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1、小型 CNC 雕刻机控制系统设计1摘 要随着微电子技术和微型计算机的飞速发展，数控雕刻机的应用越来越广泛。 机电一体化广泛地综合了机械、微电子、自动控制、信息、传感测试、电力电子、接口、信号变换和软件编程等技术，并将这些技术有机的结合成一体，它是当今世界机械工业技术和产品发展的主要趋势。三维机械雕刻机是一种典型的机电一体化产品，在广告制作行业具有较大的市场前景。本文简要的介绍了雕刻机的起源和发展现状，分析了国内外雕刻机的特点说明雕刻机的功能和使用范围；详细的分析了雕刻机的总体布局和结构方案，以及主运动和进给运动系统的选择，以及 “三维雕刻”插补法的选择，分析和实现过程，实现雕刻系统的初步优化。
2、本课题是在参考现有雕刻机的基础上，设计一种机构尺寸比较大的数控雕刻机，适应比较大的工艺品的雕刻加工。关键字：雕刻机，数控系统，机电一体化，三维，插补法小型 CNC 雕刻机控制系统设计2AbstractAbstractAlong with the development of micro-electronics technology and microcomputer technology，NC carer will be widely used.These technologies are widely used in Mechatronics, including mechanism, mi
3、croelectronics，autocontrol, information, sensor and test,power and electron, interface, signal transform, software program. On the other hand, Mechatronics makes these technologies integrated closely. It is the primary trend of the development of mechanical industrial technology and products in the
4、world nowadays. 3D- mechanical engraving plotter is a typical mechatronic product. It has a larger market prospect in the advertising industry.The thesis in brief introduces the genesis and developmental status quote of Engraving Plotter,analyses characteristics of inland and overseas Plotters，and e
5、xplains 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 小型 CNC 雕刻机控制系统设计3realize the process of 3D-Engrave interpolation a
6、rithmetic. optimized 3D-mechanical engraving system is realized.This topic is based on the existing engraving machine to design a CNC engraving machines with a large body size, which adapted to the relatively large carving handicraft processing.KeywordsKeywords: Engraving plotter, numerical control
7、system, mechatronics, 3D，and interpolation arithmetic.目录目录摘摘 要要.1AbstractAbstract.1目目 录录.1第一章第一章. .引言引言.1小型 CNC 雕刻机控制系统设计41.1 雕刻机概述 .11. 1. 1 雕刻机起源 .11.2 数控雕刻机及其发展现状 .21.2.1 数控雕刻机 .21.2.2 研制雕刻机的目的和意义 .31.2.3 数控雕刻机的特点 .41.2.4 数控雕刻机的应用领域 .41.2.5 我国数控雕刻机的发展现状 .5第二章第二章 雕刻机的机械结构雕刻机的机械结构.62.1 雕刻机的设计参数 .62
8、.2 整体结构 .72.2.1 雕刻机总体布局的基本要求 .72.2.2 影响雕刻机布局的基本因素.72.2.3 坐标系的确定.92.3 进给系统 .102.4 典型零件工艺分析 .14第三章第三章 主动系统的设计与校核主动系统的设计与校核.143.1 铣削力、扭矩和功率的计算 .143.2 钻削力、扭矩和功率的计算.153.3 主运动系统的设计.163.3.1 主运动系统的方案 .183.3.2 主轴电机的设计计算.18第四章 进给运动系统设计计算.20小型 CNC 雕刻机控制系统设计54.1 Z 方向进给运动系统设计简介 .234.1.1 Z 方向进给运动系统组成 .254.1.2 滚珠丝
9、杠副的选择及支撑用轴承的选择.254.1.3 电机的选择.284.1.4 联轴器的选择.324.2 Y 方向进给运动系统设计简介 .354.2.1Y 方向进给运动系统组成 .394.2.2 滚珠丝杠副的选择及支撑用轴承的选择 4.2.3 电机的选择 .394.2.44.2.4 联轴器的选择联轴器的选择 .40结论结论.41致谢致谢.41小型 CNC 雕刻机控制系统设计2小型 CNC 雕刻机控制系统设计31.1.引言引言1.1 雕刻机概述1. 1. 1 雕刻机起源 雕刻可以追溯到远古时期，母系氏族时期的半坡氏族的“人面网纹盆”便是雕刻的雏形。在我国北宋时期便发明了活字印刷， 梦溪笔谈有记:“其法
10、用胶泥刻字，薄为钱唇，每字为一印，火烧令坚一” 。这里的刻字应属于雕刻的范畴。随着时代的发展，我国的雕刻艺术日益精深，玉雕、象牙雕、红木雕、篆刻泥人雕等手工雕刻技术都可堪称一绝。上世纪 90 年代至今，机械雕刻获得了前所未有的发展。从最初的刻字机，刻章机再到三维雕刻机，制作工艺也日渐成熟，应用范围也日渐广泛。大到楼房建筑的装饰，小到商店门前的招牌，乃至很多产品的标识铭牌，可谓雕刻的使用范围无处不在。雕刻机(Engraving Plotter)，顾名思义就是用机器代替人工进行雕刻的设备。小型 CNC 雕刻机控制系统设计41938 年世界第一台手动雕刻机在法国“嘉宝”问世，1950 年“嘉宝”生产
11、出世界第一台真正意义的电动、可缩放比例的手动雕刻机。随后美国、日本和法国等国也开始研制。20 世纪 90 年代，随着微电子技术的突飞猛进，直接推动微型计算机的急剧发展。微电子技术和微型计算机技术带动整个高技术群体飞速发展，从而使雕刻机产生了质的飞跃。雕刻机完成了从 2D-2.5D-3D 加工的变革，功能完善、性能稳定、造型美观和价格合理成为雕刻机研制的基本要求。1.2 数控雕刻机及其发展现状1.2.1 数控雕刻机传统雕刻加工业是一门技术性要求很高的手工技艺，雕刻品的质量完全取于雕刻师的技艺水平，所以生产的效率低、成本高，制品的随意性强、一致性差，严重制约了雕刻行业的发展。这使得雕刻机的产生成为
12、必然。雕刻机的功能决定了其使用范围。从工艺上，雕刻可分为全自由度空间雕刻、三维立体雕刻和二维平面雕刻。其中，全自由度空间雕刻主要用于一些形状复杂的工艺品或大型艺术作品的雕刻工作，如玉雕、木雕工艺品以及冰雕与沙雕等作品。小型 CNC 雕刻机控制系统设计5此类制品往往注重艺术创作性，制品的构成形状复杂、随意性强、工艺性差。因此这类工艺迄今为止雕刻机尚无能为力，只能采用手工雕刻，制品的质量和艺术性完全依赖于雕刻师的技艺水平。相比之下，在三维立体雕刻和二维平面雕刻机则大有可为。三维立体雕刻类似于三维铣削加工，可以完成精密模具、艺术浮雕曲面等雕刻加工;而二维平面雕刻工艺主要用于标牌文字及平面几何图形的雕刻加工。目前，三维立体和二维平面雕刻大部分已采用雕刻机完成，克服了传统手工雕刻存在的缺陷。数控雕刻机是数控技术和雕刻工艺相结合的产物，是一种专用的数控机床。与通用数控机床类似，数控雕刻机通过数控系统根据程序代码控制雕刻机动作，实
