基于pc機的小型雕刻機設計【畢業(yè)設計】

1、<p>　　本科畢業(yè)設計(論文)</p><p><b>　?。ǘ?屆）</b></p><p>　　基于pc機的小型雕刻機設計</p><p>　　所在學院 </p><p>　　專業(yè)班級 械設計制造及其自動化 </p>

2、<p>　　學生姓名 學號 </p><p>　　指導教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　PC技術是現(xiàn)

3、代社會最重要的生產(chǎn)力之一，無論是哪個領域，對PC技術進行純熟滲透的運用必將推動行業(yè)更快更穩(wěn)的發(fā)展。計算機數(shù)控雕刻技術是傳統(tǒng)雕刻技術和現(xiàn)代數(shù)控技術結合的產(chǎn)物，它秉承了傳統(tǒng)雕刻精細輕巧、靈巧自如的操作特點，同時利用了傳統(tǒng)數(shù)控加工中的自動化技術，并將二者有機的結合在一起，成為一種先進的雕刻技術。所有這些技術最終都是通過CNC雕刻機轉化為真正的生產(chǎn)能力。CNC雕刻機集計算機輔助設計技術（CAD)技術、計算機輔助制造技術（CAM技術）、數(shù)控技術（

4、NC技術）、精密制造技術于一體，是目前最先進的雕刻設備，代表了最先進的雕刻技術。</p><p>　　本文簡要地介紹了雕刻機的起源和發(fā)展現(xiàn)況，分析了國內(nèi)外雕刻機的特點，制定了三維機械雕刻機的總體設計方案并分析了雕刻機系統(tǒng)的總體布局和結構方案、數(shù)控系統(tǒng)的運動方式，以及主運動和進給運動系統(tǒng)的選擇，并且進行了機械系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)，包括主運動和進給運動的設計計算及硬件的選用等。</p><p>　

5、　關鍵詞：pc技術，雕刻機，發(fā)展趨勢</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)控雕刻技術國內(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.......................................................................錯誤!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.設備方案設計與總體設計.......................................................................................12</p><p>　

17、　2.1雕刻機簡介及方案設計.................................................................................12</p><p>　　2.1.1進口雕刻機的總體設計與參數(shù)比較...................................................12</p><p>　　2.2方

18、案評價.........................................................................................................13</p><p>　　2.3 JAE400-150型雕刻機的總體設計................................................................

19、13</p><p>　　2.3.1規(guī)格型號代號的確定...........................................................................13</p><p>　　2.3.2 JAE400-150雕刻機設計參數(shù)確定......................................................14

20、</p><p>　　2.3.3設計的主要內(nèi)容...................................................................................14</p><p>　　2.3.4總體布局....................................................................

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

22、......................................錯誤!未定義書簽。</p><p>　　2.3.7機械部分...............................................................................................錯誤!未定義書簽。</p><p>　　3.設計計算和校核.....

23、..................................................................................................20</p><p>　　3.1設計參數(shù)的確定.......................................................................................

24、......20</p><p>　　3.2切（鉆）削力、切削扭矩和切削功率計算及主軸電動機的選擇.............20</p><p>　　3.3進給運動系統(tǒng)設計計算.................................................................................23</p><p>　　3.

25、3.1進給運動系統(tǒng)傳動鏈的組成...............................................................錯誤!未定義書簽。</p><p>　　3.3.2滾珠絲桿螺母副計算...........................................................................錯誤!未定義書簽。</p>

26、<p>　　3.3.3直線導軌副的設計計算.......................................................................錯誤!未定義書簽。</p><p>　　結論.........................................................................................

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

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活動以后，就有了雕刻行業(yè)，伴隨著人類社會文明的發(fā)展，如今人們對雕刻業(yè)有了全新的認識，電腦雕刻加工的興起與發(fā)展是時代發(fā)展的需要，電腦雕刻代替機械雕刻已是大勢所趨。在雕刻這一行業(yè)里，光有刻字機是產(chǎn)生不了多少的經(jīng)濟效益，所以必須增加新的業(yè)務，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)務量不是很多，但它是雕刻行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。</p><p>　　PC技術的迅速發(fā)展使其在各個工業(yè)控制領域得到廣泛應用。PC技術是現(xiàn)代社會最重要的生產(chǎn)力，無論是哪個領域，對PC技術進行純熟滲透的運用必將推動行業(yè)更快更穩(wěn)的發(fā)展及普及。計算機數(shù)控技術(CNC，Computer Numerical Control)是傳統(tǒng)雕刻技術和現(xiàn)代數(shù)控技術結合的產(chǎn)物，它秉承了傳統(tǒng)雕刻精細輕

35、巧、靈巧自如的操作特點，同時利用了傳統(tǒng)數(shù)控加工中的自動化技術，并將二者有機的結合在一起，成為一種先進的雕刻技術。所有這些技術最終都是通過CNC雕刻機轉化為真正的生產(chǎn)能力。CNC雕刻機集計算機輔助設計技術（CAD)技術、計算機輔助制造技術（CAM技術）、數(shù)控技術（NC技術）、精密制造技術于一體，是目前最先進的雕刻設備，代表了最先進的雕刻技術。使用CNC雕刻技術和CNC雕刻機已經(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>　　國外的雕刻機，如美國“雕霸”、法國“嘉寶”和日本“御牧”是此行業(yè)的佼佼者，但價格非常昂貴。近幾年國內(nèi)的雕刻機，北京“精雕”、上海“啄木鳥”在國內(nèi)也有一定的市場，但價格也不菲。雕刻機的應用在各行各業(yè)中的應用已日益廣泛，然而國內(nèi)市面上出現(xiàn)的雕刻機，雖然性能較好，但價格也非常昂貴。普通的雕刻機令一些小單位及個人用戶望而卻步。因此，

37、設計制造既能滿足客戶所需，又價格適中的雕刻機是市場需求。針對不同的應用領域，所要求的雕刻機的性能各不相同。本項目的目的就是利用PC機的并口等現(xiàn)有資源，提供一種低價，高效，簡便的數(shù)控雕刻系統(tǒng)的解決方案。在各類雕刻機價格昂貴的市場情況下，通過本項目的研究，為中小用戶，尤其是個人用戶提供低價的雕刻機，從而拓寬現(xiàn)有雕刻機的用戶群，普及國內(nèi)雕刻機。</p><p>　　1.3 數(shù)控雕刻技術國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p>

38、<p>　　數(shù)控技術(Numerical Control,NC)是集機械制造、微電子、計算機、現(xiàn)代控制、傳感檢測、信息處理和網(wǎng)絡通信技術于一體,是用數(shù)字、文字和符號組成的數(shù)字指令來實現(xiàn)一臺或多臺機械設備動作控制的技術。它所控制的通常是位置、角度、速度等機械量和與機械能量流向有關的開關量。數(shù)控的產(chǎn)生依賴于數(shù)據(jù)載體和二進制形式數(shù)據(jù)運算的出現(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)在美國麻省理工學院進行了數(shù)據(jù)快速運算和傳輸，奠定了現(xiàn)代計算機，包括計算機數(shù)字控制系統(tǒng)的基礎。數(shù)控技術是與機床控制密切結合發(fā)展起來的。1952年，第一臺數(shù)控機床問世，成為世界機械工業(yè)史上一件劃時代的事件，推動了自動化的發(fā)展。</p><p>　　現(xiàn)在，數(shù)控技術也叫計算機數(shù)控技術，目前它是采用計算機實現(xiàn)數(shù)字程序控制的技術。這種技術用計算機按事先存貯的控制程序來執(zhí)行對設備的控制功能。由

40、于采用計算機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、運算、邏輯判斷等各種控制機能的實現(xiàn)，均可以通過計算機軟件來完成。其功能強弱、性能優(yōu)劣直接影響著數(shù)控設備的加工質量和效能發(fā)揮，對整個制造系統(tǒng)的集成控制、高效運行、更新發(fā)展都具有至關重要的影響。它的廣泛使用使制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)結構、管理方式帶來了深刻的變化，數(shù)控技術是制造業(yè)實現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎，是振興國家機床行業(yè)、增強制造業(yè)國際競爭能力的基礎。數(shù)控

41、系統(tǒng)是數(shù)控技術的核心，對整個制造系統(tǒng)的集成控制、高效運行、更新發(fā)展都具有至關重要的影響。因此數(shù)控系統(tǒng)技術不僅作為數(shù)控發(fā)展的先導技術，而且作為制造業(yè)的基礎性戰(zhàn)略技術，越來越來得到世界各國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年美國麻省理工學院研制成功了世界第一臺三

42、坐標立銑床，其數(shù)控系統(tǒng)采用電子管；1960年開始，其他一些工業(yè)國家，如德國、日本都陸續(xù)地開發(fā)、生產(chǎn)及使用數(shù)控機床；1974年微處理器直接用于數(shù)控機床，進一步促進了數(shù)控機床的普及應用和快速發(fā)展。隨著計算機技術，特別是微電子技術的發(fā)展，數(shù)控技術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>　　早期計算機的運算速度低，遠不能適應機床實時控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路“搭”成一臺專用計算機作為數(shù)控裝置，被稱為硬件連接數(shù)控，簡稱為數(shù)控(NQ)。世界上第一臺數(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成的實驗樣機，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，其功能簡單，靈活性差，設計周期長，系統(tǒng)可靠性低，因而限制了其進一步的發(fā)展和應用。</p><p>　　(2)計算機數(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、半導體存儲器、微處理器的問世，通用小型計算機出

45、現(xiàn)并逐漸普及，給數(shù)控技術帶來了突破性的發(fā)展。1970年在美國芝加哥數(shù)控展覽會上，首次展出了以小型計算機為核心的計算機數(shù)控系統(tǒng)(CNC)，標志著數(shù)控系統(tǒng)進入了計算機為主體的第四代。再次，原來有硬件實現(xiàn)的功能逐步改由軟件完成，從此系統(tǒng)進入“軟聯(lián)接”數(shù)控時代。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)進入了以微機為背景的第五代。這一發(fā)展真正實現(xiàn)了機電一體化，進一步縮小了體積，降低了成本，簡化了編程和操作，使數(shù)控系

46、統(tǒng)達到了普及的程度。20世紀70年代末、80年代初，隨著超大規(guī)模集成電路、大容量存儲器、CRT的普及應用，CNC系統(tǒng)進入了第六代。它雖然仍以微處理器為基礎，但控制功能更為完備，具備了多功能的技術特征，尤其在軟件技術方面發(fā)展更快，具有了交互式對話編程，三維圖形動畫顯示，校驗，實時軟件精度補償?shù)裙δ?。在系統(tǒng)體系結構上，開始出現(xiàn)了柔性化、模塊化的多處理機結構。數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品也逐漸實現(xiàn)了標準化、系列化。</p><p>　

47、　(3)高精度CNC的開發(fā)與應用階段(1986-至今)</p><p>　　為了實現(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動特性。為保證零件程序的傳送、插補、加工線速度控制等連續(xù)處理，CNC系統(tǒng)應具有足夠高的數(shù)據(jù)處理速度和能力。32位CPU以其很強的數(shù)據(jù)處理能力在CNC中得到了應用，使得CNC系統(tǒng)進入了面向高速、高精度的第七代。1986年，三菱電機公司率先推出了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)與應用(1994-至今)</p><p>　　進入20世紀90年代，個人計算機(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機生產(chǎn)批量很大價格便宜，可靠性高。數(shù)控系統(tǒng)從此進入

49、第八代基于PC的CNC系統(tǒng)階段。1994年，這種基于PC的CNC控制器在英國首先亮相市場，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[8,9]。</p><p>　　現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢</p><p>　　隨著電子技術和控制技術的飛速發(fā)展，當今的數(shù)控系統(tǒng)功能已經(jīng)非常強大，與此同時加工技術以及一些其他相關技術的

50、發(fā)展對數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展和進步提出了新的要求。趨勢之一：數(shù)控系統(tǒng)向開放式體系結構發(fā)展 20世紀90年代以來，由于計算機技術的飛速發(fā)展，推動數(shù)控技術更快的更新?lián)Q代。世界上許多數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家利用PC機豐富的軟、硬件資源開發(fā)開放式體系結構的新一代數(shù)控系統(tǒng)。開放式體系結構使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應性、可擴展性，并可以較容易的實現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡化。近幾年許多國家紛紛研究開發(fā)這種系統(tǒng)，如美國科學制造中心(NCMS)與空軍共同領導的“

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

52、生產(chǎn)周期大大縮短</p><p>　　趨勢之二：數(shù)控系統(tǒng)向軟數(shù)控方向發(fā)展 現(xiàn)在，實際用于工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)控系統(tǒng)主要有以下四種類型，分別代表了數(shù)控技術的不同發(fā)展階段，對不同類型的數(shù)控系統(tǒng)進行分析后發(fā)現(xiàn)，數(shù)控系統(tǒng)不但從封閉體系結構向開放體系結構發(fā)展，而且正在從硬數(shù)控向軟數(shù)控方向發(fā)展的趨勢。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、的封閉體系結構的數(shù)控系統(tǒng)。目前，這類系統(tǒng)還是占領了制造業(yè)的大部分市場。但由于開放體系結構數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的市場正在受到挑戰(zhàn)，已逐漸減小。“PC嵌入NC”結構的開放式數(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)控軟件技術和當今計算機豐富的軟件資源相結合開發(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)結構復雜、功能強大，價格昂貴?！癗C嵌入PC”結構的開放式數(shù)控系統(tǒng)它由開放體系結構運動控制卡和PC機共同構成。這種運動控制卡通常選用高</p><p>　　趨勢之四：數(shù)控系統(tǒng)向網(wǎng)絡化方向發(fā)展 數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡化，主要指數(shù)控系統(tǒng)與外部的其它控制系統(tǒng)或上位計算機進行網(wǎng)絡連接和網(wǎng)絡控制。數(shù)控系統(tǒng)一般首先面向生產(chǎn)現(xiàn)場和企業(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。 隨著網(wǎng)絡技術的成熟和發(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”，是機械制造企業(yè)現(xiàn)代化的標志之一，也是國際先進機床制造商當今標準配置的供貨方式。隨著信息化技術的大量采用，越來越多的國內(nèi)用戶在進口數(shù)控機床時要求具有遠程通訊服務等功能。數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡化進一步促進了柔性自動化制造技術的發(fā)展，現(xiàn)代柔性制造系統(tǒng)從點(數(shù)控單機、加工中心和數(shù)控復合加工機床)、線(FMC、FMS、F

56、TL、 FML)向面(工段車間獨立制造島、FA)、體(CIMS、分布式網(wǎng)絡集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展。柔性自動化技術以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標，同時注重加強單 元技術的開拓、完善，數(shù)控機床及其構成柔性制造系統(tǒng)能方便地與CAD、CAM、CAPP、MTS聯(lián)結，向信息集成方向發(fā)展，網(wǎng)絡系統(tǒng)向開放、集成和智能化 方向發(fā)展。趨勢之五：數(shù)控系統(tǒng)向高可靠性方向發(fā)展</p><p>　　隨著數(shù)控機床網(wǎng)絡化應用的日趨廣泛，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。對于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在16小時內(nèi)連續(xù)正 常工作，無故障率在P(t)＝99%以上，則數(shù)控機床的平均無故障運行時間MTBF就必須大于3000小時。我們只對某一臺數(shù)控機床而言，如主機與數(shù)控系 統(tǒng)的失效率之比為10:1(數(shù)控的可靠比主機高一個數(shù)量級)。此時數(shù)控系統(tǒng)的MTBF就要大于33333.3小時，而其中的數(shù)控裝置、主軸及驅動等的 MTBF就必須大于10萬小時。如果對整條生產(chǎn)線而言，

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

59、，機床便能按照數(shù)控加工程序，自動進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>　　隨著計算機數(shù)控技術的發(fā)展，雕刻己經(jīng)從傳統(tǒng)的手工作業(yè)，嚴重依賴于能工巧匠的祖?zhèn)魇炙囍薪夥懦鰜?，成為了可以實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)的一項工業(yè)技術。依托現(xiàn)代計算機技術的不斷創(chuàng)新，自動控制技術的迅猛發(fā)展和傳統(tǒng)機械行業(yè)的革命，雕刻機技術將越來越成熟。在機構設計、

60、電機應用、控制芯片、軟件平臺和程序設計等領域的發(fā)展和創(chuàng)新，將持續(xù)改進和提高雕刻機的性能。依托現(xiàn)代計算機技術的不斷創(chuàng)新，自動控制技術的迅猛發(fā)展和傳統(tǒng)機械行業(yè)的革命，雕刻機技術將越來越成熟。在機構設計、電機應用、控制芯片、軟件平臺和程序設計等領域的發(fā)展和創(chuàng)新，將持續(xù)改進和提高雕刻機的性能；而今后計算機通訊和因特網(wǎng)的迅猛發(fā)展，也將給雕刻機帶來一場革命。</p><p>　　計算機數(shù)控雕刻主要有下面幾個發(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械部分?？刂撇糠謱⑾蜷]環(huán)系統(tǒng)發(fā)展，通過反饋調整做到誤差補償可以大幅度提高精度，機械部分采用更高精度的滾珠絲杠和電機也將進一步提高雕刻系統(tǒng)的精度。</p><p>　　2.高效率：高效率來源高速進給和高速切削。高速進給取決于電機性能，未來將趨向于采用直線電機控制進給。高速切削一方面要求有性能更好的主軸電機，速度更高，承載能力更強。另

62、一方面對刀具提出了更高的要求，未束雕刻系統(tǒng)的刀具將采用強度更高，耐磨性更好的新型材料。此外對刀具的形狀進行研究，可以改善其切削性能也將進一步提高雕刻的效率和效果。</p><p>　　3.高可靠性：根據(jù)長時間的實踐證明，雕刻機90％以上的故障是由控制電路和電機故障引起。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，另一方面進一步提高電機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，采用諸如面向對象等先進的軟件技術。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)的重復勞動。采用規(guī)范的軟件開發(fā)技術，提高其可維護性和可讀性，便于今后的升級換代。</p><p>　　4.微型化：這是將來的一個重要的發(fā)展趨勢。隨著微系統(tǒng)技術的成熟和應用，微型雕課機的性能價格比不斷提高，最終將走向商業(yè)應用，市場前景看好。</p><p>　　5.多軸聯(lián)動：多軸聯(lián)動可以完成更復雜的雕

64、刻動作，雕刻出更復雜，更精密的圖案，不斷提高雕刻機的性能，推動雕刻機向前發(fā)展。[39]</p><p>　　6.多平臺性：現(xiàn)在的雕刻系統(tǒng)主要運行在WINDOWS95/98和DOS操作系統(tǒng)平臺上，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)市場份額在未來若干年內(nèi)將達到一個相當可觀的程度。因此，基于LINUX等操作系統(tǒng)的雕刻系統(tǒng)已成為一個重要的發(fā)展趨勢。</

65、p><p>　　7.通用化、模塊化和標準化:美國近年來正在開發(fā)的NGC控制器數(shù)控系統(tǒng)是一個開放式系統(tǒng)。它可根據(jù)不同的功能要求，使用PC總線或VHF總線構成多總線和多CPU系統(tǒng)，其基本模塊做成通用的、標準的、系列化的產(chǎn)品。數(shù)控雕刻系統(tǒng)的開發(fā)人員可在NGC標準規(guī)范指導下，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)，以適應各類機床的CNC控制。</p><p>　　8.利用計算機的軟件資源提

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

67、效應，使得用戶得以占領市場，實現(xiàn)價值。</p><p>　　此外立體雕刻是未來的一大趨勢。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，機械代替了手工，電腦代替了人腦，字體標準規(guī)范同時又大大提高了生產(chǎn)效力，實現(xiàn)了一次質的飛躍?，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，三維立體雕刻機就應運而生。其次立體切割、雕刻利潤豐厚雕刻，加工這一暴利行業(yè)正被人們所認知。同時雕刻機具有投資少

68、，見效快的特點。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)、藝術模型業(yè)、機械加工、工裝模具等等?？杉庸さ牟牧弦彩欠浅V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。隨著人們對雕刻機的認識和掌握逐步加深，應用范圍會得到不斷擴大，應用水平也會逐步提高，雕刻加工必定會有更廣闊的前景，基于PC機的小型雕刻機的設計運用已是大勢所趨。&

69、lt;/p><p>　　1.3.3 數(shù)控雕刻機的發(fā)展及概論</p><p>　　1）雕刻工藝與數(shù)控雕刻機[17,18]</p><p>　　傳統(tǒng)的雕刻加工業(yè)是一門技術要求很高的手工技藝，雕刻品的質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、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。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雜的工藝品或大型藝術作品的雕刻，如玉雕、沙雕等；這些制品往往注重藝術創(chuàng)作性，制品的形狀復雜、隨意性強、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仿形銑削，在加工時必須制作仿形模型，這一

71、過程通常需手工完成，周期長、效率低。數(shù)控雕刻機是數(shù)控技術和雕刻工藝相結合的產(chǎn)物，是一種專用的數(shù)控機床。與通用的數(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)加工的自動化。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、對零件適應性強等顯著優(yōu)勢；同時借助于專用的雕刻CAD，CAM軟件系統(tǒng)，</p><p>　　目前，雕刻機主要分為兩種：一種是激光雕刻機，它采用激光作為加工工具

72、進行雕刻加工；另一種機械式雕刻機，它是采用傳統(tǒng)的銑削式加工方法進行雕刻加工。這兩種雕刻機各有特點，應用領域也不盡相同。此外，按照伺服驅動控制的類型不同，可分為步進驅動雕刻機和伺服驅動雕刻機；根據(jù)運動坐標控制的聯(lián)動軸數(shù)，將數(shù)控雕刻機分為三坐標數(shù)控雕刻機、五坐標數(shù)控雕刻機等。</p><p>　　2)國內(nèi)外數(shù)控雕刻機的發(fā)展現(xiàn)狀[37,28]</p><p>　　1938年世界第一臺手動雕刻機在

73、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。微電子技術和微型計算機技術帶動整個高技術群體飛速發(fā)展，從而使雕刻機產(chǎn)生了質的飛躍。雕刻機完成了從2D-2.5D-3D加工的變革，功能完善、性能穩(wěn)定、造型美觀和價格合理成為雕刻機研制的基本要求。</p><p>　　

74、國外的雕刻機，如美國“雕霸”、法國“嘉寶”和日本“御牧”是此行業(yè)的佼佼者，但價格非常昂貴。近幾年國內(nèi)的雕刻機，北京“精雕”、上?！白哪绝B”在國內(nèi)也有一定的市場，但價格也不菲。雕刻機的應用在各行各業(yè)中的應用已日益廣泛，然而國內(nèi)市面上出現(xiàn)的雕刻機，雖然性能較好，但價格也非常昂貴。普通的雕刻機都是萬元以上，因此，設計制造既能滿足客戶所需，又價格適中的雕刻機是市場需求。隨著今年來我國制造業(yè)的迅速發(fā)展，數(shù)控雕刻機產(chǎn)業(yè)也獲得了良好的發(fā)展，有效地促進

75、了我國數(shù)控雕刻機的生產(chǎn)和推廣應用。我國的數(shù)控雕刻機起步為經(jīng)濟型數(shù)控機床大多本體結構較為簡單，控制器大多借鑒國外新技術，采用基于高檔的微控制或PC的數(shù)控系統(tǒng)，伺服部分以步進電機部分驅動為主，可獲得中等控制精度，但價格比較便宜，因此整機的性價比較高，適用于精度要求不太高的普及應用場合對高精度的雕刻加工，目前我國尚以進口數(shù)控雕刻機為主。這類數(shù)控雕刻機機床本體設計剛度好、精度高、采用伺服電機驅動，加工精度高，控制系統(tǒng)功能全、可靠性好，但價格昂貴

76、往往倍于國產(chǎn)產(chǎn)品，因此主要應用于模具等高精度加工場合。</p><p>　　1.4 課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　　基于PC的小型雕刻機是采用PC機控制、步進電機驅動、三坐標聯(lián)動的經(jīng)濟型雕刻機。工作原理是通過計算機內(nèi)配置的專用雕刻軟件進行設計和排版，由計算機把設計與排版的信息自動傳送至雕刻機控制器中，再由控制器將這些信息轉化成能驅動步進電機或伺服電機的帶有功率的脈沖串，控制雕刻機主

77、機生成X,Y,Z三軸的雕刻走刀路基徑。同時，雕刻機上高速旋轉雕刻頭，通過按加工材質配置的刀具，對固定在主機工作臺上的加工材料進行切削，即可雕刻出在計算機中設計的各種平面或立體的浮雕圖形及文字，實現(xiàn)雕刻自動化作業(yè)。[2]。按照結構不同主要有懸臂式和龍門式兩種，目前龍門式雕刻機應用較廣泛。圖1-1是龍門式雕刻機的結構圖。該雕刻機由PC機、控制0系統(tǒng)、機床主體構成。機床主體由底座、工作臺、支撐山、橫梁、Z向機構等幾個大的部件組成。底座由鋼管焊

78、接而成，經(jīng)相混的加工并在兩側布置具有導向和驅動作用的導軌和齒條，工作臺上分布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向機構，橫梁由矩形管加工而成，并在其上布置X向導軌及齒條來驅動、導向和支撐Z向機構。Z向機構上布置導軌及絲桿，帶動主軸電機上下移動</p><p>　　圖1-1 龍門式雕刻機的結構圖</p><p>　　由于本項目的內(nèi)容是利用PC

79、機并口等現(xiàn)有資源，提供一種低價、高效、簡便的數(shù)控雕刻系統(tǒng)的解決方案。在各類雕刻機價格昂貴的市場情況下，通過本項目的研究，為中小用戶，尤其是個人用戶提供低價的雕刻機，從而拓寬現(xiàn)有雕刻機的用戶群，普及國內(nèi)雕刻機。而小型數(shù)控雕刻機很好地滿足了我們的要求。首先小型數(shù)控雕刻機采用PC機直接進行數(shù)字控制，能進行高精度的三維自由曲面雕刻。雕刻機與PC機通過USB接口連接，無需專用的數(shù)控系統(tǒng)，操作簡便、界面友好、具有良好的開放性。整個系統(tǒng)體積小、結構簡

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。市場前景廣闊，系統(tǒng)生產(chǎn)成本低、所需投資小。</p><p>　　2.設備方案設計與總體設計</p><p><b>　　2.1 雕刻機簡介</b></p><p>　　我們通過介紹雕刻機的特點并綜合分析它們的總體方案，進而確定研制三維機械雕刻機的總體設計方案。</p><

81、p>　　進口雕刻機的設計和制造技術已相當成熟，質量也相對穩(wěn)定?；旧鲜墙Y合速度、力量、準確性、靈活性和可靠性為一體，可進行雕刻、鑿割、切割和刻繪等操作。接口先進，兼容目前世界流行的美工、標牌設計軟件，可直接驅動或將設計好的文件輸出?？稍阡?、銅、鋁、木材、有機玻璃、塑料、人造大理石、及時貼等不同材料上雕刻。并且占有國內(nèi)需求市場的大部分的份額。進口雕刻機體現(xiàn)了國外機電一體化產(chǎn)品上設計和制造技術的實力及市場的承受能力。</p>

82、;<p>　　進口雕刻機設計總體上有以下幾個特點：</p><p>　　1．采用造型藝術化、簡潔明快、實用方便</p><p>　　2．采用機電互補方式、簡化產(chǎn)品結構</p><p>　　3．主體采用框架式結構、簡化設計過程</p><p>　　4．關鍵部件采用專業(yè)廠家生產(chǎn)的部件、保證產(chǎn)品質量</p><p&

83、gt;　　5．采用機電一體化關鍵技術、實現(xiàn)產(chǎn)品的智能化</p><p>　　6．符合系統(tǒng)設計評價的各個項目、適應市場需要</p><p>　　2．1．1 進口雕刻機的總體設計與參數(shù)比較[40]</p><p>　　根據(jù)進口雕刻機的產(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：通常大型機加工幅面較大的工件，多采用鋼件框架結構，固定工作臺移動橫梁，以獲取較高的機

84、械系統(tǒng)的剛性；小型機加工幅面較小工件，多采用鋁合金框架結構，移動工作臺固定橫梁，以獲取較輕的整機重量，便于搬運；中型機兩者兼有，針對不同的加工對象和加工特點，采用不同的方式。進口雕刻機動力與執(zhí)行元件多采用電主軸(主運動)和伺服電機(進給運動)；傳動和導向裝置多采用滾珠絲杠和滾動直線導軌；控制系統(tǒng)多采用單板機實現(xiàn)數(shù)字控制雕刻的過程；在操作上多用專用的計算機編輯平臺軟件對圖案進行編輯處理和輸出，帶有液晶顯示的手持式或固定式按鍵面板，對雕刻機

85、進行}刀始設置和進行交互操作；外置式控制箱；在人機安全上采用防護設計和急停設計，確保操作安全。</p><p>　　進口雕刻機具體參數(shù)如表2-1所示。</p><p>　　表2-1 國外品牌雕刻機的性能列表比較</p><p><b>　　2.2 方案評價</b></p><p>　　三維機械雕刻具有機技術性強、管理復雜

86、、相關因素多、跨學科的特點，是一種典型的機電一體化設備。雕刻機系統(tǒng)的設計應充分考慮系統(tǒng)設計評價的各個方面，經(jīng)過對該設計方案進行系統(tǒng)評價，最終選擇技術先進、經(jīng)濟、可靠性高、系統(tǒng)匹配性好、操作簡單、維修方便和安全性高的方案。</p><p>　　2.3 JAE400-150型雕刻機的總體設計</p><p>　　2.3.1 規(guī)格型號代號的制定</p><p>　　三維機

87、械雕刻機實際是一種臺式數(shù)控銑床，但又區(qū)別于一般的機械加工設備目前國家標準中并無明確規(guī)定。因此，為了方便敘述，我們在本文中統(tǒng)一規(guī)定型號JAE400-10其中J代表嘉興學院、A代表類別、E表示雕刻機、400公稱雕刻范圍代號、150為主軸行程。</p><p>　　2.3.2 JAE400-150雕刻機設計參數(shù)</p><p>　　由于我們所設計的雕刻機主要是用于雕刻PCB板，鋁銅板為主的實際，

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

89、得，而機械部分作為本次設計的主要內(nèi)容。機械部分設計方面的主要設計內(nèi)容有研究確定總體布局的型式、有效雕刻區(qū)域、滾珠絲杠的結構型式和參數(shù)、直線導軌的結構型式和參數(shù)、主電機的結構型式和參數(shù)、步進電機的結構型式和參數(shù)、主運動和進給運動的傳遞方式和轉速范圍等。</p><p>　　2.3.4 總體布局[19,20]</p><p>　　雕刻機總體布局的基本要求有以下幾點：</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)濟性等各種要求。</p><p>　　2．確保實現(xiàn)既定工藝方法所要求的工件和刀具的相對位置與相對運動。在經(jīng)濟、合理的前提下，盡量采用較短的傳動鏈，以簡化機構，提高傳動精度和傳動效率。</p><p>　　3．確保雕刻機具有與所要求的加工精度相適應的剛度、抗振性、熱變形及噪音水平。</p><p>　　4

91、．應便于觀察加工過程；便于操作、調整和維修：便于輸送、裝卸工件和清理；注意防護，確保安全。</p><p>　　5．結構簡單，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上，還應當考慮影響雕刻機布局的基本因素：</p>&l

92、t;p>　　1．表面形成運動的影響</p><p>　　不同形狀的加工表面往往采用不同的刀具來加工，從而表面形成運動的形式和數(shù)目就不同，并導致布局的差異。相同形狀的加工表面，由于工件的技術要求和生產(chǎn)率要求等不同，也可以采用不同的刀具，不同的表面形成運動來加工，從而形成不同的布局。由此可知，工件表面形成運動直接決定了雕刻機布局的形式是影響雕刻機布局的決定性因素。因而，在布局雕刻機時，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動，以期做出具有較好技術經(jīng)濟效果的布局設計。</p><p>　　2．雕刻機運動分配的影響</p><p>　　工件表面形成方法及運動相同，而雕刻機的運動分配不同，雕刻機的布局亦不同。對于同一種運動分配的布局，由于導軌的布置及其它結構型式的不同，也將使雕刻機的布局出現(xiàn)變化。在分配雕刻機運動時，一般應注意以下三點：</p><p>　　(

94、1)移動部件的重量應盡量輕。在其他條件相同的情況下，越小，所需電機功率和傳動件的尺寸也越小。</p><p>　　(2)應有利于提高加工精度。</p><p>　　(3)應有利于提高雕刻機剛度，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動及雕刻機部件的運動分配基本相同，而工件的尺寸、重量和形狀的不同，雕刻機的布局也會有很大差

95、異。</p><p>　　另外，還應考慮雕刻機性能要求的影響，如振動、噪聲、熱變形、剛度和抗振性：操縱方便性的影響；模塊化設計法的影響等等。雕刻機基本布局通常有龍門移動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，保證所設計的雕刻機結構更堅實。</p><

96、;p>　　2.3.5 坐標系統(tǒng)的確定與雕刻機外觀[21]</p><p>　　雕刻機的坐標系統(tǒng)遵循右手法則，直角笛卡爾坐標系統(tǒng)?；咀鴺溯S為X、Y、Z直角坐標，對相應每一個旋轉運動符號為A、B、C，如圖3．3所示。z軸為平行于雕刻機主軸的坐標軸，垂直于工件裝卡面。</p><p>　　圖2-1 機床坐標系[21]</p><p>　　2.3.6 數(shù)控系統(tǒng)<

97、;/p><p>　　1．運動方式的確定[22,23]</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)按運動方式可分為點位控制系統(tǒng)、點位直線控制系統(tǒng)、輪廓控制系統(tǒng)。雕刻機要求完成“切”“刻”“雕”等不同功能，其中“切”“刻”是兩坐標聯(lián)動控制，具有兩坐標聯(lián)動的插補運算功能和刀具半徑補償功能。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”輪廓側面時

98、，數(shù)控系統(tǒng)控制的刀具中心相對工件在單位時間內(nèi)，同時在兩坐標軸移動、，刀具中心對工件的合成位移出，則由輪廓曲線的等距線上的點I移到點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)控制兩個相對位移分量、。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，則需要三坐標聯(lián)動控制，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鴺丝刂苾勺鴺寺?lián)動，用“行切法”進行加

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運動，第三軸作周期進給。如圖2-3，在y向分為若干段，雕刻刀沿XZ平面的曲線進行插補加工，當一段加工完后進給，再加工另一相鄰曲線，如此依次用平面曲線來逼近整個空間曲面。“雕”三維文字</p><p>　　經(jīng)上述分析，雕刻機的數(shù)控系統(tǒng)應采用三坐標控制三坐標聯(lián)動的空間輪廓控制系統(tǒng)。</p><p>　　圖2-2 點位控制系統(tǒng) 圖2

100、-3點位直線控制系統(tǒng) 圖2-4輪廓控制</p><p>　　2．主運動系統(tǒng)和進給運動系統(tǒng)的確定[2-4]</p><p>　　雕刻機的數(shù)控系統(tǒng)包括主運動系統(tǒng)和進給運動系統(tǒng)兩部分。根據(jù)伺服系統(tǒng)的被調量有無檢測和反饋可分為開環(huán)控制、閉環(huán)控制和半閉環(huán)控制。該系統(tǒng)應滿足工作精度、調速性能、負載能力、響應速度和穩(wěn)定性的要求。采用直流或交流伺服電機驅動的閉環(huán)控制方案的優(yōu)點是可以達到很好的機床精

101、度，能補償機械傳動系統(tǒng)中的各種誤差，消除間隙干擾等對加工精度的影響。但它結構復雜、技術難度大、調試和維修困難、造價高。采用直流或交流伺服電機驅動的半閉環(huán)控制，其性能介于開環(huán)和閉環(huán)控制之間。由于調速范圍寬、過載能力強，又采用反饋控制，因此性能遠優(yōu)于以步進電機驅動的開環(huán)控制。由于反饋環(huán)節(jié)不包括大部分機械傳動元件，調試比閉環(huán)簡單，系統(tǒng)和穩(wěn)定性較易保證，所以比閉環(huán)容易實現(xiàn)。但是，采用半閉環(huán)控制，調試比開環(huán)復雜，設計上也要有自身特點，技術難度較大

102、。因為本設計任務的目標精度不很高、負載變化不大，加之開環(huán)控制具有結構簡單、設計制造容易、控制精度較好、容易調試、價格便宜、使用維修方便等優(yōu)點，開環(huán)控制應優(yōu)先選用。</p><p>　　綜上所述，雕刻機的主運動系統(tǒng)采用以直流電機驅動的開環(huán)控制：進給運動系統(tǒng)采用以步進電機驅動的開環(huán)控制。</p><p>　　主運動系統(tǒng)和進給運動系統(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主運動系統(tǒng)</b></p><p>　　圖2-6進給運動系統(tǒng)</p><p>　　2.3.7 機械部分[25,26]</p><p><b>　　1．總體結構</b></p><p>　　機械本體部分是雕刻機的骨架，有底座、立柱、工作臺、機頭和主軸組件等部分。

104、在保證整個系統(tǒng)的機械剛性的前提下，為了簡化設計的結構，減輕整機重量，縮短產(chǎn)品的設計和制造的周期，其主體框架采用鋁合金拉延型材和軋制鋁扳制造，防護件用塑料件和鈑金件制造，用標準的緊固件和定位銷連接。</p><p><b>　　2．主運動方案</b></p><p>　　雕刻機主運動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帶動主軸機構。專用的雕刻頭的優(yōu)點在