基于pc機(jī)的小型雕刻機(jī)設(shè)計(jì)【畢業(yè)設(shè)計(jì)】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</p><p><b>　?。ǘ?屆）</b></p><p>　　基于pc機(jī)的小型雕刻機(jī)設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 </p>

2、<p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　PC技術(shù)是現(xiàn)

3、代社會(huì)最重要的生產(chǎn)力之一，無論是哪個(gè)領(lǐng)域，對(duì)PC技術(shù)進(jìn)行純熟滲透的運(yùn)用必將推動(dòng)行業(yè)更快更穩(wěn)的發(fā)展。計(jì)算機(jī)數(shù)控雕刻技術(shù)是傳統(tǒng)雕刻技術(shù)和現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，它秉承了傳統(tǒng)雕刻精細(xì)輕巧、靈巧自如的操作特點(diǎn)，同時(shí)利用了傳統(tǒng)數(shù)控加工中的自動(dòng)化技術(shù)，并將二者有機(jī)的結(jié)合在一起，成為一種先進(jìn)的雕刻技術(shù)。所有這些技術(shù)最終都是通過CNC雕刻機(jī)轉(zhuǎn)化為真正的生產(chǎn)能力。CNC雕刻機(jī)集計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)（CAD)技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)（CAM技術(shù)）、數(shù)控技術(shù)（

4、NC技術(shù)）、精密制造技術(shù)于一體，是目前最先進(jìn)的雕刻設(shè)備，代表了最先進(jìn)的雕刻技術(shù)。</p><p>　　本文簡(jiǎn)要地介紹了雕刻機(jī)的起源和發(fā)展現(xiàn)況，分析了國(guó)內(nèi)外雕刻機(jī)的特點(diǎn)，制定了三維機(jī)械雕刻機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案并分析了雕刻機(jī)系統(tǒng)的總體布局和結(jié)構(gòu)方案、數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式，以及主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的選擇，并且進(jìn)行了機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，包括主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算及硬件的選用等。</p><p>　

5、　關(guān)鍵詞：pc技術(shù)，雕刻機(jī)，發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　Based on PC's small engraving machine design</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　PC technology is the most important in modern society, whe

6、ther the productivity of which field, one for the PC technology will push the skillful penetration by faster and more stable development industry. Computer CNC engraving technology is traditional sculpture technology and

7、 modern numerical control technology with the product, which receives the traditional elaborately carved lightly, dexterous freely operating characteristics, at the same time use the traditional nc machining automation t

8、ec</p><p>　　This paper briefly introduces the origin and development of carving machines, analyzes the domestic and foreign current carving machines, formulate the characteristics of the three-dimension mech

9、anical engraving machine overall design scheme and analyzes engraving machine of the whole system layout and structure scheme, CNC system, and the mode of motion feeding movement system movement and the choice, and the d

10、esign and realization of mechanical system, including the movement and the feeding mo</p><p>　　Keywords: PC technology, carving machines, development trend</p><p><b>　　目 錄</b></p&

11、gt;<p>　　摘 要..........................................................................................................................I</p><p>　　AbstractII</p><p>　　1.緒論................

12、...........................................................................................................錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　1.1課題的來源.........................................................................

13、...........................1</p><p>　　1.2課題的意義....................................................................................................1</p><p>　　1.3數(shù)控雕刻技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀.....................

14、...............................................2</p><p>　　1.3.1數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展及趨勢(shì).......................................................................錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　1.3.2數(shù)控雕刻的現(xiàn)狀與展望................

15、.......................................................7</p><p>　　1.3.3數(shù)控雕刻機(jī)的發(fā)展...............................................................................8</p><p>　　1.4課題研究的主要內(nèi)容.............

16、.......................................................................10</p><p>　　2.設(shè)備方案設(shè)計(jì)與總體設(shè)計(jì).......................................................................................12</p><p>　

17、　2.1雕刻機(jī)簡(jiǎn)介及方案設(shè)計(jì).................................................................................12</p><p>　　2.1.1進(jìn)口雕刻機(jī)的總體設(shè)計(jì)與參數(shù)比較...................................................12</p><p>　　2.2方

18、案評(píng)價(jià).........................................................................................................13</p><p>　　2.3 JAE400-150型雕刻機(jī)的總體設(shè)計(jì)................................................................

19、13</p><p>　　2.3.1規(guī)格型號(hào)代號(hào)的確定...........................................................................13</p><p>　　2.3.2 JAE400-150雕刻機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)確定......................................................14

20、</p><p>　　2.3.3設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容...................................................................................14</p><p>　　2.3.4總體布局....................................................................

21、...........................14</p><p>　　2.3.5坐標(biāo)系統(tǒng)的確定與雕刻機(jī)外觀...........................................................15</p><p>　　2.3.6數(shù)控系統(tǒng).........................................................

22、......................................錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　2.3.7機(jī)械部分...............................................................................................錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　3.設(shè)計(jì)計(jì)算和校核.....

23、..................................................................................................20</p><p>　　3.1設(shè)計(jì)參數(shù)的確定.......................................................................................

24、......20</p><p>　　3.2切（鉆）削力、切削扭矩和切削功率計(jì)算及主軸電動(dòng)機(jī)的選擇.............20</p><p>　　3.3進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算.................................................................................23</p><p>　　3.

25、3.1進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)鏈的組成...............................................................錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　3.3.2滾珠絲桿螺母副計(jì)算...........................................................................錯(cuò)誤!未定義書簽。</p>

26、<p>　　3.3.3直線導(dǎo)軌副的設(shè)計(jì)計(jì)算.......................................................................錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　結(jié)論.........................................................................................

27、.....................................29</p><p>　　致謝..............................................................................................................................30</p><p>　　參考文獻(xiàn).

28、.....................................................................................................................31</p><p>　　附錄............................................................................

29、..................................................33</p><p>　　附錄圖1 底座固定塊33</p><p>　　附錄圖2 x軸鋁板支架233</p><p>　　附錄圖3 x軸滑塊434</p><p>　　附錄圖4 x軸滑塊134</p><p>　

30、　附錄圖5 x套桿235</p><p>　　附錄圖6 x軸滾珠絲桿135</p><p>　　附錄圖7 底座235</p><p>　　附錄圖8 底座-235</p><p>　　附錄圖9 y軸滑塊436</p><p>　　附錄圖10y軸滑塊136</p><p>　　附錄圖11

31、y軸套桿237</p><p>　　附錄圖12y軸滾珠絲桿137</p><p>　　附錄圖13工作臺(tái)37</p><p>　　附錄圖14z軸靠板138</p><p>　　附錄圖15z軸支架38</p><p>　　附錄圖16z軸支架-139</p><p>　　附錄圖17z軸靠板

32、-139</p><p>　　附錄圖18z軸支架-240</p><p>　　附錄圖19z軸支架-340</p><p>　　附錄圖20z軸套桿241</p><p>　　附錄圖21z軸滾珠絲桿41</p><p>　　附錄圖22刀具夾具41</p><p><b>　　1

33、.緒論</b></p><p><b>　　1.1課題的來源</b></p><p>　　自從有了人類的社會(huì)活動(dòng)以后，就有了雕刻行業(yè)，伴隨著人類社會(huì)文明的發(fā)展，如今人們對(duì)雕刻業(yè)有了全新的認(rèn)識(shí)，電腦雕刻加工的興起與發(fā)展是時(shí)代發(fā)展的需要，電腦雕刻代替機(jī)械雕刻已是大勢(shì)所趨。在雕刻這一行業(yè)里，光有刻字機(jī)是產(chǎn)生不了多少的經(jīng)濟(jì)效益，所以必須增加新的業(yè)務(wù)，電腦雕刻加工就

34、是目前理想的選擇，雖然有些地區(qū)電腦雕刻加工業(yè)務(wù)量不是很多，但它是雕刻行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。</p><p>　　PC技術(shù)的迅速發(fā)展使其在各個(gè)工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。PC技術(shù)是現(xiàn)代社會(huì)最重要的生產(chǎn)力，無論是哪個(gè)領(lǐng)域，對(duì)PC技術(shù)進(jìn)行純熟滲透的運(yùn)用必將推動(dòng)行業(yè)更快更穩(wěn)的發(fā)展及普及。計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)(CNC，Computer Numerical Control)是傳統(tǒng)雕刻技術(shù)和現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，它秉承了傳統(tǒng)雕刻精細(xì)輕

35、巧、靈巧自如的操作特點(diǎn)，同時(shí)利用了傳統(tǒng)數(shù)控加工中的自動(dòng)化技術(shù)，并將二者有機(jī)的結(jié)合在一起，成為一種先進(jìn)的雕刻技術(shù)。所有這些技術(shù)最終都是通過CNC雕刻機(jī)轉(zhuǎn)化為真正的生產(chǎn)能力。CNC雕刻機(jī)集計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)（CAD)技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)（CAM技術(shù)）、數(shù)控技術(shù)（NC技術(shù)）、精密制造技術(shù)于一體，是目前最先進(jìn)的雕刻設(shè)備，代表了最先進(jìn)的雕刻技術(shù)。使用CNC雕刻技術(shù)和CNC雕刻機(jī)已經(jīng)成為雕刻行業(yè)的一種潮流。[2]</p><

36、p><b>　　1.2課題的意義</b></p><p>　　國(guó)外的雕刻機(jī)，如美國(guó)“雕霸”、法國(guó)“嘉寶”和日本“御牧”是此行業(yè)的佼佼者，但價(jià)格非常昂貴。近幾年國(guó)內(nèi)的雕刻機(jī)，北京“精雕”、上?！白哪绝B”在國(guó)內(nèi)也有一定的市場(chǎng)，但價(jià)格也不菲。雕刻機(jī)的應(yīng)用在各行各業(yè)中的應(yīng)用已日益廣泛，然而國(guó)內(nèi)市面上出現(xiàn)的雕刻機(jī)，雖然性能較好，但價(jià)格也非常昂貴。普通的雕刻機(jī)令一些小單位及個(gè)人用戶望而卻步。因此，

37、設(shè)計(jì)制造既能滿足客戶所需，又價(jià)格適中的雕刻機(jī)是市場(chǎng)需求。針對(duì)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，所要求的雕刻機(jī)的性能各不相同。本項(xiàng)目的目的就是利用PC機(jī)的并口等現(xiàn)有資源，提供一種低價(jià)，高效，簡(jiǎn)便的數(shù)控雕刻系統(tǒng)的解決方案。在各類雕刻機(jī)價(jià)格昂貴的市場(chǎng)情況下，通過本項(xiàng)目的研究，為中小用戶，尤其是個(gè)人用戶提供低價(jià)的雕刻機(jī)，從而拓寬現(xiàn)有雕刻機(jī)的用戶群，普及國(guó)內(nèi)雕刻機(jī)。</p><p>　　1.3 數(shù)控雕刻技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p>

38、<p>　　數(shù)控技術(shù)(Numerical Control,NC)是集機(jī)械制造、微電子、計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代控制、傳感檢測(cè)、信息處理和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)于一體,是用數(shù)字、文字和符號(hào)組成的數(shù)字指令來實(shí)現(xiàn)一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)械設(shè)備動(dòng)作控制的技術(shù)。它所控制的通常是位置、角度、速度等機(jī)械量和與機(jī)械能量流向有關(guān)的開關(guān)量。數(shù)控的產(chǎn)生依賴于數(shù)據(jù)載體和二進(jìn)制形式數(shù)據(jù)運(yùn)算的出現(xiàn)。1908年，穿孔的金屬薄片互換式數(shù)據(jù)載體問世；19世紀(jì)末，以紙為數(shù)據(jù)載體并具有輔助功能

39、的控制系統(tǒng)被發(fā)明；1938年，香農(nóng)在美國(guó)麻省理工學(xué)院進(jìn)行了數(shù)據(jù)快速運(yùn)算和傳輸，奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，包括計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)是與機(jī)床控制密切結(jié)合發(fā)展起來的。1952年，第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床問世，成為世界機(jī)械工業(yè)史上一件劃時(shí)代的事件，推動(dòng)了自動(dòng)化的發(fā)展。</p><p>　　現(xiàn)在，數(shù)控技術(shù)也叫計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)，目前它是采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字程序控制的技術(shù)。這種技術(shù)用計(jì)算機(jī)按事先存貯的控制程序來執(zhí)行對(duì)設(shè)備的控制功能。由

40、于采用計(jì)算機(jī)替代原先用硬件邏輯電路組成的數(shù)控裝置，使輸入數(shù)據(jù)的存貯、處理、運(yùn)算、邏輯判斷等各種控制機(jī)能的實(shí)現(xiàn)，均可以通過計(jì)算機(jī)軟件來完成。其功能強(qiáng)弱、性能優(yōu)劣直接影響著數(shù)控設(shè)備的加工質(zhì)量和效能發(fā)揮，對(duì)整個(gè)制造系統(tǒng)的集成控制、高效運(yùn)行、更新發(fā)展都具有至關(guān)重要的影響。它的廣泛使用使制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、管理方式帶來了深刻的變化，數(shù)控技術(shù)是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，是振興國(guó)家機(jī)床行業(yè)、增強(qiáng)制造業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力的基礎(chǔ)。數(shù)控

41、系統(tǒng)是數(shù)控技術(shù)的核心，對(duì)整個(gè)制造系統(tǒng)的集成控制、高效運(yùn)行、更新發(fā)展都具有至關(guān)重要的影響。因此數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)不僅作為數(shù)控發(fā)展的先導(dǎo)技術(shù)，而且作為制造業(yè)的基礎(chǔ)性戰(zhàn)略技術(shù)，越來越來得到世界各國(guó)的高度重視和大力發(fā)展。</p><p>　　1.3.1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展</p><p>　　1）數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程</p><p>　　1952年美國(guó)麻省理工學(xué)院研制成功了世界第一臺(tái)三

42、坐標(biāo)立銑床，其數(shù)控系統(tǒng)采用電子管；1960年開始，其他一些工業(yè)國(guó)家，如德國(guó)、日本都陸續(xù)地開發(fā)、生產(chǎn)及使用數(shù)控機(jī)床；1974年微處理器直接用于數(shù)控機(jī)床，進(jìn)一步促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床的普及應(yīng)用和快速發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，特別是微電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)無論在硬件或軟件方面發(fā)展都很快，數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)歷了八代，大致可分為四個(gè)發(fā)展階段[2-5]。</p><p>　　(1)硬件數(shù)控階段(1952-1970)</p>

43、<p>　　早期計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度低，遠(yuǎn)不能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時(shí)控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路“搭”成一臺(tái)專用計(jì)算機(jī)作為數(shù)控裝置，被稱為硬件連接數(shù)控，簡(jiǎn)稱為數(shù)控(NQ)。世界上第一臺(tái)數(shù)控銑床的數(shù)控裝置是采用電子管、繼電器和模擬電路構(gòu)成的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，通常稱為第一代數(shù)控。1959年，晶體管取代了笨重的電子管，縮小了體積，使得工業(yè)應(yīng)用成為可能，誕生了第二代數(shù)控系統(tǒng)。1965年出現(xiàn)了小規(guī)模集成電路構(gòu)成的NC，體積更小，功耗更低，提高了可靠

44、性，NC發(fā)展到第三代。</p><p>　　這一階段的數(shù)控系統(tǒng)，各種控制功能均由硬件邏輯完成，稱為“硬件”數(shù)控，其功能簡(jiǎn)單，靈活性差，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，系統(tǒng)可靠性低，因而限制了其進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用。</p><p>　　(2)計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展和完善階段(1970-1986)</p><p>　　70年代初，大規(guī)模集成電路、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、微處理器的問世，通用小型計(jì)算機(jī)出

45、現(xiàn)并逐漸普及，給數(shù)控技術(shù)帶來了突破性的發(fā)展。1970年在美國(guó)芝加哥數(shù)控展覽會(huì)上，首次展出了以小型計(jì)算機(jī)為核心的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(CNC)，標(biāo)志著數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)入了計(jì)算機(jī)為主體的第四代。再次，原來有硬件實(shí)現(xiàn)的功能逐步改由軟件完成，從此系統(tǒng)進(jìn)入“軟聯(lián)接”數(shù)控時(shí)代。1974年，首次出現(xiàn)了采用微處理器芯片的軟聯(lián)接CNC系統(tǒng)，象征著數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)入了以微機(jī)為背景的第五代。這一發(fā)展真正實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化，進(jìn)一步縮小了體積，降低了成本，簡(jiǎn)化了編程和操作，使數(shù)控系

46、統(tǒng)達(dá)到了普及的程度。20世紀(jì)70年代末、80年代初，隨著超大規(guī)模集成電路、大容量存儲(chǔ)器、CRT的普及應(yīng)用，CNC系統(tǒng)進(jìn)入了第六代。它雖然仍以微處理器為基礎(chǔ)，但控制功能更為完備，具備了多功能的技術(shù)特征，尤其在軟件技術(shù)方面發(fā)展更快，具有了交互式對(duì)話編程，三維圖形動(dòng)畫顯示，校驗(yàn)，實(shí)時(shí)軟件精度補(bǔ)償?shù)裙δ?。在系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)上，開始出現(xiàn)了柔性化、模塊化的多處理機(jī)結(jié)構(gòu)。數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品也逐漸實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。</p><p>　

47、　(3)高精度CNC的開發(fā)與應(yīng)用階段(1986-至今)</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)高速、高精度曲面輪廓精加工，必須提高微輪廓線的解釋處理能力和伺服驅(qū)動(dòng)特性。為保證零件程序的傳送、插補(bǔ)、加工線速度控制等連續(xù)處理，CNC系統(tǒng)應(yīng)具有足夠高的數(shù)據(jù)處理速度和能力。32位CPU以其很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力在CNC中得到了應(yīng)用，使得CNC系統(tǒng)進(jìn)入了面向高速、高精度的第七代。1986年，三菱電機(jī)公司率先推出了CPU為68020的32

48、位CNC，掀起了32位CNC的熱潮，并逐漸成為當(dāng)今數(shù)控系統(tǒng)的主流[6,7]。</p><p>　　(4)基于PC的開放式CNC的開發(fā)與應(yīng)用(1994-至今)</p><p>　　進(jìn)入20世紀(jì)90年代，個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC，Personal Computer)的性能提高很快，從8位、16位發(fā)展到32位，可以滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求，而且PC機(jī)生產(chǎn)批量很大價(jià)格便宜，可靠性高。數(shù)控系統(tǒng)從此進(jìn)入

49、第八代基于PC的CNC系統(tǒng)階段。1994年，這種基于PC的CNC控制器在英國(guó)首先亮相市場(chǎng)，并在此后獲得了高速發(fā)展。PC的引入，不僅為CNC提供十分充實(shí)的硬件資源和極其豐富的軟件資源，更為CNC的開放化提供了基礎(chǔ)[8,9]。</p><p>　　現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　隨著電子技術(shù)和控制技術(shù)的飛速發(fā)展，當(dāng)今的數(shù)控系統(tǒng)功能已經(jīng)非常強(qiáng)大，與此同時(shí)加工技術(shù)以及一些其他相關(guān)技術(shù)的

50、發(fā)展對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展和進(jìn)步提出了新的要求。趨勢(shì)之一：數(shù)控系統(tǒng)向開放式體系結(jié)構(gòu)發(fā)展 20世紀(jì)90年代以來，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，推動(dòng)數(shù)控技術(shù)更快的更新?lián)Q代。世界上許多數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家利用PC機(jī)豐富的軟、硬件資源開發(fā)開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)。開放式體系結(jié)構(gòu)使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、可擴(kuò)展性，并可以較容易的實(shí)現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化。近幾年許多國(guó)家紛紛研究開發(fā)這種系統(tǒng)，如美國(guó)科學(xué)制造中心(NCMS)與空軍共同領(lǐng)導(dǎo)的“

51、下一代工作站/機(jī)床控制器體系結(jié)構(gòu)”NGC，歐共體的“自動(dòng)化系統(tǒng)中開放式體系結(jié) 構(gòu)”O(jiān)SACA，日本的OSEC計(jì)劃等。開放式體系結(jié)構(gòu)可以大量采用通用微機(jī)技術(shù)，使編程、操作以及技術(shù)升級(jí)和更新變得更加簡(jiǎn)單快捷。開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)，其硬件、軟件和總線規(guī)范都是對(duì)外開放的，數(shù)控系統(tǒng)制造商和用戶可以根據(jù)這些開放的資源進(jìn)行的系統(tǒng)集成，同時(shí)它也為用戶根據(jù)實(shí)際需要靈活配置 數(shù)控系統(tǒng)帶來極大方便，促進(jìn)了數(shù)控系統(tǒng)多檔次、多品種的開發(fā)和廣泛應(yīng)用，開發(fā)

52、生產(chǎn)周期大大縮短</p><p>　　趨勢(shì)之二：數(shù)控系統(tǒng)向軟數(shù)控方向發(fā)展 現(xiàn)在，實(shí)際用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)控系統(tǒng)主要有以下四種類型，分別代表了數(shù)控技術(shù)的不同發(fā)展階段，對(duì)不同類型的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，數(shù)控系統(tǒng)不但從封閉體系結(jié)構(gòu)向開放體系結(jié)構(gòu)發(fā)展，而且正在從硬數(shù)控向軟數(shù)控方向發(fā)展的趨勢(shì)。傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)，如FANUC 0系統(tǒng)、MITSUBISHI M50系統(tǒng)、SINUMERIK 810M/T/G系統(tǒng)等。這是一種專用

53、的封閉體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。目前，這類系統(tǒng)還是占領(lǐng)了制造業(yè)的大部分市場(chǎng)。但由于開放體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的市場(chǎng)正在受到挑戰(zhàn)，已逐漸減小?！癙C嵌入NC”結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)，如FANUC18i、16i系統(tǒng)、SINUMERIK 840D系統(tǒng)、Num1060系統(tǒng)、AB 9/360等數(shù)控系統(tǒng)。這是一些數(shù)控系統(tǒng)制造商將多年來積累的數(shù)控軟件技術(shù)和當(dāng)今計(jì)算機(jī)豐富的軟件資源相結(jié)合開發(fā)的產(chǎn)品。它具有一定的開放性，但由于它的NC部分仍然是傳統(tǒng)

54、的數(shù)控系統(tǒng)，用戶無法介入數(shù)控系統(tǒng)的核心。這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能強(qiáng)大，價(jià)格昂貴。“NC嵌入PC”結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)它由開放體系結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制卡和PC機(jī)共同構(gòu)成。這種運(yùn)動(dòng)控制卡通常選用高</p><p>　　趨勢(shì)之四：數(shù)控系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展 數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化，主要指數(shù)控系統(tǒng)與外部的其它控制系統(tǒng)或上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接和網(wǎng)絡(luò)控制。數(shù)控系統(tǒng)一般首先面向生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和企業(yè)內(nèi)部的局域網(wǎng)，然后再經(jīng)由因特網(wǎng)通向企業(yè)外部，這

55、就是所謂Internet/Intranet技術(shù)。 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟和發(fā)展，最近業(yè)界又提出了數(shù)字制造的概念。數(shù)字制造，又稱“e-制造”，是機(jī)械制造企業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志之一，也是國(guó)際先進(jìn)機(jī)床制造商當(dāng)今標(biāo)準(zhǔn)配置的供貨方式。隨著信息化技術(shù)的大量采用，越來越多的國(guó)內(nèi)用戶在進(jìn)口數(shù)控機(jī)床時(shí)要求具有遠(yuǎn)程通訊服務(wù)等功能。數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)一步促進(jìn)了柔性自動(dòng)化制造技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代柔性制造系統(tǒng)從點(diǎn)(數(shù)控單機(jī)、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床)、線(FMC、FMS、F

56、TL、 FML)向面(工段車間獨(dú)立制造島、FA)、體(CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展。柔性自動(dòng)化技術(shù)以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標(biāo)，同時(shí)注重加強(qiáng)單 元技術(shù)的開拓、完善，數(shù)控機(jī)床及其構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)能方便地與CAD、CAM、CAPP、MTS聯(lián)結(jié)，向信息集成方向發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向開放、集成和智能化 方向發(fā)展。趨勢(shì)之五：數(shù)控系統(tǒng)向高可靠性方向發(fā)展</p><p>　　隨著數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用的日趨廣泛，數(shù)控系統(tǒng)的高

57、可靠性已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)制造商追求的目標(biāo)。對(duì)于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在16小時(shí)內(nèi)連續(xù)正 常工作，無故障率在P(t)＝99%以上，則數(shù)控機(jī)床的平均無故障運(yùn)行時(shí)間MTBF就必須大于3000小時(shí)。我們只對(duì)某一臺(tái)數(shù)控機(jī)床而言，如主機(jī)與數(shù)控系 統(tǒng)的失效率之比為10:1(數(shù)控的可靠比主機(jī)高一個(gè)數(shù)量級(jí))。此時(shí)數(shù)控系統(tǒng)的MTBF就要大于33333.3小時(shí)，而其中的數(shù)控裝置、主軸及驅(qū)動(dòng)等的 MTBF就必須大于10萬小時(shí)。如果對(duì)整條生產(chǎn)線而言，

58、可靠性要求還要更高。當(dāng)前國(guó)外數(shù)控裝置的MTBF值已達(dá)6000小時(shí)以上，驅(qū)動(dòng)裝置達(dá)30000小時(shí)以上，但是，可以看到距理想的目標(biāo)還有差距。趨勢(shì)之六：數(shù)控系統(tǒng)向復(fù)合化方向發(fā)展 在零件加工過程中有大量的無用時(shí)間消耗在工件搬運(yùn)、上下料、安裝調(diào)整、換刀和主軸的升、降速上，為了盡可能降低這些無用時(shí)間，人們希望將不同的加工功能整合在同一臺(tái)機(jī)床上，因此，復(fù)合功能的機(jī)床成為近年來發(fā)展很快的機(jī)種。柔性制造范疇的機(jī)床復(fù)合加工概念是指將工件一次裝夾后

59、，機(jī)床便能按照數(shù)控加工程序，自動(dòng)進(jìn)行同一類工藝方法或不同類工藝方法的多工序</p><p>　　1.3.2 數(shù)控雕刻的現(xiàn)狀與展望</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，雕刻己經(jīng)從傳統(tǒng)的手工作業(yè)，嚴(yán)重依賴于能工巧匠的祖?zhèn)魇炙囍薪夥懦鰜?，成為了可以?shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)的一項(xiàng)工業(yè)技術(shù)。依托現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，自動(dòng)控制技術(shù)的迅猛發(fā)展和傳統(tǒng)機(jī)械行業(yè)的革命，雕刻機(jī)技術(shù)將越來越成熟。在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、

60、電機(jī)應(yīng)用、控制芯片、軟件平臺(tái)和程序設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的發(fā)展和創(chuàng)新，將持續(xù)改進(jìn)和提高雕刻機(jī)的性能。依托現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，自動(dòng)控制技術(shù)的迅猛發(fā)展和傳統(tǒng)機(jī)械行業(yè)的革命，雕刻機(jī)技術(shù)將越來越成熟。在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、電機(jī)應(yīng)用、控制芯片、軟件平臺(tái)和程序設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的發(fā)展和創(chuàng)新，將持續(xù)改進(jìn)和提高雕刻機(jī)的性能；而今后計(jì)算機(jī)通訊和因特網(wǎng)的迅猛發(fā)展，也將給雕刻機(jī)帶來一場(chǎng)革命。</p><p>　　計(jì)算機(jī)數(shù)控雕刻主要有下面幾個(gè)發(fā)展方向</

61、p><p>　　1.高精度：雕刻系統(tǒng)的精度主要取決于控制部分和機(jī)械部分?？刂撇糠謱⑾蜷]環(huán)系統(tǒng)發(fā)展，通過反饋調(diào)整做到誤差補(bǔ)償可以大幅度提高精度，機(jī)械部分采用更高精度的滾珠絲杠和電機(jī)也將進(jìn)一步提高雕刻系統(tǒng)的精度。</p><p>　　2.高效率：高效率來源高速進(jìn)給和高速切削。高速進(jìn)給取決于電機(jī)性能，未來將趨向于采用直線電機(jī)控制進(jìn)給。高速切削一方面要求有性能更好的主軸電機(jī)，速度更高，承載能力更強(qiáng)。另

62、一方面對(duì)刀具提出了更高的要求，未束雕刻系統(tǒng)的刀具將采用強(qiáng)度更高，耐磨性更好的新型材料。此外對(duì)刀具的形狀進(jìn)行研究，可以改善其切削性能也將進(jìn)一步提高雕刻的效率和效果。</p><p>　　3.高可靠性：根據(jù)長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐證明，雕刻機(jī)90％以上的故障是由控制電路和電機(jī)故障引起。為了提高其可靠性，一方面控制電路將采用更穩(wěn)定更可靠的DSP技術(shù)，另一方面進(jìn)一步提高電機(jī)性能也是刻不容緩的。此外，在軟件方面也有很多需要逐步提高的地

63、方，采用諸如面向?qū)ο蟮认冗M(jìn)的軟件技術(shù)。使程序模塊化，通用化，可重用化，這樣可以減少軟件的開發(fā)的重復(fù)勞動(dòng)。采用規(guī)范的軟件開發(fā)技術(shù)，提高其可維護(hù)性和可讀性，便于今后的升級(jí)換代。</p><p>　　4.微型化：這是將來的一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)。隨著微系統(tǒng)技術(shù)的成熟和應(yīng)用，微型雕課機(jī)的性能價(jià)格比不斷提高，最終將走向商業(yè)應(yīng)用，市場(chǎng)前景看好。</p><p>　　5.多軸聯(lián)動(dòng)：多軸聯(lián)動(dòng)可以完成更復(fù)雜的雕

64、刻動(dòng)作，雕刻出更復(fù)雜，更精密的圖案，不斷提高雕刻機(jī)的性能，推動(dòng)雕刻機(jī)向前發(fā)展。[39]</p><p>　　6.多平臺(tái)性：現(xiàn)在的雕刻系統(tǒng)主要運(yùn)行在WINDOWS95/98和DOS操作系統(tǒng)平臺(tái)上，隨著新興操作系統(tǒng)LINUX等的迅猛發(fā)展，由于其具有高穩(wěn)定性，高可靠性，越來越受到用戶的青睞，其工業(yè)市場(chǎng)份額在未來若干年內(nèi)將達(dá)到一個(gè)相當(dāng)可觀的程度。因此，基于LINUX等操作系統(tǒng)的雕刻系統(tǒng)已成為一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)。</

65、p><p>　　7.通用化、模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化:美國(guó)近年來正在開發(fā)的NGC控制器數(shù)控系統(tǒng)是一個(gè)開放式系統(tǒng)。它可根據(jù)不同的功能要求，使用PC總線或VHF總線構(gòu)成多總線和多CPU系統(tǒng)，其基本模塊做成通用的、標(biāo)準(zhǔn)的、系列化的產(chǎn)品。數(shù)控雕刻系統(tǒng)的開發(fā)人員可在NGC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范指導(dǎo)下，采用不同廠家的軟、硬件模塊，組成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)，以適應(yīng)各類機(jī)床的CNC控制。</p><p>　　8.利用計(jì)算機(jī)的軟件資源提

66、高數(shù)控系統(tǒng)的性能:隨著微型計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，在DOS和WINDOWS系統(tǒng)平臺(tái)上開發(fā)的大量應(yīng)用軟件極大地豐富了以通用微機(jī)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)控制功能，一些新技術(shù)(如多媒體技術(shù)、容錯(cuò)技術(shù)、模糊控制技術(shù)、人工智能技術(shù)等)逐漸被新一代數(shù)控系統(tǒng)采用。</p><p>　　9.網(wǎng)絡(luò)制造:將雕刻機(jī)用網(wǎng)絡(luò)連接起來，通過分布式系統(tǒng)，智能的選擇當(dāng)前空閑的雕刻機(jī)完成當(dāng)前的任務(wù)。充分、高效地利用系統(tǒng)資源，實(shí)現(xiàn)多品種、大批量的生產(chǎn)，形成一定的規(guī)模

67、效應(yīng)，使得用戶得以占領(lǐng)市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)價(jià)值。</p><p>　　此外立體雕刻是未來的一大趨勢(shì)。許多廣告行業(yè)的客戶都經(jīng)歷過從手工刻字到使用電腦刻字機(jī)，機(jī)械代替了手工，電腦代替了人腦，字體標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范同時(shí)又大大提高了生產(chǎn)效力，實(shí)現(xiàn)了一次質(zhì)的飛躍?，F(xiàn)在，隨著人們審美觀的不斷提高，三維立體的、彩色的圖案更受到人們的歡迎，三維立體雕刻機(jī)就應(yīng)運(yùn)而生。其次立體切割、雕刻利潤(rùn)豐厚雕刻，加工這一暴利行業(yè)正被人們所認(rèn)知。同時(shí)雕刻機(jī)具有投資少

68、，見效快的特點(diǎn)。再者雕刻加工范圍廣泛，發(fā)展前景廣闊，雕刻加工涉及各行各業(yè)、分布很廣，有禮品業(yè)、廣告業(yè)、印章業(yè)、木器加工業(yè)、建筑業(yè)、藝術(shù)模型業(yè)、機(jī)械加工、工裝模具等等。可加工的材料也是非常廣泛，包括金屬、石材、PVC板、ABS板、亞克力、仿石材、橡皮、雙色板、鋁塑板等等各種材料。隨著人們對(duì)雕刻機(jī)的認(rèn)識(shí)和掌握逐步加深，應(yīng)用范圍會(huì)得到不斷擴(kuò)大，應(yīng)用水平也會(huì)逐步提高，雕刻加工必定會(huì)有更廣闊的前景，基于PC機(jī)的小型雕刻機(jī)的設(shè)計(jì)運(yùn)用已是大勢(shì)所趨。&

69、lt;/p><p>　　1.3.3 數(shù)控雕刻機(jī)的發(fā)展及概論</p><p>　　1）雕刻工藝與數(shù)控雕刻機(jī)[17,18]</p><p>　　傳統(tǒng)的雕刻加工業(yè)是一門技術(shù)要求很高的手工技藝，雕刻品的質(zhì)量完全取決于雕刻師的技藝水平，所以生產(chǎn)效率低、成本高，制品的隨意性強(qiáng)、一致性差，嚴(yán)重制約了雕刻行業(yè)的發(fā)展。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

70、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(fù)雜的工藝品或大型藝術(shù)作品的雕刻，如玉雕、沙雕等；這些制品往往注重藝術(shù)創(chuàng)作性，制品的形狀復(fù)雜、隨意性強(qiáng)、工藝性差；因此這類產(chǎn)品只能依靠手工雕刻。然而，目前三維立體雕刻和二維平面雕刻大部分已采用雕刻機(jī)完成，克服了傳統(tǒng)手工雕刻的缺陷。按照控制原理的不同，可以將雕刻機(jī)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。仿形雕刻機(jī)的工作原理類似仿形銑削，在加工時(shí)必須制作仿形模型，這一

71、過程通常需手工完成，周期長(zhǎng)、效率低。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。與通用的數(shù)控機(jī)床類似，數(shù)控雕刻機(jī)通過數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)程序代碼控制雕刻機(jī)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化。相比傳統(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、對(duì)零件適應(yīng)性強(qiáng)等顯著優(yōu)勢(shì)；同時(shí)借助于專用的雕刻CAD，CAM軟件系統(tǒng)，</p><p>　　目前，雕刻機(jī)主要分為兩種：一種是激光雕刻機(jī)，它采用激光作為加工工具

72、進(jìn)行雕刻加工；另一種機(jī)械式雕刻機(jī)，它是采用傳統(tǒng)的銑削式加工方法進(jìn)行雕刻加工。這兩種雕刻機(jī)各有特點(diǎn)，應(yīng)用領(lǐng)域也不盡相同。此外，按照伺服驅(qū)動(dòng)控制的類型不同，可分為步進(jìn)驅(qū)動(dòng)雕刻機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)雕刻機(jī)；根據(jù)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)控制的聯(lián)動(dòng)軸數(shù)，將數(shù)控雕刻機(jī)分為三坐標(biāo)數(shù)控雕刻機(jī)、五坐標(biāo)數(shù)控雕刻機(jī)等。</p><p>　　2)國(guó)內(nèi)外數(shù)控雕刻機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀[37,28]</p><p>　　1938年世界第一臺(tái)手動(dòng)雕刻機(jī)在

73、法國(guó)“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)。隨后美國(guó)、日本和法國(guó)等國(guó)也開始研制。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。微電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)帶動(dòng)整個(gè)高技術(shù)群體飛速發(fā)展，從而使雕刻機(jī)產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。雕刻機(jī)完成了從2D-2.5D-3D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。</p><p>　　

74、國(guó)外的雕刻機(jī)，如美國(guó)“雕霸”、法國(guó)“嘉寶”和日本“御牧”是此行業(yè)的佼佼者，但價(jià)格非常昂貴。近幾年國(guó)內(nèi)的雕刻機(jī)，北京“精雕”、上?！白哪绝B”在國(guó)內(nèi)也有一定的市場(chǎng)，但價(jià)格也不菲。雕刻機(jī)的應(yīng)用在各行各業(yè)中的應(yīng)用已日益廣泛，然而國(guó)內(nèi)市面上出現(xiàn)的雕刻機(jī)，雖然性能較好，但價(jià)格也非常昂貴。普通的雕刻機(jī)都是萬元以上，因此，設(shè)計(jì)制造既能滿足客戶所需，又價(jià)格適中的雕刻機(jī)是市場(chǎng)需求。隨著今年來我國(guó)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)展，有效地促進(jìn)

75、了我國(guó)數(shù)控雕刻機(jī)的生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。我國(guó)的數(shù)控雕刻機(jī)起步為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床大多本體結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，控制器大多借鑒國(guó)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)部分驅(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(chǎng)合對(duì)高精度的雕刻加工，目前我國(guó)尚以進(jìn)口數(shù)控雕刻機(jī)為主。這類數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)床本體設(shè)計(jì)剛度好、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、可靠性好，但價(jià)格昂貴

76、往往倍于國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品，因此主要應(yīng)用于模具等高精度加工場(chǎng)合。</p><p>　　1.4 課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　　基于PC的小型雕刻機(jī)是采用PC機(jī)控制、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的經(jīng)濟(jì)型雕刻機(jī)。工作原理是通過計(jì)算機(jī)內(nèi)配置的專用雕刻軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和排版，由計(jì)算機(jī)把設(shè)計(jì)與排版的信息自動(dòng)傳送至雕刻機(jī)控制器中，再由控制器將這些信息轉(zhuǎn)化成能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的帶有功率的脈沖串，控制雕刻機(jī)主

77、機(jī)生成X,Y,Z三軸的雕刻走刀路基徑。同時(shí)，雕刻機(jī)上高速旋轉(zhuǎn)雕刻頭，通過按加工材質(zhì)配置的刀具，對(duì)固定在主機(jī)工作臺(tái)上的加工材料進(jìn)行切削，即可雕刻出在計(jì)算機(jī)中設(shè)計(jì)的各種平面或立體的浮雕圖形及文字，實(shí)現(xiàn)雕刻自動(dòng)化作業(yè)。[2]。按照結(jié)構(gòu)不同主要有懸臂式和龍門式兩種，目前龍門式雕刻機(jī)應(yīng)用較廣泛。圖1-1是龍門式雕刻機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。該雕刻機(jī)由PC機(jī)、控制0系統(tǒng)、機(jī)床主體構(gòu)成。機(jī)床主體由底座、工作臺(tái)、支撐山、橫梁、Z向機(jī)構(gòu)等幾個(gè)大的部件組成。底座由鋼管焊

78、接而成，經(jīng)相混的加工并在兩側(cè)布置具有導(dǎo)向和驅(qū)動(dòng)作用的導(dǎo)軌和齒條，工作臺(tái)上分布T形槽，可以固定各種形狀的平板雕刻材料、印章夾緊鉗等，由鑄造而成的支撐山支撐橫梁以及Z向機(jī)構(gòu)，橫梁由矩形管加工而成，并在其上布置X向?qū)к壖褒X條來驅(qū)動(dòng)、導(dǎo)向和支撐Z向機(jī)構(gòu)。Z向機(jī)構(gòu)上布置導(dǎo)軌及絲桿，帶動(dòng)主軸電機(jī)上下移動(dòng)</p><p>　　圖1-1 龍門式雕刻機(jī)的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　由于本項(xiàng)目的內(nèi)容是利用PC

79、機(jī)并口等現(xiàn)有資源，提供一種低價(jià)、高效、簡(jiǎn)便的數(shù)控雕刻系統(tǒng)的解決方案。在各類雕刻機(jī)價(jià)格昂貴的市場(chǎng)情況下，通過本項(xiàng)目的研究，為中小用戶，尤其是個(gè)人用戶提供低價(jià)的雕刻機(jī)，從而拓寬現(xiàn)有雕刻機(jī)的用戶群，普及國(guó)內(nèi)雕刻機(jī)。而小型數(shù)控雕刻機(jī)很好地滿足了我們的要求。首先小型數(shù)控雕刻機(jī)采用PC機(jī)直接進(jìn)行數(shù)字控制，能進(jìn)行高精度的三維自由曲面雕刻。雕刻機(jī)與PC機(jī)通過USB接口連接，無需專用的數(shù)控系統(tǒng)，操作簡(jiǎn)便、界面友好、具有良好的開放性。整個(gè)系統(tǒng)體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

80、單、很容易根據(jù)客戶需求增加各種固定加工模式等功能定制。市場(chǎng)前景廣闊，系統(tǒng)生產(chǎn)成本低、所需投資小。</p><p>　　2.設(shè)備方案設(shè)計(jì)與總體設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1 雕刻機(jī)簡(jiǎn)介</b></p><p>　　我們通過介紹雕刻機(jī)的特點(diǎn)并綜合分析它們的總體方案，進(jìn)而確定研制三維機(jī)械雕刻機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案。</p><

81、p>　　進(jìn)口雕刻機(jī)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)已相當(dāng)成熟，質(zhì)量也相對(duì)穩(wěn)定。基本上是結(jié)合速度、力量、準(zhǔn)確性、靈活性和可靠性為一體，可進(jìn)行雕刻、鑿割、切割和刻繪等操作。接口先進(jìn)，兼容目前世界流行的美工、標(biāo)牌設(shè)計(jì)軟件，可直接驅(qū)動(dòng)或?qū)⒃O(shè)計(jì)好的文件輸出?？稍阡摗~、鋁、木材、有機(jī)玻璃、塑料、人造大理石、及時(shí)貼等不同材料上雕刻。并且占有國(guó)內(nèi)需求市場(chǎng)的大部分的份額。進(jìn)口雕刻機(jī)體現(xiàn)了國(guó)外機(jī)電一體化產(chǎn)品上設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的實(shí)力及市場(chǎng)的承受能力。</p>

82、;<p>　　進(jìn)口雕刻機(jī)設(shè)計(jì)總體上有以下幾個(gè)特點(diǎn)：</p><p>　　1．采用造型藝術(shù)化、簡(jiǎn)潔明快、實(shí)用方便</p><p>　　2．采用機(jī)電互補(bǔ)方式、簡(jiǎn)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)</p><p>　　3．主體采用框架式結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過程</p><p>　　4．關(guān)鍵部件采用專業(yè)廠家生產(chǎn)的部件、保證產(chǎn)品質(zhì)量</p><p&

83、gt;　　5．采用機(jī)電一體化關(guān)鍵技術(shù)、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的智能化</p><p>　　6．符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)的各個(gè)項(xiàng)目、適應(yīng)市場(chǎng)需要</p><p>　　2．1．1 進(jìn)口雕刻機(jī)的總體設(shè)計(jì)與參數(shù)比較[40]</p><p>　　根據(jù)進(jìn)口雕刻機(jī)的產(chǎn)地和加工幅面不同，所反映在總體布局上存在一定的差異：通常大型機(jī)加工幅面較大的工件，多采用鋼件框架結(jié)構(gòu)，固定工作臺(tái)移動(dòng)橫梁，以獲取較高的機(jī)

84、械系統(tǒng)的剛性；小型機(jī)加工幅面較小工件，多采用鋁合金框架結(jié)構(gòu)，移動(dòng)工作臺(tái)固定橫梁，以獲取較輕的整機(jī)重量，便于搬運(yùn)；中型機(jī)兩者兼有，針對(duì)不同的加工對(duì)象和加工特點(diǎn)，采用不同的方式。進(jìn)口雕刻機(jī)動(dòng)力與執(zhí)行元件多采用電主軸(主運(yùn)動(dòng))和伺服電機(jī)(進(jìn)給運(yùn)動(dòng))；傳動(dòng)和導(dǎo)向裝置多采用滾珠絲杠和滾動(dòng)直線導(dǎo)軌；控制系統(tǒng)多采用單板機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制雕刻的過程；在操作上多用專用的計(jì)算機(jī)編輯平臺(tái)軟件對(duì)圖案進(jìn)行編輯處理和輸出，帶有液晶顯示的手持式或固定式按鍵面板，對(duì)雕刻機(jī)

85、進(jìn)行}刀始設(shè)置和進(jìn)行交互操作；外置式控制箱；在人機(jī)安全上采用防護(hù)設(shè)計(jì)和急停設(shè)計(jì)，確保操作安全。</p><p>　　進(jìn)口雕刻機(jī)具體參數(shù)如表2-1所示。</p><p>　　表2-1 國(guó)外品牌雕刻機(jī)的性能列表比較</p><p><b>　　2.2 方案評(píng)價(jià)</b></p><p>　　三維機(jī)械雕刻具有機(jī)技術(shù)性強(qiáng)、管理復(fù)雜

86、、相關(guān)因素多、跨學(xué)科的特點(diǎn)，是一種典型的機(jī)電一體化設(shè)備。雕刻機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮系統(tǒng)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)的各個(gè)方面，經(jīng)過對(duì)該設(shè)計(jì)方案進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)價(jià)，最終選擇技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)、可靠性高、系統(tǒng)匹配性好、操作簡(jiǎn)單、維修方便和安全性高的方案。</p><p>　　2.3 JAE400-150型雕刻機(jī)的總體設(shè)計(jì)</p><p>　　2.3.1 規(guī)格型號(hào)代號(hào)的制定</p><p>　　三維機(jī)

87、械雕刻機(jī)實(shí)際是一種臺(tái)式數(shù)控銑床，但又區(qū)別于一般的機(jī)械加工設(shè)備目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中并無明確規(guī)定。因此，為了方便敘述，我們?cè)诒疚闹薪y(tǒng)一規(guī)定型號(hào)JAE400-10其中J代表嘉興學(xué)院、A代表類別、E表示雕刻機(jī)、400公稱雕刻范圍代號(hào)、150為主軸行程。</p><p>　　2.3.2 JAE400-150雕刻機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)</p><p>　　由于我們所設(shè)計(jì)的雕刻機(jī)主要是用于雕刻PCB板，鋁銅板為主的實(shí)際，

88、我們確定了如下表2-2的設(shè)計(jì)參數(shù)。</p><p>　　表2-2 JAE400-200三維機(jī)械雕刻機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)</p><p>　　2.3.3 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容</p><p>　　JAE400-150型三維機(jī)械雕刻機(jī)(以下簡(jiǎn)稱雕刻機(jī))總體方案的制訂著重考慮三大方面：機(jī)械部分、智能電子控制部分和編輯輸出平臺(tái)部分。其中智能電子控制部分和編輯輸出平臺(tái)部分通過購(gòu)買現(xiàn)有產(chǎn)品獲

89、得，而機(jī)械部分作為本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。機(jī)械部分設(shè)計(jì)方面的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容有研究確定總體布局的型式、有效雕刻區(qū)域、滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)型式和參數(shù)、直線導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)型式和參數(shù)、主電機(jī)的結(jié)構(gòu)型式和參數(shù)、步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)型式和參數(shù)、主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳遞方式和轉(zhuǎn)速范圍等。</p><p>　　2.3.4 總體布局[19,20]</p><p>　　雕刻機(jī)總體布局的基本要求有以下幾點(diǎn)：</p>&l

90、t;p>　　1．首先必須滿足加工范圍、工作精度、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性等各種要求。</p><p>　　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)。在經(jīng)濟(jì)、合理的前提下，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。</p><p>　　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。</p><p>　　4

91、．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。</p><p>　　5．結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，合理可靠，便于加工和裝配。</p><p>　　6．體積小，重量輕，節(jié)約原材料，降低制造成本，縮小占地面積，外型美觀大方。</p><p>　　在滿足總體布局的基本要求的基礎(chǔ)上，還應(yīng)當(dāng)考慮影響雕刻機(jī)布局的基本因素：</p>&l

92、t;p>　　1．表面形成運(yùn)動(dòng)的影響</p><p>　　不同形狀的加工表面往往采用不同的刀具來加工，從而表面形成運(yùn)動(dòng)的形式和數(shù)目就不同，并導(dǎo)致布局的差異。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。由此可知，工件表面形成運(yùn)動(dòng)直接決定了雕刻機(jī)布局的形式是影響雕刻機(jī)布局的決定性因素。因而，在布局雕刻機(jī)時(shí)，必須根據(jù)加工要求，全面、綜

93、合地考慮工件的表面形成方法及運(yùn)動(dòng)，以期做出具有較好技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的布局設(shè)計(jì)。</p><p>　　2．雕刻機(jī)運(yùn)動(dòng)分配的影響</p><p>　　工件表面形成方法及運(yùn)動(dòng)相同，而雕刻機(jī)的運(yùn)動(dòng)分配不同，雕刻機(jī)的布局亦不同。對(duì)于同一種運(yùn)動(dòng)分配的布局，由于導(dǎo)軌的布置及其它結(jié)構(gòu)型式的不同，也將使雕刻機(jī)的布局出現(xiàn)變化。在分配雕刻機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)，一般應(yīng)注意以下三點(diǎn)：</p><p>　　(

94、1)移動(dòng)部件的重量應(yīng)盡量輕。在其他條件相同的情況下，越小，所需電機(jī)功率和傳動(dòng)件的尺寸也越小。</p><p>　　(2)應(yīng)有利于提高加工精度。</p><p>　　(3)應(yīng)有利于提高雕刻機(jī)剛度，縮小占地面積。</p><p>　　3．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，而工件的尺寸、重量和形狀的不同，雕刻機(jī)的布局也會(huì)有很大差

95、異。</p><p>　　另外，還應(yīng)考慮雕刻機(jī)性能要求的影響，如振動(dòng)、噪聲、熱變形、剛度和抗振性：操縱方便性的影響；模塊化設(shè)計(jì)法的影響等等。雕刻機(jī)基本布局通常有龍門移動(dòng)式和龍門固定式兩種形式。兩種布局都是采用龍門布局形式，兩者的最大區(qū)別在于前者是龍門移動(dòng)式，而后者是龍門固定式，所以在剛度穩(wěn)定性等方面后者較前者更有保障，所以通過比較我們本次采用龍門固定式，保證所設(shè)計(jì)的雕刻機(jī)結(jié)構(gòu)更堅(jiān)實(shí)。</p><

96、;p>　　2.3.5 坐標(biāo)系統(tǒng)的確定與雕刻機(jī)外觀[21]</p><p>　　雕刻機(jī)的坐標(biāo)系統(tǒng)遵循右手法則，直角笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)?；咀鴺?biāo)軸為X、Y、Z直角坐標(biāo)，對(duì)相應(yīng)每一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)符號(hào)為A、B、C，如圖3．3所示。z軸為平行于雕刻機(jī)主軸的坐標(biāo)軸，垂直于工件裝卡面。</p><p>　　圖2-1 機(jī)床坐標(biāo)系[21]</p><p>　　2.3.6 數(shù)控系統(tǒng)<

97、;/p><p>　　1．運(yùn)動(dòng)方式的確定[22,23]</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動(dòng)方式可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)、點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)、輪廓控制系統(tǒng)。雕刻機(jī)要求完成“切”“刻”“雕”等不同功能，其中“切”“刻”是兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)控制，具有兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的插補(bǔ)運(yùn)算功能和刀具半徑補(bǔ)償功能。即在平面上不管加工零件的輪廓是由何種線段組成，加工時(shí)通常用小段直線來逼近曲線輪廓。如圖2-2用圓柱銑刀“切”或“刻”輪廓側(cè)面時(shí)

98、，數(shù)控系統(tǒng)控制的刀具中心相對(duì)工件在單位時(shí)間內(nèi)，同時(shí)在兩坐標(biāo)軸移動(dòng)、，刀具中心對(duì)工件的合成位移出，則由輪廓曲線的等距線上的點(diǎn)I移到點(diǎn)J，從而在工件上加工出小段直線IJ，來逼近輪廓曲線上的上IJ弧段。連續(xù)控制兩個(gè)相對(duì)位移分量、。便可加工出多段小直線組成的折線來逼近曲線輪廓。而“雕”則是加工空間輪廓，則需要三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)控制，根據(jù)輪廓形狀和加工刀具形狀的不同可分為“雕”浮雕和“雕”三維文字兩種?！暗瘛备〉袷侨鴺?biāo)控制兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，用“行切法”進(jìn)行加

99、工，也稱為兩軸半控制，即以X、Y、Z三軸中任意兩軸作插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，第三軸作周期進(jìn)給。如圖2-3，在y向分為若干段，雕刻刀沿XZ平面的曲線進(jìn)行插補(bǔ)加工，當(dāng)一段加工完后進(jìn)給，再加工另一相鄰曲線，如此依次用平面曲線來逼近整個(gè)空間曲面?！暗瘛比S文字</p><p>　　經(jīng)上述分析，雕刻機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)采用三坐標(biāo)控制三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的空間輪廓控制系統(tǒng)。</p><p>　　圖2-2 點(diǎn)位控制系統(tǒng) 圖2

100、-3點(diǎn)位直線控制系統(tǒng) 圖2-4輪廓控制</p><p>　　2．主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的確定[2-4]</p><p>　　雕刻機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)包括主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)兩部分。根據(jù)伺服系統(tǒng)的被調(diào)量有無檢測(cè)和反饋可分為開環(huán)控制、閉環(huán)控制和半閉環(huán)控制。該系統(tǒng)應(yīng)滿足工作精度、調(diào)速性能、負(fù)載能力、響應(yīng)速度和穩(wěn)定性的要求。采用直流或交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的閉環(huán)控制方案的優(yōu)點(diǎn)是可以達(dá)到很好的機(jī)床精

101、度，能補(bǔ)償機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的各種誤差，消除間隙干擾等對(duì)加工精度的影響。但它結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)難度大、調(diào)試和維修困難、造價(jià)高。采用直流或交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的半閉環(huán)控制，其性能介于開環(huán)和閉環(huán)控制之間。由于調(diào)速范圍寬、過載能力強(qiáng)，又采用反饋控制，因此性能遠(yuǎn)優(yōu)于以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)控制。由于反饋環(huán)節(jié)不包括大部分機(jī)械傳動(dòng)元件，調(diào)試比閉環(huán)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)和穩(wěn)定性較易保證，所以比閉環(huán)容易實(shí)現(xiàn)。但是，采用半閉環(huán)控制，調(diào)試比開環(huán)復(fù)雜，設(shè)計(jì)上也要有自身特點(diǎn)，技術(shù)難度較大

102、。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)任務(wù)的目標(biāo)精度不很高、負(fù)載變化不大，加之開環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)制造容易、控制精度較好、容易調(diào)試、價(jià)格便宜、使用維修方便等優(yōu)點(diǎn)，開環(huán)控制應(yīng)優(yōu)先選用。</p><p>　　綜上所述，雕刻機(jī)的主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用以直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)控制：進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)控制。</p><p>　　主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的組成原理分別如圖2-5和圖2-6所示。</p>

103、<p><b>　　圖2-5主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)</b></p><p>　　圖2-6進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)</p><p>　　2.3.7 機(jī)械部分[25,26]</p><p><b>　　1．總體結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　機(jī)械本體部分是雕刻機(jī)的骨架，有底座、立柱、工作臺(tái)、機(jī)頭和主軸組件等部分。

104、在保證整個(gè)系統(tǒng)的機(jī)械剛性的前提下，為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，減輕整機(jī)重量，縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造的周期，其主體框架采用鋁合金拉延型材和軋制鋁扳制造，防護(hù)件用塑料件和鈑金件制造，用標(biāo)準(zhǔn)的緊固件和定位銷連接。</p><p><b>　　2．主運(yùn)動(dòng)方案</b></p><p>　　雕刻機(jī)主運(yùn)動(dòng)方案通常有兩種方案：直接采用專用的雕刻頭或采用直流電機(jī)帶動(dòng)主軸機(jī)構(gòu)。專用的雕刻頭的優(yōu)點(diǎn)在