【正文】 ................4 數(shù)控雕刻機(jī)的特點(diǎn) ..........................................4 數(shù)控雕刻機(jī) 的應(yīng)用領(lǐng)域 ......................................5 我國數(shù)控雕刻機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 ..................................5 2雕刻機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu) ..............................................6 雕刻機(jī)的工作原理 ............................................6 整體結(jié)構(gòu) ....................................................7 雕刻 機(jī)總體布局的基本要求 ..................................7 影響雕刻機(jī)布局的基本因素 .................................7 坐標(biāo)系的確定 .............................................8 三維雕刻機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu) ......................................9 進(jìn)給系統(tǒng) ....................................................9 進(jìn)給系統(tǒng) ...................................................13 3 三坐標(biāo)數(shù)控雕刻機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ............................14 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 ............................................14 切削力、切削扭矩和切削功率計(jì)算 ............................14 銑削力、扭矩和功率的計(jì)算 .................................14 鉆削力、扭矩和功率的計(jì)算 .................................15 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 ......................................16 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)鏈的組成 ...................................16 主軸電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算 ....................................17 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 .....................................18 進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)鏈的組成 ....................................19 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算 .....................................19 工作臺(tái)進(jìn)給電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算 ...............................22 工作臺(tái)直線導(dǎo)軌副的設(shè)計(jì)計(jì)算 ..............................23 插補(bǔ)法 .....................................................23 4結(jié)論 .........................................................25 總結(jié) .......................................................25 數(shù)控雕刻機(jī)的發(fā)展展望 .......................................26 參考文獻(xiàn) ......................................................26 致謝 ..........................................................27 移動(dòng)龍門式小型數(shù)控雕刻機(jī) Z 軸和 X 軸的機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘 要 ： 隨著微電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，數(shù)控雕刻機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛。 機(jī)電一體化廣泛地綜合了機(jī)械、微電子、自動(dòng)控制、信息、傳感測試、電力電子、接口、信號(hào)變換和軟件編程等技術(shù)，并將這些技術(shù)有機(jī)的結(jié)合成一體。 關(guān)鍵詞 ： 雕刻機(jī) ； 數(shù)控系統(tǒng) ； 機(jī)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。 Mechatronics 1 前言 雕刻機(jī)概述 1. 1. 1 雕刻機(jī)起源 雕刻可以追溯到遠(yuǎn)古時(shí)期，母系氏族時(shí)期的半坡氏族的“人面網(wǎng)紋盆”便是雕刻的雛形。這里的刻字應(yīng)屬于雕刻的范疇。 上世紀(jì) 90 年代至今，機(jī)械雕刻獲得了 前所未有的發(fā)展。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(biāo)識(shí)銘牌，可謂雕刻的使用范圍無處不在。 1938 年世界第一臺(tái)手動(dòng)雕刻機(jī)在法國“嘉寶”問世， 1950 年“嘉寶”生產(chǎn)出世界第一臺(tái)真正意義的電動(dòng)、可縮放比例的手動(dòng)雕刻機(jī)。 20 世紀(jì) 90 年代，隨著微電子技術(shù)的突飛猛進(jìn)，直接推動(dòng)微型計(jì)算機(jī)的急劇發(fā)展。雕刻機(jī)完成了從 加工的變革，功能完善、性能穩(wěn)定、造型美觀和價(jià)格合理成為雕刻機(jī)研制的基本要求。這使得雕刻機(jī)的產(chǎn)生成為必然。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。 此類制品往往注重藝術(shù)創(chuàng)作性，制品的構(gòu)成形狀復(fù)雜、隨意性強(qiáng)、工藝性差。相比之下，在三維立體雕刻和二維平面雕刻機(jī)則大有可為。而二維平面雕刻工藝主要用于標(biāo)牌文字及平面幾何圖形的雕刻加工。 根據(jù)控制原理的不同，雕刻機(jī)可分為仿形雕刻機(jī)和數(shù)控雕刻機(jī) (采用 CNC 系統(tǒng) )兩大類型。 數(shù)控雕刻機(jī)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(jī)床。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(duì)零件的適應(yīng)性強(qiáng) 等顯著優(yōu)勢 。因此，數(shù)控雕刻機(jī)現(xiàn)已成為實(shí)現(xiàn)雕刻加工自動(dòng)化、高效率、高精度的有效手段，也是當(dāng)今雕刻機(jī)的發(fā)展主流，廣泛應(yīng)用于機(jī)械工業(yè)、廣告?zhèn)髅?、日常消費(fèi)以及建筑裝演等眾多領(lǐng)域。它們的加工性能要求出入很大，對(duì)機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)的要求也各不相同。而廣告機(jī)加工的是一般是塑膠板或有機(jī)玻璃等非金屬材料，所以對(duì)機(jī)床剛性和加工系統(tǒng)的精度都沒有很高要求。因此，提高雕刻機(jī)的刀具運(yùn)動(dòng)速度對(duì)縮短零件雕刻時(shí)間、提高加工效率具有特別重要的意義。本文介紹了研究了數(shù)控雕刻機(jī)的功能、結(jié)構(gòu)和組成。 三維機(jī)械雕刻機(jī)總體上滿足設(shè)計(jì)的要求，在機(jī)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。本文對(duì)三維雕刻機(jī)的插補(bǔ)算法進(jìn)行了選擇，屏除了過去傳統(tǒng)的插補(bǔ)算法，采用了一種新型的插補(bǔ)算法，保證插補(bǔ)速度和插補(bǔ)精度，提高了雕刻機(jī)的效率和性能。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)屬于開環(huán)控制，控制精度較低，但價(jià)格便宜 ，適用于對(duì)加工要求不高的中低檔雕刻機(jī)，如木工、廣告業(yè)的雕刻加工。由于對(duì)控制精度要求不高，所以在本設(shè)計(jì)中采用的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)。三坐標(biāo)數(shù)控雕刻機(jī)可以控制三個(gè)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，完成浮雕等常規(guī)雕刻加工 。 研制雕刻機(jī)的目的和意義 建國五十年來，我國的機(jī)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(jì)和人民生活的需要。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(dāng)前機(jī)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(diǎn)。它從系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)出發(fā)，使產(chǎn)品或系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整體優(yōu)化。機(jī)電一體化技術(shù)給傳統(tǒng)的機(jī)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。 數(shù)控雕刻機(jī)的特點(diǎn) 數(shù)控雕刻機(jī)的主要特點(diǎn)如下 : 1）自動(dòng)化程度高。 2）產(chǎn)品的尺寸精度高，一致性好。 3）拓展了雕刻領(lǐng)域。 4）數(shù)控雕刻機(jī)都有鉆銑功能，可用于鉆孔、切邊、加工小模具，性價(jià)比高。 2）模型制作業(yè)，制作沙盤模型、房屋模型等。 4）木器業(yè)，用于 浮雕圖案設(shè)計(jì)及制作。 6）印章業(yè)，各類字體各類材料的印章雕刻。 8）機(jī)械加工業(yè)，刻度盤字輪及標(biāo)尺刻度。 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(jì)算機(jī)數(shù)控雕刻機(jī)有了更大的用武之地。 我國數(shù)控雕刻機(jī)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(jī)產(chǎn)業(yè)也獲得了良好 的發(fā)機(jī)遇有效地促進(jìn)了我國數(shù)控雕刻機(jī)的生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。 上述各類型雕刻機(jī)機(jī)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(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)為主，可獲得中等控制精度，但價(jià)格比較便宜，因此整機(jī)的性價(jià)比較高，適用于精度要求不太高的普及應(yīng)用場合對(duì)高精度的雕刻加工。這類數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)床本體設(shè)計(jì)剛高度好、精度高，采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，加工精度高，控制系統(tǒng)功能全、可靠性，但價(jià)格昂貴往往倍于國產(chǎn)產(chǎn)品，因此主要應(yīng)用于模具等高精度加工場合。 同時(shí)，進(jìn)行銑削，即可雕刻出在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)的各種平面或立體的圖形文字，實(shí)現(xiàn)雕刻自動(dòng)化加工。下面對(duì)數(shù)控雕刻機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)作詳細(xì)介紹。 2)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)。 3)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； 4)應(yīng)便于觀察加工過程，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； 5)結(jié)構(gòu)簡單，合理可靠，便于加工和裝配。相同形狀的加工表面，由于工件的技術(shù)要求和生產(chǎn)率要求等不同，也可以采用不同的刀具、不同的表面形成運(yùn)動(dòng)來加工，從而形成不同的布局。 因而，在布局雕刻機(jī)時(shí)， 必須根據(jù)加工要求，全面、綜合地考慮工件的表面形成方法及運(yùn)動(dòng)，以期作出具有較好技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的布局設(shè)計(jì)。對(duì)于同一種運(yùn)動(dòng)分配的布局，由于導(dǎo)軌的布置和其它結(jié)構(gòu)形式的不 同，也將使雕刻機(jī)的布局出現(xiàn)變化。在其它條件相同的情況下，移動(dòng)部件的重量越小，所需電機(jī)功率和傳動(dòng)件的尺寸也越小 2) 應(yīng)有利于提高加工精度 3）應(yīng)有利于提高雕刻機(jī)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(yùn)動(dòng)及雕刻機(jī)部件的運(yùn)動(dòng)分配基本相同，而工件尺寸、重量和形狀不同，雕刻機(jī)的布局也會(huì)有很大差異。通過查閱相關(guān)的文獻(xiàn)資料，雕刻機(jī)基本布局形式通常有下圖 2 所示的兩種方案： 圖 2 雕刻機(jī)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(jié)構(gòu)，雕刻機(jī)的剛度均較高。該方案便于變形為不同縱向長度的雕刻機(jī)。在使用外伸支架支撐縱向長工件進(jìn)行批量加工時(shí)，支點(diǎn)高度相同，故支架支撐調(diào)整方便。 布局 (2)方案中，立柱固定，雕刻頭作橫向和上下移動(dòng)，工作臺(tái)作縱向移動(dòng)。若設(shè)計(jì)所承載的工件較輕，這種布局方式所需電動(dòng)機(jī)功率和傳動(dòng)件的尺寸較小，移動(dòng)較輕便 。該方案的最大優(yōu)勢在于雕刻頭運(yùn)動(dòng)精度較易保證。 坐標(biāo)系的確定 雕刻機(jī)的坐標(biāo)系采用右手法則，直角卡笛兒坐標(biāo)系