、航天、電子、汽車等，直接或間接從事航空航天工業(yè)的 3000 多家公司均采用了激光加工技術(shù)，美國(guó)空軍材料研究所應(yīng)用 6KW 二氧化碳激光切割鋁合金，節(jié)約加工費(fèi) 60～70%，美國(guó)激光加工機(jī)床產(chǎn)業(yè)在世界上也位居前列，美國(guó)通用汽車公司應(yīng)用激光切割系統(tǒng)切割 排氣管，消除了過(guò)去采用傳統(tǒng)方法切割，管子變形，且切口毛刺多的弊病 [6]。 日本 牧野 [9]在 FANUC數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā)，控制系統(tǒng)增加了獨(dú)特的 功能 ，不僅縮短了工時(shí)，也保證了工件在高速加工的條件下精確的形狀精度。電腦雕刻行業(yè)的發(fā)展，正是向著以市場(chǎng)細(xì)分為導(dǎo)向，規(guī)模化 ， 系統(tǒng)操作人性化、簡(jiǎn)潔化發(fā)展 [13]。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)和自動(dòng)化水平的不斷提高，人們?cè)诟鞣N領(lǐng)域內(nèi)大量采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。 圖 11 PLC系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) PLC系統(tǒng)主要由中央處理單元 (CPU模塊 )、信號(hào)輸入腧出模塊、電源和編程器等部分組成，如圖 11所示。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值進(jìn)行比較，也可以用通信功能傳送到其他智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼Ｔ诮?jīng)濟(jì)、合理的條件下，盡量采用較短的傳動(dòng)鏈，以簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)，提高傳動(dòng)精度和傳動(dòng)效率； 確保雕刻機(jī)具有與所要求的加工精度相適應(yīng)的剛度、抗振性、熱變形及噪音水平； 應(yīng)便于觀察加工過(guò)程，便于操作、調(diào)整和維修，便于輸送、裝卸工件和清理，注意防護(hù)，確保安全； 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，合理可靠，便于加工和裝配。 1. 液壓驅(qū)動(dòng) 液壓驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)主要包括： 1) 驅(qū)動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)力 矩較大， 移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的力 可達(dá) 100公斤； 2) 速度反應(yīng)性較好。只是把電機(jī)驅(qū)動(dòng)與液壓和氣壓驅(qū)動(dòng)做一個(gè)比較，從中得到結(jié)論。下面首先介紹幾種 雕刻機(jī) 常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)， 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。其缺點(diǎn)是；不能自鎖，必須增設(shè)制動(dòng)或自鎖裝置；結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成本高。 5．其它常用傳動(dòng)方式 在 雕刻機(jī) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，常用的還有鋼絲繩傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及流體傳動(dòng)等。 各 部分 傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) X方向移動(dòng)方案 雕刻機(jī) 的 激光器 X方向移動(dòng) 運(yùn)動(dòng)，選用 同步齒形帶 傳動(dòng)，傳動(dòng)時(shí)無(wú)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(guò)載。根據(jù)公式 (32)計(jì)算： NMF ???? NMF ????? ? 式中 ? 為摩擦系數(shù)，取 為 根據(jù)公式 (31)，驅(qū)動(dòng)力 NFFF ????? 折算到 步進(jìn) 電機(jī)的功率為 FVp=? 式中 ? 為傳動(dòng)效率取 80％ 。 表 23 軸常用幾種材料的 ]τ[T 及 0A 值 軸的材料 Q235A、 20 Q27 35（ 1 TiNiCr 918 ） 45 rC40 、 SiMn35 、SiMnMo38 、 133rC ]τ[T / aMP 15 ? 25 20 ? 35 25 ? 45 35 ? 55 0A 149 ? 126 135 ? 112 126 ? 103 112 ? 97 由上式可得軸的直徑 3033T3T ]τ[95 50 00 0]τ[ 50 00 0 nPAnPnPd ??? （ 34） 式中，3T0 ]τ[9550000?A ，查表 ，則 30 nPAd? 然后，本設(shè)計(jì)中取材料 45，則查表 31 取 1200?A ， P=， n=1500r/min 則有30 nPAd? 3 ?=，而本設(shè)計(jì)中 d=10mm，故滿足校核要求。鍵的長(zhǎng)度 L 一般可按輪轂的長(zhǎng)度而定，即鍵長(zhǎng)等于或略短于輪轂的長(zhǎng)度；而導(dǎo)向平鍵則按輪轂的長(zhǎng)度及其滑動(dòng)距離而定。 軸的直徑 d 8~6 10~8? 12~10? 17~12? 22~17? 30~22? 38~30? 44~38? 鍵寬h鍵高?b 22? 33? 44? 55? 66? 78? 810? 812? 軸的直徑 d 50~44? 58~50? 65~58? 75~65? 85~75? 95~85? 110~95? 130~110? 鍵寬h鍵高?b 914? 1016? 1118? 1220? 1422? 1425? 1628? 1832? 鍵的長(zhǎng)度系列 L ?50,2 0 0 ,2 2 0 ,22 5 ,1 4 0 ,1 8 0,1 0 0 ,1 1 0 ,13 ,7 0 ,8 0 ,9 04 5 ,5 0 ,5 6 ,6,3 2 ,3 6 ,4 0 ,0 ,2 2 ,2 5 ,2 81 4 ,1 6 ,1 8 ,2，6 ,8 ,1 0 ,1 2 江西理工大學(xué)（ 2021屆 ）本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，普通平鍵連接的強(qiáng)度條件為 ]σ[102σp3p ??? kldT [35] 式中： T傳遞的轉(zhuǎn)矩（2dFFyT ??）， mN? ； k鍵與輪轂鍵槽的接觸高度， k=，此處 h 為鍵的高度； l鍵的工作長(zhǎng)度，圓頭平鍵 l=Lb,平頭平鍵 l=L，這里 L為鍵的公稱長(zhǎng)度； b為鍵的高度； d軸的直徑； [ pσ ]鍵、軸、輪轂三者最弱材料的許用擠壓應(yīng)力單位 aMP ，見(jiàn)表 25； [P]鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用壓力單位 aMP ，見(jiàn)表 25。 控制系統(tǒng)總體方案 采用 PLC可編程序控制器作為控制系統(tǒng)的控制中樞，控制電機(jī)實(shí)現(xiàn) 激光器 的 X方向的水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)和 激光器 Y方向的水平往復(fù)運(yùn)動(dòng) 。本設(shè)計(jì)中機(jī)身采用固定式的。從江西理工大學(xué)（ 2021屆 ）本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 機(jī)身的受力情況看，它在工作中直接靜荷 。激光熔化切割不需要使金屬完全汽化，所需能量只有汽化切割的 1/10。激光劃片用的激光器一般為 Q 開(kāi)關(guān)激光器和 CO2 激光器。 ③ 材料經(jīng)過(guò)激光切割后，熱影響區(qū)寬度很小，切縫附近材料的性能也幾乎不受影響，并且工件變形小，切割精度高，切縫的幾何形狀好，切縫橫截面形狀呈現(xiàn)較為規(guī)則的長(zhǎng)方形。激光切割過(guò)程噪聲低，振動(dòng)小，無(wú)污染。每個(gè)運(yùn)動(dòng)部件由一個(gè)小的機(jī)械系統(tǒng)組成，主要有 同步齒形帶 、軸承、鍵、 步進(jìn) 電機(jī)等裝置，另外還有一些附屬裝置，如 連接 架、定位板等等。 Ф 25 10 191 1 14 7 對(duì) 8 個(gè)Ф 10 的孔，進(jìn)行攻螺紋 Ф 10 10 191 1 14 編制： 設(shè)計(jì)： 審核： 批準(zhǔn)： 描圖： 校對(duì)： 雕刻機(jī)光滑軸塊工藝 零件圖如圖 42 所示： 江西理工大學(xué)（ 2021屆 ）本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 圖 42光滑軸塊 江西理工大學(xué)（ 2021屆 ）本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 材料： 45 鋼 技術(shù)要求 （ 1）地面與側(cè)面有垂直度要求； （ 2）右面 D 型區(qū)域上下面以及側(cè)面粗糙度為 ； （ 3）上下面粗糙度都是 ； （ 4）其余表面粗糙度都是 ； 數(shù)量： 4 件； 毛坯：鍛件； 工藝過(guò)程如表 42 所示： 機(jī)械加工工藝過(guò)程卡片 產(chǎn)品型號(hào) 零件圖號(hào) JW06 產(chǎn)品名稱 激光雕刻機(jī) 零件名稱 光滑軸塊 共 1 頁(yè) 第 1 頁(yè) 材 料 牌 號(hào) 45 毛 坯 種 類 鍛件 毛坯外形尺寸 63mmX53mmX35mm 每毛 坯件數(shù) 1 每 臺(tái) 件 數(shù) 1 備 注 工 序 號(hào) 工 名 序 稱 工 序 。 江西理工大學(xué)（ 2021屆 ）本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 第四章 激光雕刻機(jī)主要零件工藝制定 雕刻機(jī)墊板工藝 零件圖如圖 41 所示： 圖 41墊板 江西理工